225150??0.3m3 15001000850?150?0.7m3
10000.3?0.4286 故滤饼得率为：??0.7所得滤液体积为：
3-9用过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浊液。当过滤至50秒时，共获得2.27×10－3m3滤液；当过滤至100秒时，共获得3.35×10－3m3滤液。问过滤时间为200秒时，可获得多少滤液？（9.78?10?3m3） 【解】根据题意 ?1?50S时，V1=2.27×10－3m3；
10－3m3 ?2?100S时，V2=3.35×
代入 V2?2VeV?KA2? 则有
(2.27×10－3)2+2 ×2.27×10－3 Ve =0.0932×50K (1)
(3.35×10－3)2+2 ×3.35×10－3 Ve =0.0932×100K (2)
联解式(1)、式(2) 得：
K =1.60×10－5m2/s Ve =0.385×10－3m3 当??200S时，有
V2+2 ×0.385×10－3V =0.0932×200×1.60×10－5 解得：V?9.78?10?3m3
3-10用BMS50/810－25型板框压滤机恒压过滤某悬浊液。已知滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框。操作条件下的过滤常数K为2.72×10－5m2/s，滤饼获得率为0.148，过滤介质阻力可忽略不计。试求：（1）过滤至框内充满滤饼所需的时间；（2）若过滤终了用0.8m3的清水洗涤滤饼，则洗涤时间是多少？（262.3s，421s） 【解】（1）根据题意
实际过滤面积=36×0.81×0.81×2=47.24 m2
滤饼体积=0.81×0.81×25×36=0.59049 m3
0.59049?3.99m3 故滤液体积为：V?0.148 根据V2?2VeV?KA2?得框内充满滤渣所需的时间为：
V2?2VVe3.992?0????262.3s
KA22.72?10?5?47.242（2）根据题意有 dV1dV1KA2()洗涤?()过滤终??dt4dt42V过滤终
?5212.72?10?47.24???0.0019m3/s42?3.99
46
故洗涤时间=0.8/0.0019=421s
3-11一直径为1.75m、长为0.9m的转鼓真空过滤机，浸没角为126°，转速为l转/分，操作条件下的过滤常数K=5.15×10－5m2/s，介质阻力可忽略不计。试求其生产能力。（9.758m3/h）
126o?0.35 【解】根据题意浸没度为 ??360o该过滤机的生产能力为：
V1?60A60?Kn?60?3.14?1.75?0.9?60?0.35?5.15?10?5?1?9.758m3/h
3-12某转鼓真空过滤机的浸没度为1/3，转速为2转/分，在50kPa的压强差下操作，实验测得过滤常数K=4.24×10-5m2/s，滤饼为不可压缩，介质阻力可忽略不计。试求：（1）若要求每小时滤出5m3清液，所需的过滤面积；（2）若真空度降为25kPa，其它条件不变，则其生产能力为多少？（2.02m2，3.54m3/h） 【解】
（1）根据题意由 V1?60A60?Kn得：
5?2.02m2 过滤面积A?16060??4.24?10?5?23（2）若真空度降为25kPa，则过滤常数K降至为原来的0.5倍，故其生产能力为 V2?V1K21?5??3.54m3/h K12
第四节 离心机
知识点聚焦
离心机及其分类——离心机是利用惯性离心力来分离液态非均相混合物的机械设备。离心机的主要部件是转鼓，鼓壁上有孔的称为过滤式离心机。转鼓无孔的若重相颗粒沉于鼓壁而清液自中央并不断引出的称为沉降式离心机；若两相按重者在外而轻者在内各自从适当的径向位置引出的称为分离式离心机。显然，过滤式和沉降式离心机为间歇操作设备，而分离式离心机则为连续操作设备。若将分离式离心机的重相出口关闭，则转变为沉降式离心机。此外，还习惯根据离心机分离因数所处的范围分类，有常速离心机Kc＜3000 （通常在600～1200）、高速离心机Kc＝3000～50000、超速离心机Kc＞50000。
工业离心机的常用结构形式及其性能比较 工业离心机 管式高速离心机
结构特点 属于沉降式离心机，转鼓垂直细长、直径一般在0.1～0.2m，长径比约KC范围 设备性能 适用范围 适宜处理固相体积浓度不大于1％的料液 47
分离效率最高，处15000~60000 理能力较低，可除去粒径在1μm左为4～8，转速范围在8000~50000rad/min 内装几十到数百片倒锥形碟片迭置成层，碟片径0.2～0.6m，转速为4700～6500r/min，有澄清式和分离式两种。 右的极细颗粒 碟片式高速离心机 分离效率较高，操控简单，可间歇可4000～10000 连续，多用于乳浊液轻重相分离 优点：操作简便、生产能力大、适应性强、劳动强度小；缺点：结构复杂、装配要求高，行星减速箱笨重而昂贵，排渣中含液量较高，不能得到很干的滤渣及纯净的滤液等 优点：结构简单、对晶体颗粒的形状破坏小、适应性强等；缺点：劳动强度大，操作周期长，生产能力低 润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清、催化剂分离等 螺旋卸料式离心机 是一种可连续操作的沉降式离心机，有卧式和立式两种，转速1600～6000r/min ?6000 适宜处理含固相浓度在2～50％（体积）的悬浊液，如聚氯乙烯、低压聚乙烯、淀粉的分离等 三足式离心机 应用最广的常速离心机，转鼓直径450～1500mm，有效容积范围20～400l，转速范围730～1950r/min，有过滤式和沉降式两种 450～1170 适宜处理过滤周期较长、处理量不大、要求滤渣含液量较低的场合 卧式刮刀卸料离心机 常用的过滤式离心机之一，在转鼓全速运转状态下自动地依次进行加料、分离、洗涤、甩干、900～1145 卸料、洗网等工序的循环操作。每一工序的操作时间可预设。转速1200～1600rad/min 属于过滤式离心机，转鼓最高转速可达2000 rad/min，在全速运转状态下，可同时进行加料、200～600 分离、洗涤等操作，滤渣由活塞推送器脉动推送出。有单级、双级、四级等各种形式 优点：对物料的适应性强，自动化程度高；缺点：不能保证物料的原始物理形状 能处理一切对物理形状没要求的物料 活塞推料离心机 适宜处理粒径优点：自动化程度在0.1～3mm、高，控制系统较简浓度适中（体单，颗粒破碎程度积百分比浓度小。缺点：对悬浊50～60%）并能液的浓度较敏感，很快脱水和失不能处理过稀或去流动性的悬过稠的料液 浊液，料浆不宜过稀或过稠 第五节 其它气体净制设备及选择
知识点聚焦
48
除尘装置的类型——有干法除尘和湿法除尘两类：依据对灰尘捕集能力的强弱顺序，干法除尘包括降尘室、惯性分离器、旋风分离器、电除尘器和袋滤器等。湿法除尘包括洗气塔（内部结构多为旋流板式）、泡沫除尘器、文丘里除尘器等。
气－固混合物的分离方案及设备选择——为降低能耗，提高设备的使用效率，对气-固混合物的分离应遵循以下原则：1、利用重力沉降除去粒径在75μm以上的粗大颗粒；2、利用旋风分离器除去5μm以上的颗粒3、5μm以下颗粒的分离一般可选用电除尘器、袋滤器分离，若条件许可也可考虑采用湿法除尘。
电除尘器可除去粒径在0.01μm以上的颗粒，效率高，处理能力大，可用于高温，气体的流动阻力小，操作费用低，但设备投资大，要求粉尘电阻率在104～1011??cm之间，主要用于对气体纯度要求特别高的场合。
