环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答2流体与固体颗粒分离

第二章流体与固体颗粒分离1、简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。答：沉降发生的前提条件是：分散相和连续相之间存在密度差，同时存在外力场的作用，以造成两相的相对运动。实现沉降操作的作用力可以分为重力或离心力，因此，沉降过程有重力沉降和离心沉降两种方式。2、简要说明环境工程领域哪些处理单元涉及沉降分离过程答：在环境工程领域，涉及沉降分离过程的处理单元主要有：(1)含尘气体的净化抽排的气体在工业生产中，有许多气体需要向大气排放，这些气体中，有许多含有固体颗粒，如烟道气，能产生灰尘的生产车间抽排的气体。含尘气体在排向大气前应进行净化，即进行气－固分离，或称为除尘。(2)废水中固体颗粒的去除在工业生产、人类生活、废水治理过程中排出的废水有相当一部分都含有一定量的固体颗粒，应把这些废水中的固体颗粒去除，废水才能进一步利用或排放，这就需要应用非均相分离技术。(3)回收可利用的物质工业生产中，常有许多固体颗粒分散在气体或液体中，往往需要将其中一相去除而回收另一相，如酿造废水中的糟渣的回收和在利用。(4)应用流态化技术加快反应速度不仅非均相物系分离涉及到颗粒与流体间的相对运动问题，在环境治理中的化学或生化反应中，有时也涉及到颗粒与流体相对运动的问题。在含有固体颗粒的反应中，为了增加流体与固体表面的接触机会，以加快反应速度，让流体通过固体颗粒床层，利用流体的流动将固体颗粒悬浮在流体中，以增加反应物质的接触概率。3、颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力？影响颗粒的表面曳力和形体曳力4、不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么？(1)层流区或斯托克斯(Stokes)定律区表皮阻力占主导地位，不发生边界层分离。(2)过渡区或艾仑(Allen)定律区开始发生边界层分离，使得颗粒后部形成旋涡—尾流。尾流区压强低，从而导致形体阻力增大。(3)湍流区或牛顿(Newton)定律区形体阻力占主导地位，表皮阻力可以忽略。5、颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力，怎样影响？答：由于而所以影响颗粒所受到的阻力，主要包括如下几个方面：(1)颗粒特性：颗粒密度、尺寸、及形状；(2)流体性质：主要指流体的密度和粘度。6、简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。7、层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响？根据层流区的重力沉降速度公式，可以看到，沉降速度主要和流体的粘度以及密度相关。8、影响层流区和湍流区颗粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？层流区：湍流区：2;6;62d3bs3guAFgdFgdF　阻力　　浮力　重力　18)(2gdust)(RetfttRedu22duAF阻力　tRe24ttRedu44.0由上式可知：在层流区，由流体粘度引起的表面摩擦力占主要地位，流体粘度与阻力系数成正比；在湍流区，流体粘性对沉降速度已无影响，由流体在颗粒后半部出现的边界层分离所引起的形体阻力占主要地位。9、流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？答：通常，但颗粒在液体中沉降时，升温使液体粘度下降，可提高沉降速度。对气体，升高温度，粘度增大，不利于沉降10、滤饼过滤的过滤阻力由哪些部分组成？答：滤饼过滤的阻力包括流体通过滤饼所受到的阻力以及流体通过过滤介质受到的阻力，其中占起主导作用的是滤饼阻力。11、滤饼过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如何表示？答：过滤速度＝推动力/阻力也即：rLpAddVc12、过滤常数有哪些，与哪些因素有关？答：恒压过滤常数有K、qe、ɵe故K是由物料特性以及过滤压强差所决定的。过滤介质常数qe、ɵe，则是反映过滤介质阻力大小的常数，只是和过滤介质的特性相关。13、滤饼比阻与哪些因素有关？比阻：322)1(5ar比阻与颗粒形状、尺寸及床层空隙率等因素有关14、用什么方式可以表示过滤介质的阻力？rkpkKs'1)(21其中用一层厚度为Le的滤饼代替过滤介质，就用这一虚拟的滤饼的阻力代替过滤介质的阻力。