食工原理课后习题答案第3-6章

第三章

3-1 试求粒度为50m 的某谷物的粉粒在20℃和100℃的常压空气中的沉降速度。并分析其计算结果。已知该谷物的密度p =1480kg/m 3。

解：（1）=1.81×10-5Pa .s =1.205kg/m 3

u t =(50×10-6)2×(1480-1.205)×9.81/(18×1.81×10-5)=0.111m/s

Re t =0.111×50×10-6×1.205/(1.81×10-5)=0.37<1

（2）=2.19×10-5Pa .s =0.946kg/m 3

u t =(50×10-6)2×(1480-0.946)×9.81/(18×2.19×10-5)=0.092m/s

Re t =0.092×50×10-6×0.946/(2.19×10-5)=0.199<1

3-2 密度为1850 kg/m 3的微粒，在20℃的水中按斯托克斯定律沉降，问直径相差一倍的微粒，其沉

降速度相差多少？

解： u t ’/u t =(d ’/d )2 u t ’=4u t

3-3 已测得密度为1100kg/m 3的某球形豆制品颗粒在15℃水中的沉降速度为2.8mm/s ，求此豆制品颗

粒的直径。

解： m 1043.281.9)10001100(0028.000115.018)(184p t -⨯=⨯-⨯⨯=-=g u d ρρμ

Re t =2.43×10-4×0.0028×1000/0.00115=0.59<1

3-4 用落球粘度计测定20℃时密度为1400kg/m 3的糖蜜的粘度。该粘度计由一光滑钢球和玻璃筒组

成，如附图所示。试验测得密度为7900 kg/m 3，直径为0.2mm 的钢球在盛有此糖蜜的玻璃筒中的沉

降速度为10.2mm/s ，问此糖蜜的粘度为多少？

解： =d 2(p -)g /18u t =(2×10-4)2×(7900-1400)×9.81/(18×10.2×10-3)=0.0139Pa .s

Re t =2×10-4×10.2×10-3×1400/0.0139=0.2055<1

3-5 一矩形降尘室，长10m ，宽5m ，其中有20块隔板，隔板间的距离为0.1m ，用以分离含尘气体

中的微粒，微粒的密度是2500kg/m 3，微粒中最小粒径为10m ，气体的粘度为0.0218cP ，密度为

1.1kg/m 3。试求：（1）最小微粒的沉降速度；（2）若需将最小微粒沉降下来，气体的最大流速不能

超过多少m/s ？（3）此降尘室能够处理的气体量为多少m 3/h ？

解：（1）u tmin =(10×10-6)2×(2500-1.1)×9.81/(18×0.0218×10-3)=6.247×10-3m/s

Re t =6.247×10-3×10×10-6×1.1/(0.0218×10-3)=0.00315<1

（2）t t =0.1/u tmin =16s u =10/16=0.6247m/s

（3）q v h =u tmin BLn =6.247×10-3×10×5×21×3600=23614m 3/h

3-6 拟用长4m 、宽2m 的降尘室净化3000m 3/h 的常压空气，气温为25℃，空气中含有密度2000kg/m

3的尘粒，欲要求净化后的空气中所含尘粒小于10m ，试确定降尘室内需设多少块隔板？

解：u t =(10×10-6)2×(2000-1.185)×9.81/(18×1.835×10-5)=5.94×10-3m/s

q v 1=5.94×10-3×4×2×3600=128m 3/h

3000/128=23.4 即应有24层，需23层隔板。

3-7 有一旋风分离器分离气流中的颗粒，在正常操作时，其进口气速为20m/s ，由于突然事故，使

处理气体量减少40%，问此旋风分离器能够分离出的最小颗粒将有何变化？

解： q v ’=0.6q v u T ’=u T q v ’/q v =0.6u t =0.6×20=12m/s

T

s c π9u N B d ρμ= d c ’/d c =(u T /u T ’)1/2=(1/0.6)1/2=1.29

3-8 使用（B =D /4、A =D /2）标准型旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，粉尘密度为

2290kg/m 3，旋风分离器的直径D =650mm 。在旋风分离器入口处，空气的温度为200℃，流量为3800m 3/h

（200℃）时，求此设备能分离粉尘的临界直径d c （取N =5）。

解： u T =3800×8/(3600×0.652)=20m/s

m 1027.720

2290514.3465.0106.29π965T s c --⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==u N B d ρμ

3-9 在100℃的热空气中含砂粒之粒度分布（质量分率）为：

粒径范围，m 10以下 10~20 20~30 30~40 40以上 质量分率，% 10 10 20 20 40

已知砂粒的密度为2200kg/m 3，若此含尘气流在一降尘室中分离，其分离效率为60%；在另一旋风分

离器中分离，其分离效率可达90%，现将流量降低50%，问新的情况下两种分离器的分离效率各为若干？设砂粒的沉降均符合斯托克斯定律。

解： 对降尘室，原临界粒径为30m 。

q v =u t BL q v ’=q v /2 u t ’=u t /2 d c ’/d c =(u t ’/u t )1/2 d c ’=d c /21/2=2.12×10-5m 分离效率增为80%

对旋风分离器，原临界粒径为10m 。

d c ’/d c =(u t /u t ’)1/2 d c ’=d c ×21/2=14.1×10-5m 分离效率<90%

3-10 某圆柱形吸附剂的尺寸为直径4mm ，高8mm 。试分别求该吸附剂的等体积直径、等表面积当量直径、等比表面积当量直径以及球形度。

解： V p =0.785×0.0042×0.008=1.005×10-7m 3 d e =(6V p /)1/3=5.77×10-3m

A p =0.785×0.0042×2+3.14×0.004×0.008=1.256×10-4m 2

d A =(A p /)1/2=6.32×10-3m

d a =6V p /A p =6×1.005×10-7/(1.256×10-4)=4.8×10-3m

a =6/d e =1040m 2/m 3 a p =1.256×10-3/(1.005×10-7)=1250m 2/m 3

j A =1040/1250=0.83

3-11 某喷雾干燥制品的筛分数据如下表所示。颗粒试样总量为0.5kg ，设颗粒为球形，试求该混合颗粒的分布函数曲线，频率函数曲线以及以等比表面积计的平均粒径。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

筛孔尺寸/mm 0.4 0.315 0.25 0.18 0.154 0.125 0.09 0.071 0.056

<0.045

筛留量/kg 0.001 0.004 0.010 0.071 0.135 0.143 0.116 0.018 0.002

0.000

解： 附表

序号 （I ）筛分数据 （II ）计算值

筛孔尺寸mm 筛留量kg d p,i -1-d p,I

d pm i /mm w i /％ F i f i /mm w i /d pm i

1 0.4 0.01 0.

2 1.000

2 0.315 0.004 0.085 0.3575 0.8 0.998 0.0224 0.00286

3 0.25 0.01 0.065 0.2825 2 0.99 0.0708 0.00565

4 0.18 0.071 0.07 0.21

5 14.2 0.97 0.6605 0.0305 5 0.154 0.135 0.02

6 0.16

7 27 0.82

8 1.6168 0.0450

9 6 0.125 0.143 0.029 0.1395 28.6 0.558 2.0502 0.0400