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.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(jì)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(dāng)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(shí)間為7.32 s，液體的黏度是多少？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0.1276 m/s。（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(biāo)準(zhǔn)）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(jìn)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(jìn)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(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1.98510-5 m。（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4.13210-5 m。3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 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(jì)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(jí)器內(nèi)用水對(duì)方鉛礦與石英兩種粒子的混合物進(jìn)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(shè)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(yīng)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(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應(yīng)等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。對(duì)于正方體顆粒 ，應(yīng)先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)l代表棱長，Vp代表一個(gè)顆粒的體積。顆粒的當(dāng)量直徑為因此，顆粒的球形度，用摩擦數(shù)群法計(jì)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(yīng)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(yīng)是沉降速度恰好等于0.07255 m/s的粒子。用摩擦數(shù)群法計(jì)算該粒子的當(dāng)量直徑： 已知 =0.806，由圖3-3查得Ret=30，則與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)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(fēng)分離器尺寸需增大為多少？此時(shí)臨界粒徑是多少？（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應(yīng)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(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0.4 m的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。6在實(shí)驗(yàn)室里用面積0.1 m2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67 kPa，測(cè)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(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(shí)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(jìn)行恒速過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾100 s時(shí)，過濾壓力差為3104 Pa；過濾600 s時(shí)，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(jī)處理同一料漿，所用濾布與試驗(yàn)時(shí)的相同。過濾開始時(shí)，以與試驗(yàn)相同的濾液流速進(jìn)行恒速過濾，在過濾壓強(qiáng)差達(dá)到6104 Pa時(shí)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(shí)間。 解：第一階段是恒速過濾，其過濾時(shí)間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： 3104=100a+b 9104=600a+b解得 a=120，b=1.8104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6104 Pa，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0.16 m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275.8 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?jǐn)?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(shí)驗(yàn)中測(cè)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(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1 m3懸浮液為基準(zhǔn)求濾餅體積， 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(shí)所需過濾時(shí)間；（2）若洗滌與輔助時(shí)間共45 min，求該裝置的生產(chǎn)能力(以得到的濾餅體積計(jì))。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=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(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 min，求過濾機(jī)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(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400 mmHg。測(cè)得，=0.2?，F(xiàn)用一臺(tái)GP5-1.75