食工原理课后习题答案第36章.docx
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食工原理课后习题答案第36章
第三章
3-1试求粒度为50m的某谷物的粉粒在20℃和100℃的常压空气中的沉降速度。
并分析其计算结果。
已知该谷物的密度p=1480kg/m
3。
-5Pa.s=1.205kg/m3解：
（1）=1.81×10
ut=（50×10
-6）2×（1480-1.205）9.×81/（181×.81×10-5）=0.111m/s
-6
-5）=0.37<1Ret=0.111×50×10×1.205/（1.8110×
（2）=2.19×10
-5Pa.s=0.946kg/m3ut=（50×10
-6）2×（1480-0.946）9.×81/（182×.19×10-5）=0.092m/s
-6-5
Ret=0.092×50×10×0.946/（2.1910×）=0.199<1
3-2密度为1850kg/m
3的微粒，在20℃的水中按斯托克斯定律沉降，问直径相差一倍的微粒，其沉
降速度相差多少？
2ut’=4ut
解：
ut’/ut=（d’/d）
3-3已测得密度为1100kg/m
粒的直径。
3的某球形豆制品颗粒在15℃水中的沉降速度为2.8mm/s，求此豆制品颗
18u180.001150.00284
解：
2.4310m
t
d
（）g（11001000）9.81
p
-4
Ret=2.43×10×0.0028×1000/0.00115=0.59<1
3的糖蜜的粘度。
该粘度计由一光滑钢球和玻璃筒组3-4用落球粘度计测定20℃时密度为1400kg/m
3
成，如附图所示。
试验测得密度为7900kg/m，直径为0.2mm的钢球在盛有此糖蜜的玻璃筒中的沉
降速度为10.2mm/s，问此糖蜜的粘度为多少？
2（p-）g/18ut=（2×10-4）2×（7900-1400）9×.81/（181×0.2×10-3）=0.0139Pa.s
解：
=d
-4-3
Ret=2×10×10.2×10×1400/0.0139=0.2055<1
3-5一矩形降尘室，长10m，宽5m，其中有20块隔板，隔板间的距离为0.1m，用以分离含尘气体中的微粒，微粒的密度是2500kg/m
3，微粒中最小粒径为10m，气体的粘度为0.0218cP，密度为
3。
试求：
（1）最小微粒的沉降速度；
（2）若需将最小微粒沉降下来，气体的最大流速不能超1.1kg/m
3/h？
过多少m/s？
（3）此降尘室能够处理的气体量为多少m
-6）2×（2500-1.1）9.×81/（180×.0218×10-3）=6.247×10-3m/s
解：
（1）utmin=（10×10
-3-6
-3）=0.00315<1Ret=6.247×10×10×10×1.1/（0.021810×
（2）tt=0.1/utmin=16su=10/16=0.6247m/s
-33/h（3）qvh=utminBLn=6.247×10×10×5×21×3600=23614m
3-6拟用长4m、宽2m的降尘室净化3000m
3/h的常压空气，气温为25℃，空气中含有密度2000kg/m3的尘粒，欲要求净化后的空气中所含尘粒小于10m，试确定降尘室内需设多少块隔板？
-6）2×（2000-1.185）9.×81/（181×.835×10-5）=5.94×10-3m/s
解：
ut=（10×10
-3
3/hqv1=5.94×10×4×2×3600=128m
3000/128=23.4即应有24层，需23层隔板。
3-7有一旋风分离器分离气流中的颗粒，在正常操作时，其进口气速为20m/s，由于突然事故，使处
理气体量减少40%，问此旋风分离器能够分离出的最小颗粒将有何变化？
习题解21
解：
qv’=0.6qvuT’=uTqv’/qv=0.6ut=0.6×20=12m/s
9B
1/2=（1/0.6）1/2=1.29
ddc’/dc=（uT/uT’）
c
πNu
sT
3-8使用（B=D/4、A=D/2）标准型旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，粉尘密度为
3，旋风分离器的直径D=650mm。
在旋风分离器入口处，空气的温度为200℃，流量为2290kg/m
3800m
3/h（200℃）时，求此设备能分离粉尘的临界直径dc（取N=5）。
2）=20m/s解：
uT=3800×8/（36000×.65
5
9B92.6100.656
