化工原理第三章第五章课后习题

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因二次蒸汽的真空度为51 kPa，故 需校正
f 0 . 0162 ( T ' 273 ) r'
2
'
0 . 016
( 81 . 2 273 ) 2304
2
0 . 87
' ＝0.87×40=34.8 ℃
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计算 ' ' 由于二次蒸汽流动的压降较少，故分离室压力可视为 冷凝器的压力。
解：（1）计算过滤面积加倍，可得滤液量 过滤面积 加倍时，由于恒压操作且过滤介质阻力可忽略不计， 可用式 2 2 V KA t 来计算。显然，A增加一倍，所得的滤液量也增加一 倍，即
V2 40 2 80 m
3
（2）计算表压加倍，可得滤液量 表压加倍时，恒压过 滤方程中恒压过滤常数K发生变化，由式
因此可得滤液量为
V 2 V1 0.5 40 0.5 28.3m
3
3-10．用板框压滤机进行恒压过滤某碳酸钙水悬浮液， 滤框的容渣体积为810×810×50 mm，有16个滤框。 已测得在制定条件下的过滤常数K=2×10-5 m2/s， qe=0.01 m3/m2；滤饼体积与滤液体积之比为0.12。 试求：
滤某固体粉末的水悬浮液。已知实验在20℃时进行，
此时水的粘度为0.001Pa· s，单位体积滤液所形成的滤
饼体积为υ=20 m3/m3，已通过小型试验测得滤饼的比 阻系数r’=1.1×109 /m，压缩指数s=0.3，过滤介质阻力 可忽略。过滤可视为40min的恒压过滤，要求得到总 滤液量为8m3，问操作压差应为多少？
Pav P '
av gh
2
50
1500 9 . 81 3 2
50 22 72
kPa
查附录得 72 kPa 下对应水的沸点为90.4 ℃
' ' 90 . 4 - 81.2 9.2 C

' ' ' ＝１ ℃
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传热面积A ①确定溶液沸点 计算 ' 已查知Pc=51kPa（真空度）下，冷凝器中二次蒸汽的饱和温 度T＇＝81.2℃ 查附录二十三常压下48.3% NaOH溶液的沸点近似为tA=140℃ ∴Δ常＇＝140-100=40 ℃
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由题目条件可写出在此操作条件写的恒压过滤方程，为
5
q 2 0 .0 1q 2 1 0
2
t
补充例题：
采用单效真空蒸发装置，连续蒸发NaOH水溶液。
已知进料量为2000kg/h，进料浓度为10%（质量百分
数），沸点进料，完成液浓度为48.3%（质量百分数），
其密度为1500kg/m3，加热蒸汽压强为0.3MPa（表压）， 冷凝器的真空度为51KPa，加热室管内液层高度为3m。 试求蒸发水量、加热蒸汽消耗量和蒸发器传热面积。 已知总传热系数为1500 W/(m2· K)，蒸发器的热损失为 加热蒸汽量的5%，当地大气压为101.3KPa。
由本书查附录 得： 当P=0.3 MPa(表)时，T=143.5 ℃，r=2137.0 kJ/kg 当Pc=51KPa(真空度)时，T＇＝81.2℃ r＇＝2304 kJ/kg 故
D 1586 2304 0 . 95 2137 1800
kg/h
D W

1800 1586
1 . 13
0 .0 0 5 1 0 .7 5
5
2 .6 1 0
0 .0 0 1 3 2 2
假设成立，粒径为9μm的颗粒在层流区沉降。
由式（3-19）得多层降尘室的层数应为
N
Vs BLut

2 1 4 0 .0 0 5 1
2 8 .0 1
现取28层，则隔板间距为
h H N 2 28 0 .0 7 1m
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解： 1）水份蒸发量W
x0 x1
W F (1
) 2000 (1
0 .1 0 . 483
) 158 . 6
kg/h
2）加热蒸汽消耗量
D Wr ' Q L r
D Wr ' 0 . 95 r
Q L 0 . 05 Dr
根据题意
解：假设粒径为9μm的颗粒在层流区沉降，则可得其沉降速度为
ut
d
2
s
Hale Waihona Puke Baidu
g
18

9 1 0 3 0 0 0 0 .7 5 9 .81
6 2
1 8 2 .6 1 0
5
0 .0 0 5 1m /s
校核流型
Ret
dut


9 10
6
3-8．有一板框压滤机，在表压1.5atm下以恒压操作方
式过滤某一种悬浮液。2h后得到滤液10 m3，过滤介质
阻力可忽略不计。试计算：（1）若其他情况不变，
而过滤面积加倍，可得滤液多少？（2）若表压加倍， 而滤饼是可压缩的，其压缩性指数 s=0.25，可得滤液 多少？（3）若其他情况不变，但将操作时间缩短一 半，所得滤液为多少？
核算气体在沉降室内的流动雷诺准数，若忽略隔板所占空间， 则气体流速为
u
de 4Bh 2B h
Vs HB


2 22
0 .5 m /s
0 .1 3 7 1m
4 2 0 .0 7 1 2 2 0 .0 7 1
3-7．现有一台具有10m3过滤面积的过滤机，用来过
（1）滤饼充满滤框所需的过滤时间；
（2）过滤完毕后用1/10滤液体积的清水洗涤滤饼所需 的洗涤时间（设洗涤的压力差和洗水粘度与过滤终了 时相同）； （3）若每批操作的辅助时间为25min，则生产能力是 多少？
解：（1）计算过滤时间t 过滤时间的计算可以一个滤 框为基准，也可用整个过滤机（16个滤框）的总过滤 面积来计算，但要注意过滤面积与滤液体积的对应。 此处以一个滤框为基准为例来说明。
第三章 作业题
3-4．拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。
降尘室底面积为14m2，宽和高均为2m。操作条件下气体的密 度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5 Pa· s，固体颗粒的密度为
3000 kg/m3，要求生产能力为2 m3/s，若已知设备在现有条件
下的临界粒径为47.7μm，试求，如欲使临界粒径减小为9μm， 在原降尘室内需设置几层隔板，隔板间距多少为宜。
2
3
因此可得滤液量为
V2 K 2 p2 V1 K1 p1
2 0 .7 5
2
0 .7 5
1 .6 8
（3）计算将操作时间缩短一半，所得滤液量 由式
V
2
KA t
2
可得
V2 t2 1 t1 2 V1
2

1586 2137 10
1500 17 . 3 3600
=36.3 m2
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K 2p
' 1 s
r
可得
K 2 p2 K 1 p1
1 s
p2 p1
1 0 .2 5
p2 p1
0 .7 5
则由式 可得
V
2
KA t
2
V2
V1 1 .6 8 4 0 1 .6 8 5 2 m
则溶液的沸点
t ' 81 . 2 34 . 8 9 . 2 1 126 . 2 C

②总传热系数
已知 K=1500 W/m2•K ③传热面积
A Q Ktm Dr K (T t 1 )
3

1586 2137 10
3
3600 1500 (143 . 5 126 . 2 )