化工原理第五章颗粒的沉降和流态化Word格式.docx
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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。
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。
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。
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。
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。
57
9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据
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。
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_。
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。
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。
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<
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<
Rep<
2X105形体曳力占重要地位，表面曳力可忽略。
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
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：
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）
（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
°
.°
3mPas。
尘粒密度s4300kg/m，试求理论上能
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。
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。
（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
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：
u0=d尘粒p尘粒g/18卩烟气
=（35X10-6）2X1600X9.81/（18X2.25X10-5）
Re=d尘粒U0p烟气/卩烟气
=35X10-6X0.0474X1.29/（2.25X10-5）
=0.095V1
0沉降=2/0.0474=42.2s
又，烟气流速u=[（12500/（4X6X3600））X[（273+150）/273]
0停留=11/0.224=49.1s
即0停留＞0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。
设沉降以滞流状态进行，贝
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：
1CP1000kg/m3
J
气体的密度为
1.2kg/m（有效重量指重力减浮力）
「j水）g
（3气）g
（了1000）g
O'
1.2）g
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
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