袋滤器可除去粒径在0.1μm以上的颗粒，常用于气体的高度净化和回收干粉，造价低于电除尘器，维修方便。主要缺点是不适于处理粘附性强及吸湿性强的粉尘，设备尺寸及占地面积大，操作成本也较高。
湿法除尘器以文丘里除尘器最为典型，可除去粒径在1μm以上的颗粒，除尘效率可高达95～99%，具有结构简单、操作及维修方便的优点，适于处理各种非粘性、非水硬性的粉尘。主要缺点是需要处理产生的污水，回收固体比较困难，并需采用捕沫器清除净化气中夹带的雾沫，气体阻力大，操作费用较高。
液－固混合物的分离方案及设备选择：
鉴于对液－固混合物分离的主要目的，一是为获得固体颗粒产品；二是为澄清液体。分离目的不同，则分离方案、所采用的设备也不同。
（一）出于获得固体产品的目的：
1、沉降增浓；当固相浓度小于1％(体积百分数)时，宜采用连续沉降槽、旋液分离器、沉降离心机对悬浊液进行浓缩，以便进一步分离。2、过滤分离；当粒径大于50μm、固相浓度大于10％时，可采用过滤离心机处理；因其具有分离效果好、滤饼含液量低、生产能力大等优点。当粒径小于50μm时，宜采用压差过滤设备；其中：固相浓度在5％以上时可采用真空过滤机过滤；因其具有操作连续、自动化程度高、劳动强度小等优点。当固相浓度较低、粒径较小时，宜采用板框压滤机或叶滤机过滤。
（二）出于澄清液体的目的：
1、本着节能、高效的原则，分别采用连续沉降槽、过滤机、过滤离心机或沉降离心机以分离不同大小的颗粒。如螺旋卸料式沉降离心机可除去10μm以上的颗粒；带预涂层的板框式压滤机可除去5μm以上的颗粒；管式离心机可除去1μm左右的颗粒。为提高澄清效率，还可通过在料液中加入絮凝剂或助滤剂，形成大颗粒及疏松的滤饼，以有利于澄清过程的进行。
49
2、当澄清要求非常高时，可用深床过滤作为澄清操作的最后一道工序。此外，为提高设备的分离能力，可通过向悬浊液中加入聚凝剂、絮凝剂等辅助手段，以加快颗粒的沉降速度、提高分离效率。
第四章 固体流态化
第一节 流体在固定床层中的流动
知识点聚焦
固定床的简化计算模型——（1）床层内为乱堆颗粒且截面不随高度变化，壁面效应和端效应可忽略；（2）流体通道由许多直径相等的细孔管构成，孔道长度与床层高度成正比；（3）孔道内表面积之和等于全部颗粒的表面积，全部流动空间等于床层空隙的容积。
床层的压强降及其影响——床层压降是固定床及流化床操作状态的重要判据。影响床层压降的因素有三类：操作变量u、流体物性?和?、床层特性?和a。在所有这些影响因素中影响最大的是空隙率?。空隙率是指单位体积床层具有的空隙体积，随颗粒的装填方式而变。床层压强降对空隙率十分敏感，在维持其它条件不变的情况下将?从0.5降至0.4，单位床层高度压强降将增加2.8倍。 计算公式浓缩 流体的空床气速 u? m/s
A式中：qv为流体的体积流量，m3/s；A为床层截面积，m2。
床层中空隙的体积V?颗粒的净体积=
床层总体积（V）Vqv空隙率 ?=当量直径 包括等体积当量直径（与颗粒体积相等的球形粒子直径）、等比表面当量直径（与粒子表面积相等的球形粒子直径）。 1、等体积当量直径 dV?3
36Vs?? m
式中Vs为颗粒的体积，m。
6??dv m ?a式中：S为颗粒表面积，m2；a为颗粒和床层的比表面积，m2/m3；?为颗粒的球形度系数，对球形颗粒??1。 2、等比表面当量直径 da?床层压降计算公式：
S?p(1??)2?u(1??)?u21、通用计算公式——欧根公式 ?150?1.75332L?da?da式中L为床层高度，m；?为流体的粘度，Pa·s； ?为流体的密度，kg/m3。 2、层流区域适用式：
50
绪 论
知识点聚焦
操作——指在化工生产过程中普遍使用的、遵循一定的物理学定律、所用设备相似、具有类似作用的物理操作单元，简称单元操作。引入单元操作概念可以将化工生产过程分成单元操作过程与化学反应过程两部分研究，从而缩短化工产品的研发周期。
三传——包括：动量传递、热量传递和质量传递。流体输送、过滤等在外力作用下进行的单元操作过程，由牛顿第二定律可知是涉及动量传递的过程；对象加热、汽化、冷却、冷凝等单元操作过程属于因温度差导致的热量传递过程；对于吸收、蒸馏、萃取、吸附等单元操作属于因浓度差导致的相际质量传递过程。 “三传”过程往往是同时进行并相互影响，如水的蒸发过程涉及传热与传质过程。
三传类似性——“三传”之间存在一定的类似性，如过程进行的方向都是从高（动量、能量、温度、浓度）到低；三传过程的阻力均集中于某一区域；过程速率均可表达为过程推动力除以阻力的形式等等。
单位与单位制——单位是衡量物理量的大小的依据，有基本单位和导出单位之分。基本单位与导出单位的集合则称为单位制（度）。由于不同时期对研究的需要和出发点的不同，先后有不同的单位制。由于国际单位制（SI）有“通用性”与“一贯性”两大优点，所以我国目前使用的法定单位制是以国际单位制为基础并结合国情增添了必要的辅助单位及词冠而构成的。
流体——具有流动性质的物体，包括气体和液体。液体的密度随压强的变化可忽略，故称为不可压缩流体；气体的密度随压强有明显的变化，故称为可压缩流体。无流动阻力的流体称为理想流体；满足牛顿粘性定律的流体称为牛顿型流体；实际流体多为非牛顿型流体。
系统——工程上指研究的对象，是指定研究的某个区域范围。
稳定流动系统与不稳定流动系统的概念——稳定流动系统又称定态或定常流动系统，是指流动系统中各物理量的大小仅随位置变化的系统，也即在指定截面上物理量的值恒为常数的流动系统。若流动系统中各物理量不仅随位置变化且随时间变化的，则称为不稳定流动系统，又称非定态或非定常流动系统。对连续生产系统，在正常操作状况下可视为稳定流动系统；在生产的开、停车及事故恢复阶段为不稳定流动系统。
稳定流动系统的连续性——欲使流动系统中指定截面上的物理量均为常数，系统中必须充满流体、无空隙。用数学语言描述就是系统中的流体质点处于连续状态。对此特性则称为稳定流动系统的连续性。
1
稳定流动系统的守恒性——包括质量守恒与能量守恒（在特定条件下还可以转化为热量守恒），即输入、输出系统的质量或能量相等。
平衡——平衡状态是过程可能到达的极限，且随过程条件的变化而变化（如溶解度随温度的变化而变化等），故称为“动（态）平衡”。
过程速率——指过程进行的速度，如热量传递的速度、质量传递的速度等。对任意过程的速率，大小总是和过程推动力成正比而与过程的阻力成反比，也即，过程速率的计算通式类似于欧姆定律。
实验关联法——是获得经验公式的主要手段。当某个物理参数的影响因素较多，无法用逻辑演绎的方法得到它的计算关系式时，可以先对该物理参数的影响因素作出定性分析，然后在固定其它影响因素的前提下，用实验方法测出该物理参数与某个影响因素间的关系，并将所测出的关系通过特定的坐标绘成曲线，最后利用所得曲线建立数学模型，以获得该物理参数与某影响因素间的数学关系。余此类推，逐一获得该物理参数与各影响因素间的数学关系，最后通过实验校正，从而获得该物理参数的计算关系式。此法则称为实验关联法，所得的公式称为经验关联式或经验公式。
准数——又称特征数，是指由若干物理量构成的无单位（因次）代数式。 计算公式浓缩
稳定流动系统的物料衡算式——连续性方程： 1、一般式
n?qi?1nm,i??qm,j
j?1mm式中：?qm,i为单位时间内输入系统物料量之和，kg/s；?qm,j为单位时间
i?1j?1内输出系统物料量之和，kg/s。 2、对无分支系统 3、对不可压缩流体
qm,1=qm , ,2qV,1=qVu?d?4、不可压缩流体在圆管中流动 1??2?
