化工原理第3章 课后习题参考答案

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1、第三章非均相物系的分离和固体流态化3.在底面积为40m²的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m³/h，固体的密度ρs=3600kg/m³，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m³，粘度为3.4×10-5Pa•s。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。需根据沉降速度求。1）沉降速度可根据生产能力计算ut=Vs/A=(3600/3600)/40=0.025m/s（注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。沉降速度

2、的计算公式与沉降雷诺数有关。（参考教材P148）。假设气体流处在滞流区则可以按ut=d2（ρs-ρ）g/18μ进行计算∴dmin2=18μ/（ρs-ρ）g·ut可以得到dmin=0.175×10-4m=17.53）核算Ret=dminutρ/μ<1，符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径d=0.175×10-4m=17.5μm5.含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m³，气体流量为1000m³/h，粘度为3.6×10-5Pa•s密度为0.674kg/m³，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器

3、进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne=5，ξ=8.0B=D/4，h=D/2(1)临界直径根据dc=[9μB/(πNeρsui)]1/2计算颗粒的临界直径其中：μ=3.6×10-5Pa•s；B=D/4=0.1m；Ne=5；ρs=2300kg/m³；将以上各参数代入，可得dc=[9μB/(πNeρsui)]1/2=[9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)]1/2=8.04×10-

4、6m=8.04μm（2）分割粒径根据d50=0.27[μD/ut（ρs-ρ）]1/2计算颗粒的分割粒径∴d50=0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2=0.00573×10-3m=5.73μm（3）压强降根据△P=ξ·ρui2/2计算压强降∴△P=8.0×0.674×13.8892/2=520Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5

5、min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P=500mmHg，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2+2VVe=KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。⑴虚拟滤液体积Ve由过滤方程式V2+2VVe=KA2θ过滤5min得滤液1

6、L（1×10-3）2+2×10-3Ve=KA2×5①过滤10min得滤液1.6L（1.6×10-3）2+2×1.6×10-3Ve=KA2×10②由①②式可以得到虚拟滤液体积Ve=0.7×10-3KA2=0.396⑵过滤15分钟假设过滤15分钟得滤液V'V'2+2V'Ve=KA2θ'V'2+2×0.7×10-3V'=5×0.396V'=2.073×10-3∴再过滤5min得滤液△V=2.073×10-3-1.6×10-3=0.473×10-3m3=0.473L8.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的

7、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0.093m2，试求：（1）过滤压强差为103.0kPa时的过滤常数K,qe及θe(2)滤饼的压缩指数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。过滤压强差（kpa）过滤时间θ（s）滤液体积V（m3）103.0502.27×10-36609.10×10-3343.417.12.27×10-32339.10×10-3解：⑴过滤常数K,qe及θe根据q2+2qqe=Kθ，和q=V/A，1）当△P=103.

8、0kpa时，带入表中的数据（2.27×10-3/0.093）2+2qe×(2.27×10-3/0.093)=50K①（9.1×10-3/0.093）2+2qe×（9.1×10-3/0.093）=660K②由①②两式可得qe=3.91×10-3m3/m2，K=1.57×10-5m2/s∵qe2=Kθe∴θe=qe2/K=0.929s2）同理，当△P=343.4kpa时，带入表中的数据，有：（2.27×10-3/0.093）2+2qe×(2.27×10-3/0.093)=17.1K（9