d7.2710m
cNu
π43.145229020
sT
3-9在100℃的热空气中含砂粒之粒度分布（质量分率）为：
粒径范围，m10以下10~2020~3030~4040以上
质量分率，%1010202040
已知砂粒的密度为2200kg/m
3，若此含尘气流在一降尘室中分离，其分离效率为60%；在另一旋风分
离器中分离，其分离效率可达90%，现将流量降低50%，问新的情况下两种分离器的分离效率各为
若干？
设砂粒的沉降均符合斯托克斯定律。
解：
对降尘室，原临界粒径为30m。
qv=utBLqv’=qv/2ut’=ut/2
1/2dc’=dc/21/2=2.12×10-5m分离效率增为80%
dc’/dc=（ut’/ut）
对旋风分离器，原临界粒径为10m。
1/2dc’=dc×21/2=14.1×10-5m分离效率<90%
dc’/dc=（ut/ut’）
3-10某圆柱形吸附剂的尺寸为直径4mm，高8mm。
试分别求该吸附剂的等体积直径、等表面积当
量直径、等比表面积当量直径以及球形度。
2-7m3de=（6Vp/）1/3=5.77×10-3m
解：
Vp=0.785×0.004
×0.008=1.0051×0
2-4m2Ap=0.785×0.004×2+3.14×0.004×0.008=1.2561×0
dA=（Ap/）
1/2=6.32×10-3mda=6Vp/Ap=6×1.005×10
-7/（1.2561×0-4）=4.8×10-3ma=6/de=1040m
2/m3ap=1.256×10-3/（1.0051×0-7）=1250m2/m3jA=1040/1250=0.83
3-11某喷雾干燥制品的筛分数据如下表所示。
颗粒试样总量为0.5kg，设颗粒为球形，试求该混合
颗粒的分布函数曲线，频率函数曲线以及以等比表面积计的平均粒径。
序号12345678910
筛孔尺寸/mm0.40.3150.250.180.1540.1250.090.0710.056<0.045
筛留量/kg0.0010.0040.0100.0710.1350.1430.1160.0180.0020.000
解：
附表
序
（I）筛分数据（II）计算值
号
筛孔尺寸mm筛留量kgdp,i-1-dp,Idpmi/mmwi/％Fifi/mmwi/dpmi
10.40.010.21.000
20.3150.0040.0850.35750.80.9980.02240.00286
30.250.010.0650.282520.990.07080.00565
40.180.0710.070.21514.20.970.66050.0305
50.1540.1350.0260.167270.8281.61680.04509
60.1250.1430.0290.139528.60.5582.05020.0400
70.090.1160.0350.107523.20.2722.15810.02494
80.0710.0180.0190.08053.60.040.44720.00290
90.0560.0020.0150.06350.40.0040.06300.000254
100.00000.0560.0280000
以等比表面积计的平均粒径：
dpm=0.141mmS=7.089S=0.1521
习题解22
3-12一固定床吸附器，床层由比表面积a=1250m
2/m3的圆柱形吸附剂组成，床层的高度为1.5m，空隙率为0.42。
当温度为150℃及压强为0.02MPa（表压）时，在每平方米吸附层的截面上每小时通过
3（标准状况）的混合气体，试计算通过吸附层的流体压降。
已知150℃及0.12MPa（绝压）1800m
时该混合气体的密度为0.8kg/m
3，粘度为2.5×10-5Pa.s。
1800273150101.3
解：
u0.647m/s
3600273121.3
22
a
（1）a
（1）
pL[4.17u0.29u
33
2
]
2
2
1250（10.42）1250（10.42）
5
1.5[4.170.8
2.5100.6470.29
33
0.420.42
2
0.647
]
=2143Pa
3-13用活性炭固定床脱除某溶液的色度，溶液温度为20℃，密度为830kg/m
3，粘度为1.3×10-3Pa.s。
使用的活性炭平均粒径为0.85mm，床层直径为0.3m，填充高度为0.6m，空隙率为0.43。
当活性炭
层上方在大气压下保持1.0m液层高度，而床层下方集液容器内抽真空减压至40kPa（真空度）时，
问该溶液的处理量有多大？
