化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案3_颗粒流体力学基础与机械分离

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1、第3章 颗粒流体力学基础与机械分离1） 有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度为h，圆柱直径为d。试分别写出其等体积当量直径 和形状系数 的计算式。2） 某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率 、若以1atm，25的空气以0.25 空速通过床层，试估算气体压降。解 圆柱体：3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速0.2 ，床层压降14.28mmH2O0.6 93.94mmH2O试估计25、绝对压强1.35atm的氯气以空

2、塔气速0.40 通过此床层的压降。（含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气 ， 解常压下，欧根公式可化简为3） 令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。固体颗粒的筛析数据是：0.50.7mm，12%；0.71.0mm，25.0%；1.01.3，45%；1.31.6mm，10.0%；1.62.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。颗粒密度为1875 。固定床高350mm，截面积为314mm2。床层中固体颗粒的总量为92.8g。以20清水以0.040 空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数 值。 4） 以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸

3、为0.200.200.025m。已知悬浮液中每m3水带有45固体，固体密度为1820 。当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下：过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88滤液量，升： 0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38试计算过滤常量K，以 为单位，并计算 ，以 为单位。可采用由积分式 导出的 求K与 。解 为便于直接使用题给数

4、据：改用组别XiYi10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.65815.0415.0739.4274.3447）欲过滤分离某固体物料与水构成的悬浮液，经小试知，在某恒压差条件下过滤常量 ，滤布阻力 ，每1m3滤饼中含485水，固相密度为2100 ，悬浮液中固体的质量分率为0.075。现拟采用叶滤机恒压差过滤此料浆，使用的滤布、压差和料浆温度均与小试时的相同。每只滤叶一个侧面的过滤面积为0.4m

5、2，每次过滤到滤饼厚度达30mm便停止过滤，问：每批过滤的时间为多少？若滤饼需以清水洗涤，每批洗涤水用量为每批滤液量的1/10，洗涤压差及洗涤水温均与过滤时的相同，问：洗涤时间是多少？解 已知：8）某悬浮液用叶滤机过滤，已知洗涤液量是滤液量的0.1倍(体积比)，一只滤叶侧面积为0.4m2，经过小试测得过滤常数=8.2310-5m2/s ,不计滤布阻力，所得滤液与滤饼体积之比为12.85 m3滤液/m3滤饼，按最大生产率原则生产，整理、装拆时间为20分钟,求每只滤叶的最大生产率及每批过滤的最大滤饼厚度。9）有一叶滤机，在恒压下过滤某种水悬浮液时，得到如下过滤方程： ，其中 ， 。在实际操作中，先

6、在5分钟内作恒压过滤，此时过滤压差升至上述试验压强，然后维持恒压过滤，全部过滤时间为20分钟，试求：每一循环中每m2过滤面积所得滤液量？过滤后再用相当于滤液总量的 水进行洗涤，洗涤时间为多少？解： q230q = 300 qe=15 m3/m2 K=300 m2/min恒速过程 q12qeq1=(K/2)1 q1=20.9 m3/m2恒压过程 (q2q12)2qe(qq1)=K(1) q=60.7 m3/m2 m3/(m2min) min10）用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为81081025mm。经过小试测得过滤常数 ， ，操作时的滤布，压差及温度与小试时相同。滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：

7、每批过滤时间？若以清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液的 ，洗涤压差及水温与过滤时相同，求过滤时间？若整理、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？ 解每批过滤时间：11）板框压滤机在1.5at（表）下恒压过滤某种悬浮液1.6小时后得滤液25m3， 不计，如表压加倍，滤饼压缩指数为0.3，则过滤1.6小时后得多少滤液？设其它情况不变，将过滤时间缩短一半，可得多少滤液？若在原表压下进行过滤1.6小时后，用3m3的水来洗涤，求所需洗涤时间？解： V2=KA2 、r0、是滤饼结构参数，为常量 其中A与不变 m6 m3 V2=KA2 其中K、A 不变 m3 h12）用某板框过滤机进行过滤，采用先恒速后恒压过

8、滤，恒速1分钟达恒压压差便开始恒压过滤，已知过滤常数 ， ，滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：过滤时间？若用清水洗涤滤饼，水量为滤液量的1/10 ，洗涤压差、温度均与恒压过滤时相同，求洗涤时间？如装卸、整理时间为25分钟，求每只滤框的生产率？13）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸81081025mm。浆料为13.9%（质量）的悬浮液，滤饼含水40%（质量），固体颗粒密度2100 。操作在20恒压条件下进行， ， ，求：该板框过滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需时间？若滤框厚度变为15mm，问滤饼充满滤框所需时间？若滤框数目加倍，滤饼充满滤框时所需时间？解：设滤饼空隙率为，设有1Kg滤饼，则含水0.4

