南工大化工原理第三章

1、第三章習(xí)題1) 有兩種固體顆粒，一種是邊長(zhǎng)為 a的正立方體，另一種是正圓柱體，其高度 為h,圓柱直徑為d。試分別寫出其等體積當(dāng)量直徑和形狀系數(shù)的計(jì)算式解何v (泊6)唸=/ de v =羽歩“# 二 二r二®7 卯6/ 6/(")俎=燈4屈= (3/ 2河沖對(duì)(引2"斶芳 _ (13)%2(加小捫+7T朋2*+於2) 某徑為0.10m的圓筒形容器堆積著某固體顆粒，顆粒是高度h=5mm直徑d=3mm的正圓柱，床層高度為0.80m,床層空隙率、若以1atm,25C的空氣以0.25空 速通過(guò)床層，試估算氣體壓降。解圓柱體：心=(3/2)= (1 加，)'(麵十単

2、 d “二 3dh!(2h +ii) = 3x3x5f(2 xH-3)=艮 46 翊叨空氣(ta25°C):p=1.185ftg/?33iiM = l按歐根公式計(jì)算壓降，叭=4150x £；號(hào):十皿呼旦二“加“切(1-0 52)31.835x10x0.25, _ 1-0,52 L18?x0.25=0.20(150 x x+ 1.75x x0 523(3.46x10)30 52s3.46 xW3二 YllJPa3) 擬用分子篩固體床吸附氯氣中微量水份?，F(xiàn)以常壓下20 r空氣測(cè)定床層水力 特性，得兩組數(shù)據(jù)如下：空塔氣速0.2 ，床層壓降14.28mmHO0.693.94mmHO

3、試估計(jì)25C、絕對(duì)壓強(qiáng)1.35atm的氯氣以空塔氣速0.40通過(guò)此床層的壓降。(含 微量水份氯氣的物性按純氯氣計(jì))氯氣解常壓下,歐根公式可化簡(jiǎn)為p出/為床層結(jié)構(gòu)參量.為常量“)iS&fr:14.2S = + 5x1.20x0.22®93.9-4 = ,4x0.018x0.60 +5x1.20x0.62聯(lián)立式，解得 *=1601 = 177.4氯氣：AF = 1601x0014x0.40 + 177.4 2 =62.3耕刑兄衛(wèi)3）令水通過(guò)固體顆粒消毒劑固定床進(jìn)行滅菌消毒。固體顆粒的篩析數(shù)據(jù)是：0.5 0.7mm 12% 0.7 1.0mm 25.0%; 1.0 1.3 , 45

4、% 1.3 1.6mm 10.0%;1.62.0mm 8.0% （以上百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。顆粒密度為1875。固定床高350mm截面積為314mm床層中固體顆粒的總量為 92.8g。以20C 清水以0.040空速通過(guò)床層，測(cè)得壓降為 677mmH,試估算顆粒的形狀系 數(shù)值。解；r= 1-(92.3/1.875)/(35x3.14) = 0.550 (體積均按枷弓計(jì)算)10 120.250450.10 0 08,“+dHh：.= 1.00mmdm 0 60.851.151451.8 懾20%水；m =論可設(shè)采用康尼方程;空=畑(丄丫 x上駐 八L%呂口 口打心門二二U m-r° E

5、 .UAUb.C U4l0.350.0010.553；屮=0.6Sit 詛惑80 68x0.001xl03 xO 04校核& = f z = 10.07 > 2r 6(1 -適用歐根公式;學(xué)二1恥 辛一町加+17農(nóng)二姿Bn 677x9.81(1-0.55)2 x0 OOUO.Q41 - 0 55 12x0,040J50 553(x0 001)經(jīng)試差，解得舫1a0. S51 0. &01 10 0.04閔敖 = 嚴(yán) 工r = 12.6 < 400°6(16x(1-0.55)x0.001'計(jì)算有數(shù)即=150 k 芻+ 1 75x x4）以單只濾框的板框