解：
床层上方压强9810Pa（表），床层下方压强-40000Pa（表）
p=9810+40000=49810Paa=6/d=7959m
2/m3
22
498107059（10.43）7059
3
4.171.310u0.29
3
0.60.43
83016.7=1.1041×06u+1.218×107u2
6u+1.218×107u2
u
2+0.0906u-0.006816=0u=0.0489m/s
2-33
qv=0.785×0.3×0.0489=3.4551×0m/s
（1
3
0.43
0.43）
2
830u
3-14恒压下过滤某含渣的果汁，由实验已测得过滤中截留的浆渣滤饼的压缩指数为0.55。
现已知在
3的清果汁。
问在其它条件相同下，若过滤1h后要得到5m3的
0.2MPa的压差下，过滤1h后可得3m
清果汁需采用多大的过滤压差？
设介质阻力忽略不计。
2=2kA2p1-stV’2=2kA2p’1-st
解：
V
（V’V/）
2=（p’/p）1-s=（5/3）2（p’/p）=（5/3）2/（1-0.55）=9.68
p’=9.68p=9.68×0.2=1.94MPa
2过滤面积过滤15分钟后得滤液1.2m3，继续过滤
3-15某厂用压滤机恒压过滤某种胶状悬浮液，1m
至1小时，共得滤液4m3，此时滤框已充满，即停止过滤。
试依据上述测试数据确定其恒压过滤方
程。
如果过滤前在滤布面上涂一层助滤剂（其厚度可略而不计），则滤布阻力可降至原来的1/3，问
涂上助滤剂后滤框充满所需时间为多少？
解：
1.22+2×1.2×qe=15K42+2×4×qe=60K
232
K=1.12m/minqe=6.4m/m
过滤方程为q2+12.8q=1.12t
32
铺助滤剂后qe’=qe/3=6.4/3m/m
42+2×4×6.4/3=1.12tt=29.5min
3-16今有一实验装置，以0.3MPa的恒压过滤某水悬浮液，测得过滤常数K=5×10
-5m2/s，qe=0.01m3/m2。
3/m3。
现拟在生产中采用BMY50—810/25型板框压滤机来
又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08m
过滤同样的料液，过滤压强和所用滤布也与实验时相同（此板框压滤机的B代表板框式，M代表明
流，Y代表采用液压压紧装置，这一型号的滤机滤框空间的长与宽均为810m，框的厚度为25mm，
共20个框）。
试计算：
（1）过滤至框内全部充满滤渣时所需过滤时间；
（2）过滤后以相当滤液量1/10
的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、重装等操作共需15min，求压滤机的生产能力，
3
以每小时平均可得多少m
滤饼计。
2V
3
解：
（1）A=0.812×2×20=26.24m
饼=0.812×0.025×20=0.328m
3q=V/A=4.1/26.24=0.156m3/m2
V=0.328/0.08=4.1m
q
2+2×0.01×q=5×10-5tt=（0.1562+0.02×0.156）/（510×-5）=549s
（2）tw=0.1V×8（V+Ve）/KA
2=0.1×8×q×（q+qe）/K=0.1×8×0.156×（0.156+0.01）/（510-×5）=414s
习题解23
（3）Q
饼=0.328×3600/（549+414+900）=0.634m
3/h
3，于一小型过滤机中测得此悬浮液的滤3-17有一浓度为9.3%的水悬浮液，固相的密度为2200kg/m
-42
饼常数k=1.1×10
m/（sa·tm），滤饼的空隙率为40%。
现用一台GP5-1.75型回转真空过滤机进行生产
（此过滤机的转鼓直径为1.75m，长度为0.98m，过滤面积为5m
2，浸入角度为120°），生产时采用
的转速为每分钟0.5转，真空度为600mmHg，试求此过滤机的生产能力（以滤液量计）和滤饼厚度。
假设滤饼不可压缩，过滤介质的阻力可忽略不计。
4-42
解：
K=2kp=2×1.1×10
×600/760=1.7371×0m/s
Q465AKn46551.737
3
V=Q/60n=12.5/（600×.5）=0.417m
4
100.51/312.5m
3
/h
v×（1-0.4）2×200/[1000+v×0.4×1000+v×（1-0.4）2×200]=0.093
v=0.08m饼=0.08×0.417=0.0333m3/m3V=vV
3/m3V=vV
