化工原理-第五章-颗粒的沉降和流态化

化工原理-第五章-颗粒的沉降和流态化 一、选择题

1、 一密度为7800 kg/m3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 D （设沉降区为层流）。

A? 4000 mPa·s； B? 40 mPa·s； C? 33.82 Pa·s； D? 3382 mPa·s

2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 D 。

A．2?30?m； B。1/2?3?m；C。30?m； D。2?30?m

3、降尘室的生产能力取决于 B 。

A．沉降面积和降尘室高度； B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；

C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D．降尘室的宽度和高度。

4、降尘室的特点是 。D

A． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低

5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 C 无关。 A．颗粒的几何尺寸 B．颗粒与流体的密度

C．流体的水平流速； D．颗粒的形状

6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 C 。

A. 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径;

C. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径

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7、旋风分离器的总的分离效率是指 D 。

A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率;

C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率

8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 C 。

A．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B．尺寸大，则分离效率高，且压降小；

C．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。

9、自由沉降的意思是_______。

Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计 Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度

Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 D

10、颗粒的沉降速度不是指_______。

Ａ等速运动段的颗粒降落的速度

Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度

Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度 B

11、在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指_________。 Ａ 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径 Ｂ 旋风分离器允许的最小直径

Ｃ 旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径 Ｄ 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 C

12、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。

Ａ 只与dp, ?p, ?,uT, r, μ有关 Ｂ 只与 dp，?p，uT，r 有关

Ｃ 只与 dp，?p，uT，r ，g有关 Ｄ 只与 dp，?p，uT， r ，k 有关 （题中 uT 气体的圆周速度， r 旋转半径， k 分离因数） A 13、降尘室没有以下优点______________。 Ａ 分离效率高 Ｂ 阻力小

2

Ｃ 结构简单 Ｄ 易于操作 A

14、降尘室的生产能力__________。

Ａ 只与沉降面积A和颗粒沉降速度uT有关 Ｂ 与 A ， uT 及降尘室高度H有关

Ｃ 只与沉降面积 A 有关

Ｄ 只与 uT 和 H 有关 A

15、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子。除尘效率小于75％，宜选用 。

A 除尘气道 B 旋风分离器 C 离心机 D 电除尘器 B

16、一般而言，旋风分离器长、径比大及出入口截面小时，其效率 ，阻力 。

A 高 B 低 C 大 D 小 A

17、在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为uT m/s，气体通过降尘室的水平流速为u m/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____。 A L/u＜H/uL B L/uT＜H/u

C L/uT≥H/u D L/u≥H/uT D

18、粒子沉降受到的流体阻力________。

Ａ 恒与沉降速度的平方成正比 Ｂ 与颗粒的表面积成正比

Ｃ 与颗粒的直径成正比 Ｄ 在滞流区与沉降速度的一次方成正比 D

Ｃ 只有第一种说法正确 Ｄ 只有第二种说法正确 A

19、旋风分离器的总的分离效率是指 __________。 Ａ 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率 Ｂ 颗粒群中最小粒子的分离效率

Ｃ 不同粒级（直径范围）粒子分离效率之和

Ｄ 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 D

20、降尘室的生产能力由________决定。 A 降尘室的高度和长度 B 降尘室的高度

C 降尘室的底面积 D 降尘室的体积 C

二、填空题

1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升

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高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。 答案：下降，增大

2、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 答案：2

3、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关。 答案：长度 宽度

4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h，沉降室长、宽、高尺寸为L?b?H=5?3?2,则其沉降速度为 m/s。答案：0.067 5、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度 。 答案：减少一倍

6、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。答案;增加；下降；不变

7、一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12μm，其沉降速度为0.02 m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s。答案：1.6 8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数KC为 。答案:57

9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。 答案：气体处理量，分离效率，允许压降

10、通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。

答案：悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。气固；液固

11、一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20℃升至50℃，则其沉降速度将 。 下降

12、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关。 长度 宽度 13、降尘室的生产能力与降尘室的 无关。 高度

14、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 。 增加一倍

15、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度 。 减少一倍

16、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，生产能力 。不变 17、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 2 18、在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。1/2 19、旋风分离器性能的好坏，主要以 来衡量。 临界粒径的大小

4

20、离心分离设备的分离因数定义式为Kc= 。 uT2/gR （或ur/ut） 21、当介质阻力不计时，回转真空过滤机的生产能力与转速的 次方成正比。1/2

21、转鼓沉浸度是 与 的比值(1) 转鼓浸沉的表面积 转鼓的总表面积

22、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中，最常见的有 和 。将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中，最常见的为 。离心过滤 离心沉降 离心机

23、在Stokes区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比；在牛顿区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比。 2 1/2

24、含尘气体通过长为4m，宽为3m，高为1m的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，则该除尘室的生产能力为 m3s。0.36m3/s

25．降尘室与沉降槽均为气固或液固两相分离设备，它们的生产能力与该设备的______________有关，与________________无关。沉降面积 高度

26．旋风分离器当切向进口气速相同时，随着旋风分离器的直径越大，其离心分离因数越__________；转速不变，离心分离机随着转鼓直径的增大其离心分离因数越

u2?2r____________。??，小 大； ?grg27．颗粒的球形度（形状系数）的定义式为：ψ＝________________；颗粒的比表面积的定义式为a＝______________________。与非球形颗粒体积相等的球的表面积/非球形颗粒的表面积，S/V；

