化工原理第五章颗粒的沉降和流态化.docx
《化工原理第五章颗粒的沉降和流态化.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理第五章颗粒的沉降和流态化.docx(16页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
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20C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30ym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。
A230m.B。
1/23m.c30m.d230m
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滁去的最小颗粒的
沉降速度;
C•降尘室长度和能100%^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
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
E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
E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,卩有关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
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
E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5卩〜50卩的粒子。
除尘效率小于75%,宜选
用0
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0
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:
o
AL/uvH/ulBL/utvH/u
CL/ut申/uDL/u^H/utD
18、粒子沉降受到的流体阻力o
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o
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
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3600mVh,沉降室长、宽、高尺寸
为LbH=532,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
&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12卩m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,其分离因数心为。
答案:
57
9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据
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20C升至
50C,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
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方成正比;在牛顿区,
颗粒的沉降速度与颗粒直径的方成正比。
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m3.s。
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
22
ur,,
,小大;
grg
27.颗粒的球形度(形状系数)的定义式为:
w=;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pp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禾口U2,贝UU1/U2=。
[(pp-pH2o)/卩H2o]x[卩
air/(pp-pair)]
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=。
rw/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
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:
&=(用文字表达)。
时所受
的阻力(曳力)由两部分构成,即和。
&=(床层体积一颗
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)
50m的粒子,现气体处理量增大一倍,原降尘室能
gdp2(p)
ut18
A2X50mB(1/2)X50mC50
36.气体通过流化床的压降,在空塔(空床)
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
100%除去的最小粒径为D。
mD2X50m
速度u增加时,_D
P流卩(p)gAp
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
)g
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;
2气体经过旋风器的压降
2001--®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
门I18ut
de、
Vp)g
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②一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?
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圭寸?
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(°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
22
ru
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
1、某一锅炉房的烟气沉降室,长、宽、高分别为11X6X4m,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150C,
沉降室烟气流量12500m3(标准状态)/h,试核算沿降室能否沉降35卩m以上的尘粒。
已知P尘粒=1600kg/m3,p烟气=1.29kg/m,卩烟气=0.0225cp
解:
设沉降在滞流状态下进行,Rev1,且因p尘粒>>p烟气,故斯托克斯公式可简化为:
2
u0=d尘粒p尘粒g/18妙气
=(3510-6)艮X1600081/(182.送5沐0-5)
=0.0474m/s
检验:
Re=d尘粒U0p烟气/闕气
=3510-6>0.04741.29/(2.2510-5)
=0.095V2
故采用计算式正确,则35mm以上粒子的沉降时间为:
B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:
B停留=11/0.224=49.1s
即B停留>B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/m,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?
(4)
解:
(1)设沉降区为滞流,则
因为s则
由降尘室的分离条件,有
L
uu0H
4.61036
0.28m/s
0.1
⑵V
20Au。
20634.671033600=60523m3/h
(3)V
Au°634.671033600302.6m3/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
3
0.9kg/m3粘度
3
°.°3mPas。
尘粒密度s4300kg/m,试求理论上能
2
中的球形固体颗粒,操作条件下含尘气体的流量为36000m/h,气体密度
100%除去的最小颗粒直径。
解:
降尘室总面积A2053300m
生产能力的计算式为q「Au
A应为总沉降面
注意式中U0为能100%除去的最小颗粒的沉降速度,而积。
解出
设沉降区为层流,则有
d市1(丁)g
18
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-
3Pas,空气的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为1.8110-5Pas。
(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.8.612B.9.612C.10.612D.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。
D.13.593
A.10.593B.11.593C.12.593
18Ut
5、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1.8110-5Pas。
则
(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为且10-5m。
A.3.639B.4.639C.5.639D.6.639
⑵在湍流区沉降的最小颗粒直径为_C10-3m。
A.1.024B.1.124C.1.224D.1.324
解:
(1)由Re
Re
Ut
d2
5_18
52
181.811015
4.63910m1.20550001.2059.807
ut1.74
1.74
dsgRe
2Re2
所以
J2「811°5100021.224103m
1.7421.20550001.2059.807
6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10卅,高
1.6m。
操作条件下气体密度为0.5kg/m3,粘度为2.0105Pas,颗粒密度为3000kg/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20m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:
A'02
gsd209.8130000.62010
需要降尘面积为153卅,所以降尘室应改为16层(15块隔板),实际降尘面积为160川。
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
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11x6X4m,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150C,沉降室烟气流量12500m3标准)/h,试核算沿降室能否沉降35卩m以上的尘粒。
已知P尘粒=1600kg/m3,P烟气=1.29kg/m,卩烟气=0.0225cp
解:
设沉降在滞流状态下进行,Rev1,且因p尘粒>>p烟气,故斯托克斯公式可简化为:
2
u0=d尘粒p尘粒g/18卩烟气
=(35X10-6)2X1600X9.81/(18X2.25X10-5)
=0.0474m/s
检验:
Re=d尘粒U0p烟气/卩烟气
=35X10-6X0.0474X1.29/(2.25X10-5)
=0.095V1
故采用计算式正确,则35mm以上粒子的沉降时间为:
0沉降=2/0.0474=42.2s
又,烟气流速u=[(12500/(4X6X3600))X[(273+150)/273]
=0.224m/s
烟气在沉降室内停留时间:
0停留=11/0.224=49.1s
即0停留>0沉降
35mm以上尘粒可在该室沉降
8、相对密度7.9,直径2.5mm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,贝
2
卩油品=d钢球(p钢球-p油品)g/(18u钢球)
=(0.0025)2X(7900-900)X9.81/(18X0.005)
=4.77Pa?
s
验算:
Re=d钢球u钢球p油品/卩油品
=0.00250.005X00/4.77
=2.36X10-3v1假设正确
9、直径为30m的球形颗粒,于大气压及20r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.
20r的水:
3
1CP1000kg/m3
J
气体的密度为
1.2kg/m(有效重量指重力减浮力)
解:
「j水)g
(3气)g
1.6
(了1000)g
O'1.2)g
1.6
解得:
s2665kg/m
设球形颗粒在水中的沉降为层流,则在水中沉降速度
』虫(30IO6)"2665/000)9818.l7104m/s
18118103
du01301068.171041000
Re10130.0245
校核:
10v1
假设正确.
则此颗粒在气体中的沉降速度为
U0288U01880.02452.16m/s