完整版化工原理第五章颗粒的沉降和流态化.docx
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完整版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7800kg/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）。
A4000mPa·s；B40mPa·s；C33.82Pa·s；D3382
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．230m；B。
1/23m；C。
30m；D。
230m
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
1
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d,
u,r,μ有关Ｂ只与d，
，u，r有关
p
p
T
，
p
p
T
，
有关
Ｃ只与dp，p，T，
r
g
有关Ｄ只与p
，
p
T
k
u
d
，u，r
（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uTm/s，气体通过降
尘室的水平流速为um/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：
____。
AL/u＜H/uLBL/uT＜H/u
CL/uT≥H/uDL/u≥H/uTD
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
3
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
3
3600m/h，沉降室长、宽、高尺寸
为L
bH=53
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0.02m/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
0.4m,
切向速度为15m/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=。
u
2
/gR（或u/u）
T
rt
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。
21/2
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
大；
____________。
，小
gr
g
27．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＝_________________________。
rω2/g或u2/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
5
33．选择（或设计）旋风分离器时要依据______________、_____________和
_______________。
含尘气体流量要求的分离效率允许的压强降；
34．流化床中出现的不正常现象有____________和_____________。
腾涌沟流
35．床层空隙率的定义是：
ε＝______________________________（用文字表达）。
时所受
的阻力（曳力）由两部分构成，即_____________和_______________。
ε=（床层体积－颗
粒所占体积）/床层体积，表面阻力（表面曳力），形体阻力（形体曳力）
35.含细小颗粒的气流在降尘室内除去小粒子（沉降在斯托克斯区）,正常情况下能100%除去
50m的粒子，现气体处理量增大一倍，原降尘室能100%除去的最小粒径为__D____。
gdp
2（p
）
ut
18
A2
×50
mB（1/2）×50mC50mD2×50m
36.气体通过流化床的压降，在空塔（空床）速度u增加时，__D______。
P流m（p）g
Ap
A与u成平方关系增加B与u成1.75次方关系增加C与u成正比D与u无关
三．问答题
1998--流化床的压降与哪些因素有关
m（p）g
Ap
流化床的压降等于单位界面床内固体的表观重量（即重量浮力），它与气速无关而始终保持定值。
1998--斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何？
应用的前提是什么？
颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计？
utd2（p
）g/（18）
Re<2
颗粒dp很小，ut很小
1999-2007-因某种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高，若气体质量及含尘情况不变，降尘室出口气体的含尘量将有何变化？
原因何在？
含尘量升高。
原因：
①气体黏度随温度升高而增加，沉降速度减小，沉降时间增加；②温度升高，密度变小，气体质量不变则体积流量增加，停留时间减少。
2000--评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个？
①分离效率；
6
②气体经过旋风器的压降
2001--简述旋风分离器性能指标中分割直径dpc的概念
通常指经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径
2002--什么是颗粒的自由沉降速度
当小颗粒在静止气流中降落时，随降落速度的增加，颗粒与空气的摩擦阻力相应增大，当阻力增大到等于重力与浮力之差时，颗粒所受合力为零，加速度为零，此后颗粒即以加速度为零时的瞬时速度等速降落，此时颗粒的降落速度称为自由沉降速度（Ut）
2003--实际流化现象有哪两种，通常各自发生于什么系统散式流化，发生于液-固系统；
聚式流化，发生于气-固系统
2004--何谓流化床层的内生不稳定性，如何抑制（提高流化质量的常用措施）？
床内某局部区域空穴的恶性循环。
增加分布板阻力；加内部构件；采用用小直径宽分布的颗粒；采用细颗粒高气速的流化床
2005--对于非球形颗粒，当沉降处于斯托克斯定律区时，试写出颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式
18ut
de
）g
（p
2006--气体中含有1～2微米直径的固体颗粒，应选用哪一种气固分离方法？
