第五章机械分离和固体流态化

1第三章机械分离和固体流态化1.取颗粒试样500g，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。习题1附表筛号筛孔尺寸/mm截留量/g筛号筛孔尺寸/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共计500解：颗粒平均直径的计算由11iaiGddG2204080130110(5001.6511.1681.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053）2.905(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为da=0.345mm.2.密度为2650kg/m3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。解：20C时，351.205/,1.8110kgmPas空气对应牛顿公式，K的下限为69.1，斯脱克斯区K的上限为2.62那么，斯脱克斯区：max335222.6257.4()1.205(26501.205)9.81(1.8110)sKdmg2min35269.115131.205(26501.205)9.81(1.8110)dm3.在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3/h，固体的密度3/3000mkg，操作条件下气体的密度3/06.1mkg，黏度为2×10-5Pa·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。解：同P151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度ut，则36000.025/4003600stVumsbl假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。5min18182100.02517.5()(30001.06)9.81tsudumg核算沉降流型：6min517.5100.0251.06R0.0231210tetdu假设合理。求得的最小粒径有效。4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m，密度为4000kg/m3。除尘室长4.1m、宽1.8m、高4.2m，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5Pa·s，密度为0.5kg/m3。若每小时的炉气量为2160标准m3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：由气体的状态方程PVnRT有''ssTVVT则气体的流量为'342727321601.54/2733600sVms1.540.2034/1.84.2stVumsbH假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。5min18183.4100.20857.02()(40000.5)9.81sutdmg核算沉降流型：6mine557.02100.2080.5R0.17413.410ttdu3假设合理。求得的最小粒径有效。由以上的计算可知。粒径为8m的颗粒沉降必定发生在滞流区。用斯托克斯公式求沉降速度26235()(810)(40000.5)9.814.110/18183.410stdgums层数31.5450.91.84.14.110stVnblu取为51层。板间距/(1)4.2/(511)80.8hHnmm核算气体在多层降尘室中的流型。/()1.54/(1.84.1)0.208/suVblms当量直径(对降尘室)41.80.0814/2()0.1542(1.80.081)edbhbhm5eR/0.1540.2080.5/(3.410)471.06edu气体在降尘室中的流动为层流流动。设计合理。5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3,气体流量为1000m3/h、黏度为3.6×10-5Pa·s、密度为0.674kg/m3，采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。解：对标准型旋风分离器，已知D=0.4m，B=D/4=0.1m，h=D/2=0.2m。气体流速为1000/1000/(3600)13.89/36000.10.2isuVABhms临界粒径5993.6100.18.043.145230013.89cesiBdmNu5503.6100.40.270.275.73()13.89(23000.674)isDdmu压强降220.674(13.89)8.052022iupPa所以，临界粒径8.04cdm，分割粒径505.73dm，压强降520Pa6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3kg/标准m3，气体流量为5000标准m3/h，每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg。出口气体中的灰尘粒度分布及4捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。习题6附表1粒径范围/m0～55～1010～2020～3030～4040～5050在出口灰尘中的质量分数/%16252920721在搜集的灰尘中所占的质量分数/%4.41126.62018.711.33解：(1)除尘总效率出口气体中尘粒的质量流量为320.71050003.5/wkgh进口气体中尘粒的质量流量为1221.521.53.525/wwkgh所以0121.521.50.8625w，即86%(2)粒级效率曲线1121cicipici根据附表的数据求得粒级效率值如本题附表所示习题6附表1粒径范围m0~55~1010~2020~3030~4040~5050平均粒径m2.57.515253545502ix(%，质量)16252920721cix(%，质量)4.41126.62018.711.3822iwx0.560.8751.0150.700.2450.070.0352ciwx0.9462.3655.7204.34.022.431.72pi0.630.730.8500.860.9430.9720.985根据~mipid的数据绘制粒级效率曲线如附图所示7.在实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，滤叶内部真空度为500mmHg。过滤5min得滤液1L,又过滤5min得滤液0.6L。若再过滤5min,可再得滤液多少?解：由过滤基本方程：22eqqqK，代入数据有：23323311()2()5600.1100.1101.61.6()2()10600.1100.110eeqKqK解得：53272710/,810/eqmmKms当15min时，25727108101560qq解得3220.02073/20.73/qmmLm，20.730.12.073VqAL2.0731.60.473VL8.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验,测得数据列于本题附表中。已知过滤面积为0.093m2，试求：(1)过滤压强差为103.0kPa时的过滤常数K、qe及e；(2)滤饼的压缩性指数s；(3)若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过习题6附图010203040506070800.00.20.40.60.81.0粒级效率dm/微米6滤压强差为196.2kPa时的过滤方程式。习题8附表过滤压强差pkPa过滤时间滤液体积Vsm3103.0502.27×lO-36609.1O×10-3343.417.12.27×10-32339.1O×l0-3解：(1)103.0kPa下，33212.2710/0.0930.0244/qmm，33229.1010/0.0930.0978/qmm52223321.57210/0.024420.0244500.097820.09786603.9110/eeeKmsqKqKqmm2325(3.9110)0.9731.57210eeqsK同理可以求出343.4kPa下的过滤常数52332'4.3610/,'3.0910/,'0.219eeKmsqmms(2)由12sKkp得5115''4.3610343.4()()0.15261.57210103ssKpsKp(3)'smeeRrLrpvq常数，所以1/seqp，以103kPa下的数值为基准，得到510.1526522.0''1.57210()2.71410/1.05Kms310.15263322.0''3.9110()3.54410/1.05eqmm2325''(3.54410)''0.463''2.71410eeqsK于是得到1962.kPa下的过滤方程式为225(3.54410)2.7410(0.463)q79.在实验室中用一个每边长0.162m的小型滤框对CaCO3颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。料浆温度为19℃，其中CaCO3固体的质量分数为0.0723。测得每1m3滤饼烘干后的质量为l062kg。在过滤压强差为275800Pa时所得的数据列于本题附表中。习题9附表过滤时间s/1.84.27.511.215.420.526.733.441.048.857.767.277.388.7滤液体积V/L0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8试求过滤介质的当量滤液体积Ve，滤饼的比阻r，滤饼的空隙率及滤饼颗粒的比表面积a。已知CaCO3颗粒的密度为2930kg/m3，其形状可视为圆球。解：由恒压过滤方程式22()()eeVVKA可得222()()()eeVVdrvVVdVKAAp，也可写作2()()ervVVVAp对题给的数~V数据进行处理，以V对V作图，据图可求得有关参数/VL/s/s/(/)sLV000.21.81.89.00.44.22.412.00.67.53.316.50.811.23.718.51.015.44.221.01.220.55.125.51.426.76.231.01.633.46.733.51.841.07.638.02.048.87.839.02.257.78.944.52.467.29.547.52.677.310.150.52.888.711.4578由图得知：直线斜率26618.25/18.2510/sLsm直线的截距335.9/5.910/sLsm即66218.2510/()rvsmAp，3325.910/()ervVsmAp则334365.910/3.231018.2510smVm，22254(20.162)2.75510Am31.0310Pas，160210.45322930设滤饼与滤液的体积比是v，并以1m3滤液为基准做固相的物料衡算，得29300.4532(100029300.453210000.5468)0.0723vvv解0.0497v则滤饼的比阻为255142318.2518.25102.755102758002.7