食工原理课后习题答案第3-6章
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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