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

1、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2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石 英颗粒在20 C空气中自由沉降，沉降速度是多 少？ （2）密度为2 650 kg/m3，球形度 0.6的非球形颗粒在20 C清水中的沉降速度为0.1 m/ s， 颗粒的等体积当量直径是多少？ （ 3）密度为7900 kg/m3,直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/m3的液体中沉降150 mm所需的时间为 7.3

2、2 s,液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：ut d2（s ）18查附录 20 C 空气 1.205kg/m3， 1.81 10 Pas，所以，2 3 2ut 卫3 ms 0.1276ms18 18 1.81 10核算流型:31.81 10 5Re 型 1205 .1276 0.04 10 0.34 1所以，原假设正确，沉降速度为 0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法Re1 s2 3 g3 2u3依 0.6 , Re 1 431.9，查出：Ret 比 0.3，所以:de 0.3 1.81 10 4.506 10 5m 45 阿1.205 0.1(3)假设为滞流沉降，得: d2

3、( s )g其中18Uut h 0.15 7.32m s 0.02049m s将已知数据代入上式得：6.757Pa s0.006352 7900 1 600 9.81Pa s 18 0.02049核算流型dut 0.00635 0.02049 1600Re t 0.03081 16.7572 用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘 室长5 m，宽5 m，高4.2 m,固体杂质为球形 颗粒，密度为3000 kg/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20 C下进行，操作条件下的气 体密度为 1.06 kg/m3，黏度为 1.8 X0-5

4、Pa?s。(2)若操作在420 C下进行，操作条件下的 气体密度为0.5 kg/m3,黏度为3.3 M05 Pa$。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:Utqv,sbl3000273 202733600 5 50.03577 m s设沉降在斯托克斯区，则:ut 0.03577 )g18I 18 严 1.8 10 0.03577 1.985 105m 19.85 pm(s )g (3000 1.06) 9.81核算流型:5r 虬 何5 10 O.03577 M6 0.0418 11.8 10 5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 1.985 0-5 m。(2)计

5、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,sut TT273 4203000 273一 m s 0.0846 m s3600 5 5设沉降在斯托克斯区，则:亦一 18 3.3 105 0.0846 4.132 10 5m 41.32g(s )g (3000 0.5) 9.81核算流型:Ret 4.132 10 0846 0.5 0.05293.3 105原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 4.132 10-5 m。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 10 nm,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h，令Lu

6、Uth Lut u(1)3000 273 427u bHT 36005 4.273 ms .1017ms10 ym尘粒的沉降速度d2ut6 2g 10 10 6 3000 0.5 9.81 3 .5 m. s 4.954 10 m s18 3.31 10 518 “ 5由（1）式计算hh 4.954 10 3m 0.244m0.1017层数n辛益172取18层h H 42 m 0.233m18 18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=996.9 kg/m3,黏度 =0.897 3 10-3 Pa?s。固体颗粒为棱长

7、0.080.7mm的正方体。已知：方铅矿密度S1 = 7 500 kg/m3，石英矿密度s2= 2650 kg/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de 6Vp 3 6 I3 3 6 0.7 10 3 3 m 8.685 10 mV n n n因此，颗粒的球形度,用摩擦数

8、群法计算最大石英粒子的沉降速度, 即3175384d ( 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0.07255 m/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 0.07255 m/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del卡3.722 10 4 4 m 3 10 m詐t n n所得纯方铅矿粒的棱长范围为 0.30.7 mm。5.用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4 m3/s、黏度为3.6 X0-5 Pa?s、密度为 0.674 kg/m3,气

9、体中尘粒的密度为 2 300 kg/m3若分离器圆筒直径为0.4 m, (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0.4 m的旋风分离器并联 使用。6.在实验室里用面积0.1 m2的滤叶对某悬 浮液进行恒压过滤

10、实验，操作压力差为 67 kPa， 测得过滤5 min后得滤液1 L，再过滤5 min后, 又得滤液0.6 L。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：q2 2qqe K由实验数据知：3 21 10 min ， q1 0.016m /m将上两组数据代入上式得:(0.01)2 2(0.01)qe 5K(0.016)2 2(0.016)qe 10K解得 qe 0.007m3/m2K 4.8 10 5m2/min 8 10 7m2/s所以，恒压过滤方程为q2 0.014q 8 10 7或 V2 0.0014V 8 109(m3/m2, s)(m3, s)7.用10个框的板

11、框过滤机恒压过滤某悬浮 液，滤框尺寸为635 mnK 635 mrrK 25 mm。已知 操作条件下过滤常数为K 2 105m2/s , qe 0.01m3/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q2 2qqe Kq2 0.02q 2 10 5Vc 10 0.6352 0.025m3 0.1008m3V 空 0.1008 m3 1.680m3 A 0.6352 2 10m2 8.0645m2v 0.06 ?q 1.680 m3/m2 0.208m3/m2A 8.0645代入恒压过滤方程0.2082 2 0.01 0.208 2

