完整版新版化工原理习题答案03第三章非均相混合物分离及固体流态化题解.docx
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完整版新版化工原理习题答案03第三章非均相混合物分离及固体流态化题解
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,直径为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7.32s,液体的黏度是多少?
解:
(1)假设为滞流沉降,则:
d2(s)
Ut—
18
查附录20C空气
3
1.205kg/m,
1.81105Pas,所以,
32
0.04103
181.8110
核算流型:
Re
dut
1.205
0.12760.04103
1.81105
0.34
0.1276m/s。
所以,原假设正确,沉降速度为
(2)采用摩擦数群法
sg
23
3Ut
41.811052650
Re1-
1.2059.81
31.20520.13
431.9
依0.6,Re1431.9,查出:
Ret
Utde
0.3,
所以:
105m
」0.31.81105de4.506
1.2050.1
(3)假设为滞流沉降,得:
d2(s)g
18ut
其中uth0.157.32ms0.02049ms
将已知数据代入上式得:
6.757Pas
0.006352790016009.81
Pas
180.02049
核算流型
Re
dut
0.006350.020491600
6.757
0.030811
2•用降尘室除去气体中的固体杂质,降尘室长
5m,宽5m,高4.2m,固体杂质为球
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1.8>10-5Pa$。
(2)若操作在420C下进行,操作条件下的气体密度为0.5kg/m3,黏度为3.3>0-5Pa$。
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:
27320
qv,s
Ut
bl
3000-
273ms0.03577ms
360055
设沉降在斯托克斯区,则:
d2(s)g
Ut0.03577-
18
18Ut
(s)g
5
181.8100.035775
1.98510m19.85um(30001.06)9.81
核算流型:
原设滞流区正确,能够完全除去的最小颗粒直径为1.985>0-5m。
(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:
设沉降在斯托克斯区,则:
核算流型:
原设滞流区正确,能够完全除去的最小颗粒直径为4.132>0-5m。
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10um,
试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解:
取隔板间距为h,
令
L
h
u
ut
则
h
Lut
(1)
u
3000
273427
u
qv,s
3600
273ms0.1017ms
bH
5
4.2
10um尘粒的沉降速度
由
(1)式计算h
53
h4.954103m0.244m
0.1017
层数nH4217.2取18层
h0.244
H4.2hm0.233m
1818
核算颗粒沉降雷诺数:
4•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=0.8973X0-3Pa?
s。
固体颗粒为棱长0.08〜0.7mm的正方体。
已知:
方铅矿密度s1=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。
对于正方体颗粒,应先算出其当量直径和球形度。
设I代表棱长,Vp代表一个颗粒的
体积。
颗粒的当量直径为
因此,颗粒的球形度,
用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度,
3
Re2
17538
4(8.685104)3(2650996.9)996.99.81
3(0.8973103)2
已知s=0.806,由图3-3查得Ret=70,贝U
Ret
Ut一
de
700.8973103
4m/s0.07255m/s
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:
已知s=0.806,由图3-3查得Ret=30,贝U
与此当量直径相对应的正方体棱长为
所得纯方铅矿粒的棱长范围为0.3〜0.7mm。
5.用标准型旋风分离器处理含尘气体,气体流量为0.4m3/s、黏度为3.6杓-5Pa?
s、密
度为0.674kg/m3,气体中尘粒的密度为2300kg/m3。
若分离器圆筒直径为0.4m,
(1)试估算其临界粒径、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?
(3)若要维持原来的分离效果(临界
粒径),应采取什么措施?
式中bD040.1m,hD/2
44
04
帀ms20ms
Ne=5
qv,s
u
hB
将有关数据代入,得
分割粒径为
压强降为
8更0.674Pa1078.4Pa
2
(2)p,Ui不变
4m7.96106m
3.145230020
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0.1m2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:
q22qqeK
由实验数据知:
0.00132
!
5min,q10.01m/m
0.1
32
!
10min,q!
