(完整版)化工原理

化工原理-第五章-颗粒的沉降和流态化一、选择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20°C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；D3382mPa・s2、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30口m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。A.2x30卩m；b。1/2x3ym；c。30卩m；D。^2x30卩m3、降尘室的生产能力取决于。A.沉降面积和降尘室高度；氏沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；C.降尘室长度和能100%除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。DA.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。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。TOC\o"1-5"\h\z9、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B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D10、颗粒的沉降速度不是指。A等速运动段的颗粒降落的速度B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BTOC\o"1-5"\h\z11、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C12、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度。A只与dp,Pp,p,uT,r,m有关B只与dp，Pp，uT，r有关C只与dp，pp，uT，r，g有关D只与dp，Pp，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）A13、降尘室没有以下优点。A分离效率高B阻力小c结构简单D易于操作TOC\o"1-5"\h\z14、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B与A，uT及降尘室咼度H有关C只与沉降面积A有关D只与uT和H有关A15、要除去气体中含有的冲〜50“的粒子。除尘效率小于75%,宜选用。A除尘气道B旋风分离器C离心机D电除尘器B16、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。A高B低C大D小A17、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：。AL/uH/uTD18、粒子沉降受到的流体阻力。A恒与沉降速度的平方成正比B与颗粒的

表

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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DC只有第一种说法正确D只有第二种说法正确A19、旋风分离器的总的分离效率是指。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D20、降尘室的生产能力由决定。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：23、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3600m3/h,沉降室长、宽、高尺寸为lxbxH=5x3x2，则其沉降速度为m/s。答案：0.0675、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6、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.lm。现颗粒最小直径为12口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：1.68、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KC为。答案：579、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据7是；；。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20°C升至50°C，贝V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。218、在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。1/219、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。1/221、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次方成正比；在牛顿区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。21/224、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/s25．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u2①2r。a=一=，小大；grg27.颗粒的球形度(形状系数)的定义式为：巾=；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P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Pu和uUu/u=。「(Pp-PH2o)/卩H2o]X[卩1212air/(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。81.5531•分离因数的定义式为K=。rs2/g或u2/gr8.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/s31.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

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）旋风分离器时要依据、和。含尘气体流量

要求

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的分离效率允许的压强降；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）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TOC\o"1-5"\h\z50m的粒子，现气体处理量增大一倍，原降尘室能100%除去的最小粒径为__D。gd2（p-p）u二ppt18卩j—A2X50帆B（l/2）X50帆C50帆Dv2X50帆36•气体通过流化床的压降，在空塔（空床）速度u增加时，__D。AP流mApp(P-P)gpA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-流化床的压降与哪些因素有关Aq=F（P-P）gAppp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？u=d2（p-p）g/（18y）tpRe<2颗粒dp很小，ut很小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p变小，气体质量不变则体积流量增加，停留时间减少。-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-简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-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）-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-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

