食工原理课后习题答案第36章Word文件下载.docx
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3-6拟用长4m、宽2m的降尘室净化3000m3/h的常压空气,气温为25℃,空气中含有密度2000kg/m3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
ut=(10×
10-5)=×
·
qv1=×
4×
2×
3600=128m3/h
3000/128=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
qv’=uT’=uTqv’/qv==×
20=12m/s
dc’/dc=(uT/uT’)1/2=(1/1/2=
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/m3,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3800m3/h(200℃)时,求此设备能分离粉尘的临界直径dc(取N=5)。
uT=3800×
8/(3600×
=20m/s
…
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
<
20
40
已知砂粒的密度为2200kg/m3,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。
对降尘室,原临界粒径为30m。
qv=utBLqv’=qv/2ut’=ut/2
dc’/dc=(ut’/ut)1/2dc’=dc/21/2=×
10-5m分离效率增为80%
对旋风分离器,原临界粒径为10m。
dc’/dc=(ut/ut’)1/2dc’=dc×
21/2=×
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。
Vp=×
=×
10-7m3de=(6Vp/)1/3=×
10-3m
Ap=×
2+×
10-4m2
dA=(Ap/)1/2=×
da=6Vp/Ap=6×
10-7/×
10-4)=×
a=6/de=1040m2/m3ap=×
10-3/×
10-7)=1250m2/m3
jA=1040/1250=
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
2
3
4
5
6
7
8
9
}
筛孔尺寸/mm
!
筛留量/kg
附表
(I)筛分数据
(II)计算值
筛孔尺寸mm
筛留量kg
dp,i-1-dp,I
dpmi/mm
wi/%
Fi
fi/mm
wi/dpmi
/
`
【
;
27
。
{
:
—
以等比表面积计的平均粒径:
dpm=0.141mm
S=
3-12一固定床吸附器,床层由比表面积a=1250m2/m3的圆柱形吸附剂组成,床层的高度为1.5m,空隙率为。
当温度为150℃及压强为(表压)时,在每平方米吸附层的截面上每小时通过1800m3(标准状况)的混合气体,试计算通过吸附层的流体压降。
已知150℃及(绝压)时该混合气体的密度为0.8kg/m3,粘度为×
=2143Pa
3-13用活性炭固定床脱除某溶液的色度,溶液温度为20℃,密度为830kg/m3,粘度为×
使用的活性炭平均粒径为0.85mm,床层直径为0.3m,填充高度为0.6m,空隙率为。
当活性炭层上方在大气压下保持1.0m液层高度,而床层下方集液容器内抽真空减压至40kPa(真空度)时,问该溶液的处理量有多大
床层上方压强9810Pa(表),床层下方压强-40000Pa(表)
p=9810+40000=49810Paa=6/d=7959m2/m3
=×
106u+×
107u2
u2+u=0.0489m/s
qv=×
10-3m3/s
3-14恒压下过滤某含渣的果汁,由实验已测得过滤中截留的浆渣滤饼的压缩指数为。
现已知在的压差下,过滤1h后可得3m3的清果汁。
问在其它条件相同下,若过滤1h后要得到5m3的清果汁需采用多大的过滤压差设介质阻力忽略不计。
V2=2kA2p1-stV’2=2kA2p’1-st
(V’/V)2=(p’/p)1-s=(5/3)2(p’/p)=(5/3)2/=
p’=p=×
=
3-15某厂用压滤机恒压过滤某种胶状悬浮液,1m2过滤面积过滤15分钟后得滤液1.2m3,继续过滤至1小时,共得滤液4m3,此时滤框已充满,即停止过滤。
