化工原理(管国锋主编 第三版)课后习题答案3 颗粒流体力学基

1、第3章 颗粒流体力学基础与机械分离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解(a) (/6)d3e,v和形状系数的计算式。=ade,v=(6/)223a=de,v6a22=(6/a6a22=(/6)(b) (/6)d3e,v=（/4)dhde,v=(3/2)dh222=(3/2)dh2(/d)d2+dh=(18dh)2h+d22）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，床层空隙率解 圆柱体：de,v=(3/2)dh2、若以1atm，25的空速通

2、过床层，试估算气体压降。,=(18dh)2(2h+d)de,v=3dh/(2h+d)=335/(25+3)=3.46mm空气（1atm,25C):=1.185kg/m,=1.83510按欧根公式计算压降：Pm=L150(1-）u2323-5Pas+1.75(1-)(de,v)2-5-32u2de,v331.835100.25)2(3.4610+1.751.1850.253.4610-323）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速床层压降，微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气，通过此床层的压降。（含解常压下，200C空气：=1.20Kg/m

3、3,=0.018cP. 欧根公式可化简为P=Au+Bu试验条件(A,B为床层结构参量，为常量。）:14.28=A0.0180.20+B1.200.2-93.94=A0.0180.60+B1.200.6-3） 令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。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空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数(体积均按cm计算）3值。=+dm=1.00mmpL36=5.0(6dm)(1-)3

4、u即=5.0()3=0.68校核R='edmu6(1-)PmL=(1-)u3=10.07>2(1-)=150(dm)23+1.753udm3即=1500.55(0.001)+1.7532经试差，解得校核R=计算有效'e=3dmu6(1-)=12.6<4004）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0.20×0.20×0.025m。已知悬浮液中每m3水带有45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24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。解:设滤饼空隙率为解得：=0.479滤饼含水率=，

5、做物料衡算得:0.200.200.0243(1-)18202010-3=450.47910000.4791000+(1-0.479)18206）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 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88 滤液量，升： 0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38 试计算过滤常量K，以式导出的为单位，并计算求K与，以。为单位。可采用由积分解 为便于直接使用题给数据：改用/V=V/(AK)+2Ve/(AK)

6、式计算。以y代替/V,以x代替V,a代替2Ve/(AK),用最小二乘法计算。222X=b=ia=y-bX9.427(X-X)iiiVe=a/2b=1.356/(20.461)=1.47qe=Ve/A=1.47102l=1.47102-3m-322K=1/(bA)=1/(0.4610.080)=338.9l/(minm)=5.65104-6m/s27）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固相密度为2100，滤布阻力，每1m3滤饼中含485水，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。2每只滤

7、叶一个侧面的过滤面积为0.4m，每次过滤到滤饼厚度达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：K=8.23103-5m/s,qe=2.211032-3m/m,滤饼空隙率32设1m滤饼对应的滤液量为（1-0.485)2100485+1000X叶滤机过滤过滤终了时，2Xm,由物料横算得：基准）32-533=:(以一只滤叶的单侧面为2q+2qqe=K每批过滤时间洗涤时间：过滤终了式的过滤速度+20.38552.2110-3=8.2310-5（dqd)E=K2(q+qe)-

8、4=38.231022(0.3855+0.00221)=1.0610洗涤时间w=qw(dq/d)E=0.10.38551.0610-4m/(sm)8）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2-52面积为0.4m，经过小试测得过滤常数K=8.23×10m/s ,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：q2=KFF=q/K22洗涤：W=Jq/(K/2q)=(q/K)2J最大生产率原则：2F+W=D即q(1+2J)/K=

9、D代入数据：q/(8.23102-5)(1+20.1)=2060-53332Gmax=0.286920.4/(22060)=9.5610每批过滤最大滤饼厚度3=（30/0.3855)0.2869=22.3mm3或由每m滤饼对应的12.85m滤液算出：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：，其中，。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： q30q = 300 qe=15 m3/m2 K=300 m2/

10、min2恒速过程 q1qeq1=(K/2)1q1=20.9 m3/m2恒压过程 (q2q12)2qe(qq1)=K(1)q=60.7 m3/m2 Kdqdqdq32=1.98 m/(m·min) = dE2(q+qe)dWdEJqEA dqAdW0.260.71.98W=VW(dVd)=W=6.13 min10）用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为810×810×25mm。经过小试测得过滤常数，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

