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.docx
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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
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2650kg/m3，直径为0.04mm的球形石英颗粒在20C空气中自由沉降，沉降速度是多少？
（2）密度为2650kg/m3，球形度0.6的非
球形颗粒在20C清水中的沉降速度为0.1m/s，颗粒的等体积当量直径是多少？
（3）密度为7
900kg/m3,直径为6.35mm的钢球在密度为1600kg/m3的液体中沉降150mm所需的时间为7.32s,液体的黏度是多少？
解：
（1）假设为滞流沉降，则：
utd2（s）
18
查附录20°C空气1.205kg/m3，1.8110Pas，所以，
232
ut卫3—ms0.1276ms
18181.8110
核算流型:
3
1.81105
Re型1205°.12760.04100.341
所以，原假设正确，沉降速度为0.1276m/s。
（2）采用摩擦数群法
Re1——s23g
32u3
依0.6,Re1431.9，查出：
Ret比0.3，所以:
de0.31.81104.506105m45阿
1.2050.1
（3）假设为滞流沉降，得:
d2（s）g
其中
18U
uth0.157.32ms0.02049ms
将已知数据代入上式得：
6.757Pas
0.006352790016009.81
Pas180.02049
核算流型
dut0.006350.020491600
Ret0.030811
6.757
2•用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m，宽5m，高4.2m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/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20C下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3，黏度为1.8X0-5Pa?
s。
（2）若操作在420C下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为3.3M0'5Pa$。
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,s
bl
3000
27320
273
360055
0.03577ms
设沉降在斯托克斯区，则:
ut0.03577）g
18
I18严1.810°0.035771.985105m19.85pm
（s）g（30001.06）9.81
核算流型:
5
r©虬何510O.03577M60.04181
1.8105
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直
径为1.985>0-5m。
（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:
qv,s
utTT
273420
3000——
273一ms0.0846ms
360055
设沉降在斯托克斯区，则:
亦一183.31050.08464.132105m41.32g
（s）g（30000.5）9.81
核算流型:
Ret4.132100£8460.50.0529〔
3.3105
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒
直径为4.132>10-5m。
3•对2题中的降尘室与含尘气体，在427°C
下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10nm,试
确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：
取隔板间距为h，令
L
uUt
hLut
u
（1）
3000273427
ubHT360054.273ms°.1017ms
10ym尘粒的沉降速度
d2
ut
62
g1010630000.59.813.
5m.s4.95410ms
183.31105
18“5
由
（1）式计算h
h4.954103m0.244m
0.1017
层数n辛益172取18层
hH42m0.233m
1818
核算颗粒沉降雷诺数:
核算流体流型:
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
=996.9kg/m3,黏度=0.897310-3Pa?
s。
固
体颗粒为棱长0.08〜0.7mm的正方体。
已知：
方
铅矿密度S1=7500kg/m3，石英矿密度s2=2
650kg/m3。
假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求
（1）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？
（2）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。
解：
（1）水的上升流速为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此，水的上升流速应等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。
对于正方体颗粒，应先算出其当量直径和球形度。
设I代表棱长，Vp代表一个颗粒的体积。
颗粒的当量直径为
de6Vp36I3360.71033m8.68510"m
Vn\n\n
因此，颗粒的球形度,
用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度,即
3
17538
4d（S2）g
已知s=0.806,由图3-3查得Ret=70,贝V
所以水的上升流速应取为0.07255m/s或略大于此值。
（2）纯方铅矿粒的尺寸范围所得到的纯方
铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等于0.07255m/s的粒子。
用摩擦数群法计算该粒子的当量直径：
与此当量直径相对应的正方体棱长为
de
l卡
3.7221044
m310m
詐
tn
\'n
所得纯方铅矿粒的棱长范围为0.3〜0.7mm。
5.用标准型旋风分离器处理含尘气体，气
体流量为0.4m3/s、黏度为3.6X0-5Pa?
s、密度为0.674kg/m3,气体中尘粒的密度为2300kg/m3
若分离器圆筒直径为0.4m,
（1）试估算其临界
粒径、分割粒径及压力降。
（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸
需增大为多少？
此时临界粒径是多少？
（3）若
要维持原来的分离效果（临界粒径），应采取什么措施?
解：
临界直径。
民
将有关数据代入，得
分割粒径为
压强降为
p,Ui不变
所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。
（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4m的旋风分离器并联使用。
6.在实验室里用面积0.1m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67kPa，测得过滤5min后得滤液1L，再过滤5min后,又得滤液0.6L。
试求，过滤常数k，Ve，并写出恒压过滤方程式。
解：
恒压过滤方程为：
q22qqeK
由实验数据知：
32
110min，q10.016m/m
将上两组数据代入上式得:
（0.01）22（0.01）qe5K
（0.016）22（0.016）qe10K
解得qe0.007m3/m2
K4.8105m2/min8107m2/s
所以，恒压过滤方程为
q20.014q8107
或V20.0014V8109
（m3/m2,s）
（m3,s）
7.用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635mnK635mrrK25mm。
已知操作条件下过滤常数为K2105m2/s,qe0.01m3/m2,滤饼与滤液体积之比为v=0.06。
试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。
解：
恒压过滤方程为q22qqeK
q20.02q2105
Vc100.63520.025m30.1008m3
V空0.1008m31.680m3A0.6352210m28.0645m2
v0.06?
