南工大化工原理第三章 习题解答
南工大化工原理第三章_习题解答
第三章习题1）有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度为h，圆柱直径为d。
试分别写出其等体积当量直径和形状系数的计算式。
2）某径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率、若以1atm，25℃的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。
[解] 圆柱体：3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。
现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速0.2，床层压降14.28mmH2O0.693.94mmH2O试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。
（含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气，[解]常压下，欧根公式可化简为3）令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。
固体颗粒的筛析数据是：0.5～0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%；1.6～2.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。
颗粒密度为1875。
固定床高350mm，截面积为314mm2。
床层中固体颗粒的总量为92.8g。
以20℃清水以0.040空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数值。
4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为0.20×0.20×0.025m。
已知悬浮液中每m3水带有45㎏固体，固体密度为1820。
当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。
6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。
在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下：过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88滤液量，升：0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38试计算过滤常量K，以为单位，并计算，以为单位。
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及标准答案()
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案()————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅ 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--= ()()pw p a w pap w ad d ρρμρρμ-=-查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得(.)..(.).35250012051004109612500998218110pw pad d ---⨯⨯==-⨯⨯【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
化工原理答案-第三章习题答案-150
第三章习题解答3-1 某圆柱形固定床填充的催化剂直径为p d ，高为h ，试求等体积的当量直径及球形度。
解：h d d e 2p 346ππ=，32p 23h d d e = ()p 312p p 2322218)24(23d h h d h d d h d P P +=⋅⋅+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππφ3-2 求20mm×20mm×25mm 的长方体颗粒的体积当量直径，表面积当量直径，比表面积当量直径及形状系数。
解：体积当量直径：mm V d ev 7.262520206633=⨯⨯⨯==ππ表面积当量直径：mm Sd es 8.282)252020202020(=⨯⨯+⨯+⨯==ππ比表面积当量直径：mm S V a d ea 1.232)252020202020(252020666=⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯=== 形状系数：86.08.287.26222222=====es ev es ev P s d d d d S S ππφ 3-3 由边长皆为2mm 的立方体，直径和高度均为2mm 的圆柱体及直径为3mm 的球体各10kg 组成的均匀颗粒床层，床层直径为0.2m ，高度为 1 m 。
已知颗粒的密度皆为1900kg/m 3，求床层的空隙率和颗粒的平均比表面积。
解： 床层体积：3220314.012.044m h d V b =⨯⨯==ππ颗粒体积：30158.01900310m V P =⨯= 床层空隙率：497.00314.00158.00314.0=-=-=bpb V V V ε 颗粒的平均比表面积：3球柱立a a a a ++=-13000002.0002.0002.06002.0002.0-=⨯⨯⨯⨯=m a 立 1223000002.0)002.0(4002.02)002.0(4-=⨯⨯⋅+⨯⨯=m a πππ柱 1322000003.066003.0003.0-==⨯⨯=m a ππ球 11 2.67676232000300030003---==++=++=mm m a a a a 球柱立 3-4 某形状近似球形的微小固体颗粒，其沉降运动处于斯托克斯定理区，试计算（1）该颗粒在20℃与200℃的常压空气中的沉降速度之比为多少？（2）该颗粒在20℃与50℃的水中的沉降速度之比为多少？[（1）1.44，（2）0.55]解：（1）20℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-51081.1μ，200℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-5'106.2μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，ρρ>>p ，故()()()()44.11081.1106.2181855''''22'=⨯⨯=--=--=--μρρμρρμρρμρρs s s s t t g d gd u u （2）20℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3101μ，50℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3'1055.0μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，并考虑到液体的密度随温度变化很小，故()()()()55.01011055.0181833'''''22'=⨯⨯=≈--=--=--μμμρρμρρμρρμρρs s p p p p t t g d g d u u 无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度的变化而影响沉降速度。