11、间为25分钟，求每只滤框的生产率？解每批过滤时间：1m滤饼对应滤液量312.85m,滤饼刚充满滤框时，3(0.161)+20.1612.2110洗涤时间：过滤终了时：2-3=8.2310-3F(dq/d)E=(dVddVd)E=()w=dqdK2(q+qe)=8.2310-52(0.161+0.00221)-4=2.5210=3.3110-4m/(sm)m/s332)EA=2.521020.812-41dV-4-53()E=3.3110/4=8.2810m/s4d-5 )=255sw=VW/(dV/d)w=0.0211/(8.2810生产率G:F+W+D323.6+255+2560=1.021

12、0-4m/s311）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，不计，如表压加倍，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： V=KAK=2(pm)r0m1-s22 、r0、是滤饼结构参数，为常量 1-sK(p) 其中A与不变V(p) 2m1-sV'V'=1.62425=1015 m63V'=31.86 m V2=KA2 其中K、A 不变V 222V'=V22'=17.68 m 3V'

13、;=V'=2523KAVdV =7.812m=hdE2V2231dVKAdVm =1.953 = =hdW4dE8V2=WVW(dVd)=W3KA8V2=1.536 h12）用某板框过滤机进行过滤，采用先恒速后恒压过滤，恒速1分钟达恒压压差便开始恒压过滤，已知过滤常数，滤饼刚充满滤框时停止过滤，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：q1+q1q=(K/2)1-52恒速阶段：2即q1+q10.00221=(8.231022=8.2310=352s则过滤时间-0.0

14、486(-60)2)+20.00221(0.161-0.0486）-5F=60+352=412sw=255s2洗涤时间：与第10题解法相同，生产率G:G=0.16120.81=9.7510-5412+255+2560m/s313）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸810×810×25mm。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。操作在20恒压条件下进行，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15mm，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？设1m3滤饼得xm3滤液,对1m3滤饼作物料衡算

15、:(1-)p水+水x=0.1390.861 x=4.84 m滤液/滤饼2-623过滤面积 A=2×8×810×10=10.498 mV饼=8×0.812×0.025=0.131 m3滤饼V= V饼·x =0.634 m3滤液 q=V10.498=0.0604 m/m 32q22qqe=K0.060422×0.0604×2.21×10-3=1.8×10-5=217.5 s滤框厚度减小为15mm，设为从上解可知，V饼 即 V 也即 q q'=q'=0.06041525=0.0362

16、m3/m2= 81.7 s框数加倍，也即 A= 2A V'饼= 2V饼q=V/A 故q不变，也即不变14）欲过滤料浆浓度为度1820，经小试所得滤饼空隙率为0.485，固相密，在某恒压差条件下测得过滤常数，现用回转真空过滤机进行过滤，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。由试验知，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，长为0.98m，但真正过滤面积为5m2（考虑滤布固定装置）。浸没角度为120°，转速0.2r.p.m。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.p.m，产能力滤饼厚度。解： 可略，其它操

17、作条件不变，求生n=n'60=0.0033 s1-s-1-5p'K'=K p=8.23101 4-40.64=3.3910 m/s -52G=nAK'=9.7010 m/s 23已知，对1m3滤饼作物料衡算，设对应滤液x m3(1-)+xp=81.08 x=11.08 m3滤液/m3滤饼qF=K/n=0.0582 m3/m2=qFx=4.53 mm0.5 Gnn'G'=G n0.5=9.7010-40.3 0.20.5=1.1910 m/s -33 q'Fn=qF n'qF15）试进行光滑固体圆球颗粒的几种沉降问题计算： 球径3m

18、m、密度为2600 测得密度2600 测得球径为0.5mm、密度26700颗粒在液体中的自由沉降速，计算液体的粘度。 3解20C水，=1000kg/m,=1cP属于牛顿区ut=1.74=1.74gdp(m-)1/2 10009.810.003(2600-1000)1/2=0.387m/s设沉降属于斯托克斯ut=gdp(m-)182区：12.610-32=9.81dp(2600-1000)（/180 .001)-4dp=1.2010Rep=1.2010m-3-412.610。106=1.512<2即原设正确，计算有效设沉降属于阿伦区：ut=0.27即：0.52=0.27gdp(m-)Rep

