南工大化工原理第三章习题解答

1、第三章习题1) 有两种固体颗粒，一种是边长为 a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度为h,圆柱直径为d。试分别写出其等体积当量直径 r .和形状系数"的计 算式。（解|：碍=护二de y =a开打（6/方 /. U串=2=b® 沦（6）v3飾S诂h： % =2）d%殖® 2）#%（1 阳护）屮=S=2（刃O/+7T 必 2h + d2) 某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm,直径d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m,床层空隙率、若以1atm, 25C的空气以0.25'空速通过床层，试估算气体压降。解圆柱体：=2)沪切粒肖

2、二(1涮*)4(2*+3)< y =/(2 + ) = 3 x 3x 5/(2 x 5 + 3) = 3空气(W25°C):p = 1.185tg/w3二 1.335x10 s按欧根公式计算压降： 也巴=耳15叶马二或今+1/75天辽总 空】“亦引(101835xl0-5x0.2511-0.52 1.135x0 25a.=0 80 150x -x + 1.75x x0.523(3.46X1Q-3)30.523346xl03=Yll.lPa3) 拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20C空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速 o.2床层压降14.28mmH2O0

3、.693.94mmH2O试估计25C、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40小通过此床层的压降（含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气M -解常压下， f / I ,：- - I .欧根公式可化简为p（4月为床层结构参量，为常量° ）试验条件:14.28 = j4x0.018x0.20 + 5xl.20x0 23©93.94-j4x0.018x0.60 + £x 1.20 X0.62联立式，解得：A =1601 B = 177 4氯气:AP = 1601x0.014x0.40 + 177 4x1.88x0.43 = 62.3湘隅O3）令水通过固体颗粒消毒剂固

4、定床进行灭菌消毒。固体颗粒的筛析数据是：0.50.7mm, 12%; 0.71.0mm, 25.0%; 1.01.3, 45%; 1.31.6mm, 10.0%;1.62.0mm, 8.0% （以上百分数均指质量百分数）。颗粒密度为1875».、。固定床高350mm,截面积为314mm2。床层中固体颗粒的总量为 92.8g。以20T清水以0.040 L空速通过床层，测得压降为677mmH2O,试估算颗粒的解；f = 1 - (92.8/1.875) /(35 x 3.14) = 0,550体积均按沏?计算)10.120.250.450.100.08,仆件=+ + &&

5、 - l.OOwwdm0.60.851 151 451.8腕2。水；口二1岀可设采埔康尼方程* = 5.0x()2 x上工一*厶叽 Eap 677x9 81 = 5 0x(-屮X0.001x0.0400.350.0010.553t= 0 68羁40.68x0 OOlxlO3 x0.04枚核& = 汁严-= 10 07 > 2'6(1 巧# 6x(1-0 55)x0X01适用欧根公式;退= 15* 丁疔地+1,7%11><也 Le(dnyP 心貯nn 677x9.81 (1-0.55?xQ.001xQ.04 一斗 1- 0 55 103 x0.04:HP= 15

6、0x £+ l,75x十 x0.350.553(xQ,001)20553 xQ.OOl经试差,解得：与=0.851 校核& =倔 12001苗沁04 = 126<400'6(1 町玄 6x(10.55)x0.001.计算有效4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为 0.20X 0.20X 0.025m。已知悬浮液中每 m3水带有45 kg固体，固体密度为1820。当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3m m,试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。蒯雌饼空隙率如做物料衡算得專置需篇鳥需;现解伶F二 0.479滤饼含朮率0.479

7、x10000.479x1000 + (1-0 479)x18206）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。在具有两只滤框的压滤机 中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下：过滤时间，分：1.20 2.705.237.2510.8714.88滤液量，升：0.701.38 2.252.693.644.38试计算过滤常量K，以/ 为单位，并计算I ,以为单位。可采用由骰一行2务= =JU积分式'":导出的*，求K与I o解为便于直接使用题给数据：改用日卩二"(A吆)+氓 俭4叱)式计算。以/代替琮兀以点替7卫代替

