化工原理沉降与过滤课后习题及标准答案

1、第三章 沉降与过滤沉降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3 、直径为 400 m 的球形颗粒在 150 的热空气中降落， 求其沉降速度。解 150时，空气密度0.835kg /m3，黏度2.41 105 Pa s颗粒密度 p 1030kg / m3 ，直径 dp 4 10 4m假设为过渡区，沉降速度为14 10 4 1.79m/ s4g2 ( p)2 3 4 (9.81)2 (1030) 2d225 d p 225 2.41 10 5 0.835 验算 Re dput =4 104 .1 75 98350 248.2.41 10 5ut为过渡区【 3-2 】密度为 2500kg/m 3

2、 的玻璃球在 20 的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为2ut dp p g /18由此式得（下标 w 表示水， a 表示空气）2218utp w d pw ( p a )d paadpwpa查得 20时水与空气的密度及黏度分别为w 998.2 kg / m3, w 1.004 10 3Pa sa 1.205kg /m3, a 1.81 10 5Pa s已知玻璃球的密度为 p 2500kg / m3 ，代入上式得dpwdpa(2500 1.205) 1.004 10 3(2500 998.2) 1

3、.81 10 59.613-3 】降尘室的长度为气体中悬浮的最小颗粒直径为10m ，宽为 5m，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，10 m ，气体密度为 1.1kg / m3 ，黏度为 21.8 10 6Pa s，颗粒密度为 4000kg/m 3。试求： (1)最小颗粒的沉降速度； (2) 若需要最小颗粒沉降，气体 的最大流速不能超过多少m/s? (3) 此降尘室每小时能处理多少m3 的气体？解 已知 d pc 10 10 6 m, p 4000kg/ m3,1. 1kg/ m3,21. 8 106 Pa s(1) 沉降速度计算 假设为层流区2 6 2gdpc ( p ) 9.8

4、1 (10 10 6 )2(4000 1.1)utpc p 6 0.01m /s18 21.8 10 6验算 Re18dpcut10 106 0.01 1.1 000505 2 为层流21.8 10 6(2) 气体的最大流速 umax 。沉降高度 H 0.1m ，降尘室长度10mLH10umaxumax0.10.01utum a x 1 m/ s(3) 气体的最大处理量qVSWHNu max5 0.1 20 110m3 / s 3.6 104m3 /h气体的处理量 qVS也可以用教材式 (3-18) 计算2d p2c ( p )gWLN18(10 10 6) 2 4000 9.81 5 10

5、2018 21.8 10 610m3 / s 3.6 104m3 /h3-4 】有一重力沉降室，长4m，宽 2m，高 2.5m ，内部用隔板分成 25 层。炉气进入除尘室时的密度为 0.5kg/m3，黏度为 0.035mPa s。炉气所含尘粒的密度为4500kg / m3 。现要用此降尘室分离100 m以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解 已知炉气的密度 0.5kg / m3，黏度 =3.5 105 Pa s尘粒的密度 4500kg / m3 ，临界尘粒直径 dpc 100 10 6m假设为层流区，求得沉降速度为gd 2pc ( p ) 9.81 (100 10 6)2 (4500 0.5)u

6、t pc p 5 0.701m / s t 18 18 3.5 10 5验算Re dput100 106 07501 0.5 13.5 10 5为层流区炉气流量为3qV utWLN 0.701 2 4 25 140m3 / s本题也可以用教材式(3-18) 计算，式中的 WL 改为 WLN 。3-5 】温度为 200、压力为 101.33kPa的含尘空气，用图 3-9 (a) 所示的旋风分离器除尘。 尘粒的密度为 2000kg/m 3。若旋风分离器的直径为0.65m ，进口气速为 21m/s ，试求： (1)气体处理量(标准状态)为多少m3/s；(2) 气体通过旋风分离器的压力损失；(3) 尘

7、粒的临界直径。解 空气温度 200 ，压力 101.33kPa ， 从空气物理性质表中查得 密度0.746kg /m3，黏度 =2.6 105Pa s(1) 气体处理量旋风分离器直径 D 0.65m ，进口气速 ui 21m/s200 、 101.33kPa 的空气流量为qV bhui D5 35D 21 2.52D 2 2.52 0.65 2 1.065 m3 /s0、 101.33kPa 时空气流量为0615 m /sqV 1.065 200273273(2) 压力损失阻力系数30 D 3D D 30bh D5 5 8.31d 2 L H D 2D 2D2压力损失pui2 8.31 (0.