u2?d1?稳定流动系统的能量守恒：
1、一般式
n?E??Eii?1j?1nmj
m式中：?Ei为单位时间内输入系统的能量之和，J/s或W；?Ej为单位时间
i?1j?1内输出系统的能量之和，J/s或W。
2、当系统除热量以外不涉及其它能量转化时
?Qi??Qj
i?1j?1nm 2
式中：?Qi为单位时间内输入系统的热量之和，J/s或W；?Qj为单位时间
i?1nmj?1内输出系统的热量之和，J/s或W。
3、对可近似为恒压的传热设备，在不涉及其它能量转化时
邋Hi=1nmi=j=1Hj式中：?Hi为单位时间内输入系统的热焓之和，J/s或W；?Hj为单位时
i?1n
mj?1间内输出系统的热焓之和，J/s或W。 过程速率计算通式 过程速率＝
过程推动力
过程阻力第一章 流体力学
第一节 流体的基本物性
知识点聚焦
密度、相对密度和比容——单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。相对密度又称比重，系指流体的密度与277K水的密度比，可用比重计实测，流体的相对密度与密度之间的关系为1/1000。比容又称比体积或质量体积，在数值上等于密度的倒数。
流体静压强的定义与特性——流体垂直作用于单位面积上的力称为流体的静压力强度，简称静压强。流体静压强的两个特性：1、作用方向总是和作用面相垂直，并指向所考虑的那部分流体的内部；2、任意一点的静压强在各个方向上大小相等。
绝对零压强绝对压强、表压强及真空度——流体的静压强是一个相对量，计算确定需要规定基准，用人为规定的压强为0的状态称为绝对零压强，以绝对零压强为起点计量的压强称为绝对压强。工程上为便于计算和测量，常以大气压为基准，规定：系统压强高于大气压强的部分称为表压强，简称表压；系统压强低于大气压强的部分称为真空度。相应上述两种场合下的测压表分别称为压力表和真空表。
流量与流速——单位时间内通过流道有效截面的流体量称为流量；单位时间内通过单位有效流道截面的流体量称为流速。由于对流体量的衡量通常用体积或质量，因此，流量和流速都有用体积及质量分别计量的两种。此外，由流速的定义可知，此处的体积流速实际为流动截面上点流速的平均值。
内摩擦——系指流体在运动过程中质点间的相互约束作用。内摩擦是形成流动阻力的主要原因之一。
3
粘度的概念——粘度是反映流体粘性大小的物理量，从某种程度上也反映流体的内摩擦性能，有（动力）粘度和运动粘度两种。（动力）粘度也是牛顿粘性
du定律????中的系数，因大小与流体的粘性有关故称为粘度。对满足牛顿粘
dy性定律的流体称为牛顿型流体。 计算公式浓缩 密度计算公式：
1、密度、相对密度与比容间的换算
Tv? ρ（密度）=1000×d277（相对密度） （比容）1?
2、混合液的密度
1?L??i?1nxw,i?L,i
式中：xw,i——混合液中i组分的质量分率；?L,i——混合液中i组分的密度，kg/m3。
公式应用前提：混合液体中各组分间无氢键及缔合作用。
mpM3、气体的密度 ?V??
VRT式中：p——气体的压强，kPa；R——气体通用常数，R=8.314 kJ/(kmol·K)；T——气体的温度，K； M——气体的千摩尔质量，对混合气体M??yi?Mi，kg/kmol；。
绝对压强、表压强及真空度之间的换算：
表压强＝绝对压强 — 大气压强
真空度＝大气压强 — 绝对压强= —表压强 流量与流速换算：
qm（质量流量）=ρqv（体积流量） qqrG（质量流速）=m=V=r（体积流速）uAA 混合物的粘度： 1、常压气体混合物的粘度 ?G?i?1n公式应用前提：气体的压强不太高、温度不太低，可近似为理想气体。
?y???Miii?1n1/2i?y?Mii?1n
1/2i式中：yi——气体混合物中i组分的摩尔分数；μi——相同温度下纯i组分的粘度Pa·s；Mi——i组分的摩尔质量kg/kmol。 2、液体混合物的粘度 lg?L??xi?l?g i式中：xi——液体混合物中i组分的摩尔分数；μi——相同温度下纯i组分的粘度Pa·s。
4
i?1n公式应用前提：液体混合物中各组分之间无氢键及缔合作用。 相关习题解答
1-1已知丙酮的比重为0.81，试求其密度和比容。（810，1.23?10?3） 【解】根据题意丙酮的密度:
T3??d277K?1000?0.81?1000?810kg/m
丙酮的比容: ??1??1?1.23?10?3m3/kg 8101-2 293K下苯-甲苯混合液，已知苯的质量分率为0.4，试求其密度。（872kg/m3） 【解】查表知，在293K下，苯密度?苯?879kg/m3，甲苯密度?甲苯?867kg/m3
nx10.40.6w,i由 ?????1.15?10?3m3/kg
?Li?1?L,i879867 则 ?L?872kg/m3
1-3 已知汽油、煤油、柴油的密度分别为700kg/m3、760kg/m3和900kg/m3，若三种油品混合物中汽油、煤油、柴油的质量百分数分别为20％、30％和50%，求此混合液的密度。（809kg/m3）
nx10.20.30.5w,i【解】由??????1.24?10?3m3/kg
?Li?1?L,i700760900 得 ?L?809kg/m3
1-4 试估算CO2在360K和4MPa时的密度和比容。（58.8kg/m3，0.017m3/kg）
【解】根据题意
pM4?103?44??58.8kg/m3 密度 ρ?RT8.314?36011?0.017m3/kg 比容 ????58.81-5 试估算含氮的体积百分率为25%的氮、氢混合气体在400K和600MPa下的密度。（1530kg/m3）
【解】根据题意
M??yi?Mi?0.25?28?0.75?2?8.5kg/m3
i?1npM600?103?8.5ρ???1530kg/m3
RT8.314?4001-6 某生产设备上真空表的读数为100mmHg，试计算设备内的绝对压强与表压强各为若干kPa；已知该地区大气压力为760mmHg。（115kPa，-13.3 kPa） 【解】真空度 = 大气压 — 绝对压强=—表压强 故 绝对压强=760mmHg-100mmHg=660mmHg=115kPa 表压强=-100mmHg=-13.3kPa
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根据题意
2.5?0.8 考虑降尘气道应为扁平状，拟取宽高比即B:H=2.5:1 BH2.51?1.1?2m2.?1 8H??1.1m2 B?2.52.5H20.8则有
又根据题意 dpc?75?m，现假设沉降处于层流区，故颗粒的沉降速度为
utc?2gdpc(?p??)18?dpcutc?9.807?(7.5?10?5)2?(2200?0.720)??0.2592m/s
18?2.6?10?5校核流动型态
Retc??7.5?10?5?0.2592?0.720??0.5383?2（层流，假设正确） ?52.6?102.5?3.45m
2.8?0.2592降尘气道长度L
由 qv,max?BLutc?2.5 解得 L?