8、2冬/(才站,用最小二乘法计算。组别XiYi(血-环创-另10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.658X15.0415.0739.4274.344X = XJk = 15.04/6 = 2.507 匸二 15.073/6 = 2.512工(掐 10(” y4 344-b 二 !=二-一-= 0.461ay-bX 252-0.461X 2.507-1.356乞(纭-X)9.427.f；=a/2

9、& = 1.356/(2x0.461) = 1.47 l = AlxifqtVJA 147xl0-3/0.080 = 0.0184.2K= 1/(6 jla) = 1/(0.461 x0.080a) = 333.9/a /(mh - «*) = 5.65xfs7) 欲过滤分离某固体物料与水构成的悬浮液，经小试知，在某恒压差条件下过滤常量d - -，滤布阻力 亠用 f 每im3滤饼中含485 kg水，固相密度为2100，悬浮液中固体的质量分率为0.075。现拟采用叶滤机恒压差过滤此料浆，使用的滤布、压差和料浆温度均与小试时的 相同。每只滤叶一个侧面的过滤面积为0.4m2，每次过

10、滤到滤饼厚度达30mm便停止过滤，问：每批过滤的时间为多少？若滤饼需以清水洗涤，每批洗涤水用量为每批滤液量的1/10，洗涤压差及洗涤水温均与过滤时的相同，问：洗涤时间是多少？ 解已知:尤=呂2敦10肿7呂風二滤饼空隙率485/1000= 0.485设1沪滤饼对应的滤液量为浙化由物料橫算得;(1-0 485)x2100 _ 0.075485 + 1000_ 1-0.075X 二 12.85m3®液滤饼 叶滤机过滤:（以一只滤叶的单侧面为基准）过滤终了时,q = 0.4x0.030x12.85/04 = 0J855w3/wVffa+2j = -T BP0.3855a +2xOJ855x2

11、.21 xW3 = 8.23x 10t每批过滤时间1826s = 30.4min 洗捺时间：过滤终了式的过滤速度帝厂跖冷8.23x102(0.3855 + 0.00221)洗榇时间 =0.1x0.38551.06x10-*363,7= 6.06 min8）某悬浮液用叶滤机过滤，已知洗涤液量是滤液量的0.1倍（体积比），一只滤叶侧面积为0.4m2，经过小试测得过滤常数 匸=8.23 xiO-5nVs ,不计滤布阻力， 所得滤液与滤饼体积之比为12.85 m3滤液/m3滤饼，按最大生产率原则生产，整 理、装拆时间为20分钟,求每只滤叶的最大生产率及每批过滤的最大滤饼厚度。解；过滤；二疋“ -疋 洗

12、涤：弋g丽虧酎畑 最大生产率原则：©+而二岛 即屛(1 + 2刀/疋二匚代入数据q2/(8.23xxlO_J)x(1+2x0.1)= 20x60:. =02869m3/waa:.J = 0.2869x 2x0 4/(2x 20x 60) = 9.56x 1 O'5w3 /£： = 0.3442m3 fh每批过濾最大滤饼厚度（5 =（30/0.3855） x 0.2869 = 22.3 或由每沪滤饼对应的12,8% '滤液算出:（5 = 0 2869/12.85 = 0.0223 = 22 3懈朋9) 有一叶滤机，在恒压下过滤某种水悬浮液时，得到如下过滤方 程

13、：J V，其中，一二。在实际操作中，先在 5分钟内作恒压过滤，此时过滤压差升至上述试验压强， 然后维持恒压过滤，全部 过滤时间为20分钟，试求：每一循环中每m2过滤面积所得滤液量？过滤后再用相当于滤液总量的水进行洗涤，洗涤时间为多少？2解： q + 30q = 300 t322qe=15 m /mK=300 m /min恒速过程qi2+ qeqi=(K/2) t 13,2/ qi=20.9 m /m22恒压过程(q qi) + 2qe(q qi)=K( tt i)32 q=60.7 m /m= 198m/(m 2 min)3Z皿1.98minIO)用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为 8I0X