试依据上述测试数据确定其恒压过滤方程。
如果过滤前在滤布面上涂一层助滤剂(其厚度可略而不计),则滤布阻力可降至原来的1/3,问涂上助滤剂后滤框充满所需时间为多少
+2×
qe=15K42+2×
qe=60K
\
K=1.12m2/minqe=6.4m3/m2
过滤方程为q2+=
铺助滤剂后qe’=qe/3=3m3/m2
42+2×
3=t=
3-16今有一实验装置,以的恒压过滤某水悬浮液,测得过滤常数K=5×
10-5m2/s,qe=0.01m3/m2。
又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08m3/m3。
现拟在生产中采用BMY50—810/25型板框压滤机来过滤同样的料液,过滤压强和所用滤布也与实验时相同(此板框压滤机的B代表板框式,M代表明流,Y代表采用液压压紧装置,这一型号的滤机滤框空间的长与宽均为810m,框的厚度为25mm,共20个框)。
试计算:
(1)过滤至框内全部充满滤渣时所需过滤时间;
(2)过滤后以相当滤液量1/10的清水进行洗涤,求洗涤时间;
(3)洗涤后卸渣、重装等操作共需15min,求压滤机的生产能力,以每小时平均可得多少m3滤饼计。
(1)A=×
20=26.24m2V饼=×
20=0.328m3
V==4.1m3q=V/A==0.156m3/m2
q2+2×
q=5×
10-5tt=+×
/(5×
10-5)=549s
(2)tw=×
8(V+Ve)/KA2=×
8×
q×
(q+qe)/K=×
+/(5×
10-5)=414s
(3)Q饼=×
3600/(549+414+900)=0.634m3/h
3-17有一浓度为%的水悬浮液,固相的密度为2200kg/m3,于一小型过滤机中测得此悬浮液的滤饼常数k=×
10-4m2/(s·
atm),滤饼的空隙率为40%。
现用一台型回转真空过滤机进行生产(此过滤机的转鼓直径为1.75m,长度为0.98m,过滤面积为5m2,浸入角度为120°
),生产时采用的转速为每分钟转,真空度为600mmHg,试求此过滤机的生产能力(以滤液量计)和滤饼厚度。
假设滤饼不可压缩,过滤介质的阻力可忽略不计。
K=2kp=2×
104×
600/760=×
10-4m2/s
V=Q/60n=(60×
=0.417m3
v×
2200/[1000+v×
1000+v×
2200]=
v=0.08m3/m3V=vV饼=×
=0.0333m3
=V饼/S=5=0.0067m
3-18某回转真空过滤机转速为每分钟转,今将转速提高至每分钟转,若其它情况不变,问此过滤机的生产能力有何变化设介质阻力可忽略不计。
Q’/Q=(n’/n)1/2=1/2=
3-19一台BMS30-635/25型板框压滤机(过滤面积为30m2)在(表压)下恒压过滤,经30分钟充满滤框,共得滤液2.4m3,过滤后每次拆装清洗时间需15分钟。
现若改用一台型回转真空过滤机来代替上述压滤机,转筒的直径为2.6m,长为2.6m,过滤面积有25%被浸没,操作真空度为600mmHg,问真空过滤机的转速应为多少才能达到同样的生产能力设滤渣为不可压缩,过滤介质的阻力可忽略不计。
板框压滤机Q=×
60/(30+15)=3.2m3/h
回转真空过滤机K’/K=600×
(760×
250)=
K=(302×
30×
60)=×
10-6m2/s
K’==×
A’=×
=21.2m2
n’=
3-20工厂用一台加压叶滤机过滤某种悬浮液,先以恒速过滤15分钟得到滤液2.5m3,达到泵的最大压头,然后再继续进行恒压过滤1小时,问:
(1)总共可得滤液多少m3
(2)如果叶滤机的去渣,重装等需15分钟。
此滤机的生产能力为多少m3/h(3)如果要此过滤机的生产能力为最大,则每一循环应为多少时间生产能力又是多少m3/h设介质阻力忽略不计。
(1)恒速VR2=KA2tR/2
即=KA2×
2KA2=×
2/=50
先恒速再恒压V2-VR2=KA2(t-tR)
=50×
V=3
(2)Q=+=5m3/h
(3)
令
¥
即
(t+tD)KA2/2=KA2(t-tR)+VR2
代入tD=,KA2=50,tR=,VR=2.5m3,得t=
此时V=[50×
4.444m3
Qmax=+=5.77m3/h
3-21加压叶滤机过滤面积为4.5m2,在(表压)下用某种料浆进行恒压过滤实验,测得:
过滤时间t/min
15
25
30
滤液量V/l
490
795
1035
1235
?