28．除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用______________、_____________、_______________等方法（列举三种方法）。重力沉降 离心沉降 过滤； 29．密度为ρp的球形颗粒在斯托克斯区沉降，已知颗粒在水中和空气中的沉降速度分别为

u1和u2，则u1/u2＝__________________________________。[(ρp-ρH2o)/μH2o]×[μ

air/(ρp-ρair)]

30．已知旋风分离器的平均旋转半径为0.5m ，气体的切向进口速度为20m/s， 那么该分离器的分离因数为____________________。81.55

31．分离因数的定义式为K＝_________________________。rω/g 或u/gr

8．含尘气体通过长为4m，宽为3m，高为1m的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，则该除尘室的生产能力为______________________m3/s。0.36m3/s

31．气体通过颗粒床层时，随流速从小到大可能出现的三种状况是:____________________、________________、__________________________。固定床状态，流化床状态，颗粒输送状态；

32．当颗粒层处于流化阶段，床层的压降约等于___________________________。单位床层面积上的颗粒群的净重力

2

2

5

d验算Re0 =故假设正确?

?5up2.06?10?0.033?0.9?0.02?10.03?10?3u=

4.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻

璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.005?10-3

Pa?s，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.81?10-5Pa?s。

（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。

A．8.612 B．9.612 C．10.612 D．11.612

（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，

则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D 。

A．10.593 B．11.593 C．12.593 D．13.593

d2??s???g解：(1) 由 ut?

18?得 d?18?ut

??s???gd所以 w?da??s??a??w??s??w??a??2500?1.205??1.005?10?3?2500?998.2??1.81?10?5?9.612

22d2??s???uTuT(2) 由 ur?，Kc? ?18?RgRd2??s???得 ur??gKc，d?18?d所以 w?da18?ur

??s???gKc?13.593

??s??a??wKca??s??w??aKcw??2500?1.205??1.005?10?3?2?2500?998.2??1.81?10?5?15、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.81?10-5Pa?s。则 (1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B ?10-5m。

A．3.639 B．4.639 C．5.639 D．6.639 (2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C ?10-3m。

A．1.024 B．1.124 C．1.224 D．1.324

dut?解：(1) 由 Re?

?得 ut??Re d? 11

d2??s???g而 ut?

18?所以 d?3?518?2Re18?1.81?10?1?3?4.639?10?5m

???s???g1.205??5000?1.205??9.807??2(2) 由 ut?1.74d??s???g??

得 1.74d??s???g??Re d? 所以

d??s???g??2Re2 ?1.742d2?22?52???2Re2d1.81?10?1000?33???1.224?10m d?3221.74???s???g1.74?1.205??5000?1.205??9.8076、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10㎡，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为2.0?10?5Pa?s，颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求：

（1）可完全回收的最小颗粒直径；

（2）如将降尘室改为多层以完全回收20?m的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。 解：（1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径：

dmin?Vs18?18?2?10?55??78.2?m

g??s???A09.81??3000?0.6?10Vs5??0.5m/s A010校核：最小颗粒的沉降速度：u0?Re?dminu??78.2?10?6?0.5?0.62?10?5??1.173?2，近似认为沉降运动处于层流区。

（2）20?m的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为78.2?m的颗粒尚能处于层流区，则20?m的颗粒沉降也一定处在层流区）：

A'0?18?Vs2g??s???d2018?2?10?55?9.81??3000?0.6?20?10?6??2?153m2

需要降尘面积为153㎡，所以降尘室应改为16层（15块隔板），实际降尘面积为160㎡。层间距为0.16m。

点评：就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出，当处理量一定时，完全分离出更小的的粒径就必须扩

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大降尘室的底面积，这是通过多层结构来实现的。

7、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4 m，沿沉降室高度的中间加一层隔板，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。烟气温度为150℃，沉降室烟气流量12500m3标准）/ h，试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。

已知ρ尘粒 = 1600 kg/m3，ρ烟气 = 1.29 kg/m，μ烟气 = 0.0225cp 解：

设沉降在滞流状态下进行，Re ＜1，且因 ρ尘粒>>ρ烟气，故斯托克斯公式可简化为：

u0 = d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气

= (35×10-6)2×1600×9.81/ (18×2.25×10-5) = 0.0474 m/s

检验：Re = d尘粒u0ρ烟气/μ烟气

= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5) = 0.095＜1

故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为： θ沉降 = 2/0.0474 = 42.2s

又，烟气流速u = [(12500/(4×6×3600))×[（273+150）/273] = 0.224 m/s

烟气在沉降室内停留时间：θ停留 = 11/0.224 = 49.1s 即θ停留＞θ沉降

∴35mm以上尘粒可在该室沉降

8、相对密度7.9，直径2.5 mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。 解：

设沉降以滞流状态进行，则： μ油品 = d钢球2 (ρ钢球-ρ油品)g/(18 u钢球)

= (0.0025)2×(7900-900)×9.81/(18×0.005) = 4.77Pa?s

验算：Re = d钢球u钢球ρ油品/μ油品 = 0.0025×0.005×900/4.77 = 2.36×10-3 ＜1 假设正确

9、直径为30?m的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度.

3??1CP??1000kg/m 20℃的水:, 气体的密度为1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)

解: ∵ ∴

(???水)g?(???气)g1.6

(??1000)g?(??1.2)g1.6

3??2665kg/ms 解得：

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设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:

d2(?s??1)g(30?10?6)2(2665?1000)?9.81u01???8.17?10?4m/s?318?118?10

? 校核：

假设正确.

则此颗粒在气体中的沉降速度为 u02?88u01?88?0.0245?2.16m/s

Re1?du01?30?10?6?8.17?10?4?1000??0.0245?310＜1

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