南工大化工原理第三章 习题解答(DOC)

第三章 习题

1）有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度为h，圆柱直径为d。试分别写出其等体积当量直径 算式。

和形状系数 的计

2）某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率 的空气以0.25 [解] 圆柱体：

空速通过床层，试估算气体压降。

、若以1atm，25℃

3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下：

空塔气速

床层压降

14.28mmH2O

0.2

，

0.6

93.94mmH2O

试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40 （含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气

，

通过此床层的压降。

[解]常压下，欧根公式可化简为

3） 令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。固体颗粒的筛析数据是：0.5～

0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%；1.6～2.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。颗粒密度为1875

。

固定床高350mm，截面积为314mm2。床层中固体颗粒的总量为92.8g。以20℃清水以0.040 形

状

空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的

系

数

值。

4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为0.20×0.20×0.025m。已知悬浮液中每m3水带有45㎏固体，固体密度为1820

。当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤

饼的含水率，以质量分率表示。

6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下：

过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88 滤液量，升： 0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38

试计算过滤常量K，以 为单位，并计算 ，以

为单位。可采用由

积分式 导出的 求K与

。

[解] 为便于直接使用题给数据：改用

组别 1 2 3 4 5 6 Xi 0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38 Yi 1.714 1.957 2.324 2.695 2.986 3.397 15.073 3.265 1.270 0.0660 0.0335 1.284 3.508 9.427 1.442 0.625 i0.0483 0.0335 0.537 1.658 4.344 15.04

7）欲过滤分离某固体物料与水构成的悬浮液，经小试知，在某恒压差条件下过滤常量

，滤布阻力

，每1m3滤饼中含

485㎏水，固相密度为2100

，悬浮液中固体的质量分率为0.075。

现拟采用叶滤机恒压差过滤此料浆，使用的滤布、压差和料浆温度均与小试时的相同。每只滤叶一个侧面的过滤面积为0.4m2，每次过滤到滤饼厚度达30mm便停止过滤，问：每批过滤的时间为多少？

若滤饼需以清水洗涤，每批洗涤水用量为每批滤液量的1/10，洗涤压差及洗涤水温均与过滤时的相同，问：洗涤时间是多少？ [解] 已知：

8）某悬浮液用叶滤机过滤，已知洗涤液量是滤液量的0.1倍(体积比)，一只滤叶侧面积为0.4m2，经过小试测得过滤常数=8.23×10-5m2/s ,不计滤布阻力，所得滤液与滤饼体积之比为12.85 m3滤液/m3滤饼，按最大生产率原则生产，整理、装拆时间为20分钟,求每只滤叶的最大生产率及每批过滤的最大滤饼厚度。

9）有一叶滤机，在恒压下过滤某种水悬浮液时，得到如下过滤方程：

，其中

，

。在实际操作中，先在5

分钟内作恒压过滤，此时过滤压差升至上述试验压强，然后维持恒压过滤，全部过滤时间为20分钟，试求：①每一循环中每m2过滤面积所得滤液量？②过滤后再用相当于滤液总量的 水进行洗涤，洗涤时间为多少？

解：①∵ q＋30q = 300τ

322

∴ qe=15 m/m K=300 m/min

2

恒速过程 q1＋qeq1=(K/2)τ1

32

∴q1=20.9 m/m

22

恒压过程 (q－q1)＋2qe(q－q1)=K(τ－τ1)

32

∴q=60.7 m/m

2

② m/(m·min)

32

min

10）用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为810×810×25mm。经过小试测得过滤常数

，

，操作时的滤布，压差及温

度与小试时相同。滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：①每批过滤时间？②若以清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液的

，洗涤压差及水温与过滤时相同，求过滤

时间？③若整理、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？ [解]①每批过滤时间：

11）板框压滤机在1.5at（表）下恒压过滤某种悬浮液1.6小时后得滤液25m3， 不计，①如表压加倍，滤饼压缩指数为0.3，则过滤1.6小时后得多少滤液？②设其它情况不变，将过滤时间缩短一半，可得多少滤液？③若在原表压下进行过滤1.6小时后，用3m3的水来洗涤，求所需洗涤时间？

解： ① V=KAτ

2

2

μ、r0、Φ是滤饼结构参数，为常量

∴∴

其中A与τ不变

∴ ∴

2

2

m

m

3

6

② V=KAτ 其中K、A 不变

∴

∴

m

3

③

∴ h

12）用某板框过滤机进行过滤，采用先恒速后恒压过滤，恒速1分钟达恒压压差便开始恒压过滤，已知过滤常数

，

，

滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：①过滤时间？②若用清水洗涤滤饼，水量为滤液量的1/10 ，洗涤压差、温度均与恒压过滤时相同，求洗涤时间？③如装卸、整理时间为25分钟，求每只滤框的生产率？

13）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸810×810×25mm。浆料为13.9%（质量）的悬浮液，滤饼含水40%（质量），固体颗粒密度2100 恒压条件下进行，

，

。操作在20℃，求：①该板框过

滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需时间？②若滤框厚度变为15mm，问滤饼充满滤框所需时间？③若滤框数目加倍，滤饼充满滤框时所需时间？

解：①设滤饼空隙率为ε，设有1Kg滤饼，则含水0.4kg

设1m滤饼得xm滤液,对1m滤饼作物料衡算:

