第三章 習題解答

1、食品工程原理習題解答第三章 習題解答1用落球法測定某液體的黏度（落球黏度計），將待測液體置于玻璃容器中測得直徑為6.35mm的鋼球在此液體內(nèi)沉降200mm所需的時間為7.32 s,已知鋼球的密度為7900 kg/m3，液體的密度為1300kg/m3。試計算液體的黏度。解：小球的沉降速度：ut=Ht=0.27.32=0.0273 m/s設(shè)在斯托克斯區(qū)沉降，則由斯托克斯定律：=dp（p-）g18ut=（0.00635）2（7900-1300）9.81180.0273=5.31 Pa校核：算出顆粒雷諾數(shù)：Re=dput=0.006350.027313005.31=0.0421屬斯托克斯沉降。上述計算

2、有效。該液體的黏度為5.31Pa.s2密度為1850kg/m3的固體顆粒，在50和20水中，按斯托克斯定律作自由沉降時，求：它們沉降速度的比值是多少？若微粒直徑增加一倍在同溫度水中作自由沉降時，此時沉降速度的比值又為多少？解：由附錄查得有關(guān)溫度下水的性質(zhì)：20時，密度20998kg/m3，黏度201.00510-3 Pas50時，密度50988kg/m3，黏度500.54910-3 Pas此時，d=2d，s，均相同；據(jù)可得：3擬采用底面積為14m2的降沉室回收常壓爐氣中所含的球形固體顆粒。操作條件下氣體的密度為0.75kg/m3，黏度為2.610-5Pas；固體的密度為3000kg/m3；要求

3、生產(chǎn)能力為2.0 m3/s，求理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑dmin。解：在該降塵室內(nèi)能完全分離出來的最小顆粒的沉降速度為：ut= Vsbl=2.014=0.1429 m/s假設(shè)沉降在滯流區(qū)，則可用斯托克斯公式求dmin。dmin=18uts-g12182.610-50.142930009.8112=47.710-6 m=47.7 m校核沉降流型：Re=dminut=47.71060.14290.752.610-5=0.19651故原假設(shè)正確，求出的dmin有效。4用一多層降塵室以收集去玉米淀粉干燥尾氣中的細玉米淀粉(簡稱細粉)。細粉最小粒徑為8m，密度為1500kg/m3。降塵室內(nèi)長4.

4、1m，寬1.8m，高4.2m，氣體溫度為150，黏度為3.410-5Pas，密度為0.5kg/m3，若每小時的尾氣量為2160m3。試求降塵室內(nèi)的隔板間距及層數(shù)。解：操作條件下爐氣處理量為：Vs=21603600273+150273=0.93 m/s假設(shè)沉降在滯流區(qū)，可求出utut=d2（s-）g18=（810-6）2（1500-0.5）9.81183.410-5=1.510-3 m/s而氣體水平通過速度：u=vsbH=0.931.84.2=0.12 m/s層數(shù)nn=vsblut-1=0.931.84.11.510-3-1=84-1=83隔板間距h由H=(n+1)h可得：h=Hn+1=4.28

5、4=0.05 m核算顆粒沉降和氣體流動是否都在滯流區(qū)Re=dut=810-61.510-30.53.410-5=1.810-41在滯流區(qū)de=2bhb+h=21.80.051.8+0.05=0.097 m氣體流動的Re為：Re=deu=0.0970.120.53.410-5=1712000在滯流區(qū)。故降塵室計算合理，結(jié)果有效。5采用標準型旋風分離器除去爐氣中的球形顆粒。要求旋風分離器的生產(chǎn)能力為2.0m3，直徑D為0.4m，適宜的進口氣速為20m/s。干燥尾氣的密度為0.75kg/m3，黏度為2.610-5Pas（操作條件下的），固相密度為3000 kg/m3，求：需要幾個旋風分離器并聯(lián)操作；

6、臨界粒徑dc；分割直徑d50；壓強降p。解：對于標準型旋風分離器，h=D/2，b=D/4，Ne=5，=8并聯(lián)旋風分離器數(shù)n：單臺旋風分離器的生產(chǎn)能力為：(Vs)單=hbui=(D/2)(D/4)ui(0.42/8)20=0.40m3/sn=Vs/(Vs)單=2.0/0.40=5求臨界粒徑dcb=D/4=0.4/4=0.1m，Ne=5，代入下式：dc=9bNesui=92.610-50.15300020=4.9810-6 m=4.98 m分割直徑d50d500.27D（s-）ui0.272.610-50.4300020=3.55410-6 m=3.554 m壓強降pp=ui22=80.75（20