化工原理 第三章 非均相分离试题及答案
化工原理考试题及答案第三章非均相分离姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。
***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。
***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。
球形粒子的球形度为_________ 。
***答案*** 小 15.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
***答案*** 重离心沉积6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。
滞流沉降时，其阻力系数=____________.***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。
***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。
8.（3分）气体的净制按操作原理可分为________________________________________________________.旋风分离器属_________________ 。
化工原理：(含答案)第三章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。
过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。
不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
03化工原理第三章习题答案
3-1、试求直径μm 70，密度为3m 650kg 2−⋅的球形石英粒子，在C 200水中及在C 200空气中的沉降速度。
（答：13s m 1079.6−−⋅×，11s m 1097.3−−⋅×）解：⑴在C 20°水中的沉降速度先假定此沉降属层流区，可按斯托克斯定律求t u ，查表得C 20°水的3m kg 2.998−⋅=ρ，s Pa 10004.13⋅×=−µ，()()()133262s m 1079.610004.1188.92.9982650107018−−−−⋅×=×××−××=−=µρρg d u s t 复核：147.010004.12.9981079.61070Re 336<=×××××==−−−µρt t du 与假定相符；⑵在C 20°空气中的沉降速度先假定此沉降属层流区，按按斯托克斯定律求t u ，查表得C 20°空气的3m kg 205.1−⋅=ρ，s Pa 1081.15⋅×=−µ，()()()15262s m 39.01081.1188.9205.12650107018−−−⋅=×××−××=−=µρρg d u s t 复核：182.11081.1205.139.01070Re 56>=××××==−−µρt t du 与假定不符，再设该沉降属于过渡区，按艾伦定律求t u ，()6.0Re 27.0t s t g d u ρρρ−=()()6.0682.1205.18.9205.12650107027.0×−×=−1111097.3s m 397.0−−−⋅×=⋅=s m 复核：864.11081.1205.1397.01070Re 56=××××==−−µρt t du 属于过渡区，与假定相符。
(完整版)新版化工原理习题答案(03)第三章非均相混合物分离及固体流态化-题解
第三章 非均相混合物分离及固体流态化1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：2s t ()18d u ρρμ-= 查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15⋅⨯=-μ，所以，()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.018523s 2t =⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρg d u 核算流型：3t 51.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。
（2）采用摩擦数群法()()s 123t 523434 1.81102650 1.2059.81431.93 1.2050.1g Re u μρρξρ---=⨯⨯-⨯==⨯⨯ 依6.0=φ，9.431Re 1=-ξ，查出：t e t 0.3u d Re ρμ==，所以： 55e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm 1.2050.1d --⨯⨯==⨯=⨯ （3）假设为滞流沉降，得：2s t()18d g u ρρμ-= 其中 s m 02049.0s m 32.715.0t ===θh u将已知数据代入上式得：()s Pa 757.6s Pa 02049.01881.91600790000635.02⋅=⋅⨯⨯-=μ 核算流型t 0.006350.020*******.0308116.757du Re ρμ⨯⨯===< 2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m ，宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m 3。
化工原理 第三章 非均相分离试题及答案
化工原理考试题及答案第三章非均相分离姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。
***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。
***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。
球形粒子的球形度为_________ 。
