化工原理_修订版_天津大学_

1、第三章机械分离和固体流态化1.取颗粒试样500g,作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2歹I，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3歹I，试求颗粒群的平均直径。习题1附表筛号筛孔尺寸/mm截留量/g筛号筛孔尺寸/mm截留量/E101.6510660.20860.0141.16820.01000.14730.0200.83340.01500.10415.0280.58980.02000.07410.0350.41713.02700.0535.0480.29511.0共计500解：颗粒平均直径的计算由dadiG=2(2040801301105001.6511.1681.16

2、80.8330.8330.589603015+-0.2950.2080.2080.1470.1470.104=2.90(5/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为da=0.345mm.2.密度为2650kg/m3的球形石英颗粒在20c空气中托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径0.5890.4170.4170.29550.1040.0740.0740.053自由沉降，计算服从斯0解：20P时，P空气=1.205kg/m卅=1.8俨10一对应牛顿公式，K的下限为69.1,斯脱克斯区那么，斯脱克斯区：,K2.62d=Jp(ps-9)g31.205M(2650-1.205)2?，2:(1.

3、8110")25、PasK的上限为2.62一二57.4m9.81min69.1二1513m31.205(2650-1.205)9.8152(1.8110)3.在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3/h,固体的密度P=3000kg/m3,操作条件下气体的密度P=1.06kg/m3,黏度为2X10-5Pas试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。解：同P151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度ut,Vs3600ut=0.025m/sbl4003600假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。min一18%二1820.02

4、5-m(：s-:)g.(3000-1.06)9.81核算沉降流型:dminut：17.510”0.0251.06口一210上-0.023：二1假设合理。求得的最小粒径有效。4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8km,密度为4000kg/m3。除尘室长4.1m、宽1.8m、高4.2m,气体温度为427c,黏度为3.4M0-5Pas,密度为0.5kg/m3。若每小时的炉气量为2160标准m3,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：由气体的状态方程PV=nRT有Vs'=匚工T则气体的流量为Vs=42773空=1.54m3/s2733600V1.54ut=-=0.2034m/sbH

5、1.84.2假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径min18ut(:s-：)g183.410*0.208(4000-0.5)9.81=57.02口m核算沉降流型:Retdminut，57.021090.2080.5-5=0.174；1假设合理。求得的最小粒径有效。由以上的计算可知。粒径为8Nm的颗粒沉降必定发生在滞流区2-d(%-：)gUt18用斯托克斯公式求沉降速度=4.110学m/s(810)2(40000.5)9.81183.410*层数n='=450.9取为51层。blut1.84.14.110-板间距h=H/(n1)=4.2/(511)=80.8mm核算气体在多层降尘

6、室中的流型。u=Vs/(bl)=1.54/(1.84.1)=0.208m/s当量直径（对降尘室）de=4bh/2(bh)41.80.0812(1.80.081)二0.154mRe=deU：/=0.1540.2080.5/(3.410*)=471.06气体在降尘室中的流动为层流流动。设计合理。5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3,气体流量为1000m3/h、黏度为3.610-5Pas、密度为0.674kg/m3,采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。解：对标准型旋风分离器，已知D=0.4m,B=D/4=0.1m,

7、h=D/2=0.2m气体流速为ui=Vs/A=1000/(3600Bh)100036000.10.213.89m/s临界粒径dcc93.61030.18.04-m.：Nesui.3.145230013.899Bd50=0.27-Dui(一)=0.27_5_3.6110父0.413.89(2300-0.674)=5.73,m.!:u2压强降=p二2=8.00.674(13.89)22=520Pa所以，临界粒径dc=8.04m,分割粒径d50=5.73m,压强降520Pa6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.710-3kg/标准m3,气体流量为5000标准m3/h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5k

8、g。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中习题6附表1粒径范围/Mm055101020203030404050>50在出口灰尘中的质里分数/%16252920721在搜集的灰尘中所占的质里分数/%4.41126.62018.711.33解：(1)除尘总效率出口气体中尘粒的质量流量为w2=0,710-5000=3.5kg/h进口气体中尘粒的质量流量为wi=21,5W2=21,53,525kg/h所以、=竺=江=0,86,即86%W125(2)粒级效率曲线ywci_wciPi=w11wci-w21根据附表的数据求得粒级效率值如本题附表所示习题6附表1粒径范围N

