南工大化工原理第三章習(xí)題解答

1、第三章習(xí)題1) 有兩種固體顆粒，一種是邊長為 a的正立方體，另一種是正圓柱體，其高度為h,圓柱直徑為d。試分別寫出其等體積當(dāng)量直徑 r .和形狀系數(shù)"的計 算式。（解|：礙=護二de y =a開打（6/方 /. U串=2=b® 淪（6）v3飾S詁h： % =2）d%殖® 2）#%（1 陽護）屮=S=2（刃O/+7T 必 2h + d2) 某內(nèi)徑為0.10m的圓筒形容器堆積著某固體顆粒，顆粒是高度h=5mm,直徑d=3mm的正圓柱，床層高度為0.80m,床層空隙率、若以1atm, 25C的空氣以0.25'空速通過床層，試估算氣體壓降。解圓柱體：=2)滬切粒肖

2、二(1涮*)4(2*+3)< y =/(2 + ) = 3 x 3x 5/(2 x 5 + 3) = 3空氣(W25°C):p = 1.185tg/w3二 1.335x10 s按歐根公式計算壓降： 也巴=耳15葉馬二或今+1/75天遼總 空】“亦引(101835xl0-5x0.2511-0.52 1.135x0 25a.=0 80 150x -x + 1.75x x0.523(3.46X1Q-3)30.523346xl03=Yll.lPa3) 擬用分子篩固體床吸附氯氣中微量水份?，F(xiàn)以常壓下20C空氣測定床層水力特性，得兩組數(shù)據(jù)如下：空塔氣速 o.2床層壓降14.28mmH2O0

3、.693.94mmH2O試估計25C、絕對壓強1.35atm的氯氣以空塔氣速0.40小通過此床層的壓降（含微量水份氯氣的物性按純氯氣計）氯氣M -解常壓下， f / I ,：- - I .歐根公式可化簡為p（4月為床層結(jié)構(gòu)參量，為常量° ）試驗條件:14.28 = j4x0.018x0.20 + 5xl.20x0 23©93.94-j4x0.018x0.60 + £x 1.20 X0.62聯(lián)立式，解得：A =1601 B = 177 4氯氣:AP = 1601x0.014x0.40 + 177 4x1.88x0.43 = 62.3湘隅O3）令水通過固體顆粒消毒劑固

4、定床進行滅菌消毒。固體顆粒的篩析數(shù)據(jù)是：0.50.7mm, 12%; 0.71.0mm, 25.0%; 1.01.3, 45%; 1.31.6mm, 10.0%;1.62.0mm, 8.0% （以上百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。顆粒密度為1875».、。固定床高350mm,截面積為314mm2。床層中固體顆粒的總量為 92.8g。以20T清水以0.040 L空速通過床層，測得壓降為677mmH2O,試估算顆粒的解；f = 1 - (92.8/1.875) /(35 x 3.14) = 0,550體積均按沏?計算)10.120.250.450.100.08,仆件=+ + &&

5、 - l.OOwwdm0.60.851 151 451.8腕2。水；口二1岀可設(shè)采埔康尼方程* = 5.0x()2 x上工一*厶嘰 Eap 677x9 81 = 5 0x(-屮X0.001x0.0400.350.0010.553t= 0 68羈40.68x0 OOlxlO3 x0.04枚核& = 汁嚴(yán)-= 10 07 > 2'6(1 巧# 6x(1-0 55)x0X01適用歐根公式;退= 15* 丁疔地+1,7%11><也 Le(dnyP 心貯nn 677x9.81 (1-0.55?xQ.001xQ.04 一斗 1- 0 55 103 x0.04:HP= 15