q—1.680m3/m20.208m3/m2
A8.0645
代入恒压过滤方程
0.208220.010.2082105
得2317.2s39.52min
8.在0.04m2的过滤面积上以1X10-4m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100s时，过滤压力差为3X104Pa；过滤600s时，过滤压
力差为9X104Pa。
滤饼不可压缩。
今欲用框内尺
寸为635mnX635mnX60mm的板框过滤机处
理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。
过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6X104Pa时改为恒压操作。
每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。
试求框内充满滤饼所需的时间。
解：
第一阶段是恒速过滤，其过滤时间0与过滤压差之间的关系可表示为：
pab
板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a,b值可根据实验测得的两组数据求出：
3X04=100a+b
9X04=600a+b
解得a=120,b=1.8X04
即p1201.8104
恒速阶段终了时的压力差Pr6104Pa，故恒速
段过滤时间为
恒速阶段过滤速度与实验时相同
根据方程3-71,
2
2Ur
a=ruR—120
k
解得:
k5.20810-8m2/（Pas）,qe0.375m3/m2
恒压操作阶段过滤压力差为6X104Pa,所以
K2kp25.2081086104m2/s6.250103m2/s
板框过滤机的过滤面积A20.6352m20.8065m2
滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为
Vc0.63520.06m20.0242m3
应用先恒速后恒压过滤方程
22
（qQr）2qe（qqR）K（r）
将K、qe、qR、q的数值代入上式，得：
1.520.875220.371.50.8756.252103350
解得662.5s
9.在实验室用一个每边长0.16m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。
操作条件下在过滤压力差为275.8kPa，浆料温
0.0723。
度为20°C。
已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2
930kg/m
滤饼不可压缩，每1m3滤饼烘干后的质量为1
620kg。
实验中测得得到1L滤液需要15.4s,
得到2L滤液需要48.8So试求过滤常数k和Ve,滤饼的空隙滤弓滤饼的比阻r及滤饼颗粒的比
表面积a。
632
10210Ve15.40.0512K
105K
41064103Ve48.80.0512
滤饼不可压缩时，
2kp◎
rv
所以，滤饼比阻为
2275.8103
1030.04924.234105
颗粒的比表面积
10.板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框
的长＞宽＞高为810mnK810mnK42mm，总框数为10,滤饼体积与滤液体积比为=0.1,过滤10min，得滤液量为1.31m3，再过滤10min,共得滤液量为1.905m3,试求
（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间；
（2）若洗涤与辅助时间共45min，求该装置的生产能力（以得到的滤饼体积计）。
解：
（1）过滤面积A0.81221013.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数
1.31221.31Ve13.12221060K
1.905221.905Ve13.12222060K
联立解出Ve0.1376m3，K2.010105m2/s恒压过滤方程式为V20.2752V3461103
Vc0.810.810.04210m30.2756m3
VV12.756m3
v
代入恒压过滤方程式求过滤时间
2.75620.27522.756/3.461103s2414s40.23min
（2）生产能力
m3/s4.823105m3/s0.206m3/h
24144560
11.在67io3Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5X10-5
m2/s,qe=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比u=0.08。
现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在134103Pa压力下过滤上述悬浮液。
试求：
（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；
（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求过滤机的生产能力（m3滤液/h）。
解：
（1）硅藻土，s0.01，可按不可压缩滤饼处理
K2kp,qe与p无关
p134103Pa时，K1104m2/s,qe0.01m3/m2
23322
Vc0.810.02538m0.6233m,A3820.81m49.86m
VVs0.6233m37.791m3,q-^^m3/m20.1563m3/m2
v0.08?
49.86
代入恒压过滤方程式求过滤时间
0.1563220.010.1563104
275.6s
（2）洗涤
Vw0.1V0.7791m3
WVw/dV0.7791s207.9s
dw0.003748
（3）生产能力
7.7913
V7.791333
Qm3/h20.27m3/h
WD275.6207.91560/3600
12.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验，操作真空度为400mmHg。
测得，
K4105m2/s,q7103m3/m2,（=0.2。
现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机在相同压力差下进行生产（过滤机的转鼓直径为1.75m,长度为0.9m,浸没角度为120c）,转速为1r/min。
已知滤饼不可压缩。
试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。
解：
过滤机回转一周的过滤时间为
60120
e川型一s20s
n1
由恒压过滤方程求此过滤时间可得滤液量
q20.014q41058104
解得q0.02214m3/m2
过滤面积ADL1.750.9nm24.946m2
所得滤液VqA0.022144.946m30.1095m3
转筒转一周的时间为6060s
n
所以转筒真空过滤机的生产能力为
Q60nV6010.1095m3/h6.57m3/h
转筒转一周所得滤饼体积
vV0.20.1095m3
0.02190m3
滤饼厚度
Vc0.021903
m4.42810m4.4mmA4.946
V1Vs0.9531m
VsV0.046860.95310.0492
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