食工原理课后习题答案第3-6章

习题解21第三章3-1试求粒度为50m的某谷物的粉粒在20℃和100℃的常压空气中的沉降速度。并分析其计算结果。已知该谷物的密度p=1480kg/m3。解：（1）=1.81×10-5Pa.s=1.205kg/m3ut=(50×10-6)2×(1480-1.205)×9.81/(18×1.81×10-5)=0.111m/sRet=0.111×50×10-6×1.205/(1.81×10-5)=0.371（2）=2.19×10-5Pa.s=0.946kg/m3ut=(50×10-6)2×(1480-0.946)×9.81/(18×2.19×10-5)=0.092m/sRet=0.092×50×10-6×0.946/(2.19×10-5)=0.19913-2密度为1850kg/m3的微粒，在20℃的水中按斯托克斯定律沉降，问直径相差一倍的微粒，其沉降速度相差多少？解：ut’/ut=(d’/d)2ut’=4ut3-3已测得密度为1100kg/m3的某球形豆制品颗粒在15℃水中的沉降速度为2.8mm/s，求此豆制品颗粒的直径。解：m1043.281.9)10001100(0028.000115.018)(184ptgudRet=2.43×10-4×0.0028×1000/0.00115=0.5913-4用落球粘度计测定20℃时密度为1400kg/m3的糖蜜的粘度。该粘度计由一光滑钢球和玻璃筒组成，如附图所示。试验测得密度为7900kg/m3，直径为0.2mm的钢球在盛有此糖蜜的玻璃筒中的沉降速度为10.2mm/s，问此糖蜜的粘度为多少？解：=d2(p-)g/18ut=(2×10-4)2×(7900-1400)×9.81/(18×10.2×10-3)=0.0139Pa.sRet=2×10-4×10.2×10-3×1400/0.0139=0.205513-5一矩形降尘室，长10m，宽5m，其中有20块隔板，隔板间的距离为0.1m，用以分离含尘气体中的微粒，微粒的密度是2500kg/m3，微粒中最小粒径为10m，气体的粘度为0.0218cP，密度为1.1kg/m3。试求：（1）最小微粒的沉降速度；（2）若需将最小微粒沉降下来，气体的最大流速不能超过多少m/s？（3）此降尘室能够处理的气体量为多少m3/h？解：（1）utmin=(10×10-6)2×(2500-1.1)×9.81/(18×0.0218×10-3)=6.247×10-3m/sRet=6.247×10-3×10×10-6×1.1/(0.0218×10-3)=0.003151（2）tt=0.1/utmin=16su=10/16=0.6247m/s（3）qvh=utminBLn=6.247×10-3×10×5×21×3600=23614m3/h3-6拟用长4m、宽2m的降尘室净化3000m3/h的常压空气，气温为25℃，空气中含有密度2000kg/m3的尘粒，欲要求净化后的空气中所含尘粒小于10m，试确定降尘室内需设多少块隔板？解：ut=(10×10-6)2×(2000-1.185)×9.81/(18×1.835×10-5)=5.94×10-3m/sqv1=5.94×10-3×4×2×3600=128m3/h3000/128=23.4即应有24层，需23层隔板。3-7有一旋风分离器分离气流中的颗粒，在正常操作时，其进口气速为20m/s，由于突然事故，使处理气体量减少40%，问此旋风分离器能够分离出的最小颗粒将有何变化？习题解22解：qv’=0.6qvuT’=uTqv’/qv=0.6ut=0.6×20=12m/sTscπ9uNBddc’/dc=(uT/uT’)1/2=(1/0.6)1/2=1.293-8使用（B=D/4、A=D/2）标准型旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，粉尘密度为2290kg/m3，旋风分离器的直径D=650mm。在旋风分离器入口处，空气的温度为200℃，流量为3800m3/h（200℃）时，求此设备能分离粉尘的临界直径dc（取N=5）。解：uT=3800×8/(3600×0.652)=20m/sm1027.7202290514.3465.0106.29π965TscuNBd3-9在100℃的热空气中含砂粒之粒度分布（质量分率）为：粒径范围，m10以下10~2020~3030~4040以上质量分率，%1010202040已知砂粒的密度为2200kg/m3，若此含尘气流在一降尘室中分离，其分离效率为60%；在另一旋风分离器中分离，其分离效率可达90%，现将流量降低50%，问新的情况下两种分离器的分离效率各为若干？设砂粒的沉降均符合斯托克斯定律。解：对降尘室，原临界粒径为30m。qv=utBLqv’=qv/2ut’=ut/2dc’/dc=(ut’/ut)1/2dc’=dc/21/2=2.12×10-5m分离效率增为80%对旋风分离器，原临界粒径为10m。dc’/dc=(ut/ut’)1/2dc’=dc×21/2=14.1×10-5m分离效率90%3-10某圆柱形吸附剂的尺寸为直径4mm，高8mm。试分别求该吸附剂的等体积直径、等表面积当量直径、等比表面积当量直径以及球形度。解：Vp=0.785×0.0042×0.008=1.005×10-7m3de=(6Vp/)1/3=5.77×10-3mAp=0.785×0.0042×2+3.14×0.004×0.008=1.256×10-4m2dA=(Ap/)1/2=6.32×10-3mda=6Vp/Ap=6×1.005×10-7/(1.256×10-4)=4.8×10-3ma=6/de=1040m2/m3ap=1.256×10-3/(1.005×10-7)=1250m2/m3jA=1040/1250=0.833-11某喷雾干燥制品的筛分数据如下表所示。颗粒试样总量为0.5kg，设颗粒为球形，试求该混合颗粒的分布函数曲线，频率函数曲线以及以等比表面积计的平均粒径。