6、0x £+ l,75x十 x0.350.553(xQ,001)20553 xQ.OOl經(jīng)試差,解得：與=0.851 校核& =倔 12001苗沁04 = 126<400'6(1 町玄 6x(10.55)x0.001.計算有效4）以單只濾框的板框壓濾機對某物料的水懸浮液進行過濾分離，濾框的尺寸為 0.20X 0.20X 0.025m。已知懸浮液中每 m3水帶有45 kg固體，固體密度為1820。當(dāng)過濾得到20升濾液，測得濾餅總厚度為24.3m m,試估算濾餅的含水率，以質(zhì)量分率表示。蒯雌餅空隙率如做物料衡算得專置需篇鳥需;現(xiàn)解伶F二 0.479濾餅含朮率0.479

7、x10000.479x1000 + (1-0 479)x18206）某粘土礦物加水打漿除砂石后，需過濾脫除水份。在具有兩只濾框的壓濾機 中做恒壓過濾實驗，總過濾面積為0.080m2，壓差為3.0atm，測得過濾時間與濾液量數(shù)據(jù)如下：過濾時間，分：1.20 2.705.237.2510.8714.88濾液量，升：0.701.38 2.252.693.644.38試計算過濾常量K，以/ 為單位，并計算I ,以為單位?？刹捎糜慎灰恍?務(wù)= =JU積分式'":導(dǎo)出的*，求K與I o解為便于直接使用題給數(shù)據(jù)：改用日卩二"(A吆)+氓 儉4叱)式計算。以/代替琮兀以點替7衛(wèi)代替

8、2冬/(才站,用最小二乘法計算。組別XiYi(血-環(huán)創(chuàng)-另10.701.7143.2651.44221.381.9571.2700.62532.252.3240.0660i0.048342.692.6950.03350.033553.642.9861.2840.53764.383.3973.5081.658X15.0415.0739.4274.344X = XJk = 15.04/6 = 2.507 匸二 15.073/6 = 2.512工(掐 10(” y4 344-b 二 !=二-一-= 0.461ay-bX 252-0.461X 2.507-1.356乞(紜-X)9.427.f；=a/2

9、& = 1.356/(2x0.461) = 1.47 l = AlxifqtVJA 147xl0-3/0.080 = 0.0184.2K= 1/(6 jla) = 1/(0.461 x0.080a) = 333.9/a /(mh - «*) = 5.65xfs7) 欲過濾分離某固體物料與水構(gòu)成的懸浮液，經(jīng)小試知，在某恒壓差條件下過濾常量d - -，濾布阻力 亠用 f 每im3濾餅中含485 kg水，固相密度為2100，懸浮液中固體的質(zhì)量分率為0.075?，F(xiàn)擬采用葉濾機恒壓差過濾此料漿，使用的濾布、壓差和料漿溫度均與小試時的 相同。每只濾葉一個側(cè)面的過濾面積為0.4m2，每次過

10、濾到濾餅厚度達30mm便停止過濾，問：每批過濾的時間為多少？若濾餅需以清水洗滌，每批洗滌水用量為每批濾液量的1/10，洗滌壓差及洗滌水溫均與過濾時的相同，問：洗滌時間是多少？ 解已知:尤=呂2敦10腫7呂風(fēng)二濾餅空隙率485/1000= 0.485設(shè)1滬濾餅對應(yīng)的濾液量為浙化由物料橫算得;(1-0 485)x2100 _ 0.075485 + 1000_ 1-0.075X 二 12.85m3®液濾餅 葉濾機過濾:（以一只濾葉的單側(cè)面為基準(zhǔn)）過濾終了時,q = 0.4x0.030x12.85/04 = 0J855w3/wVffa+2j = -T BP0.3855a +2xOJ855x2

11、.21 xW3 = 8.23x 10t每批過濾時間1826s = 30.4min 洗捺時間：過濾終了式的過濾速度帝廠跖冷8.23x102(0.3855 + 0.00221)洗櫬時間 =0.1x0.38551.06x10-*363,7= 6.06 min8）某懸浮液用葉濾機過濾，已知洗滌液量是濾液量的0.1倍（體積比），一只濾葉側(cè)面積為0.4m2，經(jīng)過小試測得過濾常數(shù) 匸=8.23 xiO-5nVs ,不計濾布阻力， 所得濾液與濾餅體積之比為12.85 m3濾液/m3濾餅，按最大生產(chǎn)率原則生產(chǎn)，整 理、裝拆時間為20分鐘,求每只濾葉的最大生產(chǎn)率及每批過濾的最大濾餅厚度。解；過濾；二疋“ -疋 洗

