新版化工原理习题答案(03)第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解

PAGEPAGE1第三章非均相混合物分离及固体流态化1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2650kg/m3，直径为0.04mm的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2650kg/m3，球形度的非球形颗粒在20℃清水中的沉降速度为0.1m/s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7900kg/m解：（1）假设为滞流沉降，则：查附录20℃空气，，所以，核算流型：所以，原假设正确，沉降速度为0.1276m（2）采用摩擦数群法依，，查出：，所以：（3）假设为滞流沉降，得：其中将已知数据代入上式得：核算流型2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5m，宽5m，高4.2m，固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/m3。气体的处理量为3000（标准）（1）若操作在20℃下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3，黏度为1.8×10-5（2）若操作在420℃下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3，黏度为3.3×10-5解：（1）在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：设沉降在斯托克斯区，则：核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1.985×10-5（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：设沉降在斯托克斯区，则：核算流型：原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4.132×10-53．对2题中的降尘室与含尘气体，在427℃下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10解：取隔板间距为h，令则（1）10μm尘粒的沉降速度压强降为（2）不变所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.46．在实验室里用面积0.1m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67kPa，测得过滤5min后得滤液1L，再过滤5min后，又得滤液0.6L解：恒压过滤方程为：由实验数据知：，，将上两组数据代入上式得：解得所以，恒压过滤方程为（m3/m2，s）或（m3，s）7．用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635mm×635mm×25mm。已知操作条件下过滤常数为，解：恒压过滤方程为，代入恒压过滤方程得8．在0.04m2的过滤面积上以1×10-4m3/s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100s时，过滤压力差为3×104Pa；过滤600s时，过滤压力差为9×104Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635mm×635mm解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间θ与过滤压差之间的关系可表示为：板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中a，b值可根据实验测得的两组数据求出：3×104=100a+b9×104=600a+b解得a=120，b=1.8×104即恒速阶段终了时的压力差，故恒速段过滤时间为恒速阶段过滤速度与实验时相同根据方程3-71，解得：，恒压操作阶段过滤压力差为6×104Pa，所以板框过滤机的过滤面积滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为应用先恒速后恒压过滤方程将K、qe、qR、q的数值代入上式，得：解得9.在实验室用一个每边长0.16m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为275.8kPa，浆料温度为20℃。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2930kg/m3。悬浮液中固体质量分数为0.0723。滤饼不可压缩，每1m3滤饼烘干后的质量为1620kg。实验中测得得到1L解：根据过滤实验数据求过滤常数已知，；，及代入恒压过滤方程式联立以上两式，解得，滤饼的空隙滤悬浮液的密度以1m滤饼体积，滤液体积∴滤饼不可压缩时，所以，滤饼比阻为颗粒的比表面积10．板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长×宽×高为810mm×810mm×42mm，总框数为10，滤饼体积与滤液体积比为=0.1，过滤10min，得滤液量为1.31解：（1）过滤面积由恒压过滤方程式求过滤常数联立解出，恒压过滤方程式为代入恒压过滤方程式求过滤时间（2）生产能力11．在Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，滤饼体积与滤液体积之比υ=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在Pa压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部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的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15解：（1）硅藻土，，可按不可压缩滤饼处理，与无关时，，，，代入恒压过滤方程式求过滤时间（2）洗涤（3）生产能力12.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验，操作真空度为400mmHg。测得，，，υ=0.2。现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机