新版化工原理习题答案非均相混合物分离及固体流态化-题解

1、第三章非均相混合物分离及固体流态化1.颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2650kg/m3,直彳至为0.04mm的球形石英颗粒在20c空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2650kg/m3,球形度0.6的非球形颗粒在20c清水中的沉降速度为0.1m/s，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7900kg/m3,直径为6.35mm的钢球在密度为1600kg/m3的液体中沉降150mm所需的时间为s,液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：d2（s）Ut18查附录20C空气一一31.205kg/m,51.81105Pas,所以,核算流型:Res18dut1.205320.

2、0410326501.2059.81_5181.8110ms0.1276ms30.12760.0410350.341.81105所以，原假设正确，沉降速度为（2）采用摩擦数群法0.1276m/s。14sgRe32ut3541.8110526501.2059.8131.20520.13431.9依0.6,Re1431.9,查出:Ret处0.3,所以:其中5,0.31.81105de4.5061.2050.1(3)假设为滞流沉降，得:d2(s)g18ut105m45(imuth0.157.32ms0.02049m.s将已知数据代入上式得：20.006352790016009.81-Pas180.0

3、20496.757Pas核算流型cdut0.006350.020491600ReL6.7572.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长0.0308115m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000kg/m3。气体的处理量为3000（标准）m3/h。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。(1)若操作在20c下进行，操作条件下的气体密度为1.06kg/m3,黏度为x10-5Pa?s。(2)若操作在420c下进行，操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为x10-5Pa?s。解：(1)在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：q3000空3Utj273ms0.03577msb

4、l360055设沉降在斯托克斯区，则：d2(s)gUt0.03577185.18Ut181.8100.035775d1.98510m19.85um,(s)g(30001.06)9.81核算流型：cdUt1.9851050.035771.06Ret-50.041811.8105原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为X10RI(2)计算过程与(1)相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:qv,sUtbl273420300036005275ms0.0846ms设沉降在斯托克斯区，则:.18Ut183.31050.08465d,4.13210m41.32m,(s)g.(30000.5)9.

5、81核算流型:RedUt54.1321050.08460.553.31050.05291d2sUt185183.31105m.s4.954103ms原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为x10一5也3.对2题中的降尘室与含尘气体，在427C下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10科m,试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：取隔板间距为h,令LhuutL则hUt(1)u3000273427u吆而273ms0.1017msbH54.210尘粒的沉降速度621010630000.59.81由(1)式计算hh54.954103m0.244m0.1017层数nH22-17.2取18层h0.244H4.2

6、hm0.233m1818核算颗粒沉降雷诺数：dutRett101064.9541043.31050.547.5101核算流体流型:2bh250.233deURe-()u0.10170.5_b5J33568621003.31054.在双锥分级器内用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离。操作温度下水的密度=996.9kg/m3,黏度=3x10-3Pa?s。固体颗粒为棱长0.7mm的正方体。已知:方铅矿密度si=7500kg/m3,石英矿密度s2=2650kg/m3。假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（1）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？（2）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。解：（1）水的

7、上升流速为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此，水的上升流速应等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。,应先算出其当量直径和球形度。设l代表棱长，代表一个颗粒的对于正方体颗粒体积。颗粒的当量直径为360.7103汽de3：乂3m8.685410m因此，颗粒的球形度,Sde2sS正X13616)240.806用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度,324d(s2)gRet23175384(8.685104)3(2650996.9)996.99.81323(0.8973103)2已知s=,由图3-3查得Re=70,则Ret700.8973103Utt-4m/s0.07255m/sde

8、996.98.685104所以水的上升流速应取为0.07255m/s或略大于此值。（2）纯方铅矿粒的尺寸范围所得到的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等于0.07255m/s的粒子。用摩擦数群法计算该粒子的当量直径：Retms20ms0.1例4(-3"IC233ut30.2011233996.92(0.07255)340.8973103(7500996.9)9.81已知s=,由图3-3查得Re=30,则de3Ret300.8973103m3.722996.90.07255104mdel一4310m与此当量直径相对应的正方体棱长为3.722104m36所得纯方铅矿粒的棱长范围为0.

9、7mm。0.4m3/s、黏度为x10-5Pa?s、密3。若分离器圆筒直径为0.4m,（1）试3）若要维持原来的分离效果（临5.用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为度为0.674kg/m将有关数据代入，得,气体中尘粒的密度为2300kg/m估算其临界粒径、分割粒径及压力降。（2）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变,旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（界粒径），应采取什么措施？解：临界直径d9B：Nesui式中DB一4Ne=50.440.1m,hD/2qv,suhB0493.61050.1de.m202300n6.698106m6.69810m分割粒径为d500.270.

