化工原理沉降與過濾課后習(xí)題及答案

1、第三章沉降與過濾【3-1】 密度為1030kg/m 、直徑為400 m的球形顆粒在150c的熱空氣中降落,求其沉降速度。解 150c時(shí),空氣密度0.835kg/m3,黏度5 2.41 10 Pa s顆粒密度pp3.1030kg /m ,直徑dp 4 10 4m p假設(shè)為過渡區(qū),沉降速度為Ut14g2( p)2 :225p4 (9.81)2(1030)25225 2 41 100 83513_ 4 一4 101.79m/s驗(yàn)算 RedpUt4 10 4 1.79 083552.41 1024.8為過渡區(qū)3-2 密度為 2500kg/m 3的玻璃球在20c的水中和空氣中以相同的速度沉降。試求在這兩

2、種介質(zhì)中沉降的顆粒直徑的比值，假設(shè)沉降處于斯托克斯定律區(qū)。解 在斯托克斯區(qū)，沉降速度計(jì)算式為Utd2 pg/18由此式得（下標(biāo) w表小水，a表小空氣）d218ut p w d pw(p a )d padpw dpaa)w )查得20c時(shí)水與空氣的密度及黏度分別為1.004 10 3Pa s已知玻璃球的密度為dpwd pa【3-3】降塵室的長度為氣體中懸浮的最小顆粒直徑為a 1.205kg/m3,1 81 102500 kg / m3 ,代入上式得(2500 1.205) 1.004 10 3(2500 998.2) 1.81 10 55 、Pa s9.6110m,寬為5m,其中用隔板分為20層

3、，間距為 100mm）10 m ,氣體密度為1.1kg/m3 ,黏度為 21.8 10 6 Pa s,顆粒密度為 4000kg/m 3。試求：(1)最小顆粒的沉降速度；(2)若需要最小顆粒沉降，氣體的最大流速不能超過多少m/s (3)此降塵室每小時(shí)能處理多少m的氣體解 已知 dpc 10 10 6m, p 4000kg/m3,1.1kg/m3,21.8 10 6 Pa s(1)沉降速度計(jì)算假設(shè)為層流區(qū).2 .、6 2gdpc( p )9.81 (10 10 ) (4000 1.1)Ut22 - 2761818 21 8 10.dpcUt 10 10 6 0.01 1.1驗(yàn)算Re 6 0 005

4、05 2 為層流21.8 10(2)氣體的最大流速Umax。0.01m / s沉降高度H 0.1m,降塵室長度L 10mLUmax100.1umr(3)氣體的最大處理量HUtUmax 1m/s3qVS WHNu max 5 0.1 20 1 10m / s433.6 10 m / h氣體的處理量qVS也可以用教材式(3-18)計(jì)算.2_ 6 2 _dpc ( p )gWLN (10 10 6)* 2 4000 9.81 5 10q、/S- - - 61818 21 8 10 62010m3/s 3.6 104m3/h【3-4】有一重力沉降室，長4m,寬2m,高，內(nèi)部用隔板分成 25層。爐氣進(jìn)入

5、除塵室時(shí)的密度為0.5kg/m3 ,黏度為0.035mPa s。爐氣所含塵粒的密度為4500kg/m3?，F(xiàn)要用此降塵室分離100 m以上的顆粒，試求可處理的爐氣流量。解 已知爐氣的密度 0.5kg/m3,黏度 =3.5 10 5 Pa s塵粒的密度 4500kg /m3 ,臨界塵粒直徑dDc 100 10 6mpc假設(shè)為層流區(qū)，求得沉降速度為Ut2gd pc ( p18)9.81 (100 10 6)2 (4500 0.5)183 5 10 50.701m/s驗(yàn)算 Re為層流區(qū)34 25 140m /s本題也可以用教材式(3-18)計(jì)算，式中的WL改為WLN所示的旋風(fēng)分3-5 溫度為200C、

6、壓力為101.33kPa的含塵空氣，用圖 3-9 (a)離器除塵。塵粒的密度為2000kg/m 3。若旋風(fēng)分離器的直徑為，進(jìn)口氣速為21m/s ,為多少m7s ；(2)氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力損失;試求：(1)氣體處理量 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) (3)塵粒的臨界直徑。解空氣溫度200C,壓力,從空氣物理性質(zhì)表中查得密度0.746kg/m3 ,黏度 =2.6 10 5Pa s(1)氣體處理量旋風(fēng)分離器直徑D 0.65m ,進(jìn)口氣速 u 21m/ s200C、的空氣流量為D 3D223qV bhUiD 21 2.52D 2.52 0.651.065 m /s550C、時(shí)空氣流量為q； 1.065273200

