化工原理-第二版答案
化工原理 - 第二版答案
3
第三章 机械分离和固体流态化
2. 密度为 2650 kg/m 3
的球形石英颗粒在 20℃空气中自由沉降，计算服从
斯托克 斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式 的最小颗粒直径。
解： 20o
C 时， 空气 1.205kg / m 3
, 1.81 10 5
Pa s 对应牛顿公式， K 的下限为 69.1 ， 斯脱克斯区 K 的上限为 2.62 那么，斯托克斯区：
( s )g
2
d
max 2.62
57.4 m
1.205 (2650 1.205) 9.81 d min
(1.81 10 5)2
69.1
1513 m
1.205 (2650 1.205) 9.81
(1.81 10
5)
2
3.在底面积为40 m2的除尘室内回收气
体中的球形固体颗粒。气体的处理量为
3600 m3/h ，固体的密度3000kg /
m3，操
作条件下气体的密度 1.06kg / m3，黏度
为2×10-5 P a·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ，
则 ut V
s
3600
0.025m / s
t bl 400 3600 假设沉降在滞流
区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
3
假设合理。求得的最小粒径有效
d
min
18 2 10 5
0.025 17.5um (3000 1.06) 9.81
R
et
18 u t ( s )g
核算沉降流型：
d
min u
t
17.5 10 6
0.025 1.06
0.023 1
2 10
5
0.023 1
6
4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘
4.2 m ， 气 体 温 度 为 427℃ ，
黏 度 为 3.4 ×10-5
Pa ·s ，密度为
0.5 kg/m 3
。若 每小时的炉气量为
2160 标准 m 3
，试确定 降尘室内隔板
的间距及层数。 解：由气体的状态方程 PV nRT
' T
'
得V
s '
T V
s ，则气体的流量为：
V s
' 427 273 2160
1.54m 3 /s s
273 3600
V s 1.54
u t b V H
s
0.2034m / s
假设沉降发生在滞流区，用斯托克
斯公式求最小粒径。
核算沉降流型：
矿尘最小粒径为 m
，密度为 4000
kg/m 3
。 除尘室长 4.1 m 、宽 1. m 、
d
min
18 ut ( s )g
18 3.4 10 5
0.208
(4000 0.5) 9.81 57.02 m
6
假设合理。求得的最小粒径有效
R
et
min
0.174 1
3.4 10
由以上的计算可知。粒径为 颗粒沉降必定发生在滞流区。
用斯托克斯公式求沉降速度
u t d 2(1
s 8
)g (8 10 6)2
(4000 0.5) 9.81 4.1 103m/s
4.1 10 3 50.9取为 51 层数
n b V lu s
t 1.8 4.1
层。
板间距 h H /(n 1) 4.2/(51 1) 80.8mm 核算气体在多层降尘室中的流型。 u V s /(bl) 1.54 /(1.8 4.1) 0.208m / s 当量直径 (对降尘室 ) d e
4bh / 2(b h)
4 1.8
0.081
0.154m
e
2 (1.8 0.081)
R e d e u / 0.154 0.208 0.5 /(3.4 10 5
) 471.06 气
体在降尘室中的流动为层流流 动。设计合理。
m 的 18 3.4 10 5
1.54
5. 已知含尘气体中尘粒的密度为 2300
kg/m 3, 气体流量为 1000 m 3
/h 、黏度
为 3.6 ×10-5
P a ·s 、密度为 0.674
kg/m 3
， 采用如图 3-7 所示的标准型
旋风分离器 进行除尘。若分离器圆筒直径为 0.4 m ， 试估算其临界粒径、 分割粒径及压强降。 解：对标准型旋风分离器， 已知 D =0.4m ， B =D /4=0.1m ，h =D /2=0.2m 。
气体流速为
1000
u i V s / A 1000/(3600 B h)
13.89m/ s
i s
3600 0.1 0.2
临界粒径
9 3.6 10 5 0.1 8.04 m
d
c
9B N
e
s u
i
D u i ( s ) 压强降 p u i 2
p
u 2
i
所以， 径 d 50 5.73
d 50 0.27
0.27
3.6 10 0.4
5.73 m
13.89 (2300 0.674)