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）？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-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1I~18u卩~de==Y（Pp_P）g-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。曳力系数是如何定义的？它与哪些因素有关？匚=F/（Apu2/2）Dp与Rep=dpup/卩、屮有关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封？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500vRepv2X105,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（:=0.44）,曳力与流速的平方成正比，即服从平方定律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灿2U2a==—ggr总效率“o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150°C,沉降室烟气流量12500m3(标准状态)/h,试核算沿降室能否沉降35口m以上的尘粒。已知P尘粒二1600kg/m3,P烟气二1.29kg/m,口烟气二0.0225cp解：设沉降在滞流状态下进行，ReVI,且因p>>p，故斯托克斯公式可简化厂尘粒厂烟气为：u0=d尘粒2p尘粒凶8卩烟气=(35x10-6)2x1600x9.81/(18x2.25x10-5)=0.0474m/s检验：Re=du0p/y尘粒烟气广烟气=35x10-6x0.0474x1.29/(2.25x10-5)=0.095V2故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为：0=2/0.0474=42.2s沉降又，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=11/0.224=49.1s停留即0>0停留沉降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Ps二3000kg/m3，炉气密度°5kg/m3，粘度0.035mPa.s,现要除去炉气中10卩m以上的颗粒，试求：为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？每小时最多可送入炉气若干？若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？=d2(p-p)g解：(1)设沉降区为滞流，则"厂I8卩因为Ps>>P则(10X10-6)2X3000X9.81心/uo==4.67mm/s018X0.035X10-3Re010X1O-6X4.67X1O-3X0.50.035x10-3=6.67x10-4<1假设正确由降尘室的分离条件，有=u0:=46刖=0.28m(2)V=20au=20x6x3x4.67x10-3x3600=6052.3m3/h(3)v—Au0=6x3x4.67x10-3x3600=302.6m3/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，用来回收含尘气体中的球形固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000m3/h，气体密度P二0.9檢/m3粘度―O.°3mPa•s。尘粒密度p5二4300kg/m3，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。解：降尘室总面积A二20x5x3二300m2生产能力的计算式为q=Au注意式中u0为能100%T除去的最小颗粒的沉降速度，而A应为总沉降面积。解出36000/3600300=0.033m/s设沉降区为层流，则有u0d2(p-p)grnrn18祕d=：18山0.(p-p)g；18x0.03x10-3x0.033.(4300-0.9)x9.81=2.06x10-5md验算Re0=故假设正确rnin"oPu2.06x10-5x0.033x0.9=0.02<10.03x10-3两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1.005x10-3Pa・s，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.81xl0-5Pa・s。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R。A.8.612B.9.612C.10.612D.11.612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。A.10.593B.11.593C.12.593D.13.593解：⑴由u二〃2(Ps_P)gt18卩d—P丿g所以(2)由d_](p-p\_.''(2500—1.205)x1.005x10-3~T_(p「-P。h_(2500—998.2)x1.81x10-5a*swad2(P—P)s—18卩u2~^TRu2gRd2(Ps—P)•gK,18卩csc所以d_：(p-phK_;(2500—1.205)x1.005x10-3x2w_sawca_d(p—p加K(2500—998.2)x1.81x10-5x1a'swacw5、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1.81x10-5Pa・s。贝V在层流区沉降的最大颗粒直径为旦x10-5m。A.3.639B.4.639C.5.639D.6.639在湍流区沉降的最小颗粒直径为_Cx10-3m。A.1.024B.1.124C.1.224D.1.324解：(1)由dupRe_t—PReu_tdpd2(p-p)g,'18卩2Re,118xS.81x10-5虫…，宀门“所以d=3=3=4.639x10-5m\p(p-p)g\1.205x(5000-1.205)x9.807s(2)由=1.74-p)gp得1.74：4p)g」Repdpd(p-p)g卩2Re21.742d2p2■sp所以d_ip2Re2d_3：1.742p(p-p)g.81x1-5)二1.224x10-3m1.742x1.205x(5000-1.205)x9.807x100026、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10m2,高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为2.0x10-5Pa•s，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20pm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：dminI18pV；_I18x,2x10-55'gG-p)A_\‘9.81x(3000-0.6)10s0_78.2pm校核：最小颗粒的沉降速度：U_厶_—_0.5m/s0A100Re_£»竺_7&2x1°-6x°5x°6_1.173<2，近似认为沉降运动处于层流区。p2x10-5(2)20pm的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算(既然直径为78.2pm的颗粒尚能处于层流区，则20pm的颗粒沉降也一定处在层流区)：A'_18pV18勺2x10-550g-p»209・81x(3°°°一°.6)x10-6153m2需要降尘面积为153皿行所以降尘室应改为16层(15块隔板)，实际降尘面积为160itf。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150°C,沉降室烟气流量12500m3标准)/h,试核算沿降室能否沉降35um以上的尘粒。已知P=1600kg/m3，p=1.29kg/m，u=0.0225cp尘粒O烟气O烟气尸解：设沉降在滞流状态下进行，ReV1,且因p>>p，故斯托克斯公式可简尘粒烟气化为：u0=d2pg/18u0尘粒尘粒烟气=(35X10-6)2X1600X9.81/(18X2.25X10-5)=0.0474m/s检验：Re=du0P/u=35X10-6X0.0474X1.29/(2.25X10-5)=0.095<1故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为：0=2/0.0474=42.2s沉降又，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亠=11/0.224=49.1s停留即0H〉0、、•I35mm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V：u=d2(p-p)g/(18u)油品钢球钢球油品钢球=(0.0025)2X(7900-900)X9.81/(18X0.005)=4.77Pas验算：Re=dup/u=0.0025旻0.005x900/4.77品=2.36X10-3<1彳假设正确9、直径为30卩m的球形颗粒，于大气压及20C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.20C的水：卩-1CP,P=1000kg/m3(P-P气)g，1.6解:(P-1000)g=(P-P水)g=气体的密度为1.2kg/m3(有效重量指重力减浮力)(P二1・2)g>1.6解得:P=2665kg/m3s设球形颗粒在水中的沉降为层流,则在水中沉降速度:u01d2(P-P2g二(30X1°-6)2(2665—1°00)X空二8.17X10-4m/ss18卩1dup30x10-6x8.17x10-4x1000门心“R=01==0.0245校核：e1卩10-3VI18X10-310-3假设正确.则此颗粒在气体中的沉降速度为u=88u=88x0.0245=2.16m/s0201