化工原理第三章沉降和过滤课后习题和答案解析

1、完美WORD格式.整理第三章沉降与过滤沉降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400Mm的球形颗粒在150c的热空气中降落,求其沉降速度。解 150c时，空气密度p = 0.835kg/m3,黏度 R =2.41x1胪Pa .s颗粒密度 4=1030kg/m3,直径dp =4x10-m假设为过渡区，沉降速度为Ut= -4g2(Pp-P)2 7=225 PP二1_ 4 x(9.81)2(1030)213dp |(225 2.41 10- 0.8354 10 J =1.79m/ s验算 Re =dpUtP 4x10-x 1 79< 08352.41 10-=24.8专业资料分享为过

2、渡区3-2 密度为 2500kg/m 3的玻璃球在20c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ut =d2(Pp -P)g/18k由此式得(下标 w表小水，a表小空气)-. 2-218Ut _ 5一： w dpw (：-p - ：a)dpaawdpw f( ： p ： a )，wdpa ( ( ； p _ ；'w )a查得20c时水与空气的密度及黏度分别为;w =998.2 kg/m3,w =1.004 10”Pa s:a = 1.205kg /m3, -a =1.81 10 Pa s已知玻

3、璃球的密度为Pp =2500kg / m3 ,代入上式得dpw(2500 -1.205) 1.004 10 a=5 =9.61 dpa (2500 -998.2) 1.81 10【3-3】降尘室的长度为10m,宽为5m,其中用隔板分为 20层，间距为100mm,气体中悬浮的最小颗粒直径为10Mm，气体密度为1.1kg/m3,黏度为21.8父10上Pa，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mf的气体？解 已知 d pc =10 m 10'm, pp = 4000

4、kg/ m, p= 1kg/ nm, R= 21 8 10 Pa s(1)沉降速度计算假设为层流区Ut=0.01m / s9.81 x(10x10-)2(4000 -1.1)18 21.8 10-验算dpcUt ： 10 10- 0.01 1.1 "21.8 10-=0 00505 <2为层流(2)气体的最大流速Umax。沉降高度 H=0.1m,降尘室长度 L=10mLUmax10 _ 0.1umr =001HUtUmax 二皿 S(3)气体的最大处理量343qVS =WHNUmax =5 0.1 20 1 =10m /s=3.6 10 m / h vsmax气体的处理量qvs

5、也可以用教材式(3-18)计算qVS2.dpc(p - ：)gWLN18(10x10-)2 M4000M9.81 M5M10M2018 21 8 10-.= 10m3/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4500 kg/m3。现要用此降尘室分离100Nm以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解已知炉气的密度P = 0.5kg/m3,黏度 N=3.5x 10Pa，s尘粒的密度 4500kg / m3 ,临界尘粒直径dpc =100x10m假

6、设为层流区，求得沉降速度为Utgdjc(Pp9.81 X(100X10)2 M(4500 0.5)18 3 5 105= 0.701m / s验算 Re =dpUt： 100 10= 0.701 0.5 p ,3.5 10 五=1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 WLN3-5 温度为200C、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

7、态) 为多少 M/s； (2)气体通过旋风分离器的压力损失;(3)尘粒的临界直径。解空气温度 200C,压力 101.33kPa ,从空气物理性质表中查得密度p = 0.746kg/m3 ,黏度R=2.6m1*Pa,s(1)气体处理量旋风分离器直径D =0.65m ,进口气速 ui =21m/s200C、 101.33kPa 的空气流量为/sqV =bhu = D 3D 21 = 2.52D2 =2.52x(0.65 j =1.065 m30C、 101.33kPa5 . 5时空气流量为qV =1.065 73 =0.615 m3 / sqV200 273(2)压力损失30 D 3D t/D阻

8、力系数=30bh D =一一5 =8.31d2 L H D D 2D2压力损失，p 二亘31(口746)(21)2 =1370Pa =1.37 kPa 22(3)尘粒的临界直径dpc o已知尘粒密度。=2000kg/m3, b =竺5 =0.13mp55b (2.6 10-) 0.136dpc =3 =3?() =6.79M103m =6.79'，二npui 二 5 2000 21'm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1m3滤液相对应的湿滤

9、渣体积 u ,单位为 m3湿滤渣/m3滤液。固体颗粒密度为2900kg/m 3。解 已知X =0.025kg固体/kg悬浮液C=2.5kg湿渣/kg干渣，滤液密度P=1120kg/m30 =1 -CX0.025 1120- 1 -2.5 0.025=29.9kg干渣/m3滤液2.51. 2.5 -12900 11203=1480kg /m=曳C =29.9.2.5 =0.0505m3湿渣 /m3 滤液 14803-7 用板框压滤机过滤某悬浮液，共有 20个滤框，每个滤框的两侧有效过滤 面积为0.85m2,试求1小时过滤所得滤液量为多少而。已知过滤常数K 4.97 10工m2/s,q = 1.6

10、4 102 m3 / m2解.=3600s2q -2qqe =K .22_5q +2q X1.64 黑 10一 =4.97黑 10一义3600 q2 +3.28 x10-q -0.179 =0与 28 10 一 .(3 28 10 一)4 0 17932q 二一(-). =0.407m3/m2习题3-8附图2A =20 M0.85 =17m2, V =qA =0.407 x17 =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，所测数据为过滤时间 /s8.4 38 84 145滤液量 /mL 100 300 500

11、700试求过滤常数K与qe及滤饼的比阻 r。已知滤液的黏度为 3.4mPa s。解已知过滤面积 A=100cm2/s8.438V /mL1003005003-4V /m31X10-0.01m284145700一一 -43X 10- -45X10- -47X 10q / m3 /2-2m )1X10一一 -23X10_ -25X10_ -27X 10. /2一/ mq3,2s/ m )8.4 x 1012.7 X 10 216.8 X 10 220.7 X 10如习题3-8附图所示212q-o直线的斜率 一=2.013父1(4 ,K = 4 967： 10m2/s 截距 =6.6X102 K&#

12、39;K由习题3-6得u=0.0505m3湿渣/m3滤液故比阻为132.25 10 m-2 5.33 104.:53 =14.967 10 - 34 10- 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0.85m2。试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为2900kg/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u=0.0505rn3湿渣/m3滤液。在习题 3-8 中已求出恒压过滤的过滤常数 K

13、=4.967父10点m2/S , qe =1.64 10-m3/m2解求恒压过滤的过滤时间T的计算式为2q2qqeUK.需要求出q =VA过滤面积A =0.85 20= 17m2滤液体积V的计算：20个滤框中的湿滤渣体积为0.853Vc =20 M0.06M- =0.51m3 湿渣从滤渣体积Vc计算滤液体积VV 0.51:- 0.0505=10.1m3 滤液q = = JKA、=J10 父60=24 .5m3 =0.594 m3滤液/m2过滤面积A 17222q 2qqp （0 594）2 0 5941 64 10一过滤时间;qqqe=（ri-=7496s =2.08hK4.967 10 呈【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/dE。代入教材式（3-40）,解 恒压过滤，已知 E=10min,V =10m3,Ve =0 ,22V =KA .2_22 V 10“ 6 / 求得KA =10m/min10 过滤1h后的滤液量 E=60min(2)过滤1h后的过滤速率 dV/d与式(3 -38卜得10 3- 一 3 3=0.204 m3/min =3.4 10-m3/s从教材式（3-39） K二"p-r：2dV KA d. 2V 2 24.5【3-