南工大化工原理第三章

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和形状系数的计算式解何v (泊6)唸=/ de v =羽歩“# 二 二r二®7 卯6/ 6/(")俎=灯4屈= (3/ 2河沖对(引2"斶芳 _ (13)%2(加小捫+7T朋2*+於2) 某径为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：心=(3/2)= (1 加，)'(麵十単

2、 d “二 3dh!(2h +ii) = 3x3x5f(2 xH-3)=艮 46 翊叨空气(ta25°C):p=1.185ftg/?33iiM = l按欧根公式计算压降，叭=4150x £；号:十皿呼旦二“加“切(1-0 52)31.835x10x0.25, _ 1-0,52 L18?x0.25=0.20(150 x x+ 1.75x x0 523(3.46x10)30 52s3.46 xW3二 YllJPa3) 拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20 r空气测定床层水力 特性，得两组数据如下：空塔气速0.2 ，床层压降14.28mmHO0.693.94mmHO

3、试估计25C、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。(含 微量水份氯气的物性按纯氯气计)氯气解常压下,欧根公式可化简为p出/为床层结构参量.为常量“)iS&fr:14.2S = + 5x1.20x0.22®93.9-4 = ,4x0.018x0.60 +5x1.20x0.62联立式，解得 *=1601 = 177.4氯气：AF = 1601x0014x0.40 + 177.4 2 =62.3耕刑兄卫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：0.5 0.7mm 12% 0.7 1.0mm 25.0%; 1.0 1.3 , 45

4、% 1.3 1.6mm 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314mm床层中固体颗粒的总量为 92.8g。以20C 清水以0.040空速通过床层，测得压降为 677mmH,试估算颗粒的形状系 数值。解；r= 1-(92.3/1.875)/(35x3.14) = 0.550 (体积均按枷弓计算)10 120.250450.10 0 08,“+dHh：.= 1.00mmdm 0 60.851.151451.8 慑20%水；m =论可设采用康尼方程;空=畑(丄丫 x上驻 八L%吕口 口打心门二二U m-r° E

5、 .UAUb.C U4l0.350.0010.553；屮=0.6Sit 诅惑80 68x0.001xl03 xO 04校核& = f z = 10.07 > 2r 6(1 -适用欧根公式;学二1恥 辛一町加+17农二姿Bn 677x9.81(1-0.55)2 x0 OOUO.Q41 - 0 55 12x0,040J50 553(x0 001)经试差，解得舫1a0. S51 0. &01 10 0.04閔敖 = 严 工r = 12.6 < 400°6(16x(1-0.55)x0.001'计算有数即=150 k 刍+ 1 75x x4）以单只滤框的板框

6、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 X 0.20 X 0.025m。已知悬浮液中每 m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24.3mm试估算滤饼的含 水率，以质量分率表示。解:设滤饼空隙率为冇做物料衡算得:煦30严50如（1-少1亞0 = 45 20x10 +0.20x0.20x0.0243?解得：0.479滤饼含7K率二0.479x10000.479 x 1QQ0 + (1 - 0.479) V182 0 6）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，

7、压差为3.0atm，测得过滤时间与滤 液量数据如下：过滤时间，分：1.202.705.237.2510.8714.88滤液量，升：0.701.382.252.693.644.38试计算过滤常量K,以为单位，并计算，以为单位。可采用由积分式 导出的 求 K与。解为便于直接使用题给数据：改用r/7=血（庄K） + 2兀K占*式计算。以y代替寂乙以点替厂m代替2乞/（才幻,用最小二乘法计算。组别XY10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.

8、53764.383.3973.5081.65815.0415.0739.4274.344渔=15.04/6 = 2.507J = 15.073<6 = 2512-= a / 2fr = 1.356/(2x0.461) = 1.47 / = 1.47xl0ffl3典=巧 M = 1.47X1Q-3 /0-080 = 0.0184wi3/«31/= 1/(0.461 x0.0802)= 338 /(min = 5.6510 /s 7）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，滤布阻力，每1m3滤饼中含485 kg水，固相密度为2100，悬浮液中 固

9、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,每次过滤到滤饼厚度达30mn便停 止过滤，问：每批过滤的时间为多少？1/10,洗涤压差及洗涤若滤饼需以清水洗涤，每批洗涤水用量为每批滤液量的 水温均与过滤时的相同，问：洗涤时间是多少？解已知:3 23xl02= 2 aixlO-33滤饼空隙率 = 435/1000 = 0.485设族冶滤饼对应的滤液量次筋上由物料横算得 3竺竺2 =丄竺 疋必話潮曲滤饼485 + 1000J1-0.075 叶虑机过滤:以一只滤叶的单侧面为基椎过滤终了时，0.3255m