9、kg设1m3滤饼得xm3滤液,对1m3滤饼作物料衡算: x=4.84 m3滤液/滤饼过滤面积 A=28810210-6=10.498 m2 V饼=80.8120.025=0.131 m3滤饼 V= V饼x =0.634 m3滤液 m3/m2q22qqe=K0.0604220.06042.2110-3=1.810-5 =217.5 s滤框厚度减小为15mm，设为从上解可知，V饼 即 V 也即 q m3/m2 = 81.7 s框数加倍，也即 A= 2A = 2V饼q=V/A 故q不变，也即不变14）欲过滤料浆浓度为 ，经小试所得滤饼空隙率为0.485，固相密度1820 ，在某恒压差条件下测得过滤常

10、数 ， ，现用回转真空过滤机进行过滤，料浆浓度、温度及滤布均与小试相同，唯过滤压差为小试时的 。由试验知，该物系滤饼压缩指数为0.36，回转真空过滤机鼓直径为1.75m，长为0.98m，但真正过滤面积为5m2（考虑滤布固定装置）。浸没角度为120，转速0.2r.p.m。设滤布阻力可略，试求：此过滤机的滤液生产能力及滤饼厚度？若转速为0.3r.p.m， 可略，其它操作条件不变，求生产能力滤饼厚度。解： s-1 m2/s m3/s已知，对1m3滤饼作物料衡算，设对应滤液x m3 x=11.08 m3滤液/m3滤饼 m3/m2 mm m3/s又 m3/m2 15）试进行光滑固体圆球颗粒的几种沉降问题

11、计算： 球径3mm、密度为2600 颗粒在20清水中的自由沉降速度 测得密度2600 的颗粒在20清水中的自由沉降速度为12.6 ，计算颗粒球径。 测得球径为0.5mm、密度2670 颗粒在 液体中的自由沉降速度为0.016 ，计算液体的粘度。16）试进行形状系数 的固体颗粒的沉降问题计算： 等体积当量直径 ，密度为2600 颗粒在20清水中的自由沉降速度。 测得密度为2600 颗粒在20清水中的自由沉降速度为0.01 ，计算颗粒的等体积当量直径。17）以长3m、宽2m的重力除尘室除烟道气所含的尘粒。烟气常压，250，处理量为4300 。已知尘粒密度为2250 ，颗粒形状系数 ，烟气的 与 可

12、按空气计。设颗粒自由沉降。试计算： 可全部除去的最小粒径的 。 能除去40%的颗粒的 。18）仓库有内径 的标准型旋风分离器多台，拟用以烟气除尘。烟气常压，300，需处理量为4300 。已知尘粒密度为2250 。烟气的 与 可按空气计。由于压降限制，只允许旋风分离器并联操作，不允许串联操作，问：共需几台旋风分离器？能除去40%的颗粒粒径是多少？进口风速20 。19）流体通过圆直、等径管内的阻力 与管长 、管内径 、管壁绝对粗糙度 、流体流速 及流体的粘度与密度 有关。试用因次分析法求出有关的数据。 20）某粉磨车间空气的粉尘浓度较高，拟用两台相同规格的标准型旋风分离器串联操作除尘。空气常压，温

13、度为20，粉尘的颗粒密度2250 。拟处理量为600 。空气中粉尘的粒度分布如下：粒径 30质量分率% 3121834258欲使15 的尘粒除去效率达99.75%，试确定每台分离器的内径，计算总的收尘效率。总除尘分率=0.00807+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942粒径（微米）30平均粒径（微米）1.54.58132330D/d500.4101.232.193.556.288.200.1450.530.800.910.991.000.2690.7790.960.9920.9991.00质量分率xi0.030.120.180.340.250.080.0080

14、70.09350.1730.3370.2500.08021）试 计算某气、固系流化床的起始流化速度与带出速度。已知固体颗粒平均粒径为150 ，颗粒密度为2100 ，起始流化床层的空隙率为0.46，流化气体为常压、35的空气。最小颗粒了粒径为98 。22)试证流化最大速度与最小速度之比ut/umf,对小颗粒为91.6，对大颗粒为8.61。 对小颗粒，欧根公式中含u2的项可略， 解：对小颗粒，沉降可认为属Stokes区：对大颗粒，沉降可认为属Newton区： 23）石灰、水悬浮液通过增稠器增稠，进料：4.5kg水/kg固。要求增稠到1.8kg水/kg固。间歇实验数据如下。温度200C。解悬浮液浓度以Xkg固/kg水表示，则xi=1/4.5kg固/kg水，xc=1/1.8kg固/kg水，进料中固体质量流量w=6.5(1/5.5)=1.18kg固/s 增稠器横截面积A:（由题给数据计算Ai）