序号12345678910筛孔尺寸/mm0.40.3150.250.180.1540.1250.090.0710.0560.045筛留量/kg0.0010.0040.0100.0710.1350.1430.1160.0180.0020.000解：附表序号（I）筛分数据（II）计算值筛孔尺寸mm筛留量kgdp,i-1-dp,Idpmi/mmwi/％Fifi/mmwi/dpmi10.40.010.21.00020.3150.0040.0850.35750.80.9980.02240.0028630.250.010.0650.282520.990.07080.0056540.180.0710.070.21514.20.970.66050.030550.1540.1350.0260.167270.8281.61680.0450960.1250.1430.0290.139528.60.5582.05020.040070.090.1160.0350.107523.20.2722.15810.0249480.0710.0180.0190.08053.60.040.44720.0029090.0560.0020.0150.06350.40.0040.06300.000254100.00000.0560.0280000以等比表面积计的平均粒径：dpm=0.141mmS=7.089S=0.1521习题解233-12一固定床吸附器，床层由比表面积a=1250m2/m3的圆柱形吸附剂组成，床层的高度为1.5m，空隙率为0.42。当温度为150℃及压强为0.02MPa（表压）时，在每平方米吸附层的截面上每小时通过1800m3（标准状况）的混合气体，试计算通过吸附层的流体压降。已知150℃及0.12MPa（绝压）时该混合气体的密度为0.8kg/m3，粘度为2.5×10-5Pa.s。解：m/s647.03.1213.10127315027336001800u]647.08.042.0)42.01(125029.0647.0105.242.0)42.01(125017.4[5.1])1(29.0)1(17.4[23532223322uauaLp=2143Pa3-13用活性炭固定床脱除某溶液的色度，溶液温度为20℃，密度为830kg/m3，粘度为1.3×10-3Pa.s。使用的活性炭平均粒径为0.85mm，床层直径为0.3m，填充高度为0.6m，空隙率为0.43。当活性炭层上方在大气压下保持1.0m液层高度，而床层下方集液容器内抽真空减压至40kPa（真空度）时，问该溶液的处理量有多大？解：床层上方压强9810Pa（表），床层下方压强-40000Pa（表）p=9810+40000=49810Paa=6/d=7959m2/m323332283043.0)43.01(705929.0103.143.0)43.01(705917.46.049810uu83016.7=1.104×106u+1.218×107u2u2+0.0906u-0.006816=0u=0.0489m/sqv=0.785×0.32×0.0489=3.455×10-3m3/s3-14恒压下过滤某含渣的果汁，由实验已测得过滤中截留的浆渣滤饼的压缩指数为0.55。现已知在0.2MPa的压差下，过滤1h后可得3m3的清果汁。问在其它条件相同下，若过滤1h后要得到5m3的清果汁需采用多大的过滤压差？设介质阻力忽略不计。解：V2=2kA2p1-stV’2=2kA2p’1-st(V’/V)2=(p’/p)1-s=(5/3)2(p’/p)=(5/3)2/(1-0.55)=9.68p’=9.68p=9.68×0.2=1.94MPa3-15某厂用压滤机恒压过滤某种胶状悬浮液，1m2过滤面积过滤15分钟后得滤液1.2m3，继续过滤至1小时，共得滤液4m3，此时滤框已充满，即停止过滤。试依据上述测试数据确定其恒压过滤方程。如果过滤前在滤布面上涂一层助滤剂（其厚度可略而不计），则滤布阻力可降至原来的1/3，问涂上助滤剂后滤框充满所需时间为多少？解：1.22+2×1.2×qe=15K42+2×4×qe=60KK=1.12m2/minqe=6.4m3/m2过滤方程为q2+12.8q=1.12t铺助滤剂后qe’=qe/3=6.4/3m3/m242+2×4×6.4/3=1.12tt=29.5min3-16今有一实验装置，以0.3MPa的恒压过滤某水悬浮液，测得过滤常数K=5×10-5m2/s，qe=0.01m3/m2。又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08m3/m3。现拟在生产中采用BMY50—810/25型板框压滤机来过滤同样的料液，过滤压强和所用滤布也与实验时相同（此板框压滤机的B代表板框式，M代表明流，Y代表采用液压压紧装置，这一型号的滤机滤框空间的长与宽均为810m，框的厚度为25mm，共20个框）。试计算：（1）过滤至框内全部充满滤渣时所需过滤时间；（2）过滤后以相当滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）洗涤后卸渣、重装等操作共需15min，求压滤机的生产能力，以每小时平均可得多少m3滤饼计。解：（1）A=0.812×2×20=26.24m2V饼=0.812×0.025×20=0.328m3V=0.328/0.08=4.1m3q=V/A=4.1/26.24=0.156m3/m2q2+2×0.01×q=5×10-5tt=(0.1562+0.02×0.156)/(5×10-5)=549s（2）tw=0.1V×8(V+Ve)/KA2=0.1×8×q×(q+qe)/K=0.1×8×0.156×(0.156+0.01)/(5×10-5)=414s习题解24（3）Q饼=0.328×3600/(549+414+900)=0.634m3/h3