化工原理(管国锋主编第三版)课后习题答案3颗粒流体力学基础与机械分离

第3章颗粒流体力学基础与机械分离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和形状系数的计算式。dhdhdhddhdhddhddbaaadadadaveveveveve2)18()/(2])2/3[(])2/3[()4/)6/()()6/(6/6(6)/6()6/()(][3122322312,23,31223222,31,33,（）解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、若以1atm，25℃的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。[解]圆柱体：PaduduLPsPamkgCatmmmdhdhddhdhhddvevemveve7.177]1046.325.0185.152.052.0175.1)1046.3(25.010835.152.0)52.01(150[80.0])1(75.1)(1(150[10835.1,/185.1:)25,146.3)352/(533)2/(3)2()18(,])2/3[(32323532,222,32530,32312,）按欧根公式计算压降：空气（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0.2，床层压降14.28mmH2O0.693.94mmH2O试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。（含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气，[解]常压下，,/20.12030mKgC空气：.018.0cP欧根公式可化简为OmmHPBABABABAuBuAP222223.624.088.14.17740.0014.01601:4.17716016.020.160.0018.094.932.020.120.0018.028.14:,(氯气联立①②式，解得：②①试验条件量。）为床层结构参量，为常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空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数值。计算有效校核经试差，解得即适用欧根公式：校核即可设采用康尼方程：水：计算）体积均按解：4006.12001.0)55.01(604.010001.0851.0)1(6851.0:001.004.01055.055.0175.1)001.0(55.004.0001.0)55.01(15035.081.9677)1(75.1)()1(150207.10001.0)55.01(604.010001.068.0)1(668.0040.0001.055.0)55.01()001.06(0.535.081.9677)1()6(0.5,12000.18.108.045.110.015.145.085.025.06.012.01(550.0)14.335/()875.1/8.92(13'233232232323'32232203udRduduLPudRudLpcPcmmddmcmmemmmmemm4）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。滤饼水滤饼含水率解得：，做物料衡算得设滤饼空隙率为解kgKg/336.01820)479.01(1000479.01000479.0479.0450243.020.020.010201820)1(0243.020.020.0::][3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：1.202.705.237.2510.8714.88滤液量，升：0.701.382.252.693.644.38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：改用用最小二乘法计算。代替代替以代替以式计算。),/(2,,/)/(2)/(/222KAVaVxVyKAVKAVVee组别XiYi2)(XXi))((yyXXii10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.65815.0415.0739.4274.344356.1507.2461.0512.2461.0427.9344.4)())((512.26/073.15,507.2\6/04.15/XbyaXXyyXXbynXXiiii23333/0184.0080.0/1047.1/1047.147.1)461.02/(356.12/mmAVqmlbaVeeesmmlAbK/1065.5)/(min9.338)080.0461.0/(1)/(1264222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：min06.67.3631006.13855.01.0)/()/(1006.1)00221.03855.0(21023.8)(2)min4.3018261023.81021.23855.023855.02/3855.04.0/85.12030.04.0(:/85.12075.01075.010004852100)485.01,1485.01000/485,/1021.2,/1023.842345532223333323325SddqqmsmqqKddqsKqqqmmqmmXXXmmmmqsmKEwweEee洗涤时间（过滤终了式的过滤速度②洗涤时间：每批过滤时间即过滤终了时，基准）以一只滤叶的单侧面为①叶滤机过滤滤饼滤液（由物料横算得：滤饼对应的滤液量为设滤饼空隙率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K=8.23×10-5m2/s,不计滤布阻力，所得滤液与滤饼体积之比为12.85m3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。DWFWFFJKqqKqJKqKq最大生产率原则：洗涤：解：过滤：2)/()2//(/222hmsmGmmqqKJqD/3442.0/1056.9)60202/(4.022869.0/2869.06020)1.021()]1023.8/([/)21(335max23522代入数据：即mmmmmm3.220223.085.12/2869.085.123.222869.0)3855.0/3033滤液算出：滤饼对应的或由每（每批过滤最大滤饼厚度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∵q2＋30q=300τ∴qe=15m3/m2K=300m2/min恒速过程q12＋qeq1=(K/2)τ1∴q1=20.9m3/m2恒压过程(q2－q12)＋2qe(q－q1)=K(τ－τ1)∴q=60.7m3/m2②dqdKqqEe2198().m3/(m2·min)dqddqdWE02607198613....min10）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：23333/161.0)81.081.02/(211.0/211.085.12025.081.081.0,85.121mmAVqmVmm则得滤液量滤饼刚充满滤框时，滤饼对应滤液量过滤终了时：②洗涤时间：sFF6.3231023.81021.2161.02)161.0(332smVGGsddVVmVsmddVddVsmAddqddVmsmqqKddqDWF:255)1028.8/(0211.0)//(0211.081.02161.01.0/1028.84/1031.3)(41)(/1031.381.021052.2)()()/(1052.2)00221.0161.0(21023.8)(2)/(34253235434242345③生产率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：①V2=KA2τKprms210μ、r0、Φ是滤饼结构参数，为常量∴Kpms1其中A与τ不变∴Vpms21∴VVppmms2210721624..V221624251015.m6∴V3186.m3②V2=KA2τ其中K、A不变∴V2∴VV22VV25121768.m3③dVdK