6、壓濾機(jī)對(duì)某物料的水懸浮液進(jìn)行過(guò)濾分離，濾框的尺寸為0.20 X 0.20 X 0.025m。已知懸浮液中每 m水帶有45 kg固體，固體密度為1820。當(dāng)過(guò)濾得到20升濾液，測(cè)得濾餅總厚度為24.3mm試估算濾餅的含 水率，以質(zhì)量分率表示。解:設(shè)濾餅空隙率為冇做物料衡算得:煦30嚴(yán)50如（1-少1亞0 = 45 20x10 +0.20x0.20x0.0243?解得：0.479濾餅含7K率二0.479x10000.479 x 1QQ0 + (1 - 0.479) V182 0 6）某粘土礦物加水打漿除砂石后，需過(guò)濾脫除水份。在具有兩只濾框的壓濾機(jī) 中做恒壓過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，總過(guò)濾面積為 0.080m2，

7、壓差為3.0atm，測(cè)得過(guò)濾時(shí)間與濾 液量數(shù)據(jù)如下：過(guò)濾時(shí)間，分：1.202.705.237.2510.8714.88濾液量，升：0.701.382.252.693.644.38試計(jì)算過(guò)濾常量K,以為單位，并計(jì)算，以為單位?？刹捎糜煞e分式 導(dǎo)出的 求 K與。解為便于直接使用題給數(shù)據(jù)：改用r/7=血（莊K） + 2兀K占*式計(jì)算。以y代替寂乙以點(diǎn)替廠m代替2乞/（才幻,用最小二乘法計(jì)算。組別XY10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.

8、53764.383.3973.5081.65815.0415.0739.4274.344漁=15.04/6 = 2.507J = 15.073<6 = 2512-= a / 2fr = 1.356/(2x0.461) = 1.47 / = 1.47xl0ffl3典=巧 M = 1.47X1Q-3 /0-080 = 0.0184wi3/«31/= 1/(0.461 x0.0802)= 338 /(min = 5.6510 /s 7）欲過(guò)濾分離某固體物料與水構(gòu)成的懸浮液，經(jīng)小試知，在某恒壓差條件下過(guò) 濾常量，濾布阻力，每1m3濾餅中含485 kg水，固相密度為2100，懸浮液中 固

9、體的質(zhì)量分率為0.075。現(xiàn)擬采用葉濾機(jī)恒壓差過(guò)濾此料漿，使用的濾布、壓差和料漿溫度均與小試時(shí)的 相同。每只濾葉一個(gè)側(cè)面的過(guò)濾面積為 0.4m2,每次過(guò)濾到濾餅厚度達(dá)30mn便停 止過(guò)濾，問(wèn)：每批過(guò)濾的時(shí)間為多少？1/10,洗滌壓差及洗滌若濾餅需以清水洗滌，每批洗滌水用量為每批濾液量的 水溫均與過(guò)濾時(shí)的相同，問(wèn)：洗滌時(shí)間是多少？解已知:3 23xl02= 2 aixlO-33濾餅空隙率 = 435/1000 = 0.485設(shè)族冶濾餅對(duì)應(yīng)的濾液量次筋上由物料橫算得 3竺竺2 =丄竺 疋必話潮曲濾餅485 + 1000J1-0.075 葉慮機(jī)過(guò)濾:以一只濾葉的單側(cè)面為基椎過(guò)濾終了時(shí)，0.3255m

10、5'：q2= K t fipo.33552 +2x 0.3355x 2.21 xlO"3 = S.23x 103t:.每批過(guò)濾時(shí)冋T= 182& = 30.4 mm8.23x10 洗搽時(shí)間;過(guò)濾終了式的過(guò)溥速度= -二At s 2（曠亠譏） 2（0.3855 + 0.00221）=1 0區(qū)乂 觀桝2-洗掾時(shí)間 G =予： 二穿讐二 363.7 = 6 06min1.05x108）某懸浮液用葉濾機(jī)過(guò)濾，已知洗滌液量是濾液量的0.1倍（體積比），一只濾葉側(cè)面積為0.4m2,經(jīng)過(guò)小試測(cè)得過(guò)濾常數(shù)=8.23 x 10-5ni/s ,不計(jì)濾布阻力，所 得濾液與濾餅體積之比為12