14、8I0X 25mm。经过小试测得过 滤常数:上，显川一，操作时的滤布，压差及温 度与小试时相同。滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：每批过滤时间？若以清丄水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液的 .：，洗涤压差及水温与过滤时相同，求过滤 时间？若整理、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？解每批过滤时间：1窈滤饼对应滤液量12 85/,滤饼刚充满滤框时，得滤液量 r= 0.81x0.81x0.025x12.85 = 0.21 W则 = ,4=0.211/(2x081x0.81)=0.161/(0 161)3+2x0 161X2.21XW3 =823x10_3tf：.tf = 323.6s洗涤时间：过滤终了时

15、:(dqfciT)xj4 = 2.52xl0-4 x2xO.Sl28.23x10-J2(0.161 + 0 00221)= 252xlQ-4m3/(j ma)= 3.31xl03/()w 二 A(= 3.31x10/4 = 8.28xl0_5w3/ff4 dr人二 01x0.161x2乂 0.81:二 0.021Wa q = i(didv)w = 0 0211/(3.28xl0-J) = 255s 生产率G:0 161x2xOSl2323.6+ 255+25x 60= L02x10*4/m3/s11）板框压滤机在1.5at（表）下恒压过滤某种悬浮液1.6小时后得滤液25m3, J 不计，如表压

16、加倍，滤饼压缩指数为 0.3，则过滤1.6小时后得多少滤液？ 设其它情况不变，将过滤时间缩短一半，可得多少滤液？若在原表压下进行过 滤1.6小时后，用3m3的水来洗涤，求所需洗涤时间？解：V2=KA2 t卩、ro、是滤饼结构参数，为常量其中A与T不变十卅 丁二nf2 2t , t 、 V=KAt 其中K、A不变理）_ K£-<ii. _ J=箱”2吆T% f rrr >kF =153612）用某板框过滤机进行过滤,便开始恒压过滤，已知过滤常数8V采用先恒速后恒压过滤，恒速1分钟达恒压压差疋二 8一23冥0口缝，传= 2.21"（Tf/，滤饼刚充满滤框时停止过滤，

17、求：过滤时间？若用清水洗涤滤饼，水量为滤液量的1/10，洗涤压差、温度均与恒压过滤时相同，求洗涤时间？如装卸、 整理时间为25分钟，求每只滤框的生产率？解过滤时间：阶段.衬+朋二的2用即打 +気 x 0.00221 = （8.23x10 / 2）x60筍二 0.0436/ /恒压阶段=（护-打）+药心-的）二疋（1- G即:（0 1613 -0.04863）+ 2x0.00221x（0.161-0.0436）= 8.23xW-r- 60）t= 352s则过滤时间tf = 60 + 352 = <412& 洗涤时间：与第10题解法相同，tv = 255s0 161x2x08?412

18、 + 255 + 25x60=9.75x10-5mj/s 生产率G:13）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸810X 810X 25mm。浆料为13.9% （质 量）的悬浮液，滤饼含水40% （质量），固体颗粒密度2100迂'。操作在20C 恒压条件下进行，mV，讥丄二工川才，求：该板框过 滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需时间？若滤框厚度变为 15m m，问滤饼充 满滤框所需时间？若滤框数目加倍，滤饼充满滤框时所需时间？解：设滤饼空隙率为 &，设有1Kg滤饼，则含水0.4kge = 臥=0.5830.40.61000 + 2WO设1ni滤饼得xm滤液,对1ni滤饼作物料衡算：(1

19、-e) P, 0.139I-，- I '-'.i' - x=4.84 m 3滤液 / 滤饼2 6 2过滤面积 A=2X 8X 810 X 10- =10.498 m23V饼=8X 0.81 X 0.025=0.131 m 滤饼 V= V 饼 x =0.634 m 3滤液q恰牆沁04m/m22q + 2qqe=KT0.0604 2+ 2X 0.0604 X 2.21 X 10 t =217.5 s滤框厚度减小为15mm设为S / 从上解可知，V饼x S即V* S-3=1.8 X 10-5 t也即qx Sqf = q£ = 0.0604x- = 0.0362825