1425
1575
试求过滤常数K、qe。
用线性回归法得:
K=×
10-4m2/sqe=0.0852m3/m2
t/s
V/m3
Q/m
t/q
300
600
900
1200
1500
1800
斜率截距
3-22有一转鼓真空过滤机,每分钟回转2周,每小时可得滤液4m3。
若滤布阻力忽略不计,问每小时要获得5m3滤液,转鼓每分钟应回转几周此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的几倍假定所用的真空度不变。
过滤介质可以忽略时,每小时所得的滤液体积:
qv=465A(Kn)1/2
qv’/qv=465A(Kn’)1/2/[465A(Kn)1/2]=(n’/n)1/2
∴n’=n(qv’/qv)2=2×
(5/4)2=
即每小时要获得5m3滤液,转鼓每分钟应转周。
转鼓旋转一周表面生成的滤饼的厚度:
=v(V/n)/A=vV/nA
∴’/=(V’/n’)/(V/n)=V’n/Vn’=5×
2/×
4)=
即转鼓表面滤饼的厚度为原来的倍。
3-23用板框压滤机过滤某糖汁。
滤框边长为810mm。
已测得操作条件下过滤常数K=×
10-5m2/s,qe=0.01m3/m2,每得1m3滤液的滤饼体积为0.1m3,滤饼洗涤及卸饼、重装等共费时25min。
要求过滤机的生产能力为15m3/h(按滤液计)。
(1)至少需几个框;
(2)框的厚度。
(1)由恒压过滤方程式:
t=(V2+2VVe)/KA2及Ve=Aqe
qv=V/(ttD)=V/[(V2+2VVe)/KA2+tD]=KA2V/(V2+2VVe+KA2tD)
令dqv/dV=0,得:
V2=KA2tD=×
10-5×
25×
60A2=0.093A2
"
∴V=1/2A=0.3050A
A2×
0.305A/(0.093A2+2×
0.305A×
0.01A+0.093A2)=×
10-5A/
而qv=15m3/h=×
∴A=×
10-5=42.33m2
所需滤框数:
n=A/2b2=(2×
=取33
实际过滤面积:
A=33×
=43.30m2
(2)一个操作周期中得到的滤液体积为:
V=(KA2D)1/2=0.305A=×
=13.21m3
∴框的厚度为:
L=Vv/nb2=×
(33×
=0.061m
%
3-24用板框压滤机恒压过滤某悬浮液。
悬浮液中固相质量分率为。
固相密度s=2000kg/m3,液相为密度=1100kg/m3的水溶液,每1m3滤饼中含600kg溶液,其余全为固相。
已知操作条件下过滤常数K=×
10-5m2/s,qe=0.02m3/m2,板框尺寸为810mm×
810mm×
25mm,共26个框。
求:
(1)滤框全部充满所需的时间及所得的滤液体积;
(2)过滤完毕后用0.5m3清水洗涤,洗涤时表压与过滤时相同,洗水粘度为滤液粘度的75%,求洗涤时间。
(1)以1m3滤饼为基准求v,设其质量为x:
(x-600)/2000+600/1100=1解得x=1509.1kg
对应的滤浆量=9090.9kg
对应的滤液量7581.8kg对应的滤液体积1100=6.89m3
滤框全部充满时的体积×
26=0.4265m3
V=×
=2.94m3而A=×
26=34.12m2
q=V/A==0.0862m3/m2
由恒压过滤方程式q2+2qqe=K,知:
2+2×
10-5解得:
=111s
(2)(dV/dt)w=KA2/[8(V+Ve)]=KA/[8(q+qe)]=×
[8×
+]=×
tw=Vw/(dV/dt)w=×
10-3=127s
校正后的洗涤时间为:
tw’=tww/=127×
=s
第四章
4-1在某一间歇式混合器内将淀粉与干菜粉混合以生产汤粉混合物。
干菜粉和淀粉的原料比例为4:
6,混合5min后取样分析,以质量分数表示淀粉含量,测得混合物组成的均方差为。
均方差的初值可用两组分的质量比表示。
试问若要求混合物达到规定的均方差值,混合操作还需继续进行多少时间(初始均方差等于两组分浓度的乘积)
cm=6/(6+4)=∞2=0开始的5min内
02=×
=2==5min=300s
则:
=exp(-300k)解得:
k=×
10-31/s
即:
2=×
10-3)
再代入:
2===即再混合。
4-2用平浆式叶轮搅拌液体,搅拌已达湍流。
原用的浆叶直径为容器直径的1/3,今拟以容器直径的1/4的浆叶直径代替。
要求功率数相等,问转速应如何改变
由P’/P=[(d/D)’/(d/D)]=(3/4)=P/d5n3=P'
/d'
5n'
3且P'
d'
3=1/d5n3n'
/n=[(d/d'
)5]1/3=1/3=
4-3用一具有6个平直叶片的涡轮搅拌器在标准搅拌系统内搅拌果浆。
果浆密度1100kg/m,粘度。
搅拌槽直径1.65m,有挡板。
若马达的功率消耗为,求其转速。