第二节 离心沉降及设备
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离心分离因数Kc——指离心加速度与重力加速度之比。离心分离因数是反映离心沉降设备性能的主要参数，可通过人为调节离心加速度来提高。
离心沉降设备——旋风分离器，是工业上应用最广泛的气-固分离设备，分离效率可以高达70％～90％，适合分离直径在5μm以上的重相颗粒，已定型并编入标准系列的有CLT型（标准型）、CLT/A型、CLP（旁路型）、CLP/A、CLP/B、CLK（扩散型）等。旋液分离器，又称为水力旋流器，是分离液固混合物的常用设备，可分离的粒径约5～200?m。
旋风分离器临界直径dpc——是指旋风分离器能够完全分离的最小颗粒直径，m；旋风分离器的临界直径随设备尺寸的减小而减小，这意味着对颗粒的拦截能力随设备尺寸的减小而增大，这是有别于其它单元设备的。 计算公式浓缩
2uT?4?2n2r 离心加速度计算式：a?r式中：uT为线速度，m/s；r为旋转半径，m；n为转速，1/s。
dpur?雷诺数计算式： Ret?
?式中ur为颗粒的离心沉降速度，m/s。 颗粒的离心沉降速度计算式：
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1、一般式 ur?2、层流区 ur?4dp(?p??)a3??2dp(?p??)a 18?
1/1.41.6?dp(?p??)a?3、过渡区 ut?0.153??0.40.6??????
4、湍流区 ut?1.74dp(?p??)a? 2uT4?2n2r离心分离因数计算式： Kc?a/g? ?rgg可避免试差的辅助判据计算式：
3dp? (?p??)a51、(层流)36?K??3.3?10(湍流) 2? ur3?22、(层流)0.222?K? ?3030（湍流）?(?p??)a'旋风分离器的临界直径计算式： dpc?9? B m
?ui?pN式中：N为旋风分离器的有效旋转圈数，对标准型旋风分离器N≈5；B为旋风分离器的进气管宽度，m；ui为气体进口速度，m/s。
?ui2旋风分离器的压差计算式： ?p??? Pa
2 式中?为阻力系数，对标准型旋风分离器，??8。 相关习题解答
3-5直径为100μm的石英颗粒（密度为2650 kg/m3）随20℃的水作旋转运动，在旋转半径＝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。（0.6465m/s，293.6）
【解】查附录知20℃下水的密度ρ=998.2 kg/m3；粘度μ=1.005mPa?s。
据题意已知ρp=2650kg/m3，dp=100μm；r=0.05m时，uT=12m/s
2uT122??2880m/s2 则 a?r0.05计算K值，以判断沉降所处的区域： d3(1?10?4)3?998.2?(2650?998.2)?2880p?(?p??)aK???4725
?2(1.005?10?3)2 故可判定沉降属于过渡区，则离心沉降速度为：
1.6?dp(?p??)a?ut?0.153??0.40.6??????1/1.4?(10?4)1.6?(2650?998.2)?2880??0.153??0.4?30.6?998.2?(1.005?10)?1/1.4?0.6465m/s 42
离心分离因数为：Kc?a2880??293.6 g9.813-6用筒体直径为650mm的标准型旋风分离器除去气流中的粉尘。已知：粉尘密度为2630kg/m3，气体粘度为2.6×10－5Pa?s。试求气量为1m3/s时，颗粒的临界直径。（6.97μm）
【解】根据标准型旋风分离器的尺寸比例计算入口气速：
q1 ui=v==18.9m3s /0.650.65BA′42根据题意，该旋风分离器的临界直径：
0.659创2.610-5 9mB4dpc===6.97 10-6m puirpN3.14创18.932630 53-7粘度为2.53×10－5Pa?s、密度为0.779kg/m3的气体中，含有密度为2750kg/m3的粉尘，现采用筒体直径为500mm的标准型旋风分离器除尘。若要求除去直径在6μm以上的尘粒，则其生产能力和相应的压强差多大？（0.572m3/s，1045Pa） 【解】
根据题意，由 dpc?9?B得：
?ui?pN0.54?18.31m/s 入口处气速ui??623.14?2750?5?(6?10)0.50.5??18.31?0.572m3/s 故该旋风分离器的生产能力qv?uiBA?42?ui20.779?18.312?8??1045Pa 压强差?p???22
第三节 过滤
9?2.53?10?5?知识点聚焦
过滤——是在推动力的作用下，利用非均相混合物中各相对多孔固体介质的透过性差异来分离混合物的操作。在过滤操作中，所处理的悬浊液习惯称为料浆，所用的多孔性介质称为过滤介质，透过介质孔道的液体称为滤液，被介质截留的颗粒层称为滤饼或滤渣，根据滤饼的可压缩性，分为可压缩滤饼和不可压缩滤饼。为减小可压缩滤饼的过滤阻力，可采用助滤剂与环氧树脂调和后预敷在过滤介质表面或直接加入悬浊液中加以改善。
过滤介质的类型——1、织物状介质，织物状介质又称滤布，其规格称为“目”或“号”，系指每平方英寸介质所具有的孔数。“目”或“号”数越大，表明孔径越小，
43
对悬浊液的拦截能力越强。常本着滤布的孔径略大于拟除去最小颗粒直径的原则来确定滤布规格。2、粒状介质，又称堆积介质，包括细砂、无烟煤、活性炭、石棉、硅藻土等。3、多孔固体介质，如多孔陶瓷、多孔塑料，以及用纤维制成的深层多孔介质(如绕线式滤芯)、多孔金属制成的管或板等。此类介质多耐腐蚀，且孔道细微，适用于处理只含少量细小颗粒及有腐蚀性的悬浊液。
滤饼过滤与深床过滤——滤饼过滤又称表面过滤，采用织物状介质，是以滤饼本体为实际过滤介质的过滤操作。深床过滤广泛应用于城市水处理过程，以堆积状介质构成一定厚度的床层为过滤介质，重相颗粒在床层内部孔道中被截留或吸附，常用于处理固相体积百分数小于0.1％、颗粒直径小于5μm的悬浊液。
