机械分离与固体流态化习题解答

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1、第三章机械分离与固体流态化李富霞一、概述混合物分为两大类：均相物系：非均相物系：溶液和混合气体悬浮液、乳浊液、泡沫液含尘气体、含雾气体下册介绍：气体吸收、液体蒸馏、液液萃取、固体干燥、结晶、吸附、膜分离机械方法：沉降、过滤一、单颗粒的几何特性参数颗粒最基本的特性：大小（粒径）、形状、表面积1.球形颗粒体积v=(π/6)dp3m3表面积s=πdp2m2比表面积为a=s/v=6/dp1/mdp球形颗粒的直径，m②球形度ψ：与非球形颗粒体积相等的球的表面积与该颗粒表面积之比。ψ=πd2e,v/sS为非球形颗粒的表面积。（2）非球形颗粒的体积、表面

2、积、比表面积体积v=(π/6)d3e,vm3表面积s=πd2e,v/ψm2比表面积a=s/v=6/ψde,v1/m2.非球形颗粒（1）常用的参量：①等体积当量直径de,v：与非球形颗粒体积相等的球的直径。de,v=(6v/π)1/3v为非球形颗粒的体积。二、颗粒群特性1.粒度分布颗粒群的粒度分布：某一粒度范围的颗粒的质量分数随粒度的变化2.平均直径长度平均直径、表面积平均直径、体积平均直径、体积表面积平均直径（其比表面积等于所有颗粒的比表面积的平均值）筛分—分离固体颗粒群筛分原理：进行筛分时，将几个筛子按筛孔从大到小次序自上而下叠置起来，最

3、底下置一无孔的底盘。样品加于顶端的筛上，摇动或振动一定的时间。颗粒就按粒径从大到小分别被截留在不同的筛盘上。若得知一种颗粒能通过某一号筛而截留于相邻的另一号孔眼较小的筛上，则这一颗粒的直径便可视为等于此两号筛孔宽度的算术平均值。将截留在每个筛面上的颗粒取出称重，即可算出每一号筛上所截留的样品质量分率。第二节、沉降分离一、重力沉降原理（1）自由沉降重力:浮力:阻力:式中ζ----阻力系数,无因次；A----颗粒在垂直于其运动方向的平面上的投影面积，其值为A=,m2；u0----颗粒相对于流体的降落速度，m/s。根据牛顿第二定律有：代入公式得：

4、m-----颗粒的质量，kg；a------加速度，m/s2θ------时间，s。沉降刚开始时速度为零，因此阻力也为零，故加速度a有最大值，颗粒加速下降。沉降过程中阻力随速度增加而增大直至速度达到某一数值后，三力平衡，即合力为零。此时，加速度为零，颗粒开始做匀速运动。可见，以上过程可分为两阶段，先加速后匀速。沉降速度的计算等速段中颗粒相对于流体的运动速度u0沉降速度的关系式：因次分析→使用上式计算沉降速度要先知道阻力系数ζ①层流区(Stokes区)斯托克斯定律②过渡区(Allen区)艾伦公式③湍流区(牛顿区)500

5、顿公式④Re0>2×105ζ急剧下降。阻力系数骤然下降，层流边界层→湍流边界层，分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降，近似取ζ=0.1试差法对于小颗粒，假设Re0﹤2，用stokes公式求u0→校验Re0=dpu0ρ/μ→是否小于2，符合，则假设成立，u0为所求；不符合，重新假设。(2)干扰沉降自由沉降条件：颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰；容器壁对颗粒沉降的阻滞作用可以忽略。干扰沉降：颗粒间距离很小，即使没有相互接触，一个颗粒沉降时也会受到其他颗粒的影响方法：干扰沉降速度可用自由沉降速度的计算方法计算，只是要根据颗粒的浓度对所用的流体

6、的密度及黏度进行校正。3-1求直径为60μm的石英颗粒（密度2600kg/m3）分别在20℃水中和20℃空气中的沉降速度。3-2一种测定液体黏度的仪器，由一钢球及玻璃筒组成，测试时筒内充有被测液体，记录钢球下落一定距离所需的时间即可测出液体黏度。已知球的直径为6mm下落距离为200mm。测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32s，此糖浆的密度为1300kg/m3，钢的密度为7900kg/m3，求此糖浆黏度。ρs-ρ二、重力沉降分离设备（一）沉降槽从悬浮液中分离出清液而留下稠厚沉渣的重力沉降设备。（二）降尘室从气流中分离出尘粒的重力沉降设备最常

7、见的降尘室如图所示。含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。沉降运动时间<气体停留时间→分离颗粒在降尘室停留的时间时间为：位于降尘室最高点的颗粒沉降至室底需要的时间为：分离满足的条件：分离所需最低沉降速度：能被分离的最小颗径：（若斯托克斯定律适用）降沉室的生产能力与其高度无关。多层隔板降尘室示意图含尘气体粉尘隔板净化气体当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。水平速度u不变。此时：尘粒沉降高度为原来的1/N倍；降尘室生产能力为原来的N倍utc降为原来的1/N倍(

8、utc=Vs/bl)；临界粒径为原来的倍；一般可分离20μm以上的颗粒。多层隔板降尘室排灰不方便。例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㎡，高1.6m。操