3化工原理习题

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1、第三章　机械分离与固体流态化 【例3－1】落球粘度计。使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度为8010kg/m3、直径0.16mm的钢球置于密度为980kg/m3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm。测得小球的沉降速度为1.70mm/s，试验温度为20℃，试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径D之比d/D＜0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：式中u't为颗粒的实

2、际沉降速度；ut为斯托克斯定律区的计算值。＜0.1解：=1.73×10－3m/s按式3-12可得=0.0567Pa·s校核颗粒雷诺数＜2Ret上述计算有效。 【例3-2】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10m2，宽和高均为2m。操作条件下，气体的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10－5Pa·s；固体的密度为3000kg/m3；降尘室的生产能力为3m3/s。试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40μm的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为10μm的尘粒，

3、在原降尘室内需设置多少层水平隔板？解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径由式3-20可知，在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为m/s由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Ret和判断因子K都无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即＜2核算沉降流型Ret原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。2）40μm颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸颗粒在降尘室内的

4、停留时间均相同，故40μm颗粒的回收率也可用其沉降速度u't与69.1μm颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为回收率=u't/ut=(d'/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率为33.5%。3）需设置的水平隔板层数多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式3-20a计算。由上面计算可知，10μm颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即m/s所以，取47层隔板间距为m核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为＜2000m/s所以Re即气体在降尘室

5、的流动为滞流，设计合理。 【例3-3】某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1373Pa。已知气体密度为1.0kg/m3，试选择合适的型号。解：已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由表3-4中选出。表中所列压强降是当气体密度为1.2kg/m3时的数值。根据式3-29，在进口气速相同的条件下，气体通过旋风分离器的压强降与气体密度成正比。本题中热空气的允许压强降为1373Pa，则相当于气体密度为1.2kg/m3时的压强降应不超过如下数值

6、，即从表3-4中查得5号扩散式旋风分离器（直径为525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000kg/m3。现要达到10000m3/h的生产能力，可采用两台并联。当然，也可以作出其它的选择，即选用的型号与台数不同于上面的方案。所有这些方案在满足气体处理量及不超过允许压强降的条件下，效率高低和费用大小都不相同。合适的型号只能根据实际情况和经验确定。 【例3-4】拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其

7、空隙率为60%，水的粘度为1.0×10－３Pa·s，过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为0.333m3。试求：1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；2）若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：1）求过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为单位面积获得的滤液量q=1.5m3/m2过滤常数对于不可压缩滤饼，s=0，r'=r=常数，则已知Δp=9.81×103Pa，μ=1.0×10－3Pa·s，v=0.333m3/m2根据式3-37知，又已知滤饼的空隙率ε=0.6球

8、形颗粒的比表面m2/m3所以1/m2则m2/s所以s2）过滤时间加倍时增加的滤液量s则m3/m2m3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。例3-5附表1序号过滤时间θ，s过滤压强差Δp，Pa11003×10425009×104 【例3-5】在0.04m2的过滤面积上，以1×10－4m3/s的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验，测得的两组数据列于本题附表1中。今欲在框内尺寸为6