0.016m/m
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/m2
K4.8105m2/min8
107m2/s
所以,恒压过滤方程为
27
q0.014q810
(m3/m2,s)
或V20.0014V8109
(m3,s)
已知操作条件下过滤常数为K2105m2/s,qe0.01m3/m2,滤饼与滤液体积之比为
v=0.06。
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q22qqeK
Vc100.63520.025m30.1008m3
Vc0.100833222
V—m31.680m3,A0.6352210m28.0645m2
v0.06
V1.6803232
qm/m0.208m/m
A8.0645
代入恒压过滤方程
0.208220.010.2082105
得2317.2s39.52min
&在0.04m2的过滤面积上以1X10-4m3/s的速率进行恒速过滤试验,测得过滤100s时,
过滤压力差为3X104Pa;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635mnrK635mnrK60mm的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B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:
3xi04=100a+b
9X04=600a+b
解得a=120,b=1.8X04
即p1201.8104
解得:
k5.20810-8m2/(Pas),qe0.375m3/m2
恒压操作阶段过滤压力差为6X104Pa,所以
K2kp25.2081086104m2/s6.250103m2/s
板框过滤机的过滤面积A20.6352m20.8065m2
应用先恒速后恒压过滤方程
22
(qQr)2q°(qqR)K(r)
将K、qe、qR、q的数值代入上式,得:
解得662.5s
9.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275.8kPa,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0.0723。
滤饼不可压缩,每1m3滤饼烘干后的
质量为1620kg。
实验中测得得到1L滤液需要15.4s,得到2L滤液需要48.8s。
试求过滤常数K和Ve,滤饼的空隙滤刍滤饼的比阻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V22VVeKA2
1062103Ve15.40.05122K
41064103Ve48.80.05122105K
滤饼的空隙滤
116200.4471
2930
悬浮液的密度
联立以上两式,解得K4.234105m2/s,Ve3.547104m3
丫0.07230.9277)仙31050心亦
(29301000
以1m3悬浮液为基准求v
滤饼体积Vs10500.0723m30.04686m3,滤液体积V1Vs0.9531m
1620
rv
10.板框压滤机过滤某种水悬浮液,已知框的长K宽x高为810mmX810mmX42mm,总
框数为10,滤饼体积与滤液体积比为=0.1,过滤10min,得滤液量为1.31m3,再过滤10min,
共得滤液量为1.905m3,试求
(1)滤框充满滤饼时所需过滤时间;
(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
1.31221.31Ve13.12221060K
1.905221.905Ve13.12222060K
联立解出Ve0.1376m3,K2.010105m2/s
恒压过滤方程式为V20.2752V3461103
Vc0.810.810.04210m30.2756m3
V—2.756m3
v
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
U・厶f3533
m3/s4.823105m3/s0.206m3/h
24144560
11.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=5X10-5m2/s,qe=0.01m3/m2,滤饼体积与滤液体积之比u0.08。
现拟用有38个框的
3
BMY50/810-25型板框压滤机在13410Pa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;液/h)。
解:
(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(m3滤
(1)硅藻土,s0.01,可按不可压缩滤饼处理
K2kp,qe与p无关
p134103Pa时,K1104m2/s,q°0.01m3/m2
Vw0.1V0.7791m3
(3)生产能力
12.用一小型压滤机对某悬浮液进行过滤试验,操作真空度为400mmHg。
测得,
K4105m2/s,qe7103m3/m2,萨0.2。
现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机在相
同压力差下进行生产(过滤机的转鼓直径为1.75m,长度为0.9m,浸没角度为120o),转
速为1r/min。
已知滤饼不可压缩。
试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。
解:
过滤机回转一周的过滤时间为
60旦
20s
由恒压过滤方程求此过滤时间可得滤液量
解得q0.02214m3/m2
过滤面积ADL1.750.9nm24.946m2
所得滤液VqA0.022144.946m30.1095m3
转筒转一周的时间为60s
Q60nV6010.1095m3/h6.57m3/h
n
所以转筒真空过滤机的生产能力为
转筒转一周所得滤饼体积VcvV
0.20.1095m30.02190m3
滤饼厚度
0.02190m4.946
4.428103m
4.4mm
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- 完整版 新版 化工 原理 习题 答案 03 第三 均相 混合物 分离 固体 流态化 题解