第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化

1、第三章 機(jī)械分離和固體流態(tài)化1. 取顆粒試樣500 g，作篩分分析，所用篩號及篩孔尺寸見本題附表中第1、2列，篩析后稱取各號篩面上的顆粒截留量列于本題附表中第3列，試求顆粒群的平均直徑。習(xí)題1附表篩號篩孔尺寸/mm截留量/g篩號篩孔尺寸/mm截留量/E101.6510660.20860.0141.16820.01000.14730.0200.83340.01500.10415.0280.58980.02000.07410.0350.41713.02700.0535.0480.29511.0共計500解：顆粒平均直徑的計算由 (1/mm)由此可知，顆粒群的平均直徑為da=0.345 mm.2.

2、密度為2650 kg/m3的球形石英顆粒在20 空氣中自由沉降，計算服從斯托克斯公式的最大顆粒直徑及服從牛頓公式的最小顆粒直徑。解： 時，對應(yīng)牛頓公式，K的下限為69.1，斯脫克斯區(qū)K的上限為2.62那么，斯脫克斯區(qū)：3. 在底面積為40 m2的除塵室內(nèi)回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600 m3/h，固體的密度，操作條件下氣體的密度，黏度為2×10-5 Pa·s。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。解：同P151.例3-3在降塵室中能被完全分離除去的最小顆粒的沉降速度ut，則 假設(shè)沉降在滯流區(qū)，用斯托克斯公式求算最小顆粒直徑。核算沉降流型：假設(shè)合理。求得的最小粒

3、徑有效。4. 用一多層降塵室除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為8，密度為4000 kg/m3。除塵室長4.1 m、寬1.8 m、高4.2 m，氣體溫度為427，黏度為3.4×10-5 Pa·s，密度為0.5 kg/m3。若每小時的爐氣量為2160標(biāo)準(zhǔn)m3，試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：由氣體的狀態(tài)方程有則氣體的流量為假設(shè)沉降發(fā)生在滯流區(qū)，用斯托克斯公式求最小粒徑：核算沉降流型：假設(shè)合理。求得的最小粒徑有效。由以上的計算可知：粒徑為8 的顆粒沉降必定發(fā)生在滯流區(qū)。用斯托克斯公式求沉降速度：層數(shù) 取為51層板間距核算氣體在多層降塵室中的流型。當(dāng)量直徑(對降塵室) 氣體在降塵

4、室中的流動為層流流動。設(shè)計合理。5. 已知含塵氣體中塵粒的密度為2300 kg/m3，氣體流量為1000 m3/h、黏度為3.6×10-5 Pa·s、密度為0.674 kg/m3，采用如圖3-7所示的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵。若分離器圓筒直徑為0.4 m，試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓強(qiáng)降。解：對標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，已知D=0.4 m，B=D/4=0.1 m，h=D/2=0.2 m。氣體流速為臨界粒徑壓強(qiáng)降所以，臨界粒徑，分割粒徑，壓強(qiáng)降6. 某旋風(fēng)分離器出口氣體含塵量為0.7×10-3 kg/標(biāo)準(zhǔn)m3，氣體流量為5000標(biāo)準(zhǔn)m3/h，每小時捕集下來的灰塵量為21.

5、5 kg。出口氣體中的灰塵粒度分布及捕集下來的灰塵粒度分布測定結(jié)果列于本題附表中。習(xí)題6附表1粒徑范圍/055101020203030404050>50在出口灰塵中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%16252920721在搜集的灰塵中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%4.41126.62018.711.33解：(1) 除塵總效率出口氣體中塵粒的質(zhì)量流量為進(jìn)口氣體中塵粒的質(zhì)量流量為所以，即86% (2) 粒級效率曲線根據(jù)附表的數(shù)據(jù)求得粒級效率值如本題附表所示習(xí)題6附表1粒徑范圍055101020203030404050>50平均粒徑2.57.51525354550(%，質(zhì)量)16252920721(%，質(zhì)量)4.411

6、26.62018.711.380.560.8751.0150.700.2450.070.0350.9462.3655.7204.34.022.431.720.630.730.8500.860.9430.9720.98根據(jù)的數(shù)據(jù)繪制粒級效率曲線如附圖所示習(xí)題6附圖7. 在實驗室用一片過濾面積為0.1 m2的濾葉對某種顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實驗，濾葉內(nèi)部真空度為500 mmHg。過濾5 min得濾液1 L，又過濾5 min得濾液0.6 L。若再過濾5 min，可再得濾液多少?解：由過濾基本方程：，代入數(shù)據(jù)有：解得：當(dāng)時，解得，8. 以小型板框壓濾機(jī)對碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實驗，測得數(shù)

7、據(jù)列于本題附表中。已知過濾面積為0.093 m2，試求：(1) 過濾壓強(qiáng)差為103.0 kPa時的過濾常數(shù)K、qe及；(2) 濾餅的壓縮性指數(shù)s；(3) 若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強(qiáng)差為196.2 kPa時的過濾方程式。習(xí)題8附表過濾壓強(qiáng)差kPa過濾時間濾液體積Vsm3103.0502.27×lO-36609.1O×10-3343.417.12.27×10-32339.1O×l0-3解：(1) 下，同理可以求出343.4kPa下的過濾常數(shù)：(2) 由得(3) 常數(shù)，所以，以103kPa下的數(shù)值為基準(zhǔn)，得到于是得到1962.kPa下的過濾方程式為