***答案*** 小 15.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
***答案*** 重离心沉积6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。
滞流沉降时，其阻力系数=____________.***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。
***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。
8.（3分）气体的净制按操作原理可分为________________________________________________________.旋风分离器属_________________ 。
化工原理分章试题与解答第三章
第三章一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。
(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u <热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u <2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。
答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。
3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。
（增大、减小、不变）答：减小、减小、增大，减小。
ρξρρ3)(4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加，p nRTV =，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。
最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s tg u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。
4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2，1η 2η。
答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；1）0. 5；2）0.707；3）1s p -∆∝1)/(1τ，可得上述结果。
化工原理分章试题与解答第三章
第三章一、填空题1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。
(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u <热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u <2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。
答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。
3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。
（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。
ρξρρ3)(4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加，p nRTV =，所以气体的体积流量减小，气体的停留时间A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。
最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。
4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2，1η 2η。
答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；1）0. 5；2）0.707；3）1s p -∆∝1)/(1τ，可得上述结果。
化工原理期末考试第三章练习题及答案
第三章 非均相物系分离一、填空1．描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为 球形度 ， 当量直径 。
2．固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有 重力 ， 浮力 ， 阻力力。
固体颗粒的自由沉降分为 加速 阶段、 匀速 阶段。
3．降尘室的设计原则是 气体的停留时间 大于等于颗粒的沉降时间。
4．理论上降尘室的生产能力与 底面积 和 沉降速度 有关，而与 高度 无关。
5．过滤方式主要有 饼层过滤 、 深床过滤 、 膜过滤 。
6．板框过滤机由810mm ×810 mm ×25 mm 的20个框组成，则其过滤面积为 。
7．板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率E d dV )(θ为0.04s m /3，先采用横穿洗涤法洗涤10min ，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率W d dV )(θ为 0.01 s m /3，所消耗的洗水的体积为 6 3m 。
9．用38个635mm ×635 mm ×25 mm 的框构成的板框过滤机过滤某悬浮液，操作条件下的恒压过滤方程为：θ4210306.0-⨯=+q q ，式中q 的单位s m /3，θ的单位是秒。
则过滤常数K= ，e V = 。
10．流体通过固体颗粒床层时，当气体大于 临界速度 速度、小于 颗粒带出 速度时，固体颗粒床层为流化床。
11．流化床的两种流化形式为 、 。
12．流化床的不正常现象有 腾涌 、 沟流 。
13. 气力输送按气流压力分类，可分为 吸引式 和 压送式 。
按气流中固相浓度分类，可分为 稀相输送 和 密相输送 。
二、选择1.颗粒的球形度越 ② ， 说明颗粒越接近于球形。
①接近0 ②接近 1 ③ 大2. 在重力场中，微小颗粒的沉降速度与 ④ 无关。
①颗粒的几何形状 ， ②颗粒的几何尺寸 ， ③流体与颗粒的密度 ④流体流速3.处于理想流化床的流化床阶段，随着气速的增大，床层高度： ① ，床层压降③ 。
化工原理第三章习题课及答案
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化工原理分章试题与解答第三章
第三章一、填空题1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中为u ，则 u1u ；若在热空气中的沉降速度为u ，冷空气中为 u ，则 u3u 。