采用袋滤器
指导②—除去液体中混杂的固体颗粒一般可采用什么方法，需要用到什么设备
沉降、过滤、离心分离
沉降槽、过滤机、离心机
注：
液固分离最常规方法是过滤。
颗粒直径小于1-2微米的分离问题属于困难
问题。
对于这类问题①采用絮凝等特殊方法②采用离心沉降；更小的颗粒需要
采用管式高速离心机；反之较大的颗粒可采用重力沉降或旋流分离器。
气固分离最常规方法是旋风分离。
一般能分离5-10微米，良好可达2微米。
更小的属较难分离，需要采用袋滤器；更细的颗粒需采用电除尘器。
1-曳力系数是如何定义的？
它与哪些因素有关？
FD/（Apu2/2）
与Rep=dpu/、有关
2-重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关？
降尘室的高度是否影响气体处理量？
7
沉降室底面积和沉降速度
不影响。
高度小会使停留时间短，但沉降距离也短了
3-为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的？
锥底为何须有良好的
密封？
低负荷时，没有足够的离心力
锥底往往负压，若不密封会漏入气体且将颗粒带起
4-广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么？
狭义流态化指操作气速u小于ut的流化床，
广义流化床则包括流化床，载流床和气力输送
5-气力输送有哪些主要优点？
系统可密闭；输送管线设置比铺设道路更方便；设备紧凑，易连续化、自动化；同时可进行其他单元操作
6-表面曳力，形体曳力
剪力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分，得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合
压力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分，得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合
7-牛顿区
500曳力系数不再随Rep
而变（0.44），曳力与流速的平方成正比，即服从平方定律
8-离心分离因数
同一颗粒所受离心力与重力之比，反映离心分离设备性能的重要指标
r2u2
ggr
9-总效率0
被除下的颗粒占气体进口总的颗粒的质量分率，不能准确地代表旋风分离器的分离性能
10-流化床的特点
优点：
很易获得均匀的温度；恒定的压降
缺点：
不均匀的接触，对实际过程不利，可能导致腾涌或节涌，和沟流
三、计算题
8
1、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4m，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（标准状态）/h，试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。
已知ρ尘粒=1600kg/m3，ρ烟气=1.29kg/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：
u=d
尘粒
ρg/18μ
0
2
尘粒
烟气
-6
2
-5
=（3510
）××1600×9.81/（18
2×.25×10）
=0.0474m/s
检验：
Re=d尘粒u0ρ烟气/μ烟气
-6-5
=3510×0.0474××1.29/（2.2510×）
=0.095＜2
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/（46××3600））×[（273+150）/273]
=0.224m/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
2、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，矿尘密度s3000kg/m3，炉气密度0.5kg/m3，粘度0.035mPa.s，现要
除去炉气中10m以上的颗粒，试求：
（1）为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？
（2）每小时最多可送入炉气若干？
（3）若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？
9
u
d2（
）g
解：
（1）设沉降区为滞流，则
18
因为
s
则
（10
10
6）2
3000
9.81
4.67
mm/s
u0
18
0.035
10
3
Re0
du0
10
106
4.67
103
0.5
6.6710
4
1
0.035
103
假设正确
由降尘室的分离条件，有
uu
0
L
4.6
103
6
0.28m/s
H
0.1
（2）V
20Au
20
6
3
4.67
103
3600=6052.3m3/h
（3）V
Au0
63
4.67
103
3600
302.6m3/h
可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。
3、一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体
中的球形固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为
36000m3/h，气体密度
0.9kg/m3
粘度
0.03mPa
s。
尘粒密度s
4300kg/m3
，试求理论上能
100%除去的最小颗粒直径。
解：
降尘室总面积
A
20
53300m2
生产能力的计算式为
q
Au
注意式中u0为能
100%除去的最小颗粒的沉降速度，而
A应为总沉降面
积。
解出
q
u
A
36000/3600
300
0.033m/s
设沉降区为层流，则有
d2
（
）g
u0
18
d
18
u0
（
）g
18
0.03
103
0.033
2.06
105m
（4300
0.9）
9.81
=
10
d
u
p
2.06105
0.0330.9
0.02
1
验算Re0=
u
=
0.03
103
故假设正确
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
1.00510-
3
，空气的密度为
3，空气的粘度为1.8110
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