8、746) (21)2 1370Pa 1.37 kPa22(3) 尘粒的临界直径 dpc 。已知尘粒密度 p 2000kg / m3， b D 0.65 0.13m55dpc 3 b 3 (2.6 10 5) 0.13 6.79 10 6m 6.79 m pc n pui5 2000 21过滤【 3-6 】悬浮液中固体颗粒浓度(质量分数)为 0.025kg 固体 /kg 悬浮液，滤液密 度为 1120kg/m 3，湿滤渣与其中固体的质量比为2.5kg 湿滤渣 /kg 干渣，试求与 1m 3滤液相对应的湿滤渣体积 ，单位为 m3 湿滤渣 /m3 滤液。固体颗粒密度为2900kg/m 3。解 已知

9、X 0.025kg 固体 /kg 悬浮液C 2.5kg 湿渣 /kg 干渣，滤液密度1120kg /m3X1 CX10.022.55 101.02205 29.9kg干渣 m3滤液C 2.5 3 c C .1480kg /m3c 1 C 1 1 2.5 1p 2900 1120Cc29.9 2.5 3 3291.94802.5 0.0505m3湿渣m3 滤液3-7】用板框压滤机过滤某悬浮液，共有面积为 0.85m 2，试求1 小时过滤所得滤液量为多少20个滤框，每个滤框的两侧有效过滤m3。已知过滤常数 K4.97 105m2/ s,qe 1.64 102m3 / m23600s2q2qqe K

10、2 2 5q2 2q 1.64 10 2 4.97 10 5 3600q2 3.28 10 2 q 0.179 0q 3.28 10 2 (3.28 102)2 4 0.179 0.407m3 / m2A 20 085 17m2, V qA 0.407 17 6.92m3 滤液3-8 】将习题 3-6 的悬浮液用板框压滤机在过滤面积为 100cm2 、过滤压力为53.3kPa 条件下进行过滤， 所测数据过滤时间 s8.43884145滤液量 mL100300500700试求过滤常数与 qe 及滤饼的比阻 r已知滤液的黏习题 3-8 附图度为 3.4mPa s。解已知过滤面积2A 100cm20

11、.01m2/s8.43884145V / mL100300500700V /m3-4110-4-4310-4-4510-4-4710-4q/ m3/m2-2110-2-2310-2-2510-2-2710-2/ m2 qs/ m38.4 10212.7 10216.8 10220.7 10如习题3-8 附图所示2直线的斜率2.013 104,K4. 967 105m2 /s，截距2qeK6. 6 12 0qe已知 p5. 3 3 41 0P a滤液黏度3.4 mPa s 3.4 10 3 Pa s由习题 3-6 得00505m3 湿渣 m3 滤液 故比阻为2pK25 5.33 10431.25

12、 10134.967 10 5 34 10 3 0.0505【3-9 】对习题 3-6 及习题 3-8 中的悬浮液用板框压滤机在相同压力下进行过滤， 共有 20 个滤框，滤框厚度为60mm ，每个滤框的两侧有效过滤面积为085m2 。试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为32900kg / m3 。在习题 3-6 中已给出湿滤渣质量与其中固体质量的比值为 2.5kg 湿渣 kg 干渣， 并计算出每立方米滤液相对应的湿渣体积，即00505m3湿渣 /m3 滤液。在 习 题 3-8 中 已 求 出 恒 压 过 滤 的 过 滤 常 数 K 4.967 105m2/S ， qe 1.64

13、10 2m3 /m2解 求恒压过滤的过滤时间 的计算式为q2 2qqe K需要求出 q VA过滤面积 A 0. 8 5 2 0 m21 7滤液体积 V 的计算：20 个滤框中的湿滤渣体积为Vc 20 0.06 0.285 0.51m3 湿渣从滤渣体积 Vc 计算滤液体积 VV Vc 0.51 10.1m3 滤液0.0505q V 10.1 0594 m3滤液 /m2过滤面积A 172 2 2q2 2qqe (0.594)2 2 0.594 1.64 10 2过滤时间 e 5 7496s 2.08hK 4.967 10 5【 3-10 】用板框压滤机过滤某悬浮液，恒压过滤 l0min ，得滤液 10m3 。若过滤介 质阻力忽略不计，试求： (1)过滤 1h 后的滤液量； (2)过滤 1h 后的过滤速率 dV / d 。3解 恒压过滤，已知10 min, V 10m3,Ve 0 ，代入教材式 (3-40) ，22V 2 KA 222求得KA2 V 10 10m6min10(1) 过滤 1h 后的滤液量 60minV KA2 = 10 60=24.5m3(2) 过滤 1h 后的过滤速率 dV / d 从教材式 (3-39) K 2 p 与式 3 38 ，得r23 3 30.204 m /min 3.4 10 m / s1/3，转速为 2r /min ，每小时得滤液