第三章习题解答

《食品工程原理》习题解答1第三章习题解答1．用落球法测定某液体的黏度（落球黏度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm的钢球在此液体内沉降200mm所需的时间为7.32s,已知钢球的密度为7900kg/m3，液体的密度为1300kg/m3。试计算液体的黏度。解：小球的沉降速度：设在斯托克斯区沉降，则由斯托克斯定律：校核：算出颗粒雷诺数：属斯托克斯沉降。上述计算有效。∴该液体的黏度为5.31Pa.s2．密度为1850kg/m3的固体颗粒，在50℃和20℃水中，按斯托克斯定律作自由沉降时，求：①它们沉降速度的比值是多少？②若微粒直径增加一倍在同温度水中作自由沉降时，此时沉降速度的比值又为多少？解：①由附录查得有关温度下水的性质：20℃时，密度ρ20＝998kg/m3，黏度μ20＝1.005×10-3Pa·s50℃时，密度ρ50＝988kg/m3，黏度μ50＝0.549×10-3Pa·s85.110005.118)9981850(10549.018)9881850(18)(18)(3232202025050s22050gdgdgdgduustt②此时，d´=2d，ρs，ρ，μ均相同；据2()18stdρgu可得：《食品工程原理》习题解答2418)(18)()2(s2s2/gdgduutt3．拟采用底面积为14m2的降沉室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。操作条件下气体的密度为0.75kg/m3，黏度为2.6×10-5Pa·s；固体的密度为3000kg/m3；要求生产能力为2.0m3/s，求理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径dmin。解：①在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度tu为：②假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求dmin。校核沉降流型：故原假设正确，求出的dmin有效。4．用一多层降尘室以收集去玉米淀粉干燥尾气中的细玉米淀粉(简称细粉)。细粉最小粒径为8μm，密度为1500kg/m3。降尘室内长4.1m，宽1.8m，高4.2m，气体温度为150℃，黏度为3.4×10-5Pa·s，密度为0.5kg/m3，若每小时的尾气量为2160m3。试求降尘室内的隔板间距及层数。解：①操作条件下炉气处理量为：②假设沉降在滞流区，可求出ut《食品工程原理》习题解答3而气体水平通过速度：③层数n④隔板间距h由可得：⑤核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区在滞流区气体流动的Re为：在滞流区。故降尘室计算合理，结果有效。5．采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为2.0m3，直径D为0.4m，适宜的进口气速为20m/s。干燥尾气的密度为0.75kg/m3，黏度为2.6×10-5Pa·s（操作条件下的），固相密度为3000kg/m3，求：①需要几个旋风分离器并联操作；②临界粒径dc；③分割直径d50；④压强降Δp。解：对于标准型旋风分离器，h=D/2，b=D/4，Ne=5，ξ=8①并联旋风分离器数n：单台旋风分离器的生产能力为：《食品工程原理》习题解答4(Vs)单=hbui=(D/2)(D/4)ui＝(0.42/8)×20=0.40m3/sn=Vs/(Vs)单=2.0/0.40=5②求临界粒径dcb=D/4=0.4/4=0.1m，Ne=5，代入下式：③分割直径d50④压强降Δp6．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1250Pa，已知气体密度为1.0kg/m3，试选择合适的型号。解：题中已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由其生产能力表中来选。题中热空气的允许压强降为1250Pa，需要进行校正。''1.21.212501500Pa1.0pp从教材附录19中查出5号扩散式旋风分离器（直径为D=525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000m3/h现在要达到10000m3/h的生产能力，可采用两台并联。（也可采取其他的同样合理的选择）7．在恒定压差下用尺寸为635mm×635mm×25mm的一个滤框（过滤面积为0.806m2）对某悬浮液进行过滤。已测出过滤常数K=4×10-6m2/s，滤饼体积与滤液体积之比为0.1，设介质阻力可忽略，求：①当滤框充满滤饼时可得多少滤液？②所需过滤时间τ。解：①求滤液量V《食品工程原理》习题解答5滤饼体积：30.6350.6350.02510.0101mSV题给1.0滤液体积：30.0101/0.101m0.1sVV②求过滤时间t当介质阻力可略时，22VKAt22262(0.101)3925.7s1.09h410(0.806)VtKA8．用板框压滤机在9.81×104Pa恒压差下过滤某种水悬浮液。要求每小时处理料浆8m3。已测得1m3滤液可得滤饼0.1m3，过滤方程式为：242510VVAt（t单位为s）求：①过滤面积A。②恒压过滤常数K、qe、te。解：①过滤面积A由题给：1.03/(1)8/(10.1)7.273mFVV代入题给过滤方程：22428.117.603600105273.7)273.7(AA解出：A=5.782m3②求过滤常数K、qe、te把题给过滤方程与恒压过滤方程222eVVVKAt相比较，可得K=5×10-4m3/s；2Ve=1m3；故Ve=0.5m3qe=Ve/A=320.50.0865m/m5.782224(0.0865)/15s510eetqK9．某板框式压滤机，在表压为2×101.33×103Pa下以恒压操作方式过滤某悬浮液，2小时后得滤液10m3；过滤介质阻力可忽略，求：①若操作时间缩短为1小时，其他情况不变，可得多少滤液？②若表压加倍，滤饼不可压缩，2小时可得多少滤液？