12、滌：弋g麗虧酎畑 最大生產(chǎn)率原則：©+而二島 即屛(1 + 2刀/疋二匚代入數(shù)據(jù)q2/(8.23xxlO_J)x(1+2x0.1)= 20x60:. =02869m3/waa:.J = 0.2869x 2x0 4/(2x 20x 60) = 9.56x 1 O'5w3 /£： = 0.3442m3 fh每批過濾最大濾餅厚度（5 =（30/0.3855） x 0.2869 = 22.3 或由每滬濾餅對應(yīng)的12,8% '濾液算出:（5 = 0 2869/12.85 = 0.0223 = 22 3懈朋9) 有一葉濾機，在恒壓下過濾某種水懸浮液時，得到如下過濾方 程

13、：J V，其中，一二。在實際操作中，先在 5分鐘內(nèi)作恒壓過濾，此時過濾壓差升至上述試驗壓強， 然后維持恒壓過濾，全部 過濾時間為20分鐘，試求：每一循環(huán)中每m2過濾面積所得濾液量？過濾后再用相當(dāng)于濾液總量的水進行洗滌，洗滌時間為多少？2解： q + 30q = 300 t322qe=15 m /mK=300 m /min恒速過程qi2+ qeqi=(K/2) t 13,2/ qi=20.9 m /m22恒壓過程(q qi) + 2qe(q qi)=K( tt i)32 q=60.7 m /m= 198m/(m 2 min)3Z皿1.98minIO)用某板框壓濾機恒壓過濾，濾框尺寸為 8I0X

14、8I0X 25mm。經(jīng)過小試測得過 濾常數(shù):上，顯川一，操作時的濾布，壓差及溫 度與小試時相同。濾餅剛充滿濾框時停止過濾，求：每批過濾時間？若以清丄水洗滌濾餅，洗滌水用量為濾液的 .：，洗滌壓差及水溫與過濾時相同，求過濾 時間？若整理、裝卸時間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？解每批過濾時間：1窈濾餅對應(yīng)濾液量12 85/,濾餅剛充滿濾框時，得濾液量 r= 0.81x0.81x0.025x12.85 = 0.21 W則 = ,4=0.211/(2x081x0.81)=0.161/(0 161)3+2x0 161X2.21XW3 =823x10_3tf：.tf = 323.6s洗滌時間：過濾終了時

15、:(dqfciT)xj4 = 2.52xl0-4 x2xO.Sl28.23x10-J2(0.161 + 0 00221)= 252xlQ-4m3/(j ma)= 3.31xl03/()w 二 A(= 3.31x10/4 = 8.28xl0_5w3/ff4 dr人二 01x0.161x2乂 0.81:二 0.021Wa q = i(didv)w = 0 0211/(3.28xl0-J) = 255s 生產(chǎn)率G:0 161x2xOSl2323.6+ 255+25x 60= L02x10*4/m3/s11）板框壓濾機在1.5at（表）下恒壓過濾某種懸浮液1.6小時后得濾液25m3, J 不計，如表壓

16、加倍，濾餅壓縮指數(shù)為 0.3，則過濾1.6小時后得多少濾液？ 設(shè)其它情況不變，將過濾時間縮短一半，可得多少濾液？若在原表壓下進行過 濾1.6小時后，用3m3的水來洗滌，求所需洗滌時間？解：V2=KA2 t卩、ro、是濾餅結(jié)構(gòu)參數(shù)，為常量其中A與T不變十卅 丁二nf2 2t , t 、 V=KAt 其中K、A不變理）_ K£-<ii. _ J=箱”2吆T% f rrr >kF =153612）用某板框過濾機進行過濾,便開始恒壓過濾，已知過濾常數(shù)8V采用先恒速后恒壓過濾，恒速1分鐘達恒壓壓差疋二 8一23冥0口縫，傳= 2.21"（Tf/，濾餅剛充滿濾框時停止過濾，

