化工原理第3章 課后習(xí)題參考答案

第三章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化3. 在底面積為40m²的除塵室內(nèi)回收氣體中的球形固體顆粒。氣體的處理量為3600m³/h，固體的密度s=3600kg/m³，操作條件下氣體的密度=1.06kg/m³，粘度為3.4×10-5Pas。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(guān)。需根據(jù)沉降速度求。1）沉降速度可根據(jù)生產(chǎn)能力計(jì)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(jì)算理論上完全除去的最小顆粒直徑。沉降速度的計(jì)算公式與沉降雷諾數(shù)有關(guān)。（參考教材P148）。假設(shè)氣體流處在滯流區(qū)則可以按 ut = d2（s- ）g/18進(jìn)行計(jì)算 dmin2 = 18/（s- ）g ·ut 可以得到 dmin= 0.175×10-4 m=17.5 3）核算Ret = dminut/< 1 ， 符合假設(shè)的滯流區(qū)能完全除去的顆粒的最小直徑 d = 0.175×10-4 m = 17.5 m5. 含塵氣體中塵粒的密度為2300kg/m³，氣體流量為1000m³/h，粘度為3.6×10-5Pas密度為0.674kg/m³，采用如圖3-8所示的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器進(jìn)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(qiáng)降。解：P158圖3-7可知，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器有： Ne = 5 ，= 8.0 B = D/4 ，h = D/2 (1) 臨界直徑根據(jù)dc = 9B/(Nesui )1/2 計(jì)算顆粒的臨界直徑其中：=3.6×10-5Pas；B = D/4=0.1m；Ne = 5；s=2300kg/m³；將以上各參數(shù)代入，可得 dc = 9B/(Nesui )1/2 = 9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)1/2 = 8.04×10-6 m = 8.04 m （2）分割粒徑 根據(jù) d50 = 0.27D/ut（s- ）1/2 計(jì)算顆粒的分割粒徑 d50 = 0.273.6×10-5×0.4/(13.889×2300)1/2 = 0.00573×10-3m = 5.73m （3）壓強(qiáng)降根據(jù) P = ·ui2/2 計(jì)算壓強(qiáng)降 P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、實(shí)驗(yàn)室用一片過(guò)濾面積為0.1m2的濾葉對(duì)某種顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，濾葉內(nèi)部真空讀為500mmHg，過(guò)濾5min的濾液1L，又過(guò)濾5min的濾液0.6L，若再過(guò)濾5min得濾液多少？已知：恒壓過(guò)濾，P =500mmHg ，A=0.1m，1=5min時(shí)，V1=1L；2=5min+5min=10min時(shí)，V2=1L+0.6L=1.6L求：3=5min時(shí)，V3=？解：分析：此題關(guān)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(jì)濾液體積和累計(jì)過(guò)濾時(shí)間），要求V3，需求3=15min時(shí)的累計(jì)濾液體積 V3=？則需先求Ve和K。虛擬濾液體積Ve由過(guò)濾方程式 V2 + 2VVe= KA2過(guò)濾5min得濾液1L （1×10-3）2 + 2×10-3 Ve= KA2×5 過(guò)濾10min得濾液1.6L （1.6×10-3）2 + 2×1.6×10-3 Ve= KA2×10 由式可以得到虛擬濾液體積 Ve= 0.7×10-3 KA2= 0.396過(guò)濾15分鐘假設(shè)過(guò)濾15分鐘得濾液V' V'2 + 2V'Ve= KA2' V'2 + 2×0.7×10-3V'= 5×0.396 V' = 2.073×10-3再過(guò)濾5min得濾液V = 2.073×10-3 -1.6×10-3 = 0.473×10-3 m3=0.473L8.以小型板框壓濾機(jī)對(duì)碳酸鈣顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)列于本題附表中：已知過(guò)濾面積為0.093m2，試求：（1）過(guò)濾壓強(qiáng)差為103.0kPa時(shí)的過(guò)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(guò)濾壓強(qiáng)差為196.2k Pa時(shí)的過(guò)濾方程式。