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1、第三章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化3. 在底面積為40m的除塵室內回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600m/h，固體的密度s=3600kg/m，操作條件下氣體的密度=1.06kg/m，粘度為3.410-5Pas。試求理論上完全除去的最小顆粒直徑。解：理論上完全除去的最小顆粒直徑與沉降速度有關。需根據(jù)沉降速度求。1）沉降速度可根據(jù)生產(chǎn)能力計算 ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意單位換算）2）根據(jù)沉降速度計算理論上完全除去的最小顆粒直徑。沉降速度的計算公式與沉降雷諾數(shù)有關。（參考教材P148）。假設氣體流處在滯流區(qū)則可以按 ut = d2（
2、s- ）g/18進行計算 dmin2 = 18/（s- ）g ut 可以得到 dmin= 0.17510-4 m=17.5 3）核算Ret = dminut/ 1 ， 符合假設的滯流區(qū)能完全除去的顆粒的最小直徑 d = 0.17510-4 m = 17.5 m5. 含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/m，氣體流量為1000m/h，粘度為3.610-5Pas密度為0.674kg/m，采用如圖3-8所示的標準型旋風分離器進行除塵。若分離器圓筒直徑為0.4m，試估算其臨界直徑，分割粒徑及壓強降。解：P158圖3-7可知，對標準旋風分離器有： Ne = 5 ，= 8.0 B = D/4 ，h = D/
3、2 (1) 臨界直徑根據(jù)dc = 9B/(Nesui )1/2 計算顆粒的臨界直徑其中：=3.610-5Pas；B = D/4=0.1m；Ne = 5；s=2300kg/m；將以上各參數(shù)代入，可得 dc = 9B/(Nesui )1/2 = 93.6100.250.4/(3.145230013.89)1/2 = 8.0410-6 m = 8.04 m （2）分割粒徑 根據(jù) d50 = 0.27D/ut（s- ）1/2 計算顆粒的分割粒徑 d50 = 0.273.610-50.4/(13.8892300)1/2 = 0.0057310-3m = 5.73m （3）壓強降根據(jù) P = ui2/2
4、計算壓強降 P = 8.00.67413.8892/2 = 520 Pa7、實驗室用一片過濾面積為0.1m2的濾葉對某種顆粒在水中的懸浮液進行實驗，濾葉內部真空讀為500mmHg，過濾5min的濾液1L，又過濾5min的濾液0.6L，若再過濾5min得濾液多少？已知：恒壓過濾，P =500mmHg ，A=0.1m，1=5min時，V1=1L；2=5min+5min=10min時，V2=1L+0.6L=1.6L求：3=5min時，V3=？解：分析：此題關鍵是要得到虛擬濾液體積，這就需要充分利用已知條件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2（式中V和是累計濾液體積和累計過濾時間），要求V3
5、，需求3=15min時的累計濾液體積 V3=？則需先求Ve和K。虛擬濾液體積Ve由過濾方程式 V2 + 2VVe= KA2過濾5min得濾液1L （110-3）2 + 210-3 Ve= KA25 過濾10min得濾液1.6L （1.610-3）2 + 21.610-3 Ve= KA210 由式可以得到虛擬濾液體積 Ve= 0.710-3 KA2= 0.396過濾15分鐘假設過濾15分鐘得濾液V V2 + 2VVe= KA2 V2 + 20.710-3V= 50.396 V = 2.07310-3再過濾5min得濾液V = 2.07310-3 -1.610-3 = 0.47310-3 m3=0
6、.473L8.以小型板框壓濾機對碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進行過濾實驗，測得數(shù)據(jù)列于本題附表中：已知過濾面積為0.093m2，試求：（1）過濾壓強差為103.0kPa時的過濾常數(shù)K ,qe及e(2)濾餅的壓縮指數(shù)s；（3）若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強差為196.2k Pa時的過濾方程式。過濾壓強差（kpa）過濾時間（s）濾液體積V（m3）103.0502.2710-36609.1010-3343.417.12.2710-32339.1010-3解： 過濾常數(shù)K ,qe及e根據(jù)q2 + 2qqe = K ，和q = V/A ，1）當P=103.0kpa時，帶入表中的數(shù)據(jù) （2.2710-