17、求：過濾時間？若用清水洗滌濾餅，水量為濾液量的1/10，洗滌壓差、溫度均與恒壓過濾時相同，求洗滌時間？如裝卸、 整理時間為25分鐘，求每只濾框的生產(chǎn)率？解過濾時間：階段.襯+朋二的2用即打 +気 x 0.00221 = （8.23x10 / 2）x60筍二 0.0436/ /恒壓階段=（護-打）+藥心-的）二疋（1- G即:（0 1613 -0.04863）+ 2x0.00221x（0.161-0.0436）= 8.23xW-r- 60）t= 352s則過濾時間tf = 60 + 352 = <412& 洗滌時間：與第10題解法相同，tv = 255s0 161x2x08?412

18、 + 255 + 25x60=9.75x10-5mj/s 生產(chǎn)率G:13）某板框過濾機有8個濾框，濾框尺寸810X 810X 25mm。漿料為13.9% （質(zhì) 量）的懸浮液，濾餅含水40% （質(zhì)量），固體顆粒密度2100迂'。操作在20C 恒壓條件下進行，mV，譏丄二工川才，求：該板框過 濾機每次過濾（濾餅充滿濾框）所需時間？若濾框厚度變?yōu)?15m m，問濾餅充 滿濾框所需時間？若濾框數(shù)目加倍，濾餅充滿濾框時所需時間？解：設(shè)濾餅空隙率為 &，設(shè)有1Kg濾餅，則含水0.4kge = 臥=0.5830.40.61000 + 2WO設(shè)1ni濾餅得xm濾液,對1ni濾餅作物料衡算：(1

19、-e) P, 0.139I-，- I '-'.i' - x=4.84 m 3濾液 / 濾餅2 6 2過濾面積 A=2X 8X 810 X 10- =10.498 m23V餅=8X 0.81 X 0.025=0.131 m 濾餅 V= V 餅 x =0.634 m 3濾液q恰牆沁04m/m22q + 2qqe=KT0.0604 2+ 2X 0.0604 X 2.21 X 10 t =217.5 s濾框厚度減小為15mm設(shè)為S / 從上解可知，V餅x S即V* S-3=1.8 X 10-5 t也即qx Sqf = q£ = 0.0604x- = 0.0362825

20、mw T / = 81.7 s框數(shù)加倍，也即A = 2Aq=V/A故q不變，也即14）欲過濾料漿濃度為，經(jīng)小試所得濾餅空隙率為0.485,固ii = 2V 餅T不變相密度1820,在某恒壓差條件下測得過濾常數(shù)':上，“"二川,現(xiàn)用回轉(zhuǎn)真空過濾機進行過濾,1。由試驗知，長為0.98m,但 ,轉(zhuǎn)速 0.2r.p.m。料漿濃度、溫度及濾布均與小試相同，唯過濾壓差為小試時的該物系濾餅壓縮指數(shù)為0.36,回轉(zhuǎn)真空過濾機鼓直徑為1.75m, 真正過濾面積為5m2 （考慮濾布固定裝置）。浸沒角度為 120° 設(shè)濾布阻力可略，試求：此過濾機的濾液生產(chǎn)能力及濾餅厚度？若轉(zhuǎn)速為0.3r

21、.p.m,可略，其它操作條件不變，求生產(chǎn)能力濾餅厚度。解：'1 s-1Kf=Ka t4= 339x10m/s二八 |:." m/s已知£ ,對im濾餅作物料衡算，設(shè)對應(yīng)濾液x m3x=11.08 m 3濾液/m3濾餅_=8108二 7 二q, = 0.0582m/m25 = =4.53Xmm 1."G'G 二n/= 9,70x1Qx<0.2/m/s?m/m2qF =Qf15）試進行光滑固體圓球顆粒的幾種沉降問題計算： 球徑3mm、密度為2600迂顆粒在20C清水中的自由沉降速度 測得密度2600迂打的顆粒在20C清水中的自由沉降速度為12.6