7、）22=1200 Pa6某淀粉廠的氣流干燥器每小時送出10000 m3帶有淀粉的熱空氣，擬采用擴散式旋風分離器收取其中的淀粉，要求壓強降不超過1250 Pa，已知氣體密度為1.0 kg/m3，試選擇合適的型號。解：題中已規(guī)定采用擴散式旋風分離器，則其型號可由其生產(chǎn)能力表中來選。題中熱空氣的允許壓強降為1250 Pa，需要進行校正。從教材附錄19中查出5號擴散式旋風分離器（直徑為D=525mm）在1570 Pa的壓強降下操作時，生產(chǎn)能力為5000m3/h現(xiàn)在要達到10000m3/h的生產(chǎn)能力，可采用兩臺并聯(lián)。（也可采取其他的同樣合理的選擇）7在恒定壓差下用尺寸為635mm635mm25mm的一個

8、濾框（過濾面積為0.806m2）對某懸浮液進行過濾。已測出過濾常數(shù)K=410-6 m2/s，濾餅體積與濾液體積之比為0.1，設(shè)介質(zhì)阻力可忽略，求：當濾框充滿濾餅時可得多少濾液？所需過濾時間。解：求濾液量V濾餅體積：題給濾液體積：求過濾時間t當介質(zhì)阻力可略時，8用板框壓濾機在9.81104 Pa恒壓差下過濾某種水懸浮液。要求每小時處理料漿8m3。已測得1m3濾液可得濾餅0.1m3，過濾方程式為：（t單位為s）求：過濾面積A。恒壓過濾常數(shù)K、qe、te。解：過濾面積A由題給：代入題給過濾方程：解出：A=5.782m3求過濾常數(shù)K、qe、te把題給過濾方程與恒壓過濾方程相比較，可得K=510-4m3

9、/s； 2Ve=1m3；故Ve=0.5m3qe=Ve/A=9某板框式壓濾機，在表壓為2101.33103 Pa下以恒壓操作方式過濾某懸浮液，2小時后得濾液10m3；過濾介質(zhì)阻力可忽略，求：若操作時間縮短為1小時，其他情況不變，可得多少濾液？若表壓加倍，濾餅不可壓縮，2小時可得多少濾液？解：介質(zhì)阻力可略時，有的恒壓過濾方程式，題給t12 h，t21 h，其他情況不變，懸浮液不變，不變，則有：，K、A不變，故有：因改變，恒壓過濾方程為：而K、A不變可得：10某板框式壓濾機的過濾面積為0.2m2，在壓差p=151.99 kPa下以恒壓操作過濾一種懸浮液，2小時后得濾液4m3，介質(zhì)阻力可略，濾餅不可壓

10、縮，求：若過濾面積加倍，其他情況不變，可得多少濾液？若在原壓差下過濾2小時后用0.5m3的水洗滌濾餅，需多長洗滌時間？解：原工況下的過濾常數(shù)K為：（介質(zhì)阻力可略）過濾面積加倍，其他情況不變可得濾液量：求洗滌時間對于板框壓濾機，因介質(zhì)阻力可略，故Ve=0，題給Vw=0.5m3代入后可得：71942 s2 h11用板框式壓濾機在2.95105 Pa的壓強差下，過濾某種懸浮液。過濾機的型號為BMS20/635-25，共26個框。現(xiàn)已測得操作條件下的過濾常數(shù)K=1.1310-4 m2/s，qe=0.023m3/m2，且1m3濾液可得濾餅0.020m3求：濾餅充滿濾框所需的過濾時間。若洗滌時間為0.79

11、3h，每批操作的輔助時間為15min，則過濾機的生產(chǎn)能力為多少？解：過濾時間t過濾面積為：濾餅體積為：濾液體積為：而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2 過濾時間生產(chǎn)能力Q操作周期=t+w+D=3700+0.7933600+1560=7455s Q12現(xiàn)用一臺GP5-1.75型轉(zhuǎn)筒真空過濾機（轉(zhuǎn)鼓直徑為1.75m，長度0.98m，過濾面積5m2，浸沒角120o）在66.7kPa真空度下過濾某種懸浮液。已知過濾常數(shù)K=5.1510-6m2/s，每獲得1m3濾液可得0.66m3濾餅，過濾介質(zhì)阻力忽略，濾餅不可壓縮，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1r/min求過濾機的生產(chǎn)能力及轉(zhuǎn)筒表面的濾餅厚度。解