3

3

3

∴x=4.84 m滤液/滤饼

过滤面积 A=2×8×810×10=10.498 m

23

V饼=8×0.81×0.025=0.131 m滤饼

3

∴V= V饼·x =0.634 m滤液

2

-6

2

3

∴

2

m/m

32

q＋2qqe=Kτ

2-3-5

0.0604＋2×0.0604×2.21×10=1.8×10τ ∴τ=217.5 s

②滤框厚度减小为15mm，设为δ＇

从上解可知，V饼∝δ 即 V∝δ 也即 q∝δ

∴

∴τ＇= 81.7 s

m/m

32

③框数加倍，也即 A＇= 2A = 2V饼

q=V/A 故q不变，也即τ不变

14）欲过滤料浆浓度为 相密度数

1820

，

，经小试所得滤饼空隙率为0.485，固

，在某恒压差条件下测得过滤常

，现用回转真空过滤机进行过滤，

料浆浓度、温度及滤布均与小试相同，唯过滤压差为小试时的

。由试验知，

该物系滤饼压缩指数为0.36，回转真空过滤机鼓直径为1.75m，长为0.98m，但真正过滤面积为5m2（考虑滤布固定装置）。浸没角度为120°，转速0.2r.p.m。设滤布阻力可略，试求：①此过滤机的滤液生产能力及滤饼厚度？②若转速为0.3r.p.m，

解：

可略，其它操作条件不变，求生产能力滤饼厚度。

① s

-1

m/s

∴

3

2

m/s

3

3

已知ε，对1m滤饼作物料衡算，设对应滤液x m

∴ x=11.08 m滤液/m滤饼

m/m

3

2

33

mm

②

m/s

又 ∵

3

∴ m/m

32

∴

15）试进行光滑固体圆球颗粒的几种沉降问题计算： ① 球径3mm、密度为2600 ② 测得密度2600 算颗粒球径。

③ 测得球径为0.5mm、密度2670

中的自由沉降速度为0.016

颗粒在

液体

颗粒在20℃清水中的自由沉降速度

，计

的颗粒在20℃清水中的自由沉降速度为12.6

，计算液体的粘度。

16）试进行形状系数 ① 等体积当量直径 沉降速度。

② 测得密度为2600

0.01

颗粒在20℃清水中的自由沉降速度为

的固体颗粒的沉降问题计算： ，密度为2600

颗粒在20℃清水中的自由

，计算颗粒的等体积当量直径。

17）以长3m、宽2m的重力除尘室除烟道气所含的尘粒。烟气常压，250℃，处理量为4300 气的

。已知尘粒密度为2250

，颗粒形状系数

，烟

与 可按空气计。设颗粒自由沉降。试计算：

。

。

① 可全部除去的最小粒径的

② 能除去40%的颗粒的

18）仓库有内径

的标准型旋风分离器多台，拟用以烟气除尘。烟气常

。已知尘粒密度为2250

。烟气的 与

压，300℃，需处理量为4300

可按空气计。由于压降限制，只允许旋风分离器并联操作，不允许串联操作，问：共需几台旋风分离器？能除去40%的颗粒粒径是多少？进口风速20

。

19）流体通过圆直、等径管内的阻力 流体流速 及流体的粘度与密度

与管长 、管内径 、管壁绝对粗糙度 、有关。试用因次分析法求出有关的数据。

20）某粉磨车间空气的粉尘浓度较高，拟用两台相同规格的标准型旋风分离器串联操作除尘。空气常压，温度为20℃，粉尘的颗粒密度2250 为600

粒径

。拟处理量

。空气中粉尘的粒度分布如下：

<3 3

3～6 6～10 10～16 16～30 12

18

34

25

>30 8

质量分率%

欲使15 尘效率。

的尘粒除去效率达99.75%，试确定每台分离器的内径，计算总的收

∴总除尘分率=

=0.00807+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942

粒径（微米） 平均粒径（微米） D/d50 <3 1.5 0.410 0.145 0.269 0.03 0.00807 3-6 4.5 1.23 0.53 0.779 0.12 0.0935 6-10 8 2.19 0.80 0.96 0.18 0.173 10-16 13 3.55 0.91 0.992 0.34 0.337 16-30 23 6.28 0.99 0.999 0.25 0.250 >30 30 8.20 1.00 1.00 0.08 0.080 质量分率xi 21）试 计算某气、固系流化床的起始流化速度与带出速度。已知固体颗粒平均粒径为150

，颗粒密度为2100

，起始流化床层的空隙率为0.46，

。

流化气体为常压、35℃的空气。最小颗粒了粒径为98

22)试证流化最大速度与最小速度之比ut/umf,对小颗粒为91.6，对大颗粒为8.61。

对小颗粒，欧根公式中含u2的项可略，

解：①对小颗粒，沉降可认为属Stokes区：

②对大颗粒，沉降可认为属Newton区：

23）石灰、水悬浮液通过增稠器增稠，进料：4.5kg水/kg固。要求增稠到1.8kg水/kg固。间歇实验数据如下。 温度200C。

[解]悬浮液浓度以Xkg固/kg水表示，则xi=1/4.5kg固/kg水，xc=1/1.8kg固/kg水， 进料中固体质量流量w=6.5×(1/5.5)=1.18kg固/s

① 增稠器横截面积A:（由题给数据计算Ai）

∵

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