22、：沙,計 算顆粒球徑。測得球徑為0.5mm、密度2670也川：顆粒在二:仝液體中的自由沉降速度為0.016二-；，計算液體的粘度。12.6 xlOa = 9.81 x dj (2600 -1000) /(18 x 0.001):.= 1.20xl0-4wsJ =120x10 xl2,6xW3xlO6 =1 512 <2 即原i殳正確，計算有奴。設(shè)沉降屬于阿倫區(qū)：wf = 0,27 x g嚴(yán)即:解020°C?K, /7 = 1000/w = kFv 如込嚴(yán)嚴(yán)=09.81(2600-1000)x1000 = “* 0.00?屬于牛頓區(qū)0述0泳竺叱空上型嚴(yán)860孕.=3912屬于阿倫

23、氐 即假設(shè)正確，計算有效。V=£BP391.2=QOQ05X0 52XS60 孕#A；A = 5.72x10 s= 174(9,81x0.003(2600-1000)1000=C.337m/s設(shè)沉降屬于斯托克斯氐 官町（幾-Q）16）試進行形狀系數(shù) 廠川的固體顆粒的沉降問題計算： 等體積當(dāng)量直徑-；»,密度為2600迂顆粒在20C清水中的自由沉降速度。 測得密度為2600迂川'顆粒在20C清水中的自由沉降速度為0.0廠，計算顆粒的等體積當(dāng)量直徑解口嘉4畧£(耳-口)心/)=4 x 9.81 x (0.003)3 (2600 -1000) x 1000/(3

24、x 0.0012) = 5.65xlOJ查得念=4000 003 xlQ3 ""oooiGg 二皚(r - q)“/(3q如；)= 4x9 81(2600-1000) x0 001/(3x10003 x0 013) 查得鬲=1.85p *=f BP185 =仇 x 0,01x120.001.df =1 85xlQ-417）以長3m、寬2m的重力除塵室除煙道氣所含的塵粒。煙氣常壓， 250C，處 理量為4300二,。已知塵粒密度為2250迂，顆粒形狀系數(shù)T，煙氣的丿與"可按空氣計。設(shè)顆粒自由沉降。試計算： 可全部除去的最小粒徑的 r.能除去40%的顆粒的。解 v43

25、00/3600 =x3x2 .-. ut = 0.99?n!s常氐 250° 0$0.674/.= 2.74 xlO_JP(is= 4x9 81(2250 - 0.674)x 2.74xlO'5 /(3x0.6742 x 0 1993)= 225查得© = 0眇則：0.193x0 6740.39 =.:必二 297x10,2 74x10*設(shè)除去40 %的顆粒為幾,其沉降速度為百0隙去100 %的顆粒沉降謹(jǐn)度為)、 并令停留時間為鞋則：進=40 二噸 = 0.40x0 199= 0 0796/w/s皿1°。書100_£_ = 22 5(-)3 =

26、225x( A)3 =3515嘉 04或 f/ = 4x9.81 x (2250- 0 674) x2.74 x 1/(3x0.6742 x0.07963)= 3518查得冷= 0.105 =x0.0796x0,674274x10d樹5,.36xlO_i?M18）倉庫有內(nèi)徑丄 ：的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器多臺，擬用以煙氣除塵。煙氣常 壓，300C,需處理量為4300 丁,。已知塵粒密度為2250呢"屮。煙氣的與八 可按空氣計。由于壓降限制，只允許旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作，不允許串聯(lián)操作，問: 共需幾臺旋風(fēng)分離器？能除去 40%的顆粒粒徑是多少？進口風(fēng)速 20 L7。解分離器進風(fēng)口面積必二，怡利二2

