华北理工大学环境工程原理习题及解答第7章 过滤

1第七章过滤7.1用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液,过滤方程为式中:t的单位为s(1)如果30min内获得5m3滤液,需要面积为0.4m2的滤框多少个?(2)求过滤常数K,qe,te。解:(1)板框压滤机总的过滤方程为V2＋V=6x10-5A2t在t=30x60=1800s内,V=5m3,则根据过滤方程A=16.67m2(2)恒压过滤的基本方程为V2＋2VVe=KA2tte为过滤常数,与qe相对应,可以称为过滤介质的比当量过滤时间,te=7.2如例7.3.3中的悬浮液,颗粒直径为0.1mm,颗粒的体积分数为0.1,在9.81×103Pa的恒定压差下过滤,过滤时形成不可压缩的滤饼,空隙率为0.6,过滤介质的阻力可以忽略,滤液黏度为1×10-3Pa·s。试求:(1)每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间:(2)若将此过滤时间延长一倍,可再得多少滤液?2解:(1)颗粒的比表面积为a=6x104m2/m3qxxx2.1m37.3用过滤机处理某悬浮液,先等速过滤20min,得到滤液2m3,随即保持当时的压差等压过滤40min,则共得到多少滤液(忽略介质阻力)?解:恒速过滤的方程式为式(7.2.18a)V12=此过滤常数为恒速过滤结束时的过滤常数,也是恒压过滤开始时的过滤常数,在恒压过滤过程中保持不变,所以由恒压过滤方程式(7.2.15),V2-V2=V2-V2=KA2tsV2-V2=1A2tsV2-V2=1t11A2t121t12量为V=4.47m337.4有两种悬浮液,过滤形成的滤饼比阻都是r0=6.75×1013m-2Pa-1,其中一种滤饼不可压缩,另一种滤饼的压缩系数为0.5,假设相对于滤液量滤饼层的体积分数都是0.07,滤液的黏度都是1×10-3Pa·s,过滤介质的比当量滤液量为qe为0.005m3/m2。如果悬浮液都以1×10-4m3/(m2·s)的速率等速过滤,求过滤压解:由题意可知,两种滤饼f=0.07对不可压缩滤饼,由s=0,r0=6.75×1013m-2Pa-1,μ=1×10-3Pa·s,f=0.07,qe=0.005m3/m2,u=1×10-4m3/m2·s对可压缩滤饼,由s=0.5,r0=6.75×1013m-2Pa-1,μ=1×10-3Pa·s,f=0.07,qe=0.005m3/m2,u=1×10-4m3/m2·s机过滤某种悬浮液,以压差150kPa恒压过滤1.6h之后得到滤液25m3,忽略介质压力,则:(1)如果过滤压差提高一倍,滤饼压缩系数为0.3,则过滤1.6h后可以得到多少滤液:(2)如果将操作时间缩短一半,其他条件不变,可以得到多少滤液?解:(1)由恒压过滤方程V2=KA2t=422(2)当其他条件不变时,过滤常数不变,所以由恒压过滤方程,可以推得VVx2.5继续过滤20min,共得到滤液0.287m3/m2,过滤压差提高到196.2kPa时,过滤20min得到滤液0.256m3/m2,试计算qe,r0,s以及两压差下的过滤常数K(滤解:依题意,可得0.1972＋2x0.197qe=x1200(1)0.2872＋2x0.287qe=x2400(2)0.2562＋2x0.256qe=x1200(3)由(1)、(2)得由(1)、(3)得=1-s,得s=0.306将qe和s代入(1)得r0=9.814x1012m-2所以,当压差为98.1kPa时5t/q1000800600400t/q100080060040020007.7恒压操作下过滤试验测得的数据如下,求过滤常数K、qe。 