22344 (＞，＜，＝ )d 2 g( s)u t，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1u2答：18热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以u3u42．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将（上升、下降、不变），导致此变化的原因是1）；2）。
答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。
3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度，气体的体积流量，气体停留时间，可 100%除去的最小粒径dmin。
（增大、减小、不变）答：减小、减小、增大，减小。
4dg ( s)u t3，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，nRTV 压强增加，p，所以气体的体积流量减小，L L tVs / A，气体体积流量减小，故停留时间变大。
气体的停留时间u18 u tdmin) ，沉降速度下降，故最小粒径减小。
最小粒径在斯托克斯区g( s4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P ，总效1率为1，通过细长型旋风分离器时压降为P ，总效率为2，则： P P ，2121 2。
答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间为原来过滤时间τ的倍数：1）s0 ，压差提高一倍，其他条件不变，=τ；2） s0.5 ，压差提高一倍，其他条件不变，=τ；3） s1，压差提高一倍，其他条件不变，=τ；1）0.5；2）0.707；3）11/(p)1 s，可得上述结果。
6．某旋风分离器的分离因数 k=100，旋转半径 R=0.3m，则切向速度 u =m/s。
新版化工原理习题答案(03)第三章_非均相混合物分离与固体流态化_题解
第三章非均相混合物分离及固体流态化1 .颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m3，直径为0.04 mm的球形石英颗粒在 20 C 空气中自由沉降，沉降速度是多少？ （ 2 ）密度为2 650 kg/m 3,球形度 0.6的非球形颗粒在 20 C 清水中的沉降速度为 0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少？ （ 3）密度为7 900 kg/m 的液体中沉降150 mm 所需的时间为解：（1 ）假设为滞流沉降，则：d 2（ s）U t—183 20.04 10 3 1818 1.81 10 5核算流型:查附录20 C 空气31.205kg/m,1.81 10 5 Pa s ，所以,Re du t1.205 0.1276 0.04 10 3 1.81 10 50.34 所以，原假设正确，沉降速度为（2 ）采用摩擦数群法 0.1276 m/s s g 2 3 3 U t4 1.81 105 2650 Re 1- 1依 0.6, Re 1 431.9 , ,0.3 1.81 10 5 d e1.205 0.1(3 )假设为滞流沉降，得:d 2( s )g 18u t0.13431.9查出：Utde / R q ( 4.506105m 451.205 9.81 3 1.2052所以:其中u t h 0.15 7.32m s 0.02049m s 将已知数据代入上式得： 0.006352 7900 1600 9.81Pa s 18 0.02049 6.757Pa s核算流型 Re 4 O'00635O'02049 16006.7572 •用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长 球形颗粒，密度为 3000 kg/m3。
气体的处理量为 0.030815 m , 3000 宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为（标准）m 3/h 。
试求理论上能完3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为 1 600 kg/m7.32 s ，液体的黏度是多少?18 2650 12059^ms 0.1276ms全除去的最小颗粒直径。
化工原理第3章课后习题参考答案
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= 0.175×10-4 m=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 = 0.175×10-4 m = 17.5 μm5. 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= 8.0 B = 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= 8.04×10-6 m = 8.04 μm（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 = 520 Pa7、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5min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。
化工原理答案-第三章习题答案-150
第三章习题解答3-1 某圆柱形固定床填充的催化剂直径为p d ，高为h ，试求等体积的当量直径及球形度。
解：h d d e 2p 346ππ=，32p 23h d d e = ()p 312p p 2322218)24(23d h h d h d d h d P P +=⋅⋅+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππφ3-2 求20mm×20mm×25mm 的长方体颗粒的体积当量直径，表面积当量直径，比表面积当量直径及形状系数。
解：体积当量直径：mm V d ev 7.262520206633=⨯⨯⨯==ππ表面积当量直径：mm Sd es 8.282)252020202020(=⨯⨯+⨯+⨯==ππ比表面积当量直径：mm S V a d ea 1.232)252020202020(252020666=⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯=== 形状系数：86.08.287.26222222=====es ev es ev P s d d d d S S ππφ 3-3 由边长皆为2mm 的立方体，直径和高度均为2mm 的圆柱体及直径为3mm 的球体各10kg 组成的均匀颗粒床层，床层直径为0.2m ，高度为 1 m 。
已知颗粒的密度皆为1900kg/m 3，求床层的空隙率和颗粒的平均比表面积。