27、0加£每臺分離器處理氣量=囂廠刪=肚廠D / 2 = 20 xO 42 / 8 = 0一4/ /s 需分離器臺數(shù)=4300/（0.4x3600） = 2 9% 治 二02?何仏（Q廠p）嚴(yán)430000=199Ws13x0.4a/8常壓門卅玄氣p二06陽眇申=2.97xW5pa s: % = 0.27- 'D 嚴(yán)塢(A - Q)_ 0 27r2.97x10x0 41/219.91x(2250-0615)= 440x10"憂查圖知” 0=40%時，/0 = 0 82故能除去40%顆粒的粒徑是0.8250 = 0.82x440x10 = 3.61 x IO-6 w19）流

28、體通過圓直、等徑管內(nèi)的阻力與管長.、管內(nèi)徑=、管壁絕對粗糙度-、 流體流速及流體的粘度與密度 小八有關(guān)。試用因次分析法求出有關(guān)的數(shù)據(jù)解物理量數(shù)為7,基本因次為：£胚,共三個，故準(zhǔn)數(shù)共4個。取乩城Q為"初始變量：則各準(zhǔn)數(shù)為：迢=產(chǎn)一嚴(yán)閃兀=滬上H /* 陌的求?。ㄓ忠虼魏椭C原則求取）. 丁 1 口旳門Q嚴(yán)即厶=L T1門M疋嚴(yán)£: 1=咼 +” - 3zlT ： 0 二一丹M: 0 = jj-為=I” = a 習(xí)=o- i id 眄的求?。憾?£ = /%嚴(yán)S嚴(yán)即厶二嚴(yán)匚嚴(yán)嚴(yán)M羅嚴(yán)二同理可得；兀j=e73 聽的求?。貉径瑖?yán)2嚴(yán)即M 戶 r1 = 

29、3;£ - rxYM. L 嚴(yán)M A = z3=T 二一乃Z : 1 =花 + 乃 3 = 1憶3 = 1*開3 = f£t(d u Q)i般取& - d u ply, 迢的求?。?旳Fd嚴(yán)町"嚴(yán)即LVa = r+?z-3fM: 0 二習(xí)書:亠2 =-兒Z ： 2 二兀4 +4 -3z+-'-4 = 0J電=2、可=0迅書心) 準(zhǔn)數(shù)一般為：“J m芒皿門心20) 某粉磨車間空氣的粉塵濃度較高，擬用兩臺相同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器串 聯(lián)操作除塵?？諝獬?，溫度為 20C，粉塵的顆粒密度2250迂。擬處理量 為600=，?？諝庵蟹蹓m的粒度分布如下：粒徑仏

30、:'<33661010161630>30質(zhì)量分率%3121834258欲使15出T的塵粒除去效率達99.75%，試確定每臺分離器的內(nèi)徑，計算總的收 塵效率。解査圖短 尬=09皿禺廠4丄因要求15微米顆粒加=0.95:.= 15/4.1 = 3.66|tt)K常壓,20°氣 p= 1.205*8/ = 181x10 5vrfi0 =0.27(1.81xl0£»/(即 3 66X10"6 =0.27(181xl0-5Z)/(1500-1.205)m/.= 0.0152又 V = uiBH =w3/8600/3600 = (0/0.0152

31、)/8D 二 0 273他 - 17.94w/s兩概分離器串聯(lián)操作的粒徑效率"1-(1-曲總除塵分率粒徑（微米）<33-66-1010-1616-30>30平均粒徑（微 米）1.54.58132330D/d 500.4101.232.193.556.288.200.1450.530.800.910.991.000.2690.7790.960.9920.9991.00質(zhì)量分率Xi0.030.120.180.340.250.080.008070.09350.1730.3370.2500.08021）試 計算某氣、固系流化床的起始流化速度與帶出速度。 已知固體顆粒 平均粒徑為150衣，顆粒密度為2100”，起始流化床層的空隙率為0.46,流化氣體為常壓、35C的空氣。最小顆粒了粒徑為 98匸。解儒壓3"腔氣：pH1.147jtg/«3lzz=1.89xlOJFa ff按乍井一李伐唯計算蟄:“8.024x10-3豊：護：夢=8.024xlO-3【I 147