7、 27330615 m3/s(2)壓力損失阻力系數(shù)30bh_5d1 2 HD 3D -30 . D552D D 2D 28.3122u 8.31 (0.746) (21)壓力損失p - ()( )1370Pa 1.37 kPa-22(3)塵粒的臨界直徑dpc3 (2.6 10 5) 0.135 2000 21已知塵粒密度 2000 kg/m3, b D 0生 0.13m p55_6_6.79 10 m 6.79 m【3-6】懸浮液中固體顆粒濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為固體/kg懸浮液，濾液密度為1120kg/m 3,濕濾渣與其中固體的質(zhì)量比為濕濾渣/kg干渣，試求與1nf濾液相對(duì)應(yīng)的濕濾渣體積，單位為m

8、3濕濾渣/m3濾液。固體顆粒密度為2900kg/m 3。解已知X 0.025kg固體/kg懸浮液C 2.5kg濕渣/kg干渣，濾液密度1120 kg / m3X1 CX0.025 11201 2.5 0.02529.9kg干渣/m3濾液29.9 2.514800.0505m3濕渣/m3濾液3-7 用板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，共有 20個(gè)濾框，每個(gè)濾框的兩側(cè)有效過濾面積為，試求1小時(shí)過濾所得濾液量為多少m5。已知過濾常數(shù)K 4.97 10 5m2/s, qe 1.64 10 2m3 /m2解3600sq2 2qqe K22_5q 2q 1.64 104.97 1036002一4 2_ _4q3.2

9、8 10 q 0.179 00.407m3/m23.28 10 2 J(3.28 10 2)2 4 0.1792A 20 0.85 17m2, V qA 0.407 17 6.92m3 濾液3-8 將習(xí)題3-6的懸浮液用板框壓濾機(jī)在過濾面積為100cm2、過濾壓力為條件下進(jìn)行過濾，所測(cè)數(shù)據(jù)為過濾時(shí)間/s38 84 145濾液量 /mL 100 300 500 700試求過濾常數(shù) K與qe及濾餅的比阻r。已知濾液的黏度為 3.4mPa s。解已知過濾面積A 100cm20.01m2/s3884V /mL100300500700V /m3-41 X 10一一 -43X 10- -45X107X 1

10、0q / m3/ m2-21 X 10一一 -23X10_ -25X107X 10/2一/ mq/ 3 s/ m2X 10x 102X 102X 102如習(xí)題3-8附圖所示直線的斜率1 2.013 104K,K4.967 10 5一 2m / s2q截距 義K6.6 1026 6 102 .4 967 10 5 .A64 10 .232m / mqe -2已知P5.33104Pa習(xí)題3-8附圖145-4-2由習(xí)題3-60.0505m3濕渣/m3濾液故比阻為10： 1.25 1013m , 4.967 1034 100.0505【3-9】對(duì)習(xí)題3-6及習(xí)題3-8中的懸浮液用板框壓濾機(jī)在相同壓力下

11、進(jìn)行過濾，共有20個(gè)濾框，濾框厚度為60mm每個(gè)濾框的兩側(cè)有效過濾面積為0.85m2。試求濾框內(nèi)全部充滿濾渣所需要的時(shí)間。固體顆粒密度為2900kg / m3。在習(xí)題3-6中已給出濕濾渣質(zhì)量與其中固體質(zhì)量的比值為濕渣/kg干渣，并計(jì)算出每立方米濾液相對(duì)應(yīng)的濕渣體積，即0.0505m3濕丫/m3濾液。在習(xí)題 3-8 中已求出恒壓過濾的過濾常數(shù) K 4.967 10 5m2/S ,qe 1.64 10 2m3/m2解求恒壓過濾的過濾時(shí)間的計(jì)算式為q2 2qqe K需要求出q VA過濾面積A 0.85 20 17m2濾液體積V的計(jì)算：20個(gè)濾框中的濕濾渣體積為0.853-Vc 20 0.06 0.5

12、1m3濕渣從濾渣體積K計(jì)算濾液體積VVc0.510.050510.1m3濾液q V 101 0.594 m3濾液/m2過濾面積A 17222過濾時(shí)間qM 。594)2。3”64 107496s 2。郎K4.967 10 5【3-10】用板框壓濾機(jī)過濾某懸浮液，恒壓過濾l0min ,得濾液10m3。若過濾介質(zhì)阻力忽略不計(jì)，試求：（1）過濾1h后的濾液量；（2）過濾1h后的過濾速率 dV/d解 恒壓過濾，已知10min,V 10m3,Ve 0 ,代入教材式(3-40),22V KA2. _ 2求得KA2 彳0 10m Vmin(1)過濾1h后的濾液量 60min(2)過濾1h后的過濾速率 dV/d從教材式(3-39) KdV d2 pr2 KA "2V"與式3 38102 24.50.204 m3 / min 3.4 10 3 m3 / s【3-11 若轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的浸液率1/3 ,轉(zhuǎn)速為2r/min ,每小時(shí)得濾液量為15m3,試求所需過濾面積。已知過濾常數(shù)42 一32K 2.7 1