设搅拌为湍流Np=P/n3d5=d=D/3=0.55m
@
n=(P/d5)1/3=[1600/×
1100×
]1/3=s-1
Re=d2n/=1100×
=27951假设成立
4-4为制取某种难溶的矿物盐稀溶液,使矿物盐在容器内与30℃水混合,采用平浆式搅拌器,搅拌叶轮直径500mm,所消耗的功率为,试估算叶轮转速(稀溶液物性可用水的物性代替)。
设搅拌已达湍流,从图查得:
Np=P/d5n3=1
30℃水=995.7kg/m3=故n=(P/2d5)1/3=[(1×
]1/3=
Re=nd2/=×
10-3=×
105假设成立
4-5实践证明,糖蜜和维生素浓缩液在直径0.6m,深0.75m的容器内,采用直径0.3m,转速450r/min的三叶旋浆式搅拌器搅拌,可以得到很好的混合。
今欲设计规模更大的设备,容器直径1.8m,欲达到小设备同样的混合效果。
试问容器深度、搅拌浆直径和转速应各取何值为宜电动机功率有多大改变混合物粘度为、密度1520kg/m3。
设放大基准为Re相等且放大时应保持几何相似。
小试:
Re=nd2/=450×
1520/(60×
=属过渡流但与Fr无关
《
欲保持几何相似,则d'
=dD'
/D=×
=0.9mH'
=HD'
=2.25m
由n'
d'
2/=nd2/n'
=n(d/d’)2=450×
2=50r/min
由于Re<
300,故=f(Re)Np’=Np小试:
Np=P/d3n2=
P=×
(450/60)3×
1520=1247W∴P'
=P(n'
/n)3(d'
/d)5=P×
(1/9)3×
35=P/3=
因为是非标准搅拌系统,故对几何形状进行校正:
f1=[(d/D)2/(d/D)1]=[/(1/3)]=(3/2)=
f2=[(H/D)2/(H/D)1]=[/1]=
P”=f1f2P’=×
4-6在一有挡板的搅拌槽内,用带园盘平直叶片的涡轮搅拌器搅拌粘度为,密度950kg/m3的溶液。
装置有关尺寸比例为:
d/D=1/3,W/d=1/5,H/d=3,h/d=1,搅拌槽直径0.9m,叶轮转速480r/min。
现有一电机能提供的有效功率,问此电机是否能驱动上述搅拌器,再核算该电机能驱动上述搅拌器的最高转速有多大
题中为标准搅拌系统Re=nd2/=480×
950/(60×
10-3)=68400>
104湍流
查图7-7=P=n3d5=×
950×
(480/60)3×
=7210W
∴不能驱动若仍取=由n3d5=1500,得n=s
Re=×
950/(10×
10-3)=40530>
104∴最高转速为1/s284r/min
4-7具6个平直叶片的涡轮搅拌器装于直径D=1.5m的搅拌槽中央,叶轮直径d=0.5m,距槽底h=0.5m,转速n=90r/min,槽为平底,无挡板,被搅拌液体=,=1060kg/m3,槽内液体深度1.5m,试计算搅拌功率,若在槽内装置4块宽0.15m的挡板,其他条件不变,再求此时所需功率。
d/D=1/3,h/d=1,∴为标准系统,但无挡板
Re=nd2/=90×
1060/(60×
200×
10000查图,曲线5,=2
Fr=n2d/g=(90/60)2×
=0.1147a2=/40=
Np=Fra2=2×
P=n3d5=×
1060×
(90/60)×
=
装挡板后查曲线6=P=×
(90/60)3×
4-8一搅拌槽装有螺旋浆式叶轮。
转速500r/min,功率消耗17kW,物料为=1200kg/m3,=的甘油,系统为标准系统,有挡板。
求槽直径。
设为湍流,则Eu=P/n3d5=n=500/60=50/6
d={17000/[×
1200×
(50/6)3]}1/5=0.598mRe=1200×
50/(6×
=2235<
100000
由图7-7曲线2,=Np=d={17000/[×
(50/6)3]}1/5=0.572m
Re=1200×
=2044再查图7-7曲线2,=Eu=符合
故D=3d=3×
=1.72m
4-9大豆的密度为1200kg/m3,直径为5mm,堆积成高度为0.3m的固定床层,空隙率为,若20℃的空气流过床层时,空床流速为0.5m/s,试求压降。
又问空床流速达何值时,流化方才开始此时压降为何值
、
20℃空气:
=1.205kg/m3,=×
umf==×
6.914mRep=×
10-3)=2300查图:
FG=,∴umf=1.383m/s
当u=0.5m/s时,尚未流化,为固定床
p=36k"
(1-)2Lu/dp23=36×
10-32×
=110Pa
当达到流化时:
p=h0(1-)(s-)g=×
=2117Pa
4-10一砂滤器在粗砂砾层上铺有厚750mm的砂粒层,以过滤工业用水。
砂砾的密度为2550kg/m3,
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- 原理 课后 习题 答案 36