7、3/ 0.093）2 + 2 qe(2.2710-3 / 0.093)= 50K （9.110-3 / 0.093）2 + 2 qe（9.110-3/0.093） = 660K 由兩式可得 qe = 3.9110-3m3/m2， K = 1.5710-5 m2/sqe2 = Ke e = qe2 / K = 0.929 s2）同理，當P=343.4kpa時，帶入表中的數(shù)據(jù)，有：（2.2710-3/ 0.093）2 + 2 qe(2.2710-3 / 0.093)= 17.1K （9.110-3 / 0.093）2 + 2 qe（9.110-3/0.093） = 233K 解得：qe = 3.1
8、10-3m3/m2， K = 4.36510-5 m2/s, e = qe2 / K=0.22 s最后得到以下數(shù)據(jù)：表1P（kpa）K（m2/s）qe（m3/m2）103.01.5710-53.9110-3343.44.36510-53.110-3(2)濾餅的壓縮指數(shù)s方法一：按教材介紹的作圖法得到。方法二：將得到的兩組數(shù)據(jù)（如表1）代入K=2kP1-s即可得s。（3）若濾布阻力不變，試寫出此濾漿在過濾壓強差為196.2k Pa時的過濾方程式。當P=196.2k Pa時的K和qe可由表1，通過線性插值法得到，即：，得K= 2.7110-5 m2/s ，得qe=3.510-3 m3/m2,得e
9、=0.452s將得到的P =196.2k Pa 時的K ,qe及e代入總的過濾基本方程式：（q+qe）2 = K(+e)即可。過濾方程式為 （q + 3.510-3 ）2 = 2.7110-5（ + 0.452）10.用一臺BMS50/810-25型板框壓濾機過濾某懸浮液，懸浮液中固體質量分率為0.139，固相密度為2200kg/m3，液相為水。每1m濾餅中含500kg水，其余全為固相。已知操作條件下的過濾常數(shù)K=2.7210-5m/s，q=3.4510m3/m2。濾框尺寸為810mm810mm25mm,共38個框。試求：（1）過濾至濾框內全部充滿濾渣所需的時間及所得的濾液體積：（2）過濾完畢
10、用0.8m清水洗滌濾餅，求洗滌時間。洗水溫度及表壓與濾漿的相同。解：（1）濾框內全部充滿濾渣濾餅表面積 A = （0.81）2238 = 49.86 m2 (乘以2代表過濾面積是框面積的2倍) 濾框容積 V總 = （0.81）20.02538 = 0.6233 m3 已知 1m3 的濾餅中： 含水：500/1000 = 0.5 m3 則含固體為： 10.5 = 0.5 m3 所以，固體質量 ：0.52200 = 1100 Kg則1m3 的濾餅所獲得的濾液質量為=懸浮液的質量-水的質量-固相的質量，即：1m3 的濾餅所獲得的濾液的體積為其質量/水的密度，即：6313.7/1000=6.314m3
11、 形成0.6233 m3 的濾餅即濾框全部充滿時得到濾液體積 V =6.3140.6233 = 3.935 m3則過濾終了時的單位面積濾液量為 q = V/A = 3.935/49.86 = 0.07892 m3 /m2qe2 = Ke e = qe2 / K = （3.4510-3）2 / 2.7210-5 = 0.4376 由（q + qe）2 = K（+e）得所需的過濾時間為 = （q + qe）2 / K - e = （0.07892 + 0.00345）2/2.7210-5 - 0.4376=249 s 洗滌時間Ve = qeA = 3.4510-349.86 = 0.172 由 （
12、dv/ d）w= KA2 /8（+e）得洗滌速率 = 2.7210-5（49.86）2/ 8（3.935 + 0.172）= 20510-5洗滌時間為：0.8/20510-5 = 388s11.用葉濾機處理某種懸浮，先以等速過濾20min，得濾液2m3。隨即保持當時的壓強差再過濾40min，問共得濾液多少m3？若葉濾機每次卸渣重裝等全部輔助操作共需20min，求濾液日產(chǎn)量。濾布阻力可以忽略。已知：恒速過濾階段：R=20min，VR=2m3；D=20min。求：（1）恒壓過濾階段：=20+40=60min時，V=？ （2）濾液的日產(chǎn)量？解：（1）在第一階段，即恒速階段，有：（上式可由恒壓過濾的微分表達式：得到）（2）在第二階段，即恒壓過濾階段，有：=4.47m3(注意：1)公式中，為累計的過濾時間，即20+40=60min；2）V是累積濾液體積，即：恒速過濾+恒壓過濾所獲得的總的濾液體積）（3）濾液日產(chǎn)量：
化工原理第3章 課后習題參考答案
