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

PAGEPAGE1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(jì)算（1）密度為2650kg/m3，直徑為0.04mm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2650kg/m3，球形度的非球形顆粒在20℃清水中的沉降速度為0.1m/s，顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7900kg/m解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則：查附錄20℃空氣，，所以，核算流型：所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m（2）采用摩擦數(shù)群法依，，查出：，所以：（3）假設(shè)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(zhǎng)5m，寬5m，高4.2m，固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000kg/m3。氣體的處理量為3000（標(biāo)準(zhǔn)）（1）若操作在20℃下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m3，黏度為1.8×10-5（2）若操作在420℃下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3，黏度為3.3×10-5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(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算流型：原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為1.985×10-5（2）計(jì)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(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：核算流型：原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為4.132×10-53．對(duì)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解：取隔板間距為h，令則（1）10μm塵粒的沉降速度壓強(qiáng)降為（2）不變所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大，同時(shí)臨界粒徑也會(huì)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(tái)圓筒直徑為0.46．在實(shí)驗(yàn)室里用面積0.1m2的濾葉對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，操作壓力差為67kPa，測(cè)得過濾5min后得濾液1L，再過濾5min后，又得濾液0.6L解：恒壓過濾方程為：由實(shí)驗(yàn)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(gè)框的板框過濾機(jī)恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635mm×635mm×25mm。已知操作條件下過濾常數(shù)為，解：恒壓過濾方程為，代入恒壓過濾方程得8．在0.04m2的過濾面積上以1×10-4m3/s的速率進(jìn)行恒速過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾100s時(shí)，過濾壓力差為3×104Pa；過濾600s時(shí)，過濾壓力差為9×104Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635mm×635mm解：第一階段是恒速過濾，其過濾時(shí)間θ與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為：板框過濾機(jī)所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗(yàn)時(shí)相同，且過濾速度也一樣，因此，上式中a，b值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)求出：3×104=100a+b9×104=600a+b解得a=120，b=1.8×104即恒速階段終了時(shí)的壓力差，故恒速段過濾時(shí)間為恒速階段過濾速度與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同根據(jù)方程3-71，解得：，恒壓操作階段過濾壓力差為6×104Pa，所以板框過濾機(jī)的過濾面積濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為應(yīng)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(shí)驗(yàn)室用一個(gè)每邊長(zhǎng)0.16m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)。操作條件下在過濾壓力差為275.8kPa，漿料溫度為20℃。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2930kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0723。濾餅不可壓縮，每1m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1620kg。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得得到1L解：根據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)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1m濾餅體積，濾液體積∴濾餅不可壓縮時(shí)，所以，濾餅比阻為顆粒的比表面積10．板框壓濾機(jī)過濾某種水懸浮液，已知框的長(zhǎng)×寬×高為810mm×810mm×42mm，總框數(shù)為10，濾餅體積與濾液體積比為=0.1，過濾10min，得濾液量為1.31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(shí)間（2）生產(chǎn)能力11．在Pa壓力下對(duì)硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾常數(shù)K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比υ=0.08?，F(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)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(shí)間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時(shí)間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15解：（1）硅藻土，，可按不可壓縮濾餅處理，與無關(guān)時(shí)，，，，代入恒壓過濾方程式求過濾時(shí)間（2）洗滌（3）生產(chǎn)能力12.用一小型壓濾機(jī)對(duì)某懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，操作真空度為400mmHg。測(cè)得，，，υ=0.2?，F(xiàn)用一臺(tái)GP5-1.75型轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)