10、5'：q2= K t fipo.33552 +2x 0.3355x 2.21 xlO"3 = S.23x 103t:.每批过滤时冋T= 182& = 30.4 mm8.23x10 洗搽时间;过滤终了式的过溥速度= -二At s 2（旷亠讥） 2（0.3855 + 0.00221）=1 0区乂 觀桝2-洗掾时间 G =予： 二穿讐二 363.7 = 6 06min1.05x108）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=8.23 x 10-5ni/s ,不计滤布阻力，所 得滤液与滤饼体积之比为12

11、.85 m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。即护(1+站皿二氐代入数据屆3住 23xxlCr')x(U2x(n)= 20x60：. -7 = 0 28693/5J = 0,2869x2x0.4/(2x20xQ) = 9.56x/ff = 0.34423th每批过滤最大滤饼厚度c5 =(30/0 3855) X0 2S69 = 2. 或由每/湛饼对应勒昭知？滤液算出；5 = 0.2869/12 S5 二 0.0223= 22.3?!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

12、实际操作中，先在5分钟作恒压过滤，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m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 132/ qi=20.9 m /m恒压过程(q2 qi2) + 2qe(q qi)=K( t t i)32 q=60.7 m /m22 = 6.131.9SminIO)用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为8I0X 8I0X 25mm经过小试测得过滤常数，操作时的

13、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、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？解每批过滤时间：1/滤饼对应滤液量12.8W 施饼刚充满滤框时，得滤液量V = 0.81 x 2 85 = 0.21 W则p = F/Ja=0l211/(2xQ.81x0.81) = 0.16W fm2/ (0,161)3 +2x0.161x2.21x10 =8.23xl0i>.rr = 323 6s洗様时间；过滤终了吋：(如国叭二瓷=S'S5xl°= 2 52xl0&#

14、39;4?/(s W33)2 + ) 2(0 161 + 0 00221)c= (= 2.52K10-4 X2X0.8? = 331x讥dv(=丄(壬片=3 31x1074 = 8 28yl0'3/£rdz4 dr = 0 1x0.161x2x0 813 = 0.02113q =7Jdt)v = 0 0211/(8 28x10_5)= 255s生严率G:厂V0 161x2x0.812f = 1.02x10 玳/呂tf + t妙 +6 323.6+ 255+ 25x 6011）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25用，不 计，如表压加倍，滤饼压缩

15、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3nn的水来洗涤，求所需洗涤时间？解：2 2V=KA t卩、r。、是滤饼结构参数，为常量其中A与T不变6m3m V2=kA!t其中K、A不变3mh12）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？解过滤吋间；恒速阶段屛+朋二（

16、疋百即 0； +7； X0 00221 = （8 23x10/2）x60;71 = 0.0486肿 /wa恒压阶段：（-打）+瓯血-町）二疋9 -珥）即:（0.162 - 0.04S63） 4-2x0X0221 x（0.161 - 0.0486）= 8.23x10-77- 6Q）.r= 352s则过滤时间TF = 60 352 = 42s 洗涤时间；与第10题解法相同，= 255s 生产率G ：0.161x2x0 81a412 + 255 + 25x60=9.75yl0-313）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸810X 810X25mm浆料为13.9%（质量） 的悬浮液，滤饼含水40% （质量

17、），固体颗粒密度2100。操作在20 E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？解：设滤饼空隙率为&，设有 1Kg滤饼，则含水0.4kg设im滤饼得xnf滤液,对im滤饼作物料衡算 x=4.84 m 3滤液/滤饼过滤面积2 -6A=2X 8X 810 X 10 =10.498 mV饼=8X 0.81 2X 0.025=0.131 m 3滤饼3 V= V 饼 x =0.634 m 滤液nf/m2q + 2qqe=KT2350.0604 + 2X 0.0604 X 2.21

18、 X 10 - =1.8 X 10- t t =217.5 s滤框厚度减小为15mm设为S从上解可知,也即qxSmw十 =81.7 s框数加倍，也即A = 2A= 2V饼q=V/A 故q不变，也即 t不变14）欲过滤料浆浓度为，经小试所得滤饼空隙率为0.485，固相密度1820，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5m （考虑滤布固定装置）。浸没角度为 120°，转速。设滤布阻力可略，试求：此过滤机的

19、滤液生产能力及滤饼厚度？若转速为0.3r.p.m ,可略，其它操作条件不变，求生产能力滤饼厚度。解：= 823x10 x= 339x10*s-12m/s3m/s已知对im滤饼作物料衡算，设对应滤液x=11.08 m 3滤液 /m3滤饼mwmm又(0 3)= 970x 10<1 n丿5,2丿119x10m/s12/xlO"3 = 9.81 x (2600 -1000) / (18 x 0.001)% = 1.20xlCrq备=1 20x10 xl2.6x W3xl06 =1 512 < 2即原设正确，计算有效中设沉降属于阿伦区即込遊型二型“ “严860邮.=3912属于阿伦