12、1 0 5得 2317.2s 39.52min8. 在0.04 m2的过滤面积上以1 X10-4 m3/s 的速率进行恒速过滤试验，测得过滤 100 s时， 过滤压力差为3X104 Pa；过滤600 s时，过滤压力差为9X104 Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635 mnX 635 mnX 60 mm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6X104 Pa时改为恒压操作。每 获得1 m3滤液所生成的滤饼体积为0.02 m3。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

13、可表示为：p a b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+b9X04=600a+b解得 a=120, b=1.8 X04即 p 120 1.8 104恒速阶段终了时的压力差Pr 6 104Pa，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3-71,22 Ura = ruR 120k解得 : k 5.208 10-8m2/(Pa s) , qe 0.375m3/m2恒压操作阶段过滤压力差为 6X104 Pa,所以K 2k p 2 5.208 10 8 6 104m2/s 6.25

14、0 10 3m2/s板框过滤机的过滤面积A 2 0.6352m2 0.8065m2滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为Vc 0.6352 0.06m2 0.0242m3应用先恒速后恒压过滤方程2 2(q Qr) 2qe(q qR) K( r)将K、qe、qR、q的数值代入上式，得：1.52 0.8752 2 0.37 1.5 0.875 6.252 10 3 350解得 662.5s9.在实验室用一个每边长 0.16 m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 275.8 kPa，浆料温0.072 3。度为20 C。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为 2930 k

15、g/m滤饼不可压缩，每1 m3滤饼烘干后的质量为1620 kg。实验中测得得到1 L滤液需要15.4 s,得到2 L滤液需要48.8 So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。6 3 210 2 10 Ve 15.4 0.0512 K10 5K4 10 6 4 10 3Ve 48.8 0.0512滤饼不可压缩时，2k p rv所以，滤饼比阻为2 275.8 10310 3 0.0492 4.234 10 5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810 mnK 810 mnK 42 mm，总框 数为10,滤饼体积与滤液体积比为

16、 =0.1,过滤 10 min，得滤液量为1.31 m3，再过滤10 min , 共得滤液量为1.905 m3,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 45 min，求该装置的生产能力（以得到的滤饼体 积计）。解：（1）过滤面积 A 0.812 2 10 13.122m2 由恒压过滤方程式求过滤常数1.312 2 1.31Ve 13.1222 1 0 60K1.9052 2 1.905Ve 13.1222 20 60K联立解出Ve 0.1376m3， K 2.010 10 5m2/s 恒压过滤方程式为 V2 0.2752V 3461 10 3Vc 0.81 0.81

17、0.042 10m3 0.2756m3V V1 2.756m3v代入恒压过滤方程式求过滤时间2.7562 0.2752 2.756 / 3.461 10 3 s 2414s 40.23min（2）生产能力m3/s 4.823 10 5m3/s 0.206m3/h2414 45 6011.在67 io3Pa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=5X10-5m2/s, qe=0.01 m3/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134 103 Pa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

18、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15 min ,求过滤机的生产 能力（m3滤液/h）。解：（1）硅藻土，s 0.01，可按不可压缩滤饼 处理K 2k p , qe与p无关p 134 103 Pa 时，K 1 104m2/s , qe 0.01m3/m22 3 3 2 2Vc 0.81 0.025 38m 0.6233m , A 38 2 0.81 m 49.86mV Vs 0.6233 m3 7.791m3 , q -m3/m2 0.1563m3/m2v 0.08 ? 49.86代入恒压过滤方程式求过滤时间

19、0.15632 2 0.01 0.1563 1 0 4275.6s（2）洗涤Vw 0.1V 0.7791m3W Vw / dV 0.7791 s 207.9sd w 0.003748(3)生产能力7.7913 V 7.7 9 13 3 3Q m3/h 20.27m3/hW D 275.6 207.9 15 60 /360012.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤 试验，操作真空度为400 mmHg。测得，K 4 105m2/s , q 7 10 3m3/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1.75 m,长度为0.9 m,浸没

20、 角度为120c）,转速为1 r/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60 120e川型一s 20sn 1由恒压过滤方程求此过滤时间可得滤液量q2 0.014q 4 10 5 8 10 4解得 q 0.02214m3/m2过滤面积 A DL 1.75 0.9 nm2 4.946m2所得滤液 V qA 0.02214 4.946m3 0.1095m3转筒转一周的时间为60 60sn所以转筒真空过滤机的生产能力为Q 60 nV 60 1 0.1095m3/h 6.57m3/h转筒转一周所得滤饼体积vV 0.2 0.1095m30.02190m3滤饼厚度Vc 0.02190 3m 4.428 10 m 4.4mm A 4.946V 1 Vs 0.9531mVsV 0.046860.9531 0.0492