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第二章 非均相物系分离习题解答

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第二章 非均相物系分离

1、试计算直径为30μm的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。
解：已知d=30μm、ρs=2650kg/m3
（1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m3
设沉降在滞流区，根据式（2-15）

校核流型

假设成立， ut=8.02×10-4m/s为所求
（2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m3
设沉降在滞流区

校核流型：

假设成立，ut=7.18×10-2m/s为所求。

2、密度为2150kg/ m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？
解：已知ρs=2150kg/m3
查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m3
当时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理
所以

3、直径为10μm的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R＝0.05m处的切向速度为12m/s，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。
解：已知d=10μm、 R=0.05m 、 ui=12m/s
设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/ R 即

校核流型

ur=0.0262m/s为所求。
所以

4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？
（1） 要完全分离的最小粒径由60μm降至30μm；
（2） 空气温度由10℃升至200℃；
（3） 增加水平隔板数目，使沉降面积由10m2增至30 m2。
解： 根据 及VS=blutc
（1）
（2）查10℃空气 μ=1.76×10-5Pa·s
200℃空气 μ‘=2.60×10-5Pa·s

（3）

5、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/ m3。气体流量为1000 m3/h、黏度为3.6×10－5Pa.s、密度为0.674kg/ m3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。
解：已知ρs=2300kg/m3 、Vh=1000m3/h 、μ=3.6×10-5Pa.s 、 ρ=0.674 kg/m3、
D=400mm=0.4m，
根据标准旋风分离器 h=D/2 、B=D/4
故该分离器进口截面积 A=hB=D2/8
所以
根据式（2-26） 取标准旋风分离器N=5 则

根据式（2-30） 取ξ=8.0

6、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27×10-3 m3的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35×10-3 m3的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？
解：已知A=0.093m2 、t1=50s 、V1=2.27×10-3m3 、t2=100s 、V2=3.35×10-3m3 、t3=200s
由于

根据式（2-38a）

联立解之：qe=4.14×10-3 K=1.596×10-5
因此
q3=0.0525
所以 V3=q3A=0.0525×0.093=4.88×10-3m3

7、某生产过程每年须生产滤液3800 m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4×10-6m2/s； qe=2.5×10-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：
（1） 所需过滤面积，
（2） 今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？
解：已知生产能力为3800m3滤液/年，年工作日5000h， T=2.5h ，t=1.5h ，
K=4×10-6m2/s ，qe=2.5×10-2m3/m2 ，
（1） 因为 Q=3800/5000=0.76m3滤液/h
由式（2-42）

所以 V=2.5×0.76=1.9 m3
由式（2-38a）

解之 A=14.7 m2≈15 m2
(2) 因为过滤机为8 m2/台， 所以需2台过滤机。

8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5 m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每滤出1 m3滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？
解：滤框总容积V0=0.812×0.025×36=0.590 m3
过滤面积 A=0.812×2×36=47.2 m2

生产总周期为T=283+2×283+15×60=1749s
由 得一个周期滤液量为
所以生产能力为

9、有一直径为1.75m，长0.9m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为126o，转速为1r/min，滤布阻力可以忽略，过滤常数K为5.15×10-6m2/s，求其生产能力。
解：因为过滤面积 A=πDL=3.14×1.75×0.9=4.95m2
浸没度ψ=126°/360°=0.35
由式（2-45a）

10、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4 m3。若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6 m3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。

解：已知 Q1=4m3/h ，n1=2r/min ，Q2=6m3/h ，Ve=0
由式（2-45a）两边平方，得
①
②
②/①
所以
由式（2-35）得
而v1=v2 又A不变，以1小时为计算基准， 则Q1=V1 Q2=V2
故

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