20、mw T / = 81.7 s框数加倍，也即A = 2Aq=V/A故q不变，也即14）欲过滤料浆浓度为，经小试所得滤饼空隙率为0.485,固ii = 2V 饼T不变相密度1820,在某恒压差条件下测得过滤常数':上，“"二川,现用回转真空过滤机进行过滤,1。由试验知，长为0.98m,但 ,转速 0.2r.p.m。料浆浓度、温度及滤布均与小试相同，唯过滤压差为小试时的该物系滤饼压缩指数为0.36,回转真空过滤机鼓直径为1.75m, 真正过滤面积为5m2 （考虑滤布固定装置）。浸没角度为 120° 设滤布阻力可略，试求：此过滤机的滤液生产能力及滤饼厚度？若转速为0.3r

21、.p.m,可略，其它操作条件不变，求生产能力滤饼厚度。解：'1 s-1Kf=Ka t4= 339x10m/s二八 |:." m/s已知£ ,对im滤饼作物料衡算，设对应滤液x m3x=11.08 m 3滤液/m3滤饼_=8108二 7 二q, = 0.0582m/m25 = =4.53Xmm 1."G'G 二n/= 9,70x1Qx<0.2/m/s?m/m2qF =Qf15）试进行光滑固体圆球颗粒的几种沉降问题计算： 球径3mm、密度为2600迂颗粒在20C清水中的自由沉降速度 测得密度2600迂打的颗粒在20C清水中的自由沉降速度为12.6

22、：沙,计 算颗粒球径。测得球径为0.5mm、密度2670也川：颗粒在二:仝液体中的自由沉降速度为0.016二-；，计算液体的粘度。12.6 xlOa = 9.81 x dj (2600 -1000) /(18 x 0.001):.= 1.20xl0-4wsJ =120x10 xl2,6xW3xlO6 =1 512 <2 即原i殳正确，计算有奴。设沉降属于阿伦区：wf = 0,27 x g严即:解020°C?K, /7 = 1000/w = kFv 如込严严=09.81(2600-1000)x1000 = “* 0.00?属于牛顿区0述0泳竺叱空上型严860孕.=3912属于阿伦

23、氐 即假设正确，计算有效。V=£BP391.2=QOQ05X0 52XS60 孕#A；A = 5.72x10 s= 174(9,81x0.003(2600-1000)1000=C.337m/s设沉降属于斯托克斯氐 官町（几-Q）16）试进行形状系数 厂川的固体颗粒的沉降问题计算： 等体积当量直径-；»,密度为2600迂颗粒在20C清水中的自由沉降速度。 测得密度为2600迂川'颗粒在20C清水中的自由沉降速度为0.0厂，计算颗粒的等体积当量直径解口嘉4畧£(耳-口)心/)=4 x 9.81 x (0.003)3 (2600 -1000) x 1000/(3

24、x 0.0012) = 5.65xlOJ查得念=4000 003 xlQ3 ""oooiGg 二皑(r - q)“/(3q如；)= 4x9 81(2600-1000) x0 001/(3x10003 x0 013) 查得鬲=1.85p *=f BP185 =仇 x 0,01x120.001.df =1 85xlQ-417）以长3m、宽2m的重力除尘室除烟道气所含的尘粒。烟气常压， 250C，处 理量为4300二,。已知尘粒密度为2250迂，颗粒形状系数T，烟气的丿与"可按空气计。设颗粒自由沉降。试计算： 可全部除去的最小粒径的 r.能除去40%的颗粒的。解 v43

25、00/3600 =x3x2 .-. ut = 0.99?n!s常氐 250° 0$0.674/.= 2.74 xlO_JP(is= 4x9 81(2250 - 0.674)x 2.74xlO'5 /(3x0.6742 x 0 1993)= 225查得© = 0眇则：0.193x0 6740.39 =.:必二 297x10,2 74x10*设除去40 %的颗粒为几,其沉降速度为百0隙去100 %的颗粒沉降谨度为)、 并令停留时间为鞋则：進=40 二吨 = 0.40x0 199= 0 0796/w/s皿1°。書100_£_ = 22 5(-)3 =