ts114.4228379.4q/m3·m-20.10.20.30.4解:由以上数据,作t/q和q的直线图y=1889x+193.5 00.20.4q0.6qxmmqxmme227.8板框压滤机有20个板框,框的尺寸为450mm×450mm×20mm,过滤过程中,滤饼体积与滤液体积之比为0.043m3/m3,滤饼不可压缩。实验测得,在50.5kPa的恒压下,过滤方程为q2＋0.04q=5.16x10-5t(q,t的单位分别是m3/m26(1)在50.5kPa恒压过滤时,框全充满所需要的时间:(2)初始压差为50.5kPa恒速过滤,框全充满的时间和过滤结束时的压差:(3)操作从50.5kPa开始,先恒速过滤至压差为151.5kPa,然后恒压操作,间。解:(1)滤框全充满时,滤饼体积为0.45x0.45x0.02=0.00405m3(2)恒速过滤的条件下,dq/dt=常数由(7.2.12),dq/dt=为(3)先恒速过滤的情况为7Kt0.19212＋0.1921x0.04=1Kt7.9实验室小试中,在100kPa的恒压下对某悬浮液进行过滤实验,测得qe为0.01m3/m2,过滤常数K为1.936×10-4m2/s,悬浮液中固体颗粒密度为2000kg/m3,质量分数为0.07,滤饼不可压缩,含水量为30%(质量)。如果用一个直径1.5m,长10m的转筒真空过滤机处理这种悬浮液,转筒浸没角为120°,转速为0.5r/min,操作真空度为80kPa,其他条件与小试实验相同。求:(1)过滤机的生产能力:(2)滤饼厚度。解:(1)在其它条件不变的情况下,KxAp量为(2)在1kg的悬浮液中对水进行物料衡算8由上述三式,可得V饼/V滤=0.077.10用板框过滤机恒压过滤料液,过滤时间为1800s时,得到的总滤液量为8m3,当过滤时间为3600s时,过滤结束,得到的总滤液量为11m3,然后用3m3的清水进行洗涤,试计算洗涤时间(介质阻力忽略不计)。dt=2V解:由(7.2.11)得dVdt=2V束时过滤速度相同介质阻力可以忽略,滤饼不可压缩,空隙率为0.6,悬浮液中固相的体积分数为(1)如果忽略颗粒的沉降速度,求滤出一半水分所需的时间及当时的滤饼厚度和悬浮液层的厚度:(2)如果颗粒沉降可在瞬间完成,求滤出一半水分所需的时间及当时的滤厚度。解:(1)颗粒的比表面积为a=6x104m2/m39当t=0时,q=0,当滤出一半水分,q=0.45m3/m2时,t=t1,代入上式积分得(2)当颗粒瞬时完成沉降时,以1m2面积计,滤饼层的厚度为同样,当t=0时,q=0,当滤出一半水分,q=0.45m3/m2时,t=t1,代入上式t 1t7.12在直径为10mm的砂滤器中装满150mm厚的细沙层,空隙率为0.375,砂层上方的水层高度保持为200mm,管底部渗出的清水流量为6mL/min,求砂层的比表面积(水温为20℃,黏度为1.005×10-3Pa·s,密度为998.2kg/m3)。解:清水通过砂层的流速为由式(7.3.11)u=,可得颗粒的比表面积:7.13.温度为38℃的空气流过直径为12.7mm的球形颗粒组成的固定床,已知床层的空隙率为0.38,床层直径0.61m,高2.44m,空气进入床层时的绝对压力为111.4kPa,质量流量为0.358kg/s,求空气通过床层的阻力。解:颗粒比表面积7.14用生物固定床反应器处理废气,已知反应器的内径为1.8m,填料层高3m,填料颗粒为高5mm、直径3mm的柱体,空隙率为0.38。通过固定床的废12.3kPa,求气体的平均体积流量.(忽略填料上附着的生物膜对床层的影响)。解:由于颗粒是非球形颗粒,颗粒的比表面积为:7.15某固定床反应器,内径为3m,填料层高度为