10、27uis53.61050.46m4.778106m4.778pm2023000.674压强降为20280.674Pa1078.4Pa2(2)p,Ui不变UihBq,sD48qv,s820.4m0.5657mUi209BNesUi0.2750.565793.61054m7.96106m3.145230020所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器尺寸需增大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4m的旋风分离器并联使用。6.在实验室里用面积0.1R的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67kPa,测得过滤5min后

11、得滤液1L,再过滤5min后，又得滤液0.6L。试求，过滤常数K,Ve,并写出恒压过滤方程式。解：恒压过滤方程为:2q2qqe由实验数据知:qi竺010.01m3/m20.1110min,q10.016m3/m2将上两组数据代入上式得:(0.01)22(0.01)qe5K(0.016)22(0.016)qe10K解得qe0.007m3/m252K4.8105m2/min8所以，恒压过滤方程为10m2/s2_一-7q0.014q810(n3/m2,s)或V20.0014V81097.用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635mm<635mmx25mmo已知操作条件下过滤常数为

12、K2105m2/s,qe0.01m3232qRuRR2.5103350m3/m20.875m3/m2根据方程3-71,/m2,滤饼与滤液体积之比为v=o试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。解：恒压过滤方程为q22qqeK25q20.02q210233Vc100.63520.025m30.1008m3Vc0.100833222V-m31.680m3,A0.6352210m28.0645m2v0.06V1.6803232qm/m0.208m/mA8.0645代入恒压过滤方程0.208220.010.2082105得2317.2s39.52min8.在0.04m2的过滤面积上以1X10-4n3/

13、s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100s时，过滤压力差为3X102ruRPa;过滤600s时，过滤压力差为9X104Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为635mnX635mnX60mnt勺板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6X104Pa时改为恒压操作。每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。试求框内充满滤饼所需的时间。解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间0与过滤压差之间的关系可表示为：pab板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此,上式中a,b值可根据实验测得的两组数据求出

14、：3X104=100a+b9X104=600a+b4解得a=120,b=x10即p1201.8104恒速阶段终了时的压力差Pr6104Pa,故恒速段过滤时间为350sPrb61041.8104Rsa120恒速阶段过滤速度与实验时相同4Ur32.5103m/s1104,m/s2Ur1200.04UrQe4bruRqe1.810k解得：k5.20810-8m2/(Pas),q,0.375m3/m2恒压操作阶段过滤压力差为6X10/0.07230.9277kg/m1050kg/mPa,所以2kp25.2081086104m2/s6.250103m2/s板框过滤机的过滤面积A20.6352m20.80

15、65m2滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为Vc0.63520.06m20.0242m30.02420.80650.02/m23/21.5m/m应用先恒速后恒压过滤方程22_(qQr)2qe(qQr)K(r)将Kqe、Qr、q的数值代入上式，得:22231.520.875220.371.50.8756.252103350解得662.5s9 .在实验室用一个每边长0.16m的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为kPa,浆料温度为20C。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为2930kg/m3。悬浮液中固体质量分数为3。滤饼不可压缩，每1而滤饼烘干后的质量为1620kg。

16、实验中测得得到1L滤液需要s,得到2L滤液需要s。试求过滤常数K和Ve,滤饼的空隙滤£,滤饼的比阻r及滤饼颗粒的比表面积a。解：根据过滤实验数据求过滤常数K,Ve已知15.4s,V0.001m3；48.8s,V0.002m3及A20.162m20.0512m2代入恒压过滤方程式V22VVeKA210 62103Ve15.40.05122K41064103Ve48.80.0512210(29301000)K联立以上两式，解得K4.234105m2/s,Ve3.547104m3滤饼的空隙滤1竺”0.4471悬浮液的密度以1m3悬浮液为基准求Vs2930滤饼体积Vs1050°.0

17、723m30.04686m3,滤液体积V1Vs0.9531m1620%OU68%.1o.0492滤饼不可压缩时，K2kp2prv所以，滤饼比阻为r2vK32275.8103351030.04924.234101422.6481014m2颗粒的比表面积a(上T05(2.648亩4坐713)02m33.935106m2m35(1)5(10.4472)10.板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长X宽X高为810mm<810mn42mm,总框数为10,滤饼体积与滤液体积比为=,过滤10min,得滤液量为1.31m3,再过滤10min,共得滤液量为1.905布，试求（1）滤框充满滤饼时所需过滤时间

18、；（2）若洗涤与辅助时间共45min,求该装置的生产能力（以得到的滤饼体积计）。解：（1）过滤面积A0.81221013.122m2由恒压过滤方程式求过滤常数_221.31221.31Ve13.12221060K1.905221.905Ve13.12222060K联立解出Ve0.1376m3,K2.010105m2/s恒压过滤方程式为V20.2752V3461103Vc0.810.810.04210m30.2756m3VVc2.756m3v代入恒压过滤方程式求过滤时间2.75620.27522.756/3.461103s2414s40.23min(2)生产能力QVc-0.2756m3/s4.8

19、23105m3/s0.206m3/hwD2414456011.在67103Pa压力下对硅藻土在水中的悬浮液进行过滤试验，测得过滤常数K=5X10-5m/s,qe=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比°=。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机在134103Pa压力下过滤上述悬浮液。试求：（1）过滤至滤框内部全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当于滤液量1/10的清水洗涤滤饼，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min,求过滤机的生产能力（云滤液/h）。解：（1）硅藻土，s0.01,可按不可压缩滤饼处理K2kp,qe与p无关134103Pa时，K1104m2/s,_32qe0.01m/m0.8120.02538m30.6233m"A382_2220.812m249.86m2Vc0.62333-mv0.08代入恒压过滤