emmmrLpRpAddVerLrL总阻力：mLmLe滤饼厚度，，度，或称虚拟滤饼厚度过滤介质的当量滤饼厚15、恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？恒压过滤：在恒定压强差下进行过滤，随着过滤的进行，滤饼厚度增大，过滤速率降低。恒速过滤：维持过滤速度恒定的过滤方式，需要不断加大过滤推动力(提高压强),以适应过滤阻力增加而维持恒速的需要。16、如何通过实验测定过滤常数？答：实验测定过滤常数可通过下面实验步骤测定：(1)连续测定和q，算出一系列及对应q(2)/q~q作图，直线斜率=2/K，截距=2qe/K(3)再由(qe)2＝Ke，可算出e。17、洗涤过程和过滤过程有什么关系？答：滤饼洗涤的目的：回收滞留于颗粒缝隙中的滤液，或除去滤饼中的可溶性杂质，以净化固体产品。18、分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素。答：单层降尘室的生产能力：tsbluV生产能力只与沉降面积bl和颗粒的沉降速度ut有关，与降尘室高度H无关。19、通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性参数，请你设计一些测定方法。答：根据颗粒沉降原理，可测定液体的粘度。在一个透明的玻璃容器内用落球法测定液体的粘度：透明玻璃容器内盛满待测液体，让小球在待测液体中下落，测定一定时间内小球下落的距离，便可求得液体的粘度。20、比较离心沉降和重力沉降的主要区别。答：在惯性离心力场中进行的沉降称为离心沉降。相对两相密度差较小、颗粒密度较细的非均相物系，离心沉降可大大提高沉降速度。而重力沉降则是在重力场中进行的沉降过程。21、同一颗粒的重力沉降和离心沉降速度的关系如何？答：速度之比的平方等于场强度平方之比22、简要说明旋风分离器的主要分离性能指标。答：(1)临界直径：理论上能被旋风分离器分离下来的昀小颗粒直径smumkgNmBsPamduNBdisecisec/:;/::;:;.:;:93进口气速，固体颗粒密度，效旋转圈数；气流在旋风分离器内的旋风分离器进口宽度，气体粘度，临界直径，　　　　(2)分离效率32311210/:;/:mgCmgCCCC尘浓度，旋风分离器出口气体含尘浓度，旋风分离器进口气体含　　　　　　(3)压强降0.822离器力系数，对标准旋风分是比例系数，亦称为阻　　　　　　iupts218)(ugd23、在设计旋风分离器时主要计算哪些部位的尺寸，为什么？答：对于旋风分离器来说，各部分的结构尺寸与主筒体的直径D有关，也就是说，只要计算出主筒体的直径D，其它各部分的尺寸也就确定了。24、若分别采用下列各项措施，请分析转鼓真空过滤机的生产能力将如何变化。忽略滤布阻力，滤饼不可压缩。(1)转鼓尺寸按比例增大50%;直径增大50%，长度增大50%，面积增大到原来的2.25×1.5倍，生产能力增大到3.375倍(2)转鼓浸没度增大50%;5.1=1.225(3)操作真空度增大50%;压力增大到1.5倍，K增大到1.5倍，生产能力增大到5.1=1.225(4)转速增大50%;5.1=1.225(5)悬浮液浓度由10%增至50%，已知滤饼中固相体积分数为60%;单位滤液得到的滤饼增大到5倍，K变为原来的1/5，生产能力降低到原来的2.0(6)升温，使滤液粘度减小50%。K增大一倍，生产能力增加到2倍25、在环境工程领域有哪些离心沉降过程？旋风颗粒除尘旋液分离器26、间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同点是什么？答：对于间歇式过滤机和连续式过滤机来说，它们的过滤原理是一样的。但是，间歇式过滤机与连续式过滤机相比，它们的结构不同，物料的流经路径不同，操作过程不同。连续式过滤机往往能节省人力，但是机械结构复杂，运行成本高。27、在环境工程领域常用哪些过滤设备？答：板框压滤机、叶滤机、转鼓真空过滤机、带式过滤机等。28、何为流态化技术？提高流化质量的措施有哪些？答：固体流态化是指将大量固体颗粒悬浮于流动的流体之中，并在流体作用下使颗粒作翻滚运动，类似于液体的沸腾状态。借助于固体的流态化来实现某种处理过程的技术，称为流态化技术。29、以间歇过滤机恒压处理某种悬浮液，若滤布阻力可忽略，洗水体积与滤液体积之比为a，试分析洗涤时间与过滤时间的关系。答：滤液体积设为V，洗涤水体积为aV过滤时，V2=KA2tt=V2/KA2洗涤时，T=aV/(dV/dt)=aV×/(8V/KA2)=8at,洗涤时间为过滤时间的8a倍（板框），叶滤机为2a倍。