过滤推动力——指存在于饼层上方与介质下方的压强差；可由重力、离心力或增压设备造成，相应的过滤有重力过滤、离心过滤、压差过滤；压差过滤在工业生产过程中应用最广，又可分为加压过滤和真空吸滤。在压差过滤过程中，若维持操作压强差不变的称为恒压过滤，其过滤速度随滤饼的增厚逐渐下降。若逐渐加大压强差可维持过滤速度不变，此类过滤称为恒速过滤或变压过滤。相比较而言，恒压过滤过程便于实施，故多为实际采用。
过滤周期——通常由过滤、洗涤、卸渣、复原这四个基本环节组成。 过滤速度U——又称滤液通量，指单位时间内、通过单位有效过滤介质表面所获得的滤液体积，m/s。
工业过滤设备的类型——1、板框压滤机；是广泛应用于工业生产过程的间歇式加压过滤设备，按滤液的排出方式有明流式与暗流式两种，以明流式最为常用。每个操作循环由装配、压紧、过滤、洗涤、拆开、卸料和清理等操作构成，其中洗涤过程的水流量约为过滤结束时滤液流量的1/4。2、叶滤机；是板框压滤机的改进型设备，同属间歇式过滤设备。较板框压滤机卸渣方便、洗涤速度快（与过滤结束时的滤液流量大致相同），可缩短操作周期、提高设备的生产能力。3、转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周依次完成一个生产周期，故属于连续过滤设备，广泛应用于多种工业生产过程。
板框压滤机的型号表示方法——如型号为BMS20/635-25的过滤机中，B为板框压滤机、M为明流式（若为A则表示为暗流式）、S表示压紧方式为手动（若为J则表示为机械压紧、Y为液压压紧）、20表示该设备的公称过滤面积为20m2、635为板框的边长（mm）、“—”后的25代表该设备的框数（即过滤单元数）。 计算公式浓缩
过滤基本方程式：
dq?pdVA2?p?1、一般式 ?dtr??(q?qe)dtr??(V?Ve) 44
dV为滤液流量，m3/s；A为过滤面积，m2；?p为过滤推动力，Pa； dtr为比阻；?为滤饼的（获）得率，即每获得单位体积滤液所获得的滤饼体积，
式中：
无量纲；?为滤液的粘度，Pa?s；Ve为当量滤液体积，系指获得与介质阻力相
VV，qe?e。 AA2dVA?pdq?p?2、当介质阻力可忽略时 ???rqdt??rVdt恒压过滤滤液流量计算：
dqkKdVkA2KA21、一般式 ????dtq?qe2(q?qe)dtV?Ve2(V?Ve)当的滤饼所获得的滤液，m3；q?K?p(?p)1?s式中：k、K为过滤常数，k??，无量纲；s为滤饼的压缩指?2r?vr0?v数，对不可压缩滤饼s?0。
dVkA2KA2dqkK????2、当介质阻力可忽略时 dtV2Vdtq2q恒压过滤方程式（滤液量与过滤时间计算关系式）： 1、一般式 V2?2VeV?KA2t q2?2q t?Keq2、当介质阻力可忽略时 V2?KA2t q2?Kt 转鼓真空过滤机的生产能力：
?60?K?2V?60nAq?60nA?q?q1、一般式 l?ee?
n??2、当介质阻力可忽略时 Vl?60nAq?60nA60?K n式中：Vl为转鼓真空过滤机的生产能力，以每小时获得的滤液体积表示，
m3/h； K为过滤常数；n为转鼓的转速，1/min；A为转鼓的表面积（即真空过滤机的过滤总面积），m2； q此时为转鼓每旋转一周通过单位转鼓面积获得的滤液
?1?7140032
??0.3889。量，m/m；对18格标准转鼓真空过滤机有?? ?为浸没度，
36003600相关习题解答
3-8过滤固相浓度为15％(体积百分数)的某水悬浊液。滤饼含水量为40％(质量百分数)，颗粒的真实密度为1500kg/m3。求滤饼的获得率ν。（0.4286） 【解】根据题意，取1m3料浆为恒算基准，则：
纯固相量 0.15 m3，0.15×1500=225kg 纯夜相量 0.85 m3，0.85×1000=850kg
若固体颗粒全部被介质截留，则根据题意设所得滤渣中液相的质量为x，则
x?40% 解得：x=150kg
225?x该固相颗粒可视为不可压缩滤渣，故所得滤渣体积为：
45
为40m3/h时扬程为21.25m，?h=3.0m。
查水的饱和蒸汽压表知，65℃时水的饱和蒸汽压pv=25.014kPa。故
Pp（101.3?25.014）?1000Hg,max?0?v??h?Hf,0?1??3?1?3.93m
?g?g980.5?9.807实际安装高度应比最大安装高度低0.5～1.0m，故泵的安装应控制在距热水池液面2.93～3.43m以内。
2-11用内径106mm的钢管将温度为20℃、物性与水相似的某溶液从池中输送到高位槽中。要求输液量为45m3/h，摩擦因数λ可取为0.03，管路计算总长为240m，两液面间垂直距离为8m。（1）试选一台合适的离心泵；（2）该泵在使用过程中因通过阀门调节工作点导致的能量损失是多少？（5.3J/N）
【解】（1）z2?z1?8m；p1?p2?0(表）；u1?u2?0。
q45?1.42m/s 管道中流体的流速为 u?v?3.14A3600??0.10624lu22401.422故系统的损失压头为 Hf?????0.03???6.95m
d2g0.1062?9.81故当流量为45m3/h时，系统所要求的外加压头为
2p2?p1u2?u12He?(z2?z1)???Hf?8?6.95?14.95m
?g2g查表选用离心泵型号IS80-65-125。该泵在转速2900r/min、流量为45m3/h时扬程为20.25m。
（2）H?He?20.25?14.95?5.3m
即该泵在使用过程中因通过阀门调节工作点导致的能量损失为5.3J/N。
第二节 其它化工生产用泵
知识点聚焦
各类泵型的性能比较：
非正位移泵 泵的类型 均匀性 恒定性 范围 离心泵 均匀 广，易达到大流量 不易达到高扬程 稍低，愈偏离 额定值愈小 小幅度调节用出口阀；大泵大幅度调节可轴流泵 均匀 随管路特性而变 大流量 扬程低 稍低，高效区窄 小幅度调节用旁路阀；有些泵可以调节叶旋涡泵 均匀 小流量 扬程较高 低 用旁路阀调节。 正位移泵 往复泵（含计量旋转泵（螺杆泵泵和隔膜泵） 和齿轮泵） 不均匀 尚可 恒定 恒定 较小流量 高扬程 高 小幅度调节用旁路阀；大幅度调节可调节小流量 较高扬程 较高 用旁路阀调节。 流 量 扬程大小 功 率 操 作
流量 调节 31
