化工原理沉降和过滤课后习题和答案解析

1、第三章沉降与过滤沉降【3-1】密度为1030kg/m3、直径为400Mm的球形颗粒在150c的热空气中降落,求其沉降速度。解150c时，空气密度p=0.835kg/m3,黏度R=2.41x1胪Pa.s颗粒密度4=1030kg/m3,直径dp=4x10-m假设为过渡区，沉降速度为为过渡区3-2密度为2500kg/m3的玻璃球在20c的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。解在斯托克斯区，沉降速度计算式为ut=d2(Pp-P)g/18k由此式得(下标w表小水，a表小空气)-.2218Ut_:p一：wdpw(：-p-：a)dpawdpwf(

2、：p：a)，wdpa(；p_；w)a查得20c时水与空气的密度及黏度分别为;w=998.2kg/m3,w=1.00410”Pas:a=1.205kg/m3,1a=1.8110Pas已知玻璃球的密度为Pp=2500kg/m3,代入上式得dpw(2500-1.205)1.00410a=5=9.61dpa(2500-998.2)1.8110【3-3】降尘室的长度为10m,宽为5m,其中用隔板分为20层，间距为100mm,气体中悬浮的最小颗粒直径为10Mm,气体密度为1.1kg/m3,黏度为21.8父10上Pas,颗Ut=-4g2(Pp_P)21=225PP二1_4M(9.81)2(1030)213d

3、p|(2252.4110-0.835410J=1.79m/s验算Re=dpUtP4x10-x179810Pas(1)沉降速度计算假设为层流区(2)气体的最大流速umax。沉降高度H=0.1m,降尘室长度L=10m(3)气体的最大处理量343qVS=WHNUmax=50.1201=10m/s=3.610m/hVSmax气体的处理量qvs也可以用教材式(3-18)计算qVS2.dpc(p-：)gWLN18.(10X10-)2M4000M9.81X5X10X201821810-.=10m3/s=3.6104m3/h3-4有一重力沉降室，长4m,宽2m,高2.5m,内部用隔板分成25层。炉气进入除尘室

4、时的密度为0.5kg/m3,黏度为0.035mPa.s。炉气所含尘粒的密度为4500kg/m3。现要用此降尘室分离100Nm以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解已知炉气的密度P=0.5kg/m3,黏度N=3.5父10Pa，s尘粒的密度4500kg/m3,临界尘粒直径dpc=100 x10m假设为层流区，求得沉降速度为Ut验算Re=炉气流量为gdjc(Pp9.81X(100X10)2M(45000.5)1835105=0.701m/sdpUt：10010=0.7010.5p,3.510五=1为层流区3qv=UtWLN=0.7012425=140m3/s本题也可以用教材式(3-18)计算，式中的W

5、L改为WLN3-5温度为200C、压力为101.33kPa的含尘空气，用图3-9(a)所示的旋风分验算Ut2-gdpc(?p-：-)一189.81X(10X10-)2(4000_1.1)1821.810-=0.01m/sdpcUt：1010-0.011.121.810-=000505：二2为层流LUmax10_0.1urnrHUtUmax=佃/S离器除尘。尘粒的密度为2000kg/m3。若旋风分离器的直径为0.65m,进口气速为21m/s,试求：(1)气体处理量(标准状态)为多少M/s;(2)气体通过旋风分离器的压力损失;(3)尘粒的临界直径。解空气温度200C,压力101.33kPa,从空气

6、物理性质表中查得密度p=0.746kg/m3,黏度N=2.6M1*Pa,s(1)气体处理量旋风分离器直径D=0.65m,进口气速ui=21m/s200C、101.33kPa的空气流量为qV=bhu=D3D21=2.52D2=2.52x(0.65)=1.065m35.5/s0C、101.33kPa时空气流量为qV=1.06573=0.615m3/sqV200273(2)压力损失30D3Dt/D阻力系数=30bhD=一一5=8.31d2LHDD2D12J压力损失加 Y 盛=8.31M(0.746)M(21)2=1370Pa=1.37kPa22(3)尘粒的临界直径d已知尘粒密度。=2000kg/m3

