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