调节转速或切削叶轮直径。 自吸作用 启动 维修 结构与造价 一般没有 出口阀关闭 片角度。 没有 简便 部分型号有 转速、行程等。 有 麻烦 结构复杂，振动大，体积庞大，造价高。 适宜输送流量小、高扬程的物料；输送悬浮液时，要采用特殊结构的隔膜泵。 有 较简便 结构紧凑、加工要求较高。 适宜输送小流量、较高扬程的物料，对高粘度物料比较合适。 出口阀全开 结构紧凑简单，加工要求稍高。 结构简单，造价低廉 流量和扬程适用范围广，尤其适用于较低 特别适用于扬程、大流量。大流量、低扬除高粘度物料程。 不太适合外，可输送各种物料。 使用范围 适用于高扬程、小流量的清洁物料。 正位移设备——进入设备的液体只能沿出口排出，不可倒流。这种性质称为正位移特性，具有这种特性的设备称为正位移设备。
正位移及高压输送机械的流量调节法——正位移设备的流量调节必须采用旁路调节（又称回流支路调节），即从设备出口引出一根支管并配以流量调节阀门回流至设备入口，以防止过压造成生产安全事故。
高压输送机械的轴向推力及平衡装置——对高压输送机械，因流体的进出口压强差巨大，会对设备造成自高压面沿轴向朝着低压面方向的推力，简称轴向推力。为减少轴向推力对设备的破坏，对高压输送机械往往需设置平衡装置，将出口管中的高压流体引入到入口区，如在离心泵的叶轮上打孔、离心式压缩机中的平衡盘以及大型压缩机组及往复泵的回流支路等均可起到平衡轴向推力的作用。
容积式输送机械——是依靠包容流体的密封工作空间容积的周期性变化,把能量周期性地传递给流体,使流体的压强增加,直至将流体强行排出的流体输送机械。
容积式输送机械的稳流装置（空气室）——往复泵等容积式输送机械由于结构及工作特点必然产生流量和压强的脉动，从而降低了泵的吸入性能，缩短泵和管路的使用寿命，特别是在排出管路的管径较小，管路较长，系统中没有足够大的背压时，可能因惯性压头过大冲开泵的出口阀而造成实际流量大于理论流量的所谓“过流量现象”。为此往往配备有常压式或预压式吸入空气室和排出空气室，以达到稳压恒流的目的。 计算公式浓缩
往复泵的理论流量计算式： 1、单动泵 qVT?ASn r式中： qVT——往复泵的理论流量，m3/min；A——活塞截面积，m2；S——活塞冲程，m；nr——活塞每分钟往复次数，1/min。
32
2、双动泵 qVT?(2A?a)Snr
式中：a为活塞杆的截面积，m2。 相关习题解答
2-12某单动往复泵活塞的直径为160mm、冲程为200mm。现拟用该泵将比重为930kg/m3的某种液体从敞口贮液槽送至某设备中，要求的流量为25.8m3/h，设备的液体入口较贮液槽液面高19.5m；设备内液面上方的压强为314kPa（表），外界大气压为98.1kPa，管路的压头损失为10.3m。当有15%的液体漏损和总效率为72%时，试分别计算此泵的活塞每分钟往复次数与轴功率。（126，5.83kW） 【解】（1）此泵的活塞每分钟往复次数
根据题意实际排液量为：qv?(1?0.15)qv,T?0.85ASnr?25.8m3/h 所以 nr?25.860??4?126次/min
?0.162?0.2?0.85（2）此泵的轴功率
选取贮槽液面为截面1-1/，设备内的液面为截面2-2/，并以截面1-1/为基准水平面，由柏努利方程式有：
2P1u1P2u2z1???He?z2??2?Hf
?g2g?g2g式中 z1=0，z2=19.5m；p1=0（表），p2=314kPa（表）；u1=u2≈0；Hf=10.3m 314000?10.3?64.2m 所以 He?19.5?930?9.81Hq?g25.8?64.2?930?9.81??5.83kW 泵的轴功率P?ev3600?3600?0.72?10002-13某双动往复泵的柱塞的直径为180mm，柱塞杆的直径为60mm，曲柄的半径为145mm，柱塞每分钟往复55次。为了测定此泵的性能，将泵排出的水注入一个直径为3m的贮水桶中，在26.6分钟的试验中，桶内的水面升高2.6m，试求泵的容积效率？（88.96%） 【解】根据题意，实际排液量为：
?qv?4理论排液量为：
?32?2.6?100026.6?690.6L/min
qv,T?(2A?a)Snr?(2????0.182??0.062)?0.145?2?55?1000 44=766.3L/min q690.6所以，容积效率??v??100%?88.96%
qv,T766.3
33
第三节 气体输送机械
知识点聚焦
气体输送机械的类型——常根据出口表压强（终压）或p出口/p进口（压缩比）来进行分类：1、通风机，有轴流式和离心式，终压不大于14.7kPa；2、鼓风机，有离心式和旋转式（罗茨鼓风机），终压为14.7～350kPa，压缩比小于4；3、压缩机，有离心式、往复式和液环式等形式，终压在350kPa以上，压缩比大于4；4、真空泵，有离心式、往复式、液环式及流体作用式等，出口压强为大气压或略高于大气压，压缩比根据所造成的真空度决定。
全风压和静风压、动风压的概念——风机的全风压HT??We???hf,1?2是指单位体积流体通过风机获得的净能量，J/m3或Pa；静风压=(p2?p1)，即风机
2u2的出入口压强差，当风机入口与大气相通时为风机的终压，Pa；动风压=?，
2即单位体积流体的输出动能，J/m3或Pa。全风压=静风压+动风压。
离心（通）风机的分类——低压风机（增压幅度低于1kPa或100mm水柱）、中压风机（增压幅度为1～2.94kPa或100～300mm水柱）、高压风机（增压幅度为2.94～14.7kPa或300～1500mm水柱）。中、低压风机主要用于换气，高压风机则主要用来输送气体。
离心式通风机、鼓风机及压缩机的区别——区别主要在级数上，离心式通风机为单级，鼓风机和压缩机均为多级；其中离心式压缩机的级数多达几十级，为了便于冷却和稳压，往往中间分段，段与段之间设有中间冷却器和稳压装置，这是有别于离心式鼓风机的地方。再一区别就是转速，离心式压缩机的转速一般在10000r/min以上，而离心通风机和鼓风机的转速则在常速范围，由此可见离心式压缩机的构造要比前两种复杂得多。
离心式压缩机的分类：
分类 名称 低压压缩机 按排气压力分 中压压缩机 高压压缩机 超高压压缩机 微型压缩机 按功率分 小型压缩机 中型压缩机 大型压缩机 按吸入气体的流量分 小流量压缩机 中流量压缩机 说明 排气压力在3~10kg/cm 排气压力在10~100kg/cm 排气压力在100~1000kg/cm 排气压力＞1000kg/cm 轴功率小于10kW 轴功率处于10~100kW 轴功率处于100~1000kW 轴功率处于1000kW以上 流量小于100Nm/min 流量处于100~1000Nm/min 332222 34