過(guò)濾壓強(qiáng)差（kpa）過(guò)濾時(shí)間（s）濾液體積V（m3）103.0502.27×10-36609.10×10-3343.417.12.27×10-32339.10×10-3解： 過(guò)濾常數(shù)K ,qe及e根據(jù)q2 + 2qqe = K ，和q = V/A ，1）當(dāng)P=103.0kpa時(shí)，帶入表中的數(shù)據(jù) （2.27×10-3/ 0.093）2 + 2 qe×(2.27×10-3 / 0.093)= 50K （9.1×10-3 / 0.093）2 + 2 qe×（9.1×10-3/0.093） = 660K 由兩式可得 qe = 3.91×10-3m3/m2， K = 1.57×10-5 m2/sqe2 = Ke e = qe2 / K = 0.929 s2）同理，當(dāng)P=343.4kpa時(shí)，帶入表中的數(shù)據(jù)，有：（2.27×10-3/ 0.093）2 + 2 qe×(2.27×10-3 / 0.093)= 17.1K （9.1×10-3 / 0.093）2 + 2 qe×（9.1×10-3/0.093） = 233K 解得：qe = 3.1×10-3m3/m2， K = 4.365×10-5 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）103.01.57×10-53.91×10-3343.44.365×10-53.1×10-3(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(guò)濾壓強(qiáng)差為196.2k Pa時(shí)的過(guò)濾方程式。當(dāng)P=196.2k Pa時(shí)的K和qe可由表1，通過(guò)線性插值法得到，即：，得K= 2.71×10-5 m2/s ，得qe=3.5×10-3 m3/m2,得e =0.452s將得到的P =196.2k Pa 時(shí)的K ,qe及e代入總的過(guò)濾基本方程式：（q+qe）2 = K(+e)即可。過(guò)濾方程式為 （q + 3.5×10-3 ）2 = 2.71×10-5（ + 0.452）10.用一臺(tái)BMS50/810-25型板框壓濾機(jī)過(guò)濾某懸浮液，懸浮液中固體質(zhì)量分率為0.139，固相密度為2200kg/m3，液相為水。每1m³濾餅中含500kg水，其余全為固相。已知操作條件下的過(guò)濾常數(shù)K=2.72×10-5m/s，q=3.45×10m3/m2。濾框尺寸為810mm×810mm×25mm,共38個(gè)框。試求：（1）過(guò)濾至濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需的時(shí)間及所得的濾液體積：（2）過(guò)濾完畢用0.8m清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間。洗水溫度及表壓與濾漿的相同。解：（1）濾框內(nèi)全部充滿濾渣濾餅表面積 A = （0.81）2×2×38 = 49.86 m2 (乘以2代表過(guò)濾面積是框面積的2倍) 濾框容積 V總 = （0.81）2×0.025×38 = 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(zhì)量 ：0.5×2200 = 1100 Kg則1m3 的濾餅所獲得的濾液質(zhì)量為=懸浮液的質(zhì)量-水的質(zhì)量-固相的質(zhì)量，即：1m3 的濾餅所獲得的濾液的體積為其質(zhì)量/水的密度，即：6313.7/1000=6.314m3 形成0.6233 m3 的濾餅即濾框全部充滿時(shí)得到濾液體積 V =6.314×0.6233 = 3.935 m3則過(guò)濾終了時(shí)的單位面積濾液量為 q = V/A = 3.935/49.86 = 0.07892 m3 /m2qe2 = Ke e = qe2 / K = （3.45×10-3）2 / 2.72×10-5 = 0.4376 由（q + qe）2 = K（+e）得所需的過(guò)濾時(shí)間為 = （q + qe）2 / K - e = （0.07892 + 0.00345）2/2.72×10-5 - 0.4376=249 s 洗滌時(shí)間Ve = qe×A = 3.45×10-3×49.86 = 0.172 由 （dv/ d）w= KA2 /8（+e）得洗滌速率 = 2.72×10-5×（49.86）2/ 8×（3.935 + 0.172）= 205×10-5洗滌時(shí)間為：0.8/205×10-5 = 388s11.用葉濾機(jī)處理某種懸浮，先以等速過(guò)濾20min，得濾液2m3。隨即保持當(dāng)時(shí)的壓強(qiáng)差再過(guò)濾40min，問(wèn)共得濾液多少m3？若葉濾機(jī)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(guò)濾階段：R=20min，VR=2m3；D=20min。求：（1）恒壓過(guò)濾階段：=20+40=60min時(shí)，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(guò)濾的微分表達(dá)式：得到）（2）在第二階段，即恒壓過(guò)濾階段，有：=4.47m3(注意：1)公式中，為累計(jì)的過(guò)濾時(shí)間，即20+40=60min；2）V是累積濾液體積，即：恒速過(guò)濾+恒壓過(guò)濾所獲得的總的濾液體積）（3）濾液日產(chǎn)量：