20、区.即假设正确，计算有效。十豪空土£即别” 12些竺竺型AP“=Pa s32m/m15) 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颗粒在20C清水中的自由沉降速度 测得密度2600的颗粒在20 C清水 中的自由沉降速度为12.6，计算颗粒球径。 测得球径为 0.5mm密度 2670颗粒在液体中的自由沉降速度为0.016，计算液体的粘度。【解前叱水，畑1“二1初V 6吟空严=09.81(2600- 1000)x1000 /3 *? 0.0012属于牛顿区“广0匕込也严P174 9.8 IX 0.003(2600- 1000)10001/2 = 0.337/

21、16) 试进行形状系数 的固体颗粒的沉降问题计算：等体积当量直径，密度为2600颗粒在20E清水中的自由沉降速度测得密度为2600颗粒在20C清水中的自由沉降速度为0.01计算颗粒的等体积当量直径。解二嫁小口-刖(环)=4 x9.81)Bo3)sC2600-1000)x1000/(3x0.001a)=5.65xlOJ查得嘉=400G心二-戸)0(3如;)= <4x9.31(2600-1000)x0,00u(3xl0003x0.013)査肌二1应=1.85xW417) 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。已知尘粒密度为2250 ,颗粒形状

22、系数，烟气的与可按空气计。 设颗粒自由沉降。试计算： 可全部除去的最小粒径的。 能除去40%勺颗粒的。解 v4300/3600 =wtx3x2:= 0 19刼&帯压、250°经气：£二0 (5羽起加I#二七= 4x9,81(2250一 0.674)x2.74 xlO f(3x0.6743 xO 1993)=225查得冷=0迥则：0.199x0.674,设除去40%的新粒为你其沉降速度为必,除去100 %的颗粒沉降速度为喩, 并令停留时间为匸则=应二40 二吨 := 0.40x0.199= 0.0796/s=4x9.31x(2250-0.674)沁.加x 12 心冥0

23、.614 咒0.0796*)18）仓库有径 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。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%勺颗粒粒径是多少？进口风速 20。鞘:离器迸同口面积胡=D2堆七=每合分离器处理气量=% 加=% £ = 20乂 0.4 /8 = 0.4w? /s需分离器合数=300/（0x3600） = 2.9* 治13沃0.屮用常氐孔L睦气.p= 0 615kgJtii= 297xl0_JFd fi= 4.40xl0-査图知* 二40

24、%时”= 0眈故能除去馳腐颗粒的粒径是Q.S2i0 = 0.82x10x10 =3.61x1019）流体通过圆直、等径管的阻力 与管长、管径、管壁绝对粗糙度、流体流 速 及流体的粘度与密度 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：占共三个，故准数井4个"取乩如口为"初始变量1则各准数为：珥的求取（:又因次和谐原则求取）O v【1=同妝严8严即£二L-r1严L严L : 1 二忑 + ” 一 陆77： 0三-”M 0 =可'心=1,片=0,Zj = 0nL = lidM: l = z3_ = _乃Z ；-1 二巧 +j3 -2?25 三

25、 1*三号 二 J真工二UKQ u Q 一般取出- du-pi pi 珥的求取；v囱卜刃严p严即lT =討卩.t1ym 严M。二科£： -2 =-儿£ ： 2 =心+儿-込-如=儿=2円=°7T单矗乎!(1£ ) 准数一为；与心=/(&*/£"£)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。拟处理量为600 空气中粉尘的粒度分布如下：粒径<336 61010161630>30质量分率%3121834258欲使15的

26、尘粒除去效率达99.75%,试确定每台分离器的径，计算总的收尘效率<解直图知，如厂0.95詔/如=4丄因要求15撒米颗粒 = 0.95 = 15/4.1 = 3.66米常压、20。腔气：Q二L205畑伽二 l.SlxW-s -5丫 召=。2了1 卫InIQTQ也j(Q - p>严即 3.66x10-° =0 27(1.81 xWZ)/a-(1500-1.205),/2= 0.0152又丁 卩二=n(Da/8600/3600 = (£-<0.0152) Z)4/8D = 0.273附码=11.94ml两极分离器串联操作的粒径效率，刃s新总除尘分率=0.008

27、07+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942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质里分率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，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 。解常压加臨气 p = 1.147tK/ffrt. = L89xlO"5/Ja s按狛井-李伐詹法计真t怙岸血 1戸39匸烈°：疔丁P-矿占渝"门叽口缪:心弘炉严 = &.31W/1 147x(1.89 x10_5)O£S1.89x10"a# 孑= 0-9 记收權=0.9