12、：生產(chǎn)能力Q轉(zhuǎn)筒過濾面積轉(zhuǎn)筒浸沒度介質(zhì)阻力可忽略時，可用下式計算Q：Q求濾餅厚度L轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周獲得的濾液量為：厚度13擬在9.81103Pa的恒定壓強差下過濾懸浮液。濾餅為不可壓縮，其比阻r為1.331010 1/m2，濾餅體積與濾液體積之比v為0.333m3/m3，濾液的黏度為1.010-3Pa.s；且過濾介質(zhì)阻力可略，求：每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間t。若將此過濾時間延長一倍可以再獲得多少濾液。解：求t由題給條件可得，單位面積上所得濾液量q =1.5m3/m2題給濾餅為不可壓縮，則s=0，r = r=常數(shù)，代入已知量則：當過濾介質(zhì)可略時，q2=Kt，則有過濾時間加倍時

13、，增加的濾液量增加的濾液量為：即每平方米過濾面積上將再得0.62m3濾液。14擬用標準型旋風分離器除去爐氣中的球形顆粒。已選定分離器直徑D=0.4m，固相密度為3000 kg/m3，氣相密度為0.674 kg/m3，黏度為3.810-5 Pas；操作條件下的氣體量為1200 m3/h，對于標準型旋風分離器h=D/2，b=D/4，Ne取5，=8，且簡化假設(shè)取T=i。求：離心分離因數(shù)Kc。臨界粒徑dc。分割粒徑d50。壓強降p。解：求Kc求dc求d50求p15已知某板框壓濾機過濾某種濾漿的恒壓過濾方程式為：(t單位為s）求：過濾常數(shù)K，及te。若要在30min內(nèi)得到5m3濾液（濾餅正好充滿濾框），

14、則需框內(nèi)每邊長為810mm的濾框多少個？解：求過濾常數(shù)K，qe及te。恒壓過濾方程式為：把此式與題給的方程式進行比較可得到：K=510-4m2/s，而2qe=0.04，qe=0.02m3/m2求te求所需濾框數(shù)n將t=3060 s代入過濾方程式：；整理得：，解方程得：因故故，A=2nb2（個），取5個。16用轉(zhuǎn)筒真空過濾機過濾某種懸浮液，料漿處理量為25m3/h，已知濾餅體積與濾液體積之比為0.08，轉(zhuǎn)筒浸沒度為1/3，過濾面積為2.11m2，現(xiàn)測得過濾常數(shù)K為810-4m2/s，過濾介質(zhì)阻力可略。求此過濾機的轉(zhuǎn)速n。解：Q（生產(chǎn)能力）求n當介質(zhì)阻力可略時，代入已知量Q，A，K，可得：解得：，

15、即解出17一砂濾器在粗砂礫層上，鋪有厚750mm的砂粒層，以過濾工業(yè)用水，砂礫的密度2550 kg/ m3，半徑0.75mm，球形度0.86，床層松密度為1400 kg/ m3。今于過濾完畢后用14的水以0.02m/s的空床流速進行砂層返洗。問砂粒層在返洗時是否處于流化狀態(tài)？解：若返洗時, 砂粒層處于流化狀態(tài)。由本章式(3-61）umf=已知：p=2550 kg/m3；s=0.86；=0.02m/s；dp=0.75 mm；=1400 kg/m3查附錄1：14水；=1.18510-3Pas則m/s故上述m/s錯誤引用下列計算表達式，該式適用于所有雷諾數(shù)（Rep）范圍。有：=0.0135 m/s再ut設(shè)為過渡區(qū)，ut用阿倫定律計算式=Rep 1 Rep 20 故不成立。要用另外方式計算，即：1005.6661062.1395.129.1106Re29.167.153=-mrmfppmfudsmu故以上計算正確操作氣速19小麥粒度5mm，密度1260 kg/ m3；面粉粒度0.1mm，密度1400 kg/ m3。當此散粒物料和粉料同樣以20空氣來流化時，試分別求其流化速度的上、下限值，并作大顆粒和小顆粒流化操作的比較（比較ut/umf）。解：由題知：小麥：d p1=0.005m , p1=1260kg/m3面粉：d p2=110-4