19、0.61/29.810.0005(2600-860)860Rep0.61/2Rep=391.2属于阿伦区，即假设正Rep=dput即391.2=确，计算有效。0.00050.52860-3=5.7210Pas16）试进行形状系数 等体积当量直径速度。 的固体颗粒的沉降问题计算： ，密度为2600颗粒在20清水中的自由沉降 测得密度为2600粒的等体积当量直径。解/Rep2，计算颗=4gdp(s-)/(3)322=49.81(0.003)(2600-1000)1000/(30.001)=5.65105查得Rep=40023t3ut=0.133m/s/Rep=4g(s-)/(3u)=49.81(2

20、600-1000)0.001/(31000Rep=dput即1.85=mdp0.01100.00132 0.01)3-4dp=1.851017）以长3m、宽2m的重力除尘室除烟道气所含的尘粒。烟气常压，250，处理量为4300。已知尘粒密度为2250，颗粒形状系数可按空气计。设颗粒自由沉降。试计算： 可全部除去的最小粒径的 能除去40%的颗粒的。 。 ，烟气的与常压、250C空气:=0.674kg/m,=2.741003-5Pas/Rep=4g(s-)/(3ut)=49.81(2250-0.674)2.7410=225查得Rep=0.39,则：2.74100023-5/(30.67420.19

21、9) 3-5dp=7.9710-5m设除去40的颗粒为d40,其沉降速度为u40,除去10000的颗粒沉降速度为u100，并令停留时间为u40u100=4.0=0.4)=35153 Repu100u40)=225(=3518查得Rep=0.105=d400.07960.6742.7410-5520.0796)3 d40=5.3610-5m18）仓库有内径的标准型旋风分离器多台，拟用以烟气除尘。烟气常压，300，需处理量为4300。已知尘粒密度为2250。烟气的与可按空气计。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

22、解:分离器进风口面积每台分离器处理气量需分离器台数Bh=D/8,ui=20m/s2232。 =uiBh=uiD/8=200.4/8=0.4m/s =4300（/0.43600)=2.993台1/2d50=0.27D/ui(s-)02=19.91m/s3-5常压、300C空气：=0.615kg/m,=2.9710d50=0.27=0.27PasDui(s-)-51/22.9710-60.419.91(2250-0.615)m-600颗粒的粒径是0.82d50=0.824.4010=3.6110-6m19）流体通过圆直、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有

23、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L、M,共三个，故准数共准数为：z24个。取d、u、为“初始变量”，则各1=3=ldx1uy1z1,2=,4=dx2uhfy2dx3uy3z3dx4uy4z41的求取（又因次和谐原1=du即L=Lx1x1y1z1-3-1y1则求取）。 LMLz1L:1=x1+y1-3z1:0=-y1M:0=z1x1=1,y1=0,z1=01=l/d2的求取：=du即L=LL同理可得：x2x2y2y2z2-3z2-1 ML2=/d3的求取：=dx3uy3z3即M-1 -1L-1=LX3LMLy3-3Z3M:1=z3:-1=-y3L:-1=x3+y3-3

24、z3x3=1,y3=1,z3=1,3=/(du)一般取Re=du/4的求取：hf=du即L2-2x4x4y4z4=Ll-1y4ML-3z4M:0=z4:-2=-y4L:2=x4+y4-3z4x4=0,y4=2,z4=04=hf/(u)准数一般为：hf/u22=f(Re,/d,l/d)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20，粉尘的颗粒密度2250空气中粉尘的粒度分布如下：粒径。拟处理量为600。 <3 36 610 1016 16303 12 18 34 25 >30 8 质量分率%欲使15率。 的尘粒除去效率达99.

25、75%，试确定每台分离器的内径，计算总的收尘效常压、20C空气：=1.205kg/m,=1.8110d50=0.271.8110即3.6610-6-503-5PasD/ui(s-)-51/21/2=0.271.8110D/ui(1500-1.205)又 V=uiBH=uiD/8即600/3600=(D/0.0152)D/8两极分离器串联操作的粒径效率，22 =1-（1-Di)221）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 ，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、35的空气。最小颗粒了粒径为98 。解常压、35C空气：=1.147kg/m,=1.8910按“白井u'mf3-5Pas-李伐”法计算-3umf:=8.02410-3(s-)dp=8.024101.147(2100-1.147)1.147(1.8910-5-5-5)(75010-5)Re,mf=75010