=V饼/S=0.0333/5=0.0067m
3
3-18某回转真空过滤机转速为每分钟1.5转，今将转速提高至每分钟2.5转，若其它情况不变，问
此过滤机的生产能力有何变化？
设介质阻力可忽略不计。
1/2=（2.5/1.5）1/2=1.29解：
Q’Q/=（n’n/）
2）在0.25MPa（表压）下恒压过滤，经303-19一台BMS30-635/25型板框压滤机（过滤面积为30m
3
分钟充满滤框，共得滤液2.4m，过滤后每次拆装清洗时间需15分钟。
现若改用一台GP20-2.6型回
转真空过滤机来代替上述压滤机，转筒的直径为2.6m，长为2.6m，过滤面积有25%被浸没，操作真
空度为600mmHg，问真空过滤机的转速应为多少才能达到同样的生产能力？
设滤渣为不可压缩，过
滤介质的阻力可忽略不计。
解：
板框压滤机Q=2.4×60/（30+15）=3.2m
3
/h
回转真空过滤机K’K/=600×101.3/（7602×50）=0.32
K=2.42/（3023×0×60）=3.5561×0
-6m2/sK’=0.3K2=1.1374×10
-6m2/s
2
A’=2.6×3.14×2.6=21.2m
1.646521.21.137410
6n
2.625'
n’=0.37rpm
3，达到泵的最大3-20工厂用一台加压叶滤机过滤某种悬浮液，先以恒速过滤15分钟得到滤液2.5m
3
压头，然后再继续进行恒压过滤1小时，问：
（1）总共可得滤液多少m？
（2）如果叶滤机的去渣，
3/h？
（3）如果要此过滤机的生产能力为最大，则每
重装等需15分钟。
此滤机的生产能力为多少m
3
一循环应为多少时间？
生产能力又是多少m
/h？
设介质阻力忽略不计。
2=KA2tR/2解：
（1）恒速VR
2222
即2.5=KA×0.25/2KA=2.5×2/0.25=50
先恒速再恒压V
2-VR2=KA2（t-tR）V
2-2.52=50×（1.25-0.25）V=7.53
（2）Q=7.5/（1.25+0.25）=5m
3/h
（3）
Q
V
V
V
D
KA
2
（t
t
t
R
t
D
）
2
V
R
2
1KA
22
（tt）KA（tt）V
DRR
222dVKA（tt）V
令0
RR
2
dt（tt）
D
2
1KA
即2
2
（ttD）KA（tt）V
RR
222
KA（tt）V
RR
（t+tD）KA
2/2=KA2（t-tR）+VR2
代入tD=0.25h，KA
2=50，tR=0.25h，VR=2.5m3，得t=0.52h
此时V=[50×（0.52-0.25）+2.5
2]1/2=4.444m3Qmax=4.444/（0.52+0.25）=5.77m
3/h
习题解24
2
，在0.2MPa（表压）下用某种料浆进行恒压过滤实验，测得：
3-21加压叶滤机过滤面积为4.5m
过滤时间t/min51015202530
滤液量V/l4907951035123514251575
试求过滤常数K、qe。
-4m2/sqe=0.0852m3/m2解：
用线性回归法得：
K=1.02×10
3Q/mt/q
t/sV/m
3000.4900.10892755.10
6000.7950.17673396.23
9001.0350.23003913.04
12001.2350.27444372.47
15001.4250.31674736.84
18001.5750.35005142.86
斜率9809.32截距1671.27
t/q
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
q
00.10.20.30.4
3
3-22有一转鼓真空过滤机，每分钟回转2周，每小时可得滤液4m
。
若滤布阻力忽略不计，问每小
时要获得5m
3滤液，转鼓每分钟应回转几周？
此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的几倍？
假定所用的
真空度不变。
1/2
解：
过滤介质可以忽略时，每小时所得的滤液体积：
qv=465A（Kn）
1/21/21/2
qv’q/v=465A（Kn’）/[465A（Kn）]=（n’n/）∴n’=n（qv’q/v）
2=2×（5/4）2=3.1253
滤液，转鼓每分钟应转3.125周。
即每小时要获得5m
转鼓旋转一周表面生成的滤饼的厚度：
=v（V/n）/A=vV/nA
∴’/=（V’n/’）V/（/n）=V’n/Vn’=5×2/（3.1254×）=0.8
即转鼓表面滤饼的厚度为原来的0.8倍。