9、m0-55-1010-2020-3030-4040-50>50平均粒径Nm2.57.51525354550X2i（%,质量）16252920721Xci（%,质量）4.41126.62018.711.38wzXz0.560.8751.0150.700.2450.070.035wcX2i0.9462.3655.7204.34.022.431.72Lpi0.630.730.8500.860.9430.9720.98根据dminpi的数据绘制粒级效率曲线如附图所示7 .在实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，滤叶内部真空度为500mmHg。过滤5min得滤

10、液1L,又过滤5min得滤液0.6L。若再过滤5min,可再得滤液多少？解：由过滤基本方程：q2+2qqe=K日,代入数据有:(，0.110(.0.11032_)2()22(1"3)qe0.1101.63)qe0.1103=K560=K1060解得：qe=710m3/m2,K810，m2/s当日=15min时，q2+2><7X10q=8父104M15M60解得q=0.02073m3/m2=20.73L/m2,V=qA=20.730.1=2.073LV=2.073-1.6=0.473L8 .以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得数据列于本题附表中。已知

11、过滤面积为0.093m2,试求：(1)过滤压强差为103.0kPa时的过滤常数K、qe及仇；(2)滤饼的压缩性指数s；(3)若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2kPa时的过滤方程式332q1=2.2710-/0.093=0.0244m/m,332q2=9.1010一/0.093=0.0978m/m习题8附表过滤压强差小kPa过滤时间日s滤液体积V3m103.0502.27lO-3660_-39.1OM0343.417.12.2710-32339.1OX0-3解：(1)103.0kPa下,0.0244220.0244qe=K50K=1.57210，2/s20.0978220.09

12、78qe=K660qe=3.9110m3/m2e2qeK二2(3.9110)-51.57210=0.973s同理可以求出343.4kPa下的过滤常数K'=4.36103m2/s,qe'=3.0910，m3/m2尸e'=0.219s(2)由K=2kApJ得_5_0.1526jp'j4.3610,343.43()=7=()=s中1.57210103Rm=rLe=r'Apsvqe=常数，所以qex1/Aps,以103kPa下的数值为基准，得到5.2.0、1-0.1526_-52,K”=1.57210()=2.71410m/s1.05qe''=3

13、.9110"(空)1皿526=3.54410“m3/m21.05qe'2(3.54410”)2K''2.71410*-0.463s于是得到1962.kPa下的过滤方程式为(q3.54410i)2=2.7410飞0.463)9 .在实验室中用一个每边长0.162m的小型滤框对CaCO3颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验。料浆温度为19C,其中CaCOs固体的质量分数为0.0723。测得每1m3滤饼烘干后的质量为1062kg。在过滤压强差为275800Pa时所得的数据列于本题附表中。习题9附表过滤时间1.84.27.511.215.420.526.733.441.04

14、8.857.767.277.388.70/S滤液体积0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8V/LVer粒的比表面积a0已知CaCO3颗粒的密度为2930kg/m3,其形状可视为圆球。解：由恒压过滤方程式（V+Ve）2=KA2（0+也）可得空dV2(VVe)KA2Jrva2(：p)（V+Ve）,也可写作'rv一二1(VVe)VA2(.：p)对题给的数Ve数据进行处理，以一对V作图，据图可求得有关参数.VV/Le/se/sA0/(s/L)AV000.21.81.89.00.44.22.412.00.67.53.316.50.811.23.718

15、.51.015.44.221.01.220.55.125.51.426.76.231.01.633.46.733.51.841.07.638.02.048.87.839.02.257.78.944.52.467.29.547.52.677.310.150.52.888.711.457由图得知：直线斜率=18.25s/L2=18.25106s/m6直线的截距=5.9s/L=5.9103s/m3-rvA2(.：p)RRJrvQQ=18.25M106s/m6,-V=5.9103s/m3A2"：p)e3.35.910s/m_43222_54贝UV=厂=3.2310m3,A2=(20.1622