11、.85 m濾液/m3濾餅，按最大生產(chǎn)率原則生產(chǎn)，整理、 裝拆時(shí)間為20分鐘,求每只濾葉的最大生產(chǎn)率及每批過(guò)濾的最大濾餅厚度。即護(hù)(1+站皿二氐代入數(shù)據(jù)屆3住 23xxlCr')x(U2x(n)= 20x60：. -7 = 0 28693/5J = 0,2869x2x0.4/(2x20xQ) = 9.56x/ff = 0.34423th每批過(guò)濾最大濾餅厚度c5 =(30/0 3855) X0 2S69 = 2. 或由每/湛餅對(duì)應(yīng)勒昭知？濾液算出；5 = 0.2869/12 S5 二 0.0223= 22.3?!9) 有一葉濾機(jī)，在恒壓下過(guò)濾某種水懸浮液時(shí)，得到如下過(guò)濾方程：，其中，。 在

12、實(shí)際操作中，先在5分鐘作恒壓過(guò)濾，此時(shí)過(guò)濾壓差升至上述試驗(yàn)壓強(qiáng)， 然后 維持恒壓過(guò)濾，全部過(guò)濾時(shí)間為20分鐘，試求：每一循環(huán)中每m過(guò)濾面積所 得濾液量？過(guò)濾后再用相當(dāng)于濾液總量的 水進(jìn)行洗滌，洗滌時(shí)間為多少？2解： q + 30q = 300 t322qe=15 m /mK=300 m /min恒速過(guò)程qi2+ qeqi=(K/2) t 132/ qi=20.9 m /m恒壓過(guò)程(q2 qi2) + 2qe(q qi)=K( t t i)32 q=60.7 m /m22 = 6.131.9SminIO)用某板框壓濾機(jī)恒壓過(guò)濾，濾框尺寸為8I0X 8I0X 25mm經(jīng)過(guò)小試測(cè)得過(guò)濾常數(shù)，操作時(shí)的

13、濾布，壓差及溫度與小試時(shí)相同。濾餅剛充滿濾框時(shí)停止 過(guò)濾，求：每批過(guò)濾時(shí)間？若以清水洗滌濾餅，洗滌水用量為濾液的，洗滌壓差及水溫與過(guò)濾時(shí)相同，求過(guò)濾時(shí)間？若整理、裝卸時(shí)間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？解每批過(guò)濾時(shí)間：1/濾餅對(duì)應(yīng)濾液量12.8W 施餅剛充滿濾框時(shí)，得濾液量V = 0.81 x 2 85 = 0.21 W則p = F/Ja=0l211/(2xQ.81x0.81) = 0.16W fm2/ (0,161)3 +2x0.161x2.21x10 =8.23xl0i>.rr = 323 6s洗様時(shí)間；過(guò)濾終了吋：(如國(guó)叭二瓷=S'S5xl°= 2 52xl0&#

14、39;4?/(s W33)2 + ) 2(0 161 + 0 00221)c= (= 2.52K10-4 X2X0.8? = 331x譏dv(=丄(壬片=3 31x1074 = 8 28yl0'3/£rdz4 dr = 0 1x0.161x2x0 813 = 0.02113q =7Jdt)v = 0 0211/(8 28x10_5)= 255s生嚴(yán)率G:廠V0 161x2x0.812f = 1.02x10 玳/呂tf + t妙 +6 323.6+ 255+ 25x 6011）板框壓濾機(jī)在1.5at（表）下恒壓過(guò)濾某種懸浮液1.6小時(shí)后得濾液25用，不 計(jì)，如表壓加倍，濾餅壓縮