0.674 (13.89)2
520Pa
2
临界粒径 d c 8.04 m ，分割粒 ，压强降 520Pa 。 8.0
3.14 5 2300 13.89
7. 在实验室用一片过滤面积为 0.1 m
的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行 过滤实验，滤叶内部真空度为 500 mmH 。g
过滤 5 min 得滤液 1 L, 又过滤 5 min 得 滤液 0.6 L 。若再过滤 5min, 可再得滤液 多少? 解：由过滤基本方程：
2
q 2
2qq e K ，代入数据有：
1 2 1 ( 1
3 )2
2( 1
3)q e
0.1 103 0.1 103
V qA 20.73 0.1 2.073L
解
q e 7 10 5m 3
/m 2
,K 8 10 7
m 2
/s (
1.6 )2 2( 1.6
)q ( 3 ) 2( 3 )q e
0.1 103 0.1 103
K 10 60 当 15min 时，
2 5 7
q 2 2 7 10 5q 8 10 7
15 60 解得 q 0.02073m 3
/m 2
20.73L / m 2
，
K 5 60
V 2.073 1.6 0.473L
8. 以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验, 测得数据列于本题附表中。
已知过滤面积为0.093 m2，试求：(1) 过滤压强差为103.0 kPa 时的过滤常数K、q e；(2) 滤饼的压缩性指数
s；(3) 若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为196.2kPa 时的过滤方程式。
习题8 附表
解：(1) 103.0kPa 下，
3 3 2
q1 2.27 10 3/ 0.093 0.0244m3/m2，
q2 9.10 10 3/ 0.093 0.0978m3/m2
0.02442 2 0.0244q e K 50 K 1.572 10 5m2 /s 0.09782 2 0.0978q e K 660 q e 3.91 10 3 m3 /m2
e
q e 2
(3.91 10 3)5
2
0.973s
e K 1.572 10 5
同理可以求出 343.4kPa 下的过滤常数
K' 4.36 10 m 2
/s,q e ' 3.09
03 3 2
m /m , 0.219s
(2) 由K
2k p
1 s
得
K' ( p p
')1
4.36 10 5
5
1.572 10 5
(343.4)1 s
( 103 ) 0.1526
(3)
R
m
rL e r ' p s
vq e 常数
所以
q e 1/ p
s
以 103kPa 下的数值为基准， 得到
K '' 1.572 10
5
(12.0.05)1 0.1526 2.714 10 5
m 2 /s
q e ''
3.91 3 2.0 1 0.1526 3 3 2 10 ( ) 3.544
10 m /m 1.05 q e ''
2
K ''
32 (32..574144 110035
)2 0.463s
于是得到 1962.kPa 下的过滤方程式为
(q 3.544 10 2)2
2.74 10 5
( 0.463)
x03b02100 降尘室的生产能力由 定。 A. B.
C. D. x03a02079 板框压滤机中，最终
的滤液流率是 洗涤液流率的
μ=μw ) A. 一倍 C. 四倍 t03a02001
一球形石英颗粒，在空气中按斯托 克斯定律沉降，若空气温度由 20℃升至 50℃，则其沉降速度将 x03a02094
降尘室的生产能力
A 只与沉降面积 A 和颗粒沉降速度 u T 有 关
B 与 A ， u T 及降尘室高度 H 有关
C 只与沉降面积 A 有关
D 只与 u T 和 H 有关 x03a02072
降尘室的高度和长度 降尘室的高度
降尘室的底面积 降尘室的体积
。（Δ p E =Δ p w ， 一半 四分之一 B.
D.
叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为____ 。
A １／２
B １／４
C １／３
D １
已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/ A , V e为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为V e 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力）, 在恒压过滤时测得Δτ/
Δq=3740q+200 ，则过滤常数K=
___, q e= __________ ___ 。