8、9. 在實驗室中用一個每邊長0.162 m的小型濾框?qū)aCO3顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實驗。料漿溫度為19 ，其中CaCO3固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0723。測得每1 m3濾餅烘干后的質(zhì)量為l062 kg。在過濾壓強(qiáng)差為275800 Pa時所得的數(shù)據(jù)列于本題附表中。習(xí)題9附表過濾時間1.84.27.511.215.420.526.733.441.048.857.767.277.388.7濾液體積V/L0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8試求過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積Ve，濾餅的比阻r，濾餅的空隙率及濾餅顆粒的比表面積。已知CaCO3顆粒的密度為293

9、0 kg/m3，其形狀可視為圓球。解： 由恒壓過濾方程式可得，也可寫作對題給的數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以對V作圖，據(jù)圖可求得有關(guān)參數(shù)000.21.81.89.00.44.22.412.00.67.53.316.50.811.23.718.51.015.44.221.01.220.55.125.51.426.76.231.01.633.46.733.51.841.07.638.02.048.87.839.02.257.78.944.52.467.29.547.52.677.310.150.52.888.711.457習(xí)題9附圖5.9s/LV/L斜率=18.25s/L2由圖得知：直線斜率直線的截距即，則，

10、 ，設(shè)濾餅與濾液的體積比是，并以1 m3濾液為基準(zhǔn)做固相的物料衡算，得解則濾餅的比阻為10. 用一臺BMS5O/810-25型板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，懸浮液中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.139，固相密度為2200 kg/m3，液相為水。每1 m3濾餅中含500 kg水，其余全為固相。已知操作條件下的過濾常數(shù)K=2.72×10-5 m2/s，qe=3.45×10-3 m3/m2。濾框尺寸為810 mm×810 mm×25 mm，共38個框。試求：(1) 過濾至濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時間及所得的濾液體積；(2) 過濾完畢用0.8 m3清水洗滌濾餅，求洗滌時間。洗水溫

11、度及表壓與濾漿的相同。解：(1) 過濾面積為：濾框總?cè)莘e 設(shè)1 m3的濾餅中含固相x kg，那么則 濾餅中對應(yīng)的濾液量：當(dāng)濾框全部充滿時，其濾液體積：過濾終了時，單位面積上的濾液量則該體系的恒壓過濾方程為：得： （前已知）(2). 洗滌時間：11. 用葉濾機(jī)處理某種懸浮液，先以等速過濾20 min，得濾液2 m3。隨即保持當(dāng)時的壓強(qiáng)差再過濾40 min，問共得濾液多少(m3)?若該葉濾機(jī)每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需20 min，求濾液日產(chǎn)量。濾布阻力可以忽略。解： 在恒速階段在恒壓過程生產(chǎn)能力： 12. 在3×105 Pa的壓強(qiáng)差下對鈦白粉在水中的懸浮液進(jìn)行過濾實驗，測得過濾常數(shù)

12、K=5×10-5 m2/s、qe=0.0l m3/m2，又測得濾餅體積與濾液體積之比=0.08。現(xiàn)擬用有38個框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)處理此料漿，過濾推動力及所用濾布也與實驗用的相同。試求：(1) 過濾至框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時間；(2) 過濾完畢，以相當(dāng)于濾液量1/10的清水進(jìn)行洗滌，求洗滌時間；(3) 若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15 min，求每臺過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 (以每小時平均可得多少(m3)濾餅計)。解： 板框過濾機(jī)的總?cè)莘e為 其對應(yīng)的濾液體積為：過濾終了時的濾液量： 恒壓過濾方程：代入上式解得：過濾時間 其中：洗滌時，清水體積為：則有恒壓過濾方程有：

13、 可知：其過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積： 那么洗滌時間為 生產(chǎn)能力 13. 某懸浮液中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.3%，固相密度為3000 kg/m3，液相為水。在一小型壓濾機(jī)中測得此懸浮液的物料特性常數(shù)k=1.1×104 m2(s·atm)，濾餅的空隙率為40%。現(xiàn)采用一臺GB-1.75型轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)(此過濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑為1.75 m，長度為0.98 m，過濾面積為5 m2，浸沒角度為120º)，轉(zhuǎn)速為0.5 r/min，操作真空度為80.0 kPa。已知濾餅不可壓縮，過濾介質(zhì)阻力可以忽略。試求此過濾機(jī)的生產(chǎn)能力及濾餅厚度。解： 濾餅不可壓縮，s=0，不計過濾介質(zhì)阻力，。成產(chǎn)能力：過濾常數(shù)：對應(yīng)的濾餅的量為：為濾餅與濾液體積比。取為0.0583）濾餅厚度 14. 用板框過濾機(jī)在恒壓差下過濾某種懸浮液，濾框邊長為0.65 m，己測得操作條件下的有關(guān)參數(shù)為：k=6×10-5 m3/h、qe=0.0l m3/m2、=0.1 m3/m3濾液。濾餅不要求洗滌，其他輔助時間為20 min，要求過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為9 m3/h，試計算：(1) 至少需要幾個濾框? (2) 框的厚度L。 解：15. 已知苯酐生產(chǎn)的催化劑用量為37400