化工原理典型例题题解

1 第 4 章 流体通过颗粒层的流动典型例题典型例题 例 1 过滤机的最大生产能力过滤机的最大生产能力 用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤 过滤 20 分钟得滤液 20m3 过滤 饼不洗涤 拆装时间为 15 分钟 滤饼不可压缩 介质阻力可略 试求 1 该机的生产能力 以 m3 滤液 h 表示 2 如果该机的过滤压力增加 20 该机的最大生产能力为多少 m3 滤液 h 解 1 hm V Q D 3 3460 1520 20 3 2 根据恒压过滤方程 V2 KA2 20 20 202 2 2 V KA 为了得到最大生产能力 则应 min15 Df 在原压力下对应的滤液量为 3001520 22 fopt KAV 3 3 17 mVopt P 1 2 P V P1 2 3 95 18 3 172 1mVopt hm V Q Df opt 9 3760 1515 95 18 3 max 例 2 滤饼的洗涤问题滤饼的洗涤问题 采用板框压过滤机进行恒压过滤 操作 1 小时后 得滤液 15m3 然后用 2m3 的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤 假设清水的粘度与滤液的粘 度相同 滤布阻力可略 试求 1 洗涤时间 2 若不进行洗涤 继续恒压过滤 1 小时 可另得滤液多少 m3 解 V2 KA2 KA2 152 采用横穿洗涤法 则有 Ew d dV d dV 4 1 2 或者 hr V KA V f w w 07 1 152 15 4 1 2 24 1 22 hr J fw 07 1 1 4 1 15 2 2 2 22 KAV 32 2 21215 mKAV 3 2 615 2 21mV 例 3 操作压强对过滤机生产能力的影响操作压强对过滤机生产能力的影响 用板框过滤机过滤某悬浮液 一个操作周期内过滤 20 分钟后共得滤液 4m3 滤饼不可压缩 介质阻力可略 若在一个周期内共用去辅助时间 30 分钟 求 1 该机的生产能力 2 若操作压强加倍 其它条件不变 物性 过滤面积 过滤时间与辅助时间 该机生产能力提高了多少 解 滤饼不洗涤 1 Q 4 20 30 0 08m3 min 2 K P V P1 2 V 21 2V 1 414 4 5 65m3 Q 5 65 50 0 113m3 min 例 4 在 9 81 103Pa 的恒定压力差下过滤某种的悬浮液 悬浮液中固相为 直径 0 1mm 的球形颗粒 固相体积分率为 10 过滤时形成空隙率为 60 的不可 压缩滤饼 已知水的粘度为 1 0 10 3Pa s 过滤介质阻力可以忽略 试求 1 每平方米过滤面积上获得 1 5m3滤液所需的过滤时间 2 若将此过滤 时间延长一倍 可再得滤液多少 解 1 过滤时间 已知过滤介质阻力可以忽略时的恒压过滤方程式为 单位面积上所得滤液量q 1 5m3 m2 3 过滤常数 对于不可压缩滤饼 s 0 常数 则 已知 9 81 103Pa 1 0 10 3Pa s 滤饼的空隙率 0 6 球形颗粒的比表面为 m2 m3 于 是 m2 又根据料浆中的固相含量及滤饼的空隙率 可求出滤饼体积与滤液体积之 比 形成 1m3滤饼需要固体颗粒 0 4m3 所对应的料浆量是 4m3 因此 形成 1m3滤饼可得到 4 1 3m3滤液 则 m3 m3 m3 s 所以 s 4 2 过滤时间加倍时增加的滤液量 s 则 m3 m2 m3 m2 即每平方米过滤面积上将再得 0 62m3滤液 例 5 用转筒真空过过滤机过滤某种悬浮液 料浆处理量为 40m3 h 已知 每得 1m3滤液可得滤饼 0 04m3 要求转筒的浸没度为 0 35 过滤表面上滤饼厚 度不低于 7mm 现测得过滤常数为K 8 10 4m2 s qe 0 01m3 m2 试求过滤机的 过滤面积A和转筒的转速n 解 以 1min 为基准 由题给数据知 m3 min a s b 滤饼体积 0 642 0 04 0 02568m3 min 取滤饼厚度 7mm 于是得到 r min c 每分钟获得的滤液量为 5 m3 min d 联立式 a b c d 解得 m2 r min 例 6 若分别采用下列各项措施 试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化 已知滤布阻力可以忽略 滤饼不可压缩 1 转筒尺寸按比例增大 50 2 转筒浸没度增大 50 3 操作真空度增大 50 4 转速增大 50 5 滤浆中固相体积分率由 10 增稠至 15 已知滤饼中固相体积分率 为 60 6 升温 使滤液粘度减小 50 再分析上述各种措施的可行性 答 根据题给条件 转筒真空过滤机生产能力的表达式为 而A DL 1 转筒尺寸按比例增大 50 新设备的过滤面积为 A 1 5 2A 2 25A 即生产能力为原来的 2 25 倍 净增 125 需要换设备 6 2 转筒浸没度增大 50 即生产能力净增 22 5 增大浸没度不利于洗涤 3 操作真空度增大 50 增大真空度使 为原来的 1 5 倍 则效果同加大浸没度 50 即生产能 力提高了 22 5 加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约 4 滤浆中固体的体积分率由 10 提高至 15 Xv的加大使v加大 两 种工况下的