化工原理第3章 课后习题参考答案.doc

第三章 非均相物系的分离和固体流态化3. 在底面积为40m的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m/h，固体的密度s=3600kg/m，操作条件下气体的密度=1.06kg/m，粘度为3.410-5Pas。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。需根据沉降速度求。1）沉降速度可根据生产能力计算 ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。（参考教材P148）。假设气体流处在滞流区则可以按 ut = d2（s- ）g/18进行计算 dmin2 = 18/（s- ）g ut 可以得到 dmin= 0.17510-4 m=17.5 3）核算Ret = dminut/ 1 ， 符合假设的滞流区能完全除去的颗粒的最小直径 d = 0.17510-4 m = 17.5 m5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m，气体流量为1000m/h，粘度为3.610-5Pas密度为0.674kg/m，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有： Ne = 5 ，= 8.0 B = D/4 ，h = D/2 (1) 临界直径根据dc = 9B/(Nesui )1/2 计算颗粒的临界直径其中：=3.610-5Pas；B = D/4=0.1m；Ne = 5；s=2300kg/m；将以上各参数代入，可得 dc = 9B/(Nesui )1/2 = 93.6100.250.4/(3.145230013.89)1/2 = 8.0410-6 m = 8.04 m （2）分割粒径 根据 d50 = 0.27D/ut（s- ）1/2 计算颗粒的分割粒径 d50 = 0.273.610-50.4/(13.8892300)1/2 = 0.0057310-3m = 5.73m （3）压强降根据 P = ui2/2 计算压强降 P = 8.00.67413.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，P =500mmHg ，A=0.1m，1=5min时，V1=1L；2=5min+5min=10min时，V2=1L+0.6L=1.6L求：3=5min时，V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2（式中V和是累计滤液体积和累计过滤时间），要求V3，需求3=15min时的累计滤液体积 V3=？则需先求Ve和K。虚拟滤液体积Ve由过滤方程式 V2 + 2VVe= KA2过滤5min得滤液1L （110-3）2 + 210-3 Ve= KA25 过滤10min得滤液1.6L （1.610-3）2 + 21.610-3 Ve= KA210 由式可以得到虚拟滤液体积 Ve= 0.710-3 KA2= 0.396过滤15分钟假设过滤15分钟得滤液V V2 + 2VVe= KA2 V2 + 20.710-3V= 50.396 V = 2.07310-3再过滤5min得滤液V = 2.07310-3 -1.610-3 = 0.47310-3 m3=0.473L8.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得数据列于本题附表中：已知过滤面积为0.093m2，试求：（1）过滤压强差为103.0kPa时的过滤常数K ,qe及e(2)滤饼的压缩指数s；（3）若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2k Pa时的过滤方程式。过滤压强差（kpa）过滤时间（s）滤液体积V（m3）103.0502.2710-36609.1010-3343.417.12.2710-32339.1010-3解： 过滤常数K ,qe及e根据q2 + 2qqe = K ，和q = V/A ，1）当P=103.0kpa时，带入表中的数据 （2.2710-3/ 0.093）2 + 2 qe(2.2710-3 / 0.093)= 50K （9.110-3 / 0.093）2 + 2 qe（9.110-3/0.093） = 660K 由两式可得 qe = 3.9110-3m3/m2， K = 1.5710-5 m2/sqe2 = Ke e = qe2 / K = 0.929 s2）同理，当P=343.4kpa时，带入表中的数据，有：（2.2710-3/ 0.093）2 + 2 qe(2.2710-3 / 0.093)= 17.1K （9.110-3 / 0.093）2 + 2 qe（9.110-3/0.093） = 233K 解得：qe = 3.110-3m3/m2， K = 4.36510-5 m2/s, e = qe2 / K=0.22 s最后得到以下数据：表1P（kpa）K（m2/s）qe（m3/m2）103.01.5710-53.9110-3343.44.36510-53.110-3(2)滤饼的压缩指数s方法一：按教材介绍的作图法得到。方法二：将得到的两组数据（如表1）代入K=2kP1-s即可得s。（3）若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2k Pa时的过滤方程式。当P=196.2k Pa时的K和qe可由表1，通过线性插值法得到，即：，得K= 2.7110-5 m2/s ，得qe=3.510-3 m3/m2,得e =0.452s将得到的P =196.2k Pa 时的K ,qe及e代入总的过滤基本方程式：（q+qe）2 = K(+e)即可。过滤方程式为 （q + 3.510-3 ）2 = 2.7110-5（ + 0.452）10.用一台BMS50/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为0.139，固相密度为2200kg/m3，液相为水。每1m滤饼中含500kg水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数K=2.7210-5m/s，q=3.4510m3/m2。滤框尺寸为810mm810mm25mm,共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积：（2）过滤完毕用0.8m清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。解：（1）滤框内全部充满滤渣滤饼表面积 A = （0.81）2238 = 49.86 m2 (乘以2代表过滤面积是框面积的2倍) 滤框容积 V总 = （0.81）20.02538 = 0.6233 m3 已知 1m3 的滤饼中： 含水：500/1000 = 0.5 m3 则含固体为： 10.5 = 0.5 m3 所以，固体质量 ：0.52200 = 1100 Kg则1m3 的滤饼所获得的滤液质量为=悬浮液的质量-水的质量-固相的质量，即：1m3 的滤饼所获得的滤液的体积为其质量/水的密度，即：6313.7/1000=6.314m3 形成0.6233 m3 的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积 V =6.3140.6233 = 3.935 m3则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = V/A = 3.935/49.86 = 0.07892 m3 /m2qe2 = Ke e = qe2 / K = （3.4510-3）2 / 2.7210-5 = 0.4376 由（q + qe）2 = K（+e）得所需的过滤时间为 = （q + qe）2 / K - e = （0.07892 + 0.00345）2/2.7210-5 - 0.4376=249 s 洗涤时间Ve = qeA = 3.4510-349.86 = 0.172 由 （dv/ d）w= KA2 /8（+e）得洗涤速率 = 2.7210-5（49.86）2/ 8（3.935 + 0.172）= 20510-5洗涤时间为：0.8/20510-5 = 388s11.用叶滤机处理某种悬浮，先以等速过滤20min，得滤液2m3。随即保持当时的压强差再过滤40min，问共得滤液多少m3？若叶滤机每次卸渣重装等全部辅助操作共需20min，求滤液日产量。滤布阻力可以忽略。已知：恒速过滤阶段：R=20min，VR=2m3；D