化工原理典型例题题解.docx

第4章流体通过颗粒层的流动典型例题例1：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）Q=Vq+qD=2020+1560=34.3m3/h（2）根据恒压过滤方程V2=KA2KA2=V2q=20220=20为了得到最大生产能力，则应qf=qD=15min在原压力下对应的滤液量为2Vopt=KA2qf=2015=300Vopt=17.3m3P=1.2PVP1/2Vopt=1.217.3=18.95m3Qmax=Voptqf+qD=18.9515+1560=37.9m3/h=例2：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=KA2KA2=152采用横穿洗涤法，则有：dV1dVdqw4dqE1KA2qw=14Vw22Vf=142152215=1.07hr或者qw=2Jdqf=21151=1.07hr4V2=KA2q，V=KA2q=152=21.2m3DV=21.2-15=6.2m3例3：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）KPVP1/2V=21/2V=1.4144=5.65m3Q=5.65/50=0.113m3/min例4：在9.81103Pa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1.010-3Pas，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/m22过滤常数对于不可压缩滤饼，s=0,常数，则m/m3已知=9.81103Pa=1.010-3Pas，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3m3/s所以s3m/m2（2）过滤时间加倍时增加的滤液量s则3m/m23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=810-4m2/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0.6420.04=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4m3/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。5（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v