大流量压缩机 按结构特点分 水平剖分型 垂直剖分型 流量大于1000Nm/min 3多级压缩流程——当气体的压缩比大于8时，一般采用多级压缩。多级压缩的常规流程由 “冷却器—气液分离器—1级汽缸—中间冷却器—中间油气分离器—2级汽缸—??出口冷却器—出口油气分离器”的形式构成，随着级数的升高气体的压强增大、气体的体积越来越小，故汽缸容积减小，由此可区分低压缸和高压缸。设置中间冷却器的目的是为将排出气体中夹带的油份冷凝后便于后续的中间分离器分离，以减少对后级汽缸的损伤，同时确保压缩机的吸气能力。 计算公式浓缩
离心通风机的风压计算式：
2u2?u12??(z2?z1)?g J/m3或Pa 1、全风压 HT?(p2?p1)?22u22、当气体进出口管在同一中心线时 HT?(p2?p1)???静风压?动风压
23、实际风压HT与标定风压（常压、20℃的空气）HT/的换算
1.2 HT'?HT
?往复式压缩机的吸气量计算式：
/1、单动往复式压缩机的理论吸气量 qV r T?ASn/2、双动往复式压缩机的理论吸气量 qV?a)S rn T?(2A/式中：qVT——理论吸气量，m3/min；A——活塞截面积，m2；S——活塞
的冲程，m；nr——活塞每分钟往复次数，1/min；a——活塞杆的截面积，m2。
V?V/3、往复压缩机的实际排气量 qV?(0.8~0.95)14?qVT
V1?V3式中：V1为活塞处于上死点时的气缸容积；V4活塞处于下死点时的气缸容积；V3为余隙容积。 相关习题解答
2-14现需输送温度为200℃、密度为0.75kg/m3的烟气，要求输送流量为12700m3/h，全风压为120mmH2O。当地大气压为98kPa。工厂仓库中有一台风机。其铭牌上流量为12700m3/h，风压为160mmH2O。试问该风机是否可用？（不可用）
【解】根据题意，实验条件下系统的全风压为：
1.21.2'HT?HT?120mmH2O??192mmH2O?160mmH2O
?0.75故该风机不可用。
2-15拟用风机向常压干燥器系统输送空气。空气的温度为293K，质量流量为
35
30t/h。若所需的全风压为280mmH2O。试选择一台合适的通风机。（4-72-11No.8C） 【解】根据题意查表得，在293K、常压下，空气的密度ρ=1.205kg/m3
q30?1000空气输送量为：qv?m??25000m3/h
?1.205查教材附录可知，选用4-72-11No.8C型通风机即可满足要求。
2-16某单级单动往复压缩机的气缸内径为180mm，活塞冲程为200mm，往复次数为240 1/min。现需要向某设备以80kg/h的流量提供压缩空气，问此压缩机能否满足生产要求？（能满足） 【解】根据题意
单动往复式压缩机理论吸气量 ?q'v,T?ASnr??0.182?0.2?240?60?73.25m3/h
4q'm,T80??'??1.09kg/m3
qv,T73.25即吸入空气密度大于等于1.09kg/m3时，此压缩机就能满足生产要求。 查教材附录可知，常温常压下，空气的密度为1.205 kg/m3，故该压缩机能满足生产要求。
第三章 非均相物系的分离
第一节 重力沉降及设备
知识点聚焦
相（态）——系指物质的聚集状态。处于同相态的混合物系称为均相物系，处于不同相态的混合物系则称为非均相物系。非均相物系中处于相对分散状态的相称分散相；处于相对连续状态的相称连续相。分散相与连续相中密度较大者称为重相，反之则称为轻相。依据连续相的物理状态，非均相物系有气态非均相物系和液态非均相物系。
非均相物系的分离——是将连续相与分散相加以分离的单元操作。 非均相物系分离方法类型——1、沉降 依据连续相和分散相的密度差异，在外力作用下使密度不同的两相发生相对运动，从而实现分离的操作。根据外力的不同，沉降可分为重力沉降与离心沉降两类。2、过滤 依据两相对固体多孔介质透过性的差异，在重力、压强差或离心力的作用下使非均相系统得以分离的操作。有重力过滤、压差过滤、离心过滤等。3、湿法分离 依据两相在液体中的润湿性能差异来分离气—固混合物的操作。典型的有文氏涤气器、泡沫除尘器等。4、静电分离 依据两相电性质的差异，在电场力的作用下对非均相物系进行分离的
36
操作，如电除尘。
自由沉降——即无干扰沉降，实际沉降多属干扰沉降。自由沉降应满足下述条件：1、分散相颗粒为表面光洁度、颗粒直径和密度同一的球形颗粒，不会因颗粒沉降速度的差异引起撞击干扰。2、物系中分散相颗粒的浓度较稀，沉降过程中不会发生颗粒与颗粒间的碰撞和团聚干扰。3、沉降设备的尺寸相对较大，器壁对颗粒的沉降无吸附和阻滞干扰。4、连续相的流动稳定、低速，连续相的流动对颗粒的沉降无干扰。
颗粒的自由沉降速度ut——又称终端速度，m/s；系指分散相颗粒在自由沉降过程中相对于周围流体的沉降运动速度。
实际沉降速度——在实际沉降过程中，当重相颗粒的浓度不太大时，由于撞击干扰，会使得对沉降起决定作用的小颗粒沉降速度加快；由于器壁对颗粒的吸附干扰，使得颗粒的沉降距离缩短；连续相的流动干扰可通过控制流动处于低速、稳定来降低或消除。所以，实际沉降在重相颗粒的浓度不太大时可按自由沉降考虑，以简化计算，同时相当于附加了一定的保险系数。只有当重相颗粒的浓度较大时，方需考虑颗粒之间的沉降干扰。
总效率与粒径分离效率——总效率?o系指沉降部分占颗粒总质量的百分比。对大于某粒径颗粒的总量中，被分离部分所占的质量百分数称为某粒径颗粒的粒级分离效率?i。
临界直径dpc——指沉降设备可完全分离的最小颗粒直径。临界直径愈小，总效率愈高，沉降设备的分离性能越好。临界直径一定，设备的最大生产能力一定。
哈真浅层沉降理论——指重力沉降设备的生产能力与高度无关。因此，降尘室以扁平状为佳，并可在降尘室内设置水平隔板构成多层隔板式降尘室，以提高降尘室的生产能力和分离能力。
重力沉降设备的类型——气—固混合物分离设备：降尘室，包括降尘气道、多层隔板式降尘室；液—固混合物分离设备：连续沉降槽（又称澄清器、增稠器、辐流式沉淀池）、沉淀池（包括平流沉淀池、多斗式平流沉淀池及斜板式沉淀池等）。 计算公式浓缩
雷诺数计算式 ： Ret?dput??
