第二章非均相物系分离习题解答

1第二章非均相物系分离1、试计算直径为30μm的球形石英颗粒（其密度为2650kg/m3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。解：已知d=30μm、ρs=2650kg/m3（1）20℃水μ=1.01×10-3Pa·sρ=998kg/m3设沉降在滞流区，根据式（2-15）m/s1002.81001.11881.9)9982650()1030(18)(43262gdust校核流型)2~10(1038.21001.19981002.8103042346ttduRe假设成立，ut=8.02×10-4m/s为所求（2）20℃常压空气μ=1.81×10-5Pa·sρ=1.21kg/m3设沉降在滞流区m/s1018.71081.11881.9)21.12650()1030(18)(25262gdust校核流型：)2~10(144.01081.121.11018.710304526ttduRe假设成立，ut=7.18×10-2m/s为所求。2、密度为2150kg/m3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？解：已知ρs=2150kg/m3查20℃空气μ=1.81×10-5Pa.sρ=1.21kg/m3当2ttduRe时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理218)(23tsdugd所以2μm3.77m1073.721.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532532gds3、直径为10μm的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R＝0.05m处的切向速度为12m/s，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知d=10μm、R=0.05m、ui=12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g改为ui/R即cm/s62.2m/s0262.005.0121001.118)9982650(1018)(231022Ruduisr校核流型)2~10(259.01001.19980262.010435rtduReur=0.0262m/s为所求。所以29481.905.01222RguKic4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？（1）要完全分离的最小粒径由60μm降至30μm；（2）空气温度由10℃升至200℃；（3）增加水平隔板数目，使沉降面积由10m2增至30m2。解：根据18)(2gdusctc及VS=blutc（1）41)6030()(22'''cctctcssdduuVV（2）查10℃空气μ=1.76×10-5Pa·s200℃空气μ‘=2.60×10-5Pa·s677.01060.21076.155'''tctcssuuVV（3）0.31030)()(''blblVVss35、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3。气体流量为1000m3/h、黏度为3.6×10－5Pa.s、密度为0.674kg/m3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm，试估算其临界粒径及气体压强降。解：已知ρs=2300kg/m3、Vh=1000m3/h、μ=3.6×10-5Pa.s、ρ=0.674kg/m3、D=400mm=0.4m，根据标准旋风分离器h=D/2、B=D/4故该分离器进口截面积A=hB=D2/8所以m/s89.134.03600810002AVusi根据式（2-26）取标准旋风分离器N=5则μm8m108.089.132300514.34/4.0106.39π955iscuNBd根据式（2-30）取ξ=8.0Pa520289.13674.00.822ifup6、有一过滤面积为0.093m2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时，共得到2.27×10-3m3的滤液；过滤时间为100秒时。共得到3.35×10-3m3的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？解：已知A=0.093m2、t1=50s、V1=2.27×10-3m3、t2=100s、V2=3.35×10-3m3、t3=200s由于33111041.24093.01027.2AVq33221002.36093.01035.3AVq根据式（2-38a）2222112122KtqqqKtqqqeeKqKqee1001002.362)1002.36(501041.242)1041.24(323323联立解之：qe=4.14×10-3K=1.596×10-54因此5332310596.12001014.42qqq3=0.0525所以V3=q3A=0.0525×0.093=4.88×10-3m37、某生产过程每年须生产滤液3800m3，年工作时间5000h，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h，其中过滤时间为1.5h，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4×10-6m2/s；qe=2.5×10-2m3/m2。滤饼不洗涤，试求：（1）所需过滤面积，（2）今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？解：已知生产能力为3800m3滤液/年，年工作日5000h，T=2.5h，t=1.5h，K=4×10-6m2/s，qe=2.5×10-2m3/m2，（1）因为Q=3800/5000=0.76m3滤液/h由式（2-42）5.2360076.0VTV所以V=2.5×0.76=1.9m3由式（2-38a）AAAAKtAVqAVe2226222105.961.31016.236005.1104)9.1(105.22)9.1()(2)(解之A=14.7m2≈15m2(2)因为过滤机为8m2/台，所以需2台过滤机。8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72×10-5m2/s；qe=3.45×10-3m3/m2。每滤出1m3滤液的同时，生成0.148m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min，其生产能力为多少？解：滤框总容积V0=0.812×0.025×36=0.590m3过滤面积A=0.812×2×36=47.2m25s2831072.20845.01045.320845.02/mm0845.02.47148.0590.05322230KqqqtvAVAVqe生产总周期为T=283+2×283+15×60=1749s由vAVAV0得一个周期滤液量为30m99.3148.0590.0vVV所以生产能力为h/m21.8174999.3360036003滤液TVQ9、有一直径为1.75m，长0.9m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为126o，转速为1r/min，滤布阻力可以忽略，过滤常数K为5.15×10-6m2/s，求其生产能力。解：因为过滤面积A=πDL=3.14×1.75×0.9=4.95m2浸没度ψ=126°/360°=0.35由式（2-45a）h/m09.31015.535.016095.460606036滤液KnAQ10、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4m3。若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6m3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。解：已知Q1=4m3/h，n1=2r/min，Q2=6m3/h，Ve=0由式（2-45a）两边平方，得122160)60(KnAQ①222260)60(KnAQ②②/①212212QQnn所以r/min5.42)46(22n6由式（2-35）得111VALv222VALv而v1=v2又A不变，以1小时为计算基准，则Q1=V1Q2=V2故2211VLVL1111225.1)46()(LLLVVL