16、)2=2.75510m418.2510-1.0313Pas；=1-1602=0.45322930设滤饼与滤液的体积比是v,并以1m3滤液为基准做固相的物料衡算，得29300.4532V=(100029300.4532v10000.5468v)0.0723解v=0.0497则滤饼的比阻为18.25A2p18.251052.7551。,2758002r=3=2.71101/mv1.03100.04973143/r；、0.52.71100.4532、0.5a=(2)=(2-)5(1-；)25(1-0.4532)2=4.108106m2/m310.用一台BMS5O/810-25型板框压滤机过滤某悬浮液

17、，悬浮液中固相质量分数为0.139,固相密度为2200kg/m3,液相为水。每1m3滤饼中含500kg水,其余全为周相。已知操作条件下的过滤常数K=2.72M0-5m2/s,qe=3.45X0-3m3/m2滤框尺寸为810mrK810mrK25mm,共38个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积；（2）过滤完毕用0.8mVw-0.8m所以.=4"（小苹=40.8/（8.2310“）=389s清水洗涤滤饼,求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。解：（1）:过滤面积为：A=0.812m2M38=49.86m2滤框总容积：V=0.8120.02538=0.62

18、3m3设1m3的滤饼中含固相xkg.那么.包0=1.x=1100.22001000则1m3滤饼中对应的滤液量滤饼中对应的滤液量为：-1100-500-1100=6313.67kg.滤液体积Vl6313367=6.314m3.0.1391031m3悬浮液总量.1m3滤饼中的水.1m3滤液饼中的固相.当滤框全部充满时，具滤液体积V=6.3140.623=3.935m3.过滤终了时.单位面积上的滤液量q=V/A=3.935/49.86=0.0789m3/m2.qe2=k，=八=qe2/k=(3.4510，)2/(2.7210，)=0.438s.则该体系的恒压过滤方程为(q3.4510。2=2.721

19、0,C0.438)得：日=249s.(q前已知).:洗涤时间:dvM)ek2.72107工3=A=49.86-=8.2310m3/s.2(qqe)2(0.7893.4510)2区=区=园有.司一瓯一瓦,kA2=2Vr2/r=222/（6020）=6.6710*m6/s在恒压过程.222V2-Vr2=kA2C一小）V=VR2+kA2（日-0r）T2=（22+6.67x10x40x60）12=4.47m3.生匕小、，2436004.47“l3,生广目匕力：Vd二=80.5m/d.20604060206012.在3X05Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=5X10-5m

20、2/s、qe=0.0lm3/m2,又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕，以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少（m3）滤饼计）。解:板框过滤机的总容积为V=0.812m0.025m38=0.623m3.其对应的滤液体积为：0923=7.79m3.0.108过滤终了时的滤液量：q=V=7霁=0.156m3/m2.A0.81

21、238恒压过滤方程:（qqe）2-kg%）.2-，一qe-q=0.156;qe=0.01;k=510;Qe-=2s.k代入上式解得。过滤时间Q550.8s.其中：洗涤时，清水体积为：7.79父0.1=0.779m3.则由恒压过滤速率方程有：Ve2=kA2Qe可知：其过滤介质的当量滤液体积：Ve=0.0499m3.f、dvMw1kA28VVe=0.00187m3/s.由那么。洗涤时间为加=占=415.63s.dv<d6/w生产能力Q=0.6233600/415.63550.791560=1.202m3/h.13 .某悬浮液中固相质量分数为9.3%,周相密度为3000kg/m3,液相为水。在

22、一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数k=1.1M04m2（satm）,滤饼的空隙率为40%。现采用一台GB-1.75型转筒真空过滤机进行生产（此过滤机的转鼓直径为1.75m,长度为0.98m,过滤面积为5m；浸没角度为1200,转速为0.5r/min,操作真空度为80.0kPa。已知滤饼不可压缩，过滤介质阻力可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。解：滤饼不可压缩，s=0,不计过滤介质阻力，依=0。,匕,1.1104442k=2kPJ=2kP=28.0104=1.74310m2/s.1.01105生产能力：i=465A、g=4655,1.7430.5120360=12.51m3/h.-一一一,过滤常数：对应的滤饼的量为：6口一卷。=0.122（r为滤饼与滤液体积比。取为0.0583）10122滤饼厚度二=0.00486m=4.86mm.nA