3-23用板框压滤机过滤某糖汁。
滤框边长为810mm。
已测得操作条件下过滤常数K=6.2×10
-5m2/s，
qe=0.01m
3/m2，每得1m3滤液的滤饼体积为0.1m3，滤饼洗涤及卸饼、重装等共费时25min。
要求过
3/h（按滤液计）。
试计算：
（1）至少需几个框；
（2）框的厚度。
滤机的生产能力为15m
解：
（1）由恒压过滤方程式：
t=（V
2+2VVe）/KA2及Ve=Aqe
qv=V/（ttD）=V/[（V
2+2VVe）/KA2+tD]=KA2V/（V2+2VVe+KA2tD）
22-522
令dqv/dV=0，得：
V=KAtD=6.2×10×25×60A=0.093A
∴V=（0.093）
1/2A=0.3050A-52
2+2×0.305A×0.01A+0.093A2）=1.8911×0-5A/0.1921qv=6.2×10×A×0.305A/（0.093A
而qv=15m
3/h=4.1671×0-3m3/s
-3
-5=42.33m2∴A=4.167×10×0.1921/1.89110×
所需滤框数：
n=A/2b
2=42.33/（20×.812）=32.26取33
实际过滤面积：
A=33×2×0.81
2=43.30m2
（2）一个操作周期中得到的滤液体积为：
习题解25
2
1/2=0.305A=0.305×43.3=13.21m3V=（KAD）
∴框的厚度为：
L=Vv/nb
2=13.21×0.1/（330×.812）=0.061m
3
3-24用板框压滤机恒压过滤某悬浮液。
悬浮液中固相质量分率为0.1。
固相密度s=2000kg/m，液相为密度=1100kg/m3的水溶液，每1m3滤饼中含600kg溶液，其余全为固相。
已知操作条件下过滤常
-5232
数K=9.8×10，板框尺寸为810mm×810mm×25mm，共26个框。
求：
（1）滤框
m/s，qe=0.02m/m
全部充满所需的时间及所得的滤液体积；
（2）过滤完毕后用0.5m
3清水洗涤，洗涤时表压与过滤时
相同，洗水粘度为滤液粘度的75%，求洗涤时间。
解：
（1）以1m
3滤饼为基准求v，设其质量为x：
（x-600）/2000+600/1100=1解得x=1509.1kg
对应的滤浆量909.1/0.1=9090.9kg
对应的滤液量9090.9-1509.1=7581.8kg
3
对应的滤液体积7581.8/1100=6.89m
23
滤框全部充满时的体积0.81×0.025×26=0.4265m
322
V=0.4265×6.89=2.94m而A=0.81×2×26=34.12m
q=V/A=2.94/34.12=0.0862m
3/m2
由恒压过滤方程式q
2+2qqe=K，知：
（0.0862）
2+2×0.0862×0.02=9.81×0-5解得：
=111s
2-52-33
（2）（dV/dt）w=KA/[8（V+Ve）]=KA/[8（q+qe）]=9.81×0×34.12/[8×（0.0862+0.02）]=3.93610×m/s
tw=Vw/（dV/dt）w=0.5/3.93610×
-3=127s校正后的洗涤时间为：
tw’=tww/=127×0.75=95.25s
第四章
4-1在某一间歇式混合器内将淀粉与干菜粉混合以生产汤粉混合物。
干菜粉和淀粉的原料比例为4：
6，混合5min后取样分析，以质量分数表示淀粉含量，测得混合物组成的均方差为0.0823。
均方差的
初值可用两组分的质量比表示。
试问若要求混合物达到规定的均方差值0.02，混合操作还需继续进
行多少时间？
（初始均方差等于两组分浓度的乘积）
2=0开始的5min内解：
cm=6/（6+4）=0.6
∞
0
2=0.6×（1-0.6）=0.242=0.823=5min=300s
则：
0.0823-0=（0.24-0）exp（-300k）解得：
k=3.57×10
-31/s
即：
2=0.24exp（-3.5710×-3）
再代入:
2=0.02=696.5s=11.6min即再混合6.6min。
4-2用平浆式叶轮搅拌液体，搅拌已达湍流。
原用的浆叶直径为容器直径的1/3，今拟以容器直径的
1/4的浆叶直径代替。
要求功率数相等，问转速应如何改变?
解：
由P’/P=[（d/D）’/（d/D）]-1.2=（3/4）-1.2=1.41P/d5n3=P'/d'5n'3且P'=1.41P
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