解： 床层体积：3220314.012.044m h d V b =⨯⨯==ππ颗粒体积：30158.01900310m V P =⨯= 床层空隙率：497.00314.00158.00314.0=-=-=bpb V V V ε 颗粒的平均比表面积：3球柱立a a a a ++=-13000002.0002.0002.06002.0002.0-=⨯⨯⨯⨯=m a 立 1223000002.0)002.0(4002.02)002.0(4-=⨯⨯⋅+⨯⨯=m a πππ柱 1322000003.066003.0003.0-==⨯⨯=m a ππ球 11 2.67676232000300030003---==++=++=mm m a a a a 球柱立 3-4 某形状近似球形的微小固体颗粒，其沉降运动处于斯托克斯定理区，试计算（1）该颗粒在20℃与200℃的常压空气中的沉降速度之比为多少？（2）该颗粒在20℃与50℃的水中的沉降速度之比为多少？[（1）1.44，（2）0.55]解：（1）20℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-51081.1μ，200℃空气的粘度s Pa ⋅⨯=-5'106.2μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，ρρ>>p ，故()()()()44.11081.1106.2181855''''22'=⨯⨯=--=--=--μρρμρρμρρμρρs s s s t t g d gd u u （2）20℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3101μ，50℃水的粘度s Pa ⋅⨯=-3'1055.0μ，因沉降速度处于斯托克斯定律区，并考虑到液体的密度随温度变化很小，故()()()()55.01011055.0181833'''''22'=⨯⨯=≈--=--=--μμμρρμρρμρρμρρs s p p p p t t g d g d u u 无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度的变化而影响沉降速度。
化工原理分章试题与解答 第三章
第三章一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。
(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u <热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u <2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。
答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。
3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。
（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。
ρξρρ3)(4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，压强增加，p nRTV =，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。
最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s tg u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。
4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2，1η 2η。
答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ；1）0. 5；2）0.707；3）1s p -∆∝1)/(1τ，可得上述结果。
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第三章习题1）有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度和形状系数的计为h，圆柱直径为d。
试分别写出其等体积当量直径2）某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率、若以1atm，25℃的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。
[解] 圆柱体：3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。
现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速0.2，床层压降14.28mmH2O0.693.94mmH2O试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。
（含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气，[解]常压下，欧根公式可化简为3）令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。
固体颗粒的筛析数据是：0.5～0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%；1.6～2.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。
颗粒密度为1875。
固定床高350mm，截面积为314mm2。
床层中固体颗粒的总量为92.8g。
以20℃清水以0.040空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数值。
4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为0.20×0.20×0.025m。
已知悬浮液中每m3水带有45㎏固体，固体密度为1820。
当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。
6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。
在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下：过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88滤液量，升：0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38试计算过滤常量K，以为单位，并计算，以为单位。
可采用由积分式导出的求K与。
[解] 为便于直接使用题给数据：改用7）欲过滤分离某固体物料与水构成的悬浮液，经小试知，在某恒压差条件下过滤常量，滤布阻力，每1m3滤饼中含485㎏水，固相密度为2100，悬浮液中固体的质量分率为0.075。
现拟采用叶滤机恒压差过滤此料浆，使用的滤布、压差和料浆温度均与小试时的相同。
