新版化工原理習題答案(03)第三章-非均相混合物分離及固體流態(tài)化-題解.doc

第三章 非均相混合物分離及固體流態(tài)化1顆粒在流體中做自由沉降，試計算（1）密度為2 650 kg/m3，直徑為0.04 mm的球形石英顆粒在20 空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2 650 kg/m3，球形度的非球形顆粒在20 清水中的沉降速度為0.1 m/ s，顆粒的等體積當量直徑是多少？（3）密度為7 900 kg/m3，直徑為6.35 mm的鋼球在密度為1 600 kg/m3的液體中沉降150 mm所需的時間為7.32 s，液體的黏度是多少？解：（1）假設為滯流沉降，則： 查附錄20 空氣，所以，核算流型： 所以，原假設正確，沉降速度為0.1276 m/s。（2）采用摩擦數(shù)群法依，查出：，所以：（3）假設為滯流沉降，得： 其中 將已知數(shù)據(jù)代入上式得： 核算流型 2用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長5 m，寬5 m，高4.2 m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000 kg/m3。氣體的處理量為3000（標準）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。（1）若操作在20 下進行，操作條件下的氣體密度為1.06 kg/m3，黏度為1.810-5 Pas。（2）若操作在420 下進行，操作條件下的氣體密度為0.5 kg/m3，黏度為3.310-5 Pas。解：（1）在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.98510-5 m。（2）計算過程與（1）相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為： 設沉降在斯托克斯區(qū)，則： 核算流型： 原設滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.13210-5 m。3對2題中的降塵室與含塵氣體，在427 下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10 m，試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h，令 則 （1） 10 m塵粒的沉降速度 由（1）式計算h 層數(shù)取18層 核算顆粒沉降雷諾數(shù)： 核算流體流型： 4在雙錐分級器內(nèi)用水對方鉛礦與石英兩種粒子的混合物進行分離。操作溫度下水的密度r996.9 kg/m3，黏度m0.897 310-3 Pas。固體顆粒為棱長0.080.7mm的正方體。已知：方鉛礦密度rs17 500 kg/m3，石英礦密度rs22 650 kg/m3。假設粒子在上升水流中作自由沉降，試求（1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應為多少？（2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。解：（1）水的上升流速 為了得到純方鉛礦粒，應使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。對于正方體顆粒 ，應先算出其當量直徑和球形度。設l代表棱長，Vp代表一個顆粒的體積。顆粒的當量直徑為因此，顆粒的球形度，用摩擦數(shù)群法計算最大石英粒子的沉降速度，即 已知=0.806，由圖3-3查得Ret=70，則所以水的上升流速應取為0.07255 m/s或略大于此值。（2）純方鉛礦粒的尺寸范圍 所得到的純方鉛礦粒中尺寸最小者應是沉降速度恰好等于0.07255 m/s的粒子。用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當量直徑： 已知 =0.806，由圖3-3查得Ret=30，則與此當量直徑相對應的正方體棱長為所得純方鉛礦粒的棱長范圍為0.30.7 mm。5用標準型旋風分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4 m3/s、黏度為3.610-5 Pas、密度為0.674 kg/m3，氣體中塵粒的密度為2 300 kg/m3。若分離器圓筒直徑為0.4 m，(1) 試估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變，旋風分離器尺寸需增大為多少？此時臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應采取什么措施？解：臨界直徑式中 ， Ne=5 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得 分割粒徑為 壓強降為 （2）不變所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風分離器尺寸需增大，同時臨界粒徑也會增大，分離效率降低。（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺圓筒直徑為0.4 m的旋風分離器并聯(lián)使用。6在實驗室里用面積0.1 m2的濾葉對某懸浮液進行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67 kPa，測得過濾5 min后得濾液1 L，再過濾5 min后，又得濾液0.6 L。試求，過濾常數(shù)，并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為： 由實驗數(shù)據(jù)知： ， ， 將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得： 解得 所以，恒壓過濾方程為 （m3/m2，s）或 （m3，s）7用10個框的板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635 mm635 mm25 mm。已知操作條件下過濾常數(shù)為， 濾餅與濾液體積之比為v=0.06。試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為，代入恒壓過濾方程得 8在0.04 m2的過濾面積上以110-4 m3/s的速率進行恒速過濾試驗，測得過濾100 s時，過濾壓力差為3104 Pa；過濾600 s時，過濾壓力差為9104 Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635 mm635 mm60 mm的板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進行恒速過濾，在過濾壓強差達到6104 Pa時改為恒壓操作。每獲得1 m3濾液所生成的濾餅體積為0.02 m3。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。 解：第一階段是恒速過濾，其過濾時間與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為： 板框過濾機所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗時相同，且過濾速度也一樣，因此，上式中a，b值可根據(jù)實驗測得的兩組數(shù)據(jù)求出： 3104=100a+b 9104=600a+b解得 a=120，b=1.8104即 恒速階段終了時的壓力差，故恒速段過濾時間為 恒速階段過濾速度與實驗時相同 根據(jù)方程3-71， 解得： ， 恒壓操作階段過濾壓力差為6104 Pa，所以 板框過濾機的過濾面積 濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為 應用先恒速后恒壓過濾方程 將K、qe、qR、q的數(shù)值代入上式，得： 解得 9. 在實驗室用一個每邊長0.16 m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進行過濾試驗。操作條件下在過濾壓力差為275.8 kPa，漿料溫度為20 。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2 930 kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分數(shù)為0.072 3。濾餅不可壓縮，每1 m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1 620 kg。實驗中測得得到1 L濾液需要15.4 s，得到2 L濾液需要48.8 s。試求過濾常數(shù)，濾餅的空隙濾，濾餅的比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)已知，；，及代入恒壓過濾方程式 聯(lián)立以上兩式，解得，濾餅的空隙濾 懸浮液的密度 以1 m3懸浮液為基準求濾餅體積， 濾液體積 濾餅不可壓縮時，所以，濾餅比阻為顆粒的比表面積 10板框壓濾機過濾某種水懸浮液，已知框的長寬高為810 mm810 mm42 mm，總框數(shù)為10，濾餅體積與濾液體積比為n=0.1，過濾10 min，得濾液量為1.31 m3，再過濾10 min，共得濾液量為1.905 m3，試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間；（2）若洗滌與輔助時間共45 min，求該裝置的生產(chǎn)能力(以得到的濾餅體積計)。解：（1）過濾面積由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)聯(lián)立解出，恒壓過濾方程式為代入恒壓過濾方程式求過濾時間（2）生產(chǎn)能力11在Pa壓力下對硅藻土在水中的懸浮液進行過濾試驗，測得過濾常數(shù)K=510-5 m2/s，qe=0.01 m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比=0.08?，F(xiàn)擬用有38個框的BMY50/810-25型板框壓濾機在Pa壓力下過濾上述懸浮液。試求：（1）過濾至濾框內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間；（2）過濾完畢以相當于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15 min，求過濾機的生產(chǎn)能力（m3濾液/h）。解：（1）硅藻土，可按不可壓縮濾餅處理，與無關(guān)時，代入恒壓過濾方程式求過濾時間（2）洗滌 （3）生產(chǎn)能力12. 用一小型壓濾機對某懸浮液進行過濾試驗，操作真空度為400 mmHg。測得，=0.2?，F(xiàn)用一臺GP5-1.75