化工原理 第二版答案

第三章 机械分离和固体流态化

2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。

解：20C o 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气

对应牛顿公式，K 的下限为，斯脱克斯区K 的上限为

那么，斯托克斯区：

max 57.4d m μ=

==

min 69.11513d m μ==

3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操

作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度

为2×10-5

P a·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。

解：在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ，

则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。

min 17.5d um === 核算沉降流型：

6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210

t et d u ρ

μ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。求得的最小粒径有效。

4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000

kg/m 3。除尘室长 4.1 m 、宽 1.8 m 、高

4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为×10-5

P a·s，密度为0.5 kg/m 3。若每小时的

炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室内

隔板的间距及层数。

解：由气体的状态方程PV nRT = 得'

's s T V V T =，则气体的流量为： '

34272732160 1.54/2733600s V m s +=⨯= 1.540.2034/1.8 4.2

s t V u m s bH ===⨯ 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。

min 57.02d m μ=== 核算沉降流型：

6min e 557.02100.2080.5R 0.17413.410

t t d u ρ

μ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。求得的最小粒径有效。

由以上的计算可知。粒径为8m μ的颗粒沉降必定发生在滞流区。

用斯托克斯公式求沉降速度

26235()(810)(40000.5)9.81 4.110/1818 3.410

s t d g u m s ρρμ----⨯⨯-⨯===⨯⨯⨯ 层数31.5450.91.8 4.1 4.110s t V n blu -===⨯⨯⨯取为51层。

板间距/(1) 4.2/(511)80.8h H n mm =+=+= 核算气体在多层降尘室中的流型。 /() 1.54/(1.8 4.1)0.208/s u V bl m s ==⨯= 当量直径(对降尘室)

4 1.80.0814/2()0.1542(1.80.081)

e d bh b h m ⨯⨯=+==⨯+ 5e R /0.1540.2080.5/(3.410)471.06e d u ρμ-==⨯⨯⨯= 气体在降尘室中的流动为层流流动。设计合理。

5. 已知含尘气体中尘粒的密度为2300

kg/m 3,气体流量为1000 m 3/h 、黏度为×10-5 P a·s、密度为0.674 kg/m 3，采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4 m ，试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。 解：对标准型旋风分离器，已知D =0.4m ，B =D /4=0.1m ，h =D /2=0.2m 。

气体流速为

1000/1000/(3600)13.89/36000.10.2

i s u V A B h m s ==⨯⨯==⨯⨯ 临界粒径

8.04c d m μ===

500.27 5.73d m μ=== 压强降

22

0.674(13.89)8.052022

i u p Pa ρξ⨯∆==⨯= 所以，临界粒径8.04c d m μ=，分割粒径50 5.73d m μ=，压强降520Pa 。

7. 在实验室用一片过滤面积为0.1 m 2

的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，滤叶内部真空度为500 mmHg 。过滤5 min 得滤液1 L,又过滤5 min 得滤液0.6 L 。若再过滤5min,可再得滤液多少

解：由过滤基本方程：

22e q qq K θ+=，代入数据有：

23323311()2()5600.1100.1101.6 1.6()2()10600.110

0.110e e q K q K ⎧+=⨯⨯⎪⎪⨯⨯⎨⎪+=⨯⨯⎪⨯⨯⎩ 解得：53272710/,810/e q m m K m s --=⨯=⨯ 当15min θ=时，

257

27108101560q q --+⨯⨯=⨯⨯⨯

解得3220.02073/20.73/q m m L m ==， 20.730.1 2.073V qA L ==⨯= 2.073 1.60.473V L ∆=-=

8. 以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验,测得数据列于本题附表中。

已知过滤面积为0.093 m 2，试求：(1) 过

滤压强差为 kPa 时的过滤常数K 、q e ；(2) 滤饼的压缩性指数s ；(3) 若滤布阻力不变，试写出此滤浆在过滤压强差为时的过滤方程式。

习题8附表

解：(1) 103.0kPa 下，

3321 2.2710/0.0930.0244/q m m -=⨯=， 33229.1010/0.0930.0978/q m m -=⨯=

52223321.57210/0.024420.0244500.097820.0978660 3.9110/e e e

K m s q K q K q m m --⎧=⨯⎧+⨯=⨯⎪⇒⎨⎨+⨯=⨯=⨯⎪⎩⎩