新版化工原理习题答案(03)第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解
第三章 非均相混合物分离及固体流态化
1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m3，球形度??0.6的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m3，直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s，液体的黏度是多少？ 解：（1）假设为滞流沉降，则： u?d(???)
2st18?查附录20 ℃空气??1.205kg/m，??1.81?1032?5Pa?s，所以，
d2??s???g?0.04?10?3???2650?1.205??9.81ut??ms?0.1276ms18?18?1.81?10?5核算流型：
?dut1.205?0.1276?0.04?10?3Re???0.34?1?1.81?10?5
所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。
（2）采用摩擦数群法
?Re?1??4???s???g3?2ut3?54?1.81?10?2650?1.205??9.81?431.93?1.2052?0.13
1
依??0.6，?Re?1?431.9，查出：Re??u?dtte?0.3，所以：
0.3?1.81?10?5de??4.506?10?5m?45μm1.205?0.1
（3）假设为滞流沉降，得： ??d(???)g
2s18ut其中
ut?h??0.157.32ms?0.02049ms
将已知数据代入上式得：
?7900?1600??9.81Pa?s?6.757Pa?s ??0.0063518?0.020492 核算流型 Re??du?t?0.00635?0.02049?1600?0.03081?16.757
2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m，宽5 m，高4.2 m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。气体的处理量为3000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
（1）若操作在20 ℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06 kg/m3，黏度为1.8×10-5 Pa?s。 （2）若操作在420 ℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5 kg/m3，黏度为3.3×10-5 Pa?s。
解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
ut?qv,sbl3000??273?20273ms?0.03577ms3600?5?52
设沉降在斯托克斯区，则：
??)g u?0.03577?d(?18?2st
18?ut18?1.8?10?5?0.03577d???1.985?10?5m?19.85μm(?s??)g(3000?1.06)?9.81
核算流型：
1.985?10?5?0.03577?1.06Ret???0.0418?1?1.8?10?5dut?
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985×10-5 m。
（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：
ut?qv,sbl3000??273?420273ms?0.0846ms3600?5?5
设沉降在斯托克斯区，则：
18?ut18?3.3?10?5?0.0846d???4.132?10?5m?41.32μm(?s??)g(3000?0.5)?9.81 核算流型：
4.132?10?5?0.0846?0.5Ret???0.0529?1?3.3?10?5dut?
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132×10-5 m。
3．对2题中的降尘室与含尘气体，在427 ℃下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 μm，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
3
解：取隔板间距为h，令
Lh u?ut 则 （1）
h?Lutu
3000273?427qv,s3600?273u??ms?0.1017msbH5?4.2
10 μm尘粒的沉降速度
d2??s???g?10?10?6???3000?0.5??9.81ut??ms?4.954?10?3ms?518?18?3.31?102
由（1）式计算h 5 ∴ h?0.1017?4.954?10?3m?0.244m
4.2层数n?H??17.2取18层 h0.244h?H4.2?m?0.233m1818
核算颗粒沉降雷诺数：
10?10?6?4.954?10?4?0.5?4Ret???7.5?10?1?3.3?10?5dut? 核算流体流型：
2bh2?5?0.233)u??0.1017?0.5deu?b?h5.233Re????686?2100??3.3?10?5(
4．在双锥分级器内用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离。操作温度下水的密度
?＝996.9 kg/m3，黏度?＝0.897 3×10-3 Pa?s。固
体颗粒为棱长0.08～0.7mm的正方体。已知：方
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