式中：?为连续相的密度，kg/m3；?为连续相的粘度，Pa?s；dp为颗粒直径，m；当颗粒为非球形颗粒时，dp应采用颗粒的当量直径de（即与实际颗粒具有相同体积的球形颗粒直径，de?
36Vp?）替代。
37
颗粒的自由沉降速度ut： 1、基本计算式 ut?g m/s
3??式中：?p为重相颗粒的密度，kg/m3；?为阻力系数。
dput?4dp(?p??)2、层流区(10－4＜Ret??≤2) ut?2gdp(?p??)18?（思托克斯公式）
1/1.41.6?gd(?p??)?p33、过渡区(2＜Ret＜10) ut?0.153??0.40.6??????（阿伦公式）
4、湍流区(103≤Ret＜2?105) ut?1.74dp(?p??)g?与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积颗粒的球形度系数?s计算式： ?s?
实际颗粒的表面积降尘室工艺尺寸与设备生产能力计算：
LH1、降尘气道的长度与高度 ?
uutc式中：L为降尘室长度，m；H为降尘气道的高度，m（若为多层隔板式降尘室，H为隔层的净高）；utc为临界沉降速度（即拟分离最小颗粒的沉降速度），m/s。u 为降尘室中气流的水平运动速度，m/s；为防止已沉降颗粒的反卷现象，通常视颗粒直径及密度的大小控制在0.5～1.5m/s之间。 2、降尘气道的生产能力 qV,ma?xBLut c式中B为降尘室宽度，m。
3、多层隔板式降尘室的生产能力 qV,max?nBLutc
式中n为多层隔板式降尘室的层数。需注意：多层隔板式降尘室的生产能力往往受反卷现象的限制。
连续沉降槽工艺参数的计算：
qm?X1111、沉降槽的截面积 A?(?)
u0?(1?X1)XX2式中：qm为料液的质量流量，kg/s；X1为料液的浓度，密度，kg/m3；X为沉降槽中任意截面上的浓度，
kg固相；ρ为清液的
kg清液（牛顿公式）
kg固相；u0为悬浊液的表观沉
kg清液kg固相降速度，m/s；由实验测定的u0～X关系确定。X2为底流浓度，；按工艺
kg清液要求确定。
q?X???p2 沉降槽的高度 H?1.75?m1p(1?)?(1.0~2.0)
A??p(1?X1)??X2式中：ρp为颗粒的真实密度，kg/m3。τp为沉渣的压紧时间，s；由实验测定
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的沉渣浓度与压紧时间之间的关系数据，根据底流浓度X2确定。 相关习题解答
3-1试计算密度为2650kg/m3、直径为50μm的球形石英颗粒，在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。（2.24mm/s，0.2m/s） 【解】（1）根据题意已知ρp=2650kg/m3，dp=50μm
查附录得知：在20℃下，水的密度ρ=998.2 kg/m3；粘度为1.005cP。 在沉降区域未知的情况下，先假设沉降处于层流区，应用斯托克斯公式：
gd29.81?(50?10?6)2?(2650?998.2)p(?p??)ut???2.24?10?3m/s ?318?18?1.004?10dput?50?10?6?2.24?10?3?998.2校核流型Ret???0.111?2（层流区）
?1.004?10?3层流区假设成立，ut=2.24mm/s 即为所求。
（2）查附录得知20℃常压空气的密度ρ’=1.205 kg/m3，粘度μ=1.81×10-5 在沉降区域未知的情况下，先假设沉降处于层流区，应用斯托克斯公式：
ut?gd2p(?p??)18?dput??9.81?(50?10?6)2?(2650?1.205)??0.20m/s ?518?1.81?10校核流型Ret?50?10?6?0.20?1.205??0.666?2（层流区） ?51.81?10层流区假设成立，ut=0.20m/s 即为所求。
3-2试求密度为2150kg/m3的煤灰颗粒在20℃空气中作层流沉降的最大粒径。（77.43μm）
【解】查附录知20℃下空气的密度ρ=1.205 kg/m，粘度μ=1.81×10Pa?s
3
-5
根据斯托克斯公式：
ut?gd2p(?p??)18?dput?? （1）
Ret? （2）
18Ret?2将式（1）代入式（2）得：dp?3
?g(?p??)由于沉降属于层流区，故Remax=2 沉降的最大粒径 dp,max18?2?(1.81?10-5)2=77.43μm ?31.205?9.81?(2150?1.205)3-3将温度为200℃的常压烟道气，以1.6m3/s的流量送入10（长）×2（宽）×2（高）(m3)的降尘室分离。已知烟尘密度为4880kg/m3；求可完全分离的最小烟尘粒径。（27.97μm）
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【解】查表得200℃下，干空气的密度ρ=0.746kg/m3，粘度μ=2.6×10-5Pa?s
qv,max1.6??0.08m/s 由qv,max?BLutc得： utc?BL10?2假设沉降区属于层流区，则 最小烟尘粒径dpc?校核流型Ret?18?utc18?2.6?10?5?0.08??27.97μm
g(?p??)9.81?(4880?0.746)dput??27.97?10?6?0.08?0.746??0.064<2
2.6?10?5层流区假设成立，dpc=27.97μm即为所求。
3-4用降尘室处理常压含尘空气，假定尘粒作层流沉降。问在下列情况下，降尘室的最大生产能力将如何变化？①临界直径由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至30m2。（1/4，1.47，3）
【解】根据题意
gd2p(?p??) (1) ut?18? qv,ma? (2) u?S tuxBLt由式（1）、式（2）得：
该降尘室的最大生产能力为：qv,max?S①临界直径由60μm降至30μm
由式（3）可得：最大生产能力将降至原来的1/4。 ②空气温度由10℃升至200℃
查表得：10℃空气的粘度为17.7×10-6Pa?s；200℃空气的粘度为26×10-6Pa?s 若忽略空气的密度变化，则由式（3）可得：最大生产能力将升至原来的1.47倍
③增加水平隔板数目，使沉降面积由10m2至30m2 由式（3）可得：最大生产能力将升至原来的3倍。
某厂拟利用一降尘气道处理锅炉烟气，已知：烟气量为2.5m/s，操作条件下的气体密度
32gdp(?p??)18? （3）
为0.720kg/m3，粘度为2.6×10－5Pa?s；飞灰可视为球形颗粒，最小颗粒直径为75?m，密度为2200kg/m3。为防止飞灰沉降受干扰，要求控制烟道气在降尘气道中的运动速度不大于0.8m/s。试根据以上条件确定该降尘气道的主要工艺尺寸（即长度L、宽度B、高度H，其中B:H=2.5:1）。
解：
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