《食品工程原理》习题解答6解：①介质阻力可略时，有22KAV的恒压过滤方程式，题给t1＝2h，t2＝1h，其他情况不变，悬浮液不变，p不变，则有：2211VKAt，2222VKAt，K、A不变，故有：232222121111107.07m2VttVVVtt②因p改变，恒压过滤方程为：222VKAtp而221112VKAtp222222VKAtp12ttK、A不变可得：23322221231114101.33104101014.1m2101.33102VppVVVpp10．某板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差△p=151.99kPa下以恒压操作过滤一种悬浮液，2小时后得滤液4m3，介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：①若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？②若在原压差下过滤2小时后用0.5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？解：原工况下的过滤常数K为：（介质阻力可略）222222(4.0)/()5.5610m/s(0.2)23600KVAt①过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量：2223K(A)5.5610(20.2)236008.0mVt②求洗涤时间wtd()d对于板框压滤机，2d()d8()weVKAtVV因介质阻力可略，故Ve=0，题给Vw=0.5m3代入后可得：220.571942s2h5.5610(0.2)84.0wt71942s≈2h《食品工程原理》习题解答711．用板框式压滤机在2.95×105Pa的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为BMS20/635-25，共26个框。现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m2/s，qe=0.023m3/m2，且1m3滤液可得滤饼0.020m3求：①滤饼充满滤框所需的过滤时间。②若洗涤时间为0.793h，每批操作的辅助时间为15min，则过滤机的生产能力为多少？解：①过滤时间t过滤面积为：222(0.635)2620.98mA滤饼体积为：23(0.635)0.025260.262msV滤液体积为：30.262/0.02013.10msVVv而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2过滤时间2242(0.624)20.6240.0233700s1.1310eqqqtK②生产能力Q操作周期t=t+τw+τD=3700+0.793×3600+15×60=7455sQ23600360013.106.33m/h7455Vt12．现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机（转鼓直径为1.75m，长度0.98m，过滤面积5m2，浸没角120o）在66.7kPa真空度下过滤某种悬浮液。已知过滤常数K=5.15×10-6m2/s，每获得1m3滤液可得0.66m3滤饼，过滤介质阻力忽略，滤饼不可压缩，转鼓转速为1r/min求过滤机的生产能力及转筒表面的滤饼厚度。解：①生产能力Q转筒过滤面积33.141.750.985.39mAD转筒浸没度31360120介质阻力可忽略时，可用下式计算Q：《食品工程原理》习题解答8Q6214654655.395.151013.28m/h3AKn②求滤饼厚度L转筒每转一周获得的滤液量为：33.280.05467m6060QV30.054670.660.03608msVVv厚度30.036086.6910m6.7mm5.39sVLA13．拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r为1.33×10101/m2，滤饼体积与滤液体积之比v为0.333m3/m3，滤液的黏度μ为1.0×10-3Pa.s；且过滤介质阻力可略，求：①每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间t。②若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液。解：①求t由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q=1.5m3/m2题给滤饼为不可压缩，则s=0，r=r`=常数，代入已知量则：131323102229.811024.4310m/s1.0101.33100.333SSppKkpμrνμrν当过滤介质可略时，q2=Kt，则有2231.5508s4.4310qtK②过滤时间加倍时，增加的滤液量'225081016stt3324.431010162.12m/mqkt增加的滤液量为：322.121.50.62m/mqq即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。14．拟用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。已选定分离器直径D=0.4m，固相密度为3000kg/m3，气相密度为0.674kg/m3，黏度为3.8×10-5Pa·s；操作条件下的气体量为1200m3/h，对于标准型旋风分离器h=D/2，《食品工程原理》习题解答9b=D/4，Ne取5，ξ=8，且简化假设取μT=μi。求：①离心分离因数Kc。②临界粒径dc。③分割粒径d50。④压强降Δp。解：①求Kc2220.40.02m2488DDDhb1200/360016.67m/s0.02siVuhb22(16.67)141.60.29.81TcuKRg②求dc5693.8100.4/46.610m6.6μm5300016.67ceiqbdNusρ③求d5056503.8100.40.270.274.7110m4.71μm()(30000.674)16.67iDdusρ④求Δp22(16.67)0.6748749.2Pa22iup15．已知某板框压滤机过滤某种滤浆的恒压过滤方程式为：240.04510qqt(t单位为s）求：①过滤常数K，eq及te。②若要在30min内得到5m3滤液（滤饼正好充满滤框），则需框内