7、,b=吧=0.13mp55b(2.610-)0.136dpc=3=3?()=6.79x10-m=6.79，二npui二5200021m过滤3-6悬浮液中固体颗粒浓度(质量分数)为0.025kg固体/kg悬浮液，滤液密度为1120kg/m3,湿滤渣与其中固体的质量比为2.5kg湿滤渣/kg干渣，试求与1nf滤液相对应的湿滤渣体积u,单位为m3湿滤渣/m3滤液。固体颗粒密度为2900kg/m3。解已知X=0.025kg固体/kg悬浮液C=2.5kg湿渣/kg干渣，滤液密度P=1120kg/m3CO=1-CX0.0251120-1-2.50.025=29.9kg干渣/m3滤液2.51.2.5-13=

8、1480kg/m=史2=29.9x2.5=0.0505m3湿渣/m3滤液1c14803-7用板框压滤机过滤某悬浮液，共有20个滤框，每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m2,试求1小时过滤所得滤液量为多少mt已知过滤常数K=4.9710工m2/s,q=1.64102m3/m2解.=3600s2q-2qqe=K.225q+2qX1.64黑10一=4.97黑10一义3600q2+3.28x10-q-0.179=0.32810-.(32810-)4017932q二一).=0.407m3/m22A=20M0.85=17m2,V=qA=0.407x17=6.92m3滤液【3-8】将习题3-6的悬浮液用板

9、框压滤机在过滤面积为100cm2、过滤压力为53.3kPa条件下进行过滤，所测数据为过滤时间/s8.43884145滤液量/mL100300500700试求过滤常数K与qe及滤饼的比阻r。已知滤液的黏度为3.4mPas。由习题3-6得u=0.0505m3湿渣/m3滤液故比阻为25.33104.:53=1解已知过滤面积A=100cm2/s8.438V/mL1003005003-4V/m31X10-0.01m284145700一一-43X10-45X10-47X10q/m3/2-2m)1X10一一-23X10_-25X10_-27X10./2一/mq.3-.,2s/m8.4x1012.7X1021

10、6.8X10220.7X10如习题3-8附图所示212q-o直线的斜率一=2.013M1d,K=4967：10m2/s截距=6.6X102KK132.2510m一习题3-8附图4.96710-3410-0.0505【3-9】对习题3-6及习题3-8中的悬浮液用板框压滤机在相同压力下进行过滤，共有20个滤框，滤框厚度为60mm每个滤框的两侧有效过滤面积为0.85m2。试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为2900kg/m3。在习题3-6中已给出湿滤渣质量与其中固体质量的比值为2.5kg湿渣/kg干渣,并计算出每立方米滤液相对应的湿渣体积，即u=0.0505m3湿渣/m3滤液。在习题3

11、-8中已求出恒压过滤的过滤常数K=4.967父10点m2/S,qe=1.6410-m3/m2解求恒压过滤的过滤时间T的计算式为2q2qqeUK.需要求出q=VA过滤面积A=0.8520=17n2滤液体积V的计算：20个滤框中的湿滤渣体积为0.853Vc=20M0.06M-=0.51m3湿渣从滤渣体积Vc计算滤液体积Vq=V=0.594m3滤液/m2过滤面积A17222q2qqp(0594)2059416410一过滤时间;qqqe=(ri-=7496s=2.08hK4.96710呈【3-10】用板框压滤机过滤某悬浮液，恒压过滤l0min,得滤液10m3。若过滤介质阻力忽略不计，试求：(1)过滤1h后的滤液量；(2)过滤1h后的过滤速率dV/dT0解恒压过滤，已知E=10min,V=10m3,Ve=0,22V=KA.2一2V10“6/KA=10m/min10过滤1h后的滤液量E=60minV=JKA2F=#0父60=24.5m3V0.51:-0.0505=10.1m3滤液代入教材式(3-40),求得(2)过滤1h后的过滤速率dV/dT从教材式（3-39）K二p-r：2dVKAd.2V224.5【3-11若转筒真空过滤机的浸液率中=1/3,转速为2r/min,每小时得滤液量290011206