15、指數(shù)為 0.3，則過(guò)濾1.6小時(shí)后得多少濾液？設(shè) 其它情況不變，將過(guò)濾時(shí)間縮短一半，可得多少濾液？若在原表壓下進(jìn)行過(guò)濾 1.6小時(shí)后，用3nn的水來(lái)洗滌，求所需洗滌時(shí)間？解：2 2V=KA t卩、r。、是濾餅結(jié)構(gòu)參數(shù)，為常量其中A與T不變6m3m V2=kA!t其中K、A不變3mh12）用某板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，采用先恒速后恒壓過(guò)濾，恒速1分鐘達(dá)恒壓壓差 便開始恒壓過(guò)濾，已知過(guò)濾常數(shù) ，濾餅剛充滿濾框時(shí)停止過(guò)濾，求：過(guò)濾 時(shí)間？若用清水洗滌濾餅，水量為濾液量的 1/10，洗滌壓差、溫度均與恒壓 過(guò)濾時(shí)相同，求洗滌時(shí)間？如裝卸、整理時(shí)間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？解過(guò)濾吋間；恒速階段屛+朋二（

16、疋百即 0； +7； X0 00221 = （8 23x10/2）x60;71 = 0.0486腫 /wa恒壓階段：（-打）+甌血-町）二疋9 -珥）即:（0.162 - 0.04S63） 4-2x0X0221 x（0.161 - 0.0486）= 8.23x10-77- 6Q）.r= 352s則過(guò)濾時(shí)間TF = 60 352 = 42s 洗滌時(shí)間；與第10題解法相同，= 255s 生產(chǎn)率G ：0.161x2x0 81a412 + 255 + 25x60=9.75yl0-313）某板框過(guò)濾機(jī)有8個(gè)濾框，濾框尺寸810X 810X25mm漿料為13.9%（質(zhì)量） 的懸浮液，濾餅含水40% （質(zhì)量

17、），固體顆粒密度2100。操作在20 E恒壓條件 下進(jìn)行，求：該板框過(guò)濾機(jī)每次過(guò)濾（濾餅充滿濾框）所需時(shí)間？若 濾框厚度變?yōu)?5mm問(wèn)濾餅充滿濾框所需時(shí)間？若濾框數(shù)目加倍，濾餅充滿 濾框時(shí)所需時(shí)間？解：設(shè)濾餅空隙率為&，設(shè)有 1Kg濾餅，則含水0.4kg設(shè)im濾餅得xnf濾液,對(duì)im濾餅作物料衡算 x=4.84 m 3濾液/濾餅過(guò)濾面積2 -6A=2X 8X 810 X 10 =10.498 mV餅=8X 0.81 2X 0.025=0.131 m 3濾餅3 V= V 餅 x =0.634 m 濾液nf/m2q + 2qqe=KT2350.0604 + 2X 0.0604 X 2.21

18、 X 10 - =1.8 X 10- t t =217.5 s濾框厚度減小為15mm設(shè)為S從上解可知,也即qxSmw十 =81.7 s框數(shù)加倍，也即A = 2A= 2V餅q=V/A 故q不變，也即 t不變14）欲過(guò)濾料漿濃度為，經(jīng)小試所得濾餅空隙率為0.485，固相密度1820，在 某恒壓差條件下測(cè)得過(guò)濾常數(shù)，現(xiàn)用回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，料漿濃度、溫度及濾布均與小試相同，唯過(guò)濾壓差為小試時(shí)的。由試驗(yàn)知，該物系濾餅壓縮指數(shù)為0.36，回轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)鼓直徑為1.75m，長(zhǎng)為0.98m,但真正過(guò)濾面積為5m （考慮濾布固定裝置）。浸沒角度為 120°，轉(zhuǎn)速。設(shè)濾布阻力可略，試求：此過(guò)濾機(jī)的