26、225x( A)3 =3515嘉 04或 f/ = 4x9.81 x (2250- 0 674) x2.74 x 1/(3x0.6742 x0.07963)= 3518查得冷= 0.105 =x0.0796x0,674274x10d樹5,.36xlO_i?M18）仓库有内径丄 ：的标准型旋风分离器多台，拟用以烟气除尘。烟气常 压，300C,需处理量为4300 丁,。已知尘粒密度为2250呢"屮。烟气的与八 可按空气计。由于压降限制，只允许旋风分离器并联操作，不允许串联操作，问: 共需几台旋风分离器？能除去 40%的颗粒粒径是多少？进口风速 20 L7。解分离器进风口面积必二，怡利二2

27、0加£每台分离器处理气量=囂厂删=肚厂D / 2 = 20 xO 42 / 8 = 0一4/ /s 需分离器台数=4300/（0.4x3600） = 2 9% 治 二02?何仏（Q厂p）严430000=199Ws13x0.4a/8常压门卅玄气p二06阳眇申=2.97xW5pa s: % = 0.27- 'D 严坞(A - Q)_ 0 27r2.97x10x0 41/219.91x(2250-0615)= 440x10"忧查图知” 0=40%时，/0 = 0 82故能除去40%颗粒的粒径是0.8250 = 0.82x440x10 = 3.61 x IO-6 w19）流

28、体通过圆直、等径管内的阻力与管长.、管内径=、管壁绝对粗糙度-、 流体流速及流体的粘度与密度 小八有关。试用因次分析法求出有关的数据解物理量数为7,基本因次为：£胚,共三个，故准数共4个。取乩城Q为"初始变量：则各准数为：迢=产一严閃兀=沪上H /* 陌的求取（又因次和谐原则求取）. 丁 1 口旳門Q严即厶=L T1門M疋严£: 1=咼 +” - 3zlT ： 0 二一丹M: 0 = jj-為=I” = a 习=o- i id 眄的求取：丁 £ = /%严S严即厶二严匚严严M罗严二同理可得；兀j=e73 听的求取：丫二同严2严即M 戶 r1 = 

29、3;£ - rxYM. L 严M A = z3=T 二一乃Z : 1 =花 + 乃 3 = 1忆3 = 1*开3 = f£t(d u Q)i般取& - d u ply, 迢的求取：*旳Fd严町"严即LVa = r+?z-3fM: 0 二习書:亠2 =-儿Z ： 2 二兀4 +4 -3z+-'-4 = 0J电=2、可=0迅书心) 准数一般为：“J m芒皿门心20) 某粉磨车间空气的粉尘浓度较高，拟用两台相同规格的标准型旋风分离器串 联操作除尘。空气常压，温度为 20C，粉尘的颗粒密度2250迂。拟处理量 为600=，。空气中粉尘的粒度分布如下：粒径仏

30、:'<33661010161630>30质量分率%3121834258欲使15出T的尘粒除去效率达99.75%，试确定每台分离器的内径，计算总的收 尘效率。解査图短 尬=09皿禺厂4丄因要求15微米颗粒加=0.95:.= 15/4.1 = 3.66|tt)K常压,20°气 p= 1.205*8/ = 181x10 5vrfi0 =0.27(1.81xl0£»/(即 3 66X10"6 =0.27(181xl0-5Z)/(1500-1.205)m/.= 0.0152又 V = uiBH =w3/8600/3600 = (0/0.0152

31、)/8D 二 0 273他 - 17.94w/s两概分离器串联操作的粒径效率"1-(1-曲总除尘分率粒径（微米）<33-66-1010-1616-30>30平均粒径（微 米）1.54.58132330D/d 500.4101.232.193.556.288.200.1450.530.800.910.991.000.2690.7790.960.9920.9991.00质量分率Xi0.030.120.180.340.250.080.008070.09350.1730.3370.2500.08021）试 计算某气、固系流化床的起始流化速度与带出速度。 已知固体颗粒 平均粒径为150衣，颗粒密度为2100”，起始流化床层的空隙率为0.46,流化气体为常压、35C的空气。最小颗粒了粒径为 98匸。解儒压3"腔气：pH1.147jtg/«3lzz=1.89xlOJFa ff按乍井一李伐唯计算蛰:“8.024x10-3豊：护：夢=8.024xlO-3【I 147