每只滤叶一个侧面的过滤面积为0.4m2，每次过滤到滤饼厚度达30mm便停止过滤，问：每批过滤的时间为多少？若滤饼需以清水洗涤，每批洗涤水用量为每批滤液量的1/10，洗涤压差及洗涤水温均与过滤时的相同，问：洗涤时间是多少？[解] 已知：8）某悬浮液用叶滤机过滤，已知洗涤液量是滤液量的0.1倍(体积比)，一只滤叶侧面积为0.4m2，经过小试测得过滤常数=8.23×10-5m2/s ,不计滤布阻力，所得滤液与滤饼体积之比为12.85 m3滤液/m3滤饼，按最大生产率原则生产，整理、装拆时间为20分钟,求每只滤叶的最大生产率及每批过滤的最大滤饼厚度。
9）有一叶滤机，在恒压下过滤某种水悬浮液时，得到如下过滤方程：，其中，。
在实际操作中，先在5分钟内作恒压过滤，此时过滤压差升至上述试验压强，然后维持恒压过滤，全部过滤时间为20分钟，试求：①每一循环中每m2过滤面积所得滤液量？②过滤后再用相当于滤液总量的水进行洗涤，洗涤时间为多少？解：①∵ q2＋30q = 300τ∴ q e=15 m3/m2 K=300 m2/min恒速过程 q12＋q e q1=(K/2)τ1∴q1=20.9 m3/m2恒压过程 (q2－q12)＋2q e(q－q1)=K(τ－τ1)∴q=60.7 m3/m2② m3/(m2·min)min10）用某板框压滤机恒压过滤，滤框尺寸为810×810×25mm。
经过小试测得过滤常数，，操作时的滤布，压差及温度与小试时相同。
滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：①每批过滤时间？②若以清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液的，洗涤压差及水温与过滤时相同，求过滤时间？③若整理、装卸时间为25分钟，求每只滤框的生产率？[解]①每批过滤时间：11）板框压滤机在1.5at（表）下恒压过滤某种悬浮液1.6小时后得滤液25m3，不计，①如表压加倍，滤饼压缩指数为0.3，则过滤1.6小时后得多少滤液？②设其它情况不变，将过滤时间缩短一半，可得多少滤液？③若在原表压下进行过滤1.6小时后，用3m3的水来洗涤，求所需洗涤时间？解：① V2=KA2τμ、r0、Φ是滤饼结构参数，为常量∴其中A与τ不变∴∴m6∴ m3② V2=KA2τ其中K、A 不变∴∴m3③∴ h12）用某板框过滤机进行过滤，采用先恒速后恒压过滤，恒速1分钟达恒压压差便开始恒压过滤，已知过滤常数，，滤饼刚充满滤框时停止过滤，求：①过滤时间？②若用清水洗涤滤饼，水量为滤液量的1/10，洗涤压差、温度均与恒压过滤时相同，求洗涤时间？③如装卸、整理时间为25分钟，求每只滤框的生产率？13）某板框过滤机有8个滤框，滤框尺寸810×810×25mm。
浆料为13.9%（质量）的悬浮液，滤饼含水40%（质量），固体颗粒密度2100。
操作在20℃恒压条件下进行，，，求：①该板框过滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需时间？②若滤框厚度变为15mm，问滤饼充满滤框所需时间？③若滤框数目加倍，滤饼充满滤框时所需时间？解：①设滤饼空隙率为ε，设有1Kg滤饼，则含水0.4kg设1m3滤饼得xm3滤液,对1m3滤饼作物料衡算:∴x=4.84 m3滤液/滤饼过滤面积A=2×8×8102×10-6=10.498 m2V饼=8×0.812×0.025=0.131 m3滤饼∴V= V饼·x =0.634 m3滤液∴ m3/m2q2＋2qq e=Kτ0.06042＋2×0.0604×2.21×10-3=1.8×10-5τ∴τ=217.5 s②滤框厚度减小为15mm，设为δ＇从上解可知，V饼∝δ即V∝δ也即q∝δ∴ m3/m2∴τ＇= 81.7 s③框数加倍，也即 A＇= 2A = 2V饼q=V/A 故q不变，也即τ不变14）欲过滤料浆浓度为，经小试所得滤饼空隙率为0.485，固相密度1820，在某恒压差条件下测得过滤常数，，现用回转真空过滤机进行过滤，料浆浓度、温度及滤布均与小试相同，唯过滤压差为小试时的。
由试验知，该物系滤饼压缩指数为0.36，回转真空过滤机鼓直径为1.75m，长为0.98m，但真正过滤面积为5m2（考虑滤布固定装置）。
浸没角度为120°，转速0.2r.p.m。
设滤布阻力可略，试求：①此过滤机的滤液生产能力及滤饼厚度？②若转速为0.3r.p.m，可略，其它操作条件不变，求生产能力滤饼厚度。
解：① s-1m2/s∴ m3/s已知ε，对1m3滤饼作物料衡算，设对应滤液x m3∴ x=11.08 m3滤液/m3滤饼m3/m2mm②m3/s又∵∴ m3/m2∴15）试进行光滑固体圆球颗粒的几种沉降问题计算：①球径3mm、密度为2600颗粒在20℃清水中的自由沉降速度②测得密度2600的颗粒在20℃清水中的自由沉降速度为12.6，计算颗粒球径。
③测得球径为0.5mm、密度2670颗粒在液体中的自由沉降速度为0.016，计算液体的粘度。
16）试进行形状系数的固体颗粒的沉降问题计算：①等体积当量直径，密度为2600颗粒在20℃清水中的自由沉降速度。
②测得密度为2600颗粒在20℃清水中的自由沉降速度为0.01，计算颗粒的等体积当量直径。
17）以长3m、宽2m的重力除尘室除烟道气所含的尘粒。
烟气常压，250℃，处理量为4300。
已知尘粒密度为2250，颗粒形状系数，烟与可按空气计。
设颗粒自由沉降。
试计算：气的①可全部除去的最小粒径的。
②能除去40%的颗粒的。
18）仓库有内径的标准型旋风分离器多台，拟用以烟气除尘。
烟气常。
已知尘粒密度为2250。
烟气的与压，300℃，需处理量为4300共需几台旋风分离器？能除去40%的颗粒粒径是多少？进口风速20。
19）流体通过圆直、等径管内的阻力与管长、管内径、管壁绝对粗糙度、及流体的粘度与密度有关。
试用因次分析法求出有关的数据。
流体流速20）某粉磨车间空气的粉尘浓度较高，拟用两台相同规格的标准型旋风分离器串联操作除尘。
空气常压，温度为20℃，粉尘的颗粒密度2250。
拟处理量为600。
空气中粉尘的粒度分布如下：粒径<3 3～6 6～10 10～16 16～30 >30质量分率% 3 12 18 34 25 8欲使15的尘粒除去效率达99.75%，试确定每台分离器的内径，计算总的收尘效率。
∴总除尘分率==0.00807+0.0935+0.173+0.337+0.250+0.08=0.942，颗粒密度为2100，起始流化床层的空隙率为0.46，流均粒径为150化气体为常压、35℃的空气。
最小颗粒了粒径为9822)试证流化最大速度与最小速度之比u t/u mf,对小颗粒为91.6，对大颗粒为8.61。
对小颗粒，欧根公式中含u2的项可略，解：①对小颗粒，沉降可认为属Stokes区：②对大颗粒，沉降可认为属Newton区：23）石灰、水悬浮液通过增稠器增稠，进料：4.5kg水/kg固。
要求增稠到1.8kg水/kg固。
间歇实验数据如下。
温度200C。
[解]悬浮液浓度以Xkg固/kg水表示，则x i=1/4.5kg固/kg水，x c=1/1.8kg固/kg水，进料中固体质量流量w=6.5×(1/5.5)=1.18kg固/s①增稠器横截面积A:（由题给数据计算A i）∵。