19、濾液生產(chǎn)能力及濾餅厚度？若轉(zhuǎn)速為0.3r.p.m ,可略，其它操作條件不變，求生產(chǎn)能力濾餅厚度。解：= 823x10 x= 339x10*s-12m/s3m/s已知對(duì)im濾餅作物料衡算，設(shè)對(duì)應(yīng)濾液x=11.08 m 3濾液 /m3濾餅mwmm又(0 3)= 970x 10<1 n丿5,2丿119x10m/s12/xlO"3 = 9.81 x (2600 -1000) / (18 x 0.001)% = 1.20xlCrq備=1 20x10 xl2.6x W3xl06 =1 512 < 2即原設(shè)正確，計(jì)算有效中設(shè)沉降屬于阿倫區(qū)即込遊型二型“ “嚴(yán)860郵.=3912屬于阿倫

20、區(qū).即假設(shè)正確，計(jì)算有效。十豪空土£即別” 12些竺竺型AP“=Pa s32m/m15) 試進(jìn)行光滑固體圓球顆粒的幾種沉降問(wèn) 題計(jì)算： 球徑3mm密度為2600顆粒在20C清水中的自由沉降速度 測(cè)得密度2600的顆粒在20 C清水 中的自由沉降速度為12.6，計(jì)算顆粒球徑。 測(cè)得球徑為 0.5mm密度 2670顆粒在液體中的自由沉降速度為0.016，計(jì)算液體的粘度?！窘馇斑乘x1“二1初V 6吟空嚴(yán)=09.81(2600- 1000)x1000 /3 *? 0.0012屬于牛頓區(qū)“廣0匕込也嚴(yán)P174 9.8 IX 0.003(2600- 1000)10001/2 = 0.337/

21、16) 試進(jìn)行形狀系數(shù) 的固體顆粒的沉降問(wèn)題計(jì)算：等體積當(dāng)量直徑，密度為2600顆粒在20E清水中的自由沉降速度測(cè)得密度為2600顆粒在20C清水中的自由沉降速度為0.01計(jì)算顆粒的等體積當(dāng)量直徑。解二嫁小口-刖(環(huán))=4 x9.81)Bo3)sC2600-1000)x1000/(3x0.001a)=5.65xlOJ查得嘉=400G心二-戸)0(3如;)= <4x9.31(2600-1000)x0,00u(3xl0003x0.013)査肌二1應(yīng)=1.85xW417) 以長(zhǎng)3m寬2m的重力除塵室除煙道氣所含的塵粒。煙氣常壓， 250C，處 理量為4300。已知塵粒密度為2250 ,顆粒形狀

22、系數(shù)，煙氣的與可按空氣計(jì)。 設(shè)顆粒自由沉降。試計(jì)算： 可全部除去的最小粒徑的。 能除去40%勺顆粒的。解 v4300/3600 =wtx3x2:= 0 19刼&帯壓、250°經(jīng)氣：£二0 (5羽起加I#二七= 4x9,81(2250一 0.674)x2.74 xlO f(3x0.6743 xO 1993)=225查得冷=0迥則：0.199x0.674,設(shè)除去40%的新粒為你其沉降速度為必,除去100 %的顆粒沉降速度為喩, 并令停留時(shí)間為匸則=應(yīng)二40 二噸 := 0.40x0.199= 0.0796/s=4x9.31x(2250-0.674)沁.加x 12 心冥0

23、.614 咒0.0796*)18）倉(cāng)庫(kù)有徑 的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器多臺(tái)，擬用以煙氣除塵。煙氣常壓，300C,需處理量為4300。已知塵粒密度為2250。煙氣的與可按空氣計(jì)。由于壓降 限制，只允許旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作，不允許串聯(lián)操作，問(wèn)：共需幾臺(tái)旋風(fēng)分離器？ 能除去40%勺顆粒粒徑是多少？進(jìn)口風(fēng)速 20。鞘:離器迸同口面積胡=D2堆七=每合分離器處理氣量=% 加=% £ = 20乂 0.4 /8 = 0.4w? /s需分離器合數(shù)=300/（0x3600） = 2.9* 治13沃0.屮用常氐孔L睦氣.p= 0 615kgJtii= 297xl0_JFd fi= 4.40xl0-査圖知* 二40

24、%時(shí)”= 0眈故能除去馳腐顆粒的粒徑是Q.S2i0 = 0.82x10x10 =3.61x1019）流體通過(guò)圓直、等徑管的阻力 與管長(zhǎng)、管徑、管壁絕對(duì)粗糙度、流體流 速 及流體的粘度與密度 有關(guān)。試用因次分析法求出有關(guān)的數(shù)據(jù)。解物理量數(shù)為7,基本因次為：占共三個(gè)，故準(zhǔn)數(shù)井4個(gè)"取乩如口為"初始變量1則各準(zhǔn)數(shù)為：珥的求取（:又因次和諧原則求?。㎡ v【1=同妝嚴(yán)8嚴(yán)即£二L-r1嚴(yán)L嚴(yán)L : 1 二忑 + ” 一 陸77： 0三-”M 0 =可'心=1,片=0,Zj = 0nL = lidM: l = z3_ = _乃Z ；-1 二巧 +j3 -2?25 三

25、 1*三號(hào) 二 J真工二UKQ u Q 一般取出- du-pi pi 珥的求??；v囪卜刃嚴(yán)p嚴(yán)即lT =討卩.t1ym 嚴(yán)M。二科£： -2 =-兒£ ： 2 =心+兒-込-如=兒=2円=°7T單矗乎!(1£ ) 準(zhǔn)數(shù)一為；與心=/(&*/£"£)20) 某粉磨車間空氣的粉塵濃度較高，擬用兩臺(tái)相同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器串 聯(lián)操作除塵?？諝獬?，溫度為20C,粉塵的顆粒密度2250。擬處理量為600 空氣中粉塵的粒度分布如下：粒徑<336 61010161630>30質(zhì)量分率%3121834258欲使15的

26、塵粒除去效率達(dá)99.75%,試確定每臺(tái)分離器的徑，計(jì)算總的收塵效率<解直圖知，如廠0.95詔/如=4丄因要求15撒米顆粒 = 0.95 = 15/4.1 = 3.66米常壓、20。腔氣：Q二L205畑伽二 l.SlxW-s -5丫 召=。2了1 衛(wèi)InIQTQ也j(Q - p>嚴(yán)即 3.66x10-° =0 27(1.81 xWZ)/a-(1500-1.205),/2= 0.0152又丁 卩二=n(Da/8600/3600 = (£-<0.0152) Z)4/8D = 0.273附碼=11.94ml兩極分離器串聯(lián)操作的粒徑效率，刃s新總除塵分率=0.008

27、07+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942粒徑(微米)<33-66-1010-1616-30>30平均粒徑(微 米)1.54.58132330D/d 500.4101.232.193.556.288.200.1450.530.800.910.991.000.2690.7790.960.9920.9991.00質(zhì)里分率Xi0.030.120.180.340.250.080.008070.09350.1730.3370.2500.08021)試計(jì)算某氣、固系流化床的起始流化速度與帶出速度。 已知固體顆粒平均粒徑為150，顆粒密度為2100，起始流化床層的空隙率為 0.46，流化氣 體為常壓、35C的空氣。最小顆粒了粒徑為 98 。解常壓加臨氣 p = 1.147tK/ffrt. = L89xlO"5/Ja s按狛井-李伐詹法計(jì)真t怙岸血 1戸39匸烈°：疔丁P-礦占渝"門嘰口繆:心弘爐嚴(yán) = &.31W/1 147x(1.89 x10_5)O£S1.89x10"a# 孑= 0-9 記收權(quán)=0.9