化工原理上冊課后習題及答案 - 下載本文

4-1 試求直徑30μm的球形石英粒子在20℃水中與20℃空氣中的沉降速度各為多少?石英的密度為 2600kg/m3。

[答:7.86×10-4m/s,0.07m/s]

4-2 密度為2000kg/m3的球形顆粒,在60℃空氣中沉降,求服從斯托克斯定律的最大直徑為多少?

[答:88.8μm]

4-3 直徑為0.12mm,密度為2300kg/m3的球形顆粒在20℃水中自由沉降,試計算顆粒由靜止狀態開始至速度達到99%沉降速度所需的時間和沉降的距離。

[答:8.43×10-3s,6.75×10-5m]

4-4 將20℃含有球形染料微粒的水溶液置于量簡中靜置1h,然后用吸液管于液面下5cm處吸取少 量試樣。試問可能存在于試樣中的最大微粒直徑是多少μm?已知染料的密度是3000kg/m3。

[答:3.6μm]

4-5 某降塵室長2m、寬1.5m,在常壓、100℃下處理2700m3/h的含塵氣。設塵粒為球形,

?p?2400

kg/m3,氣體的物性與空氣相同。求:(1)可被100%除下的最小顆粒直徑; (2)直徑0.05mm的 顆粒有百分之幾能被除去?

[答:(1)64.7 μm;(2)60%]

4-6 懸浮液中含有A、B兩種顆粒,其密度與粒徑分布為:ρA=1900kg/m3,dA=0.1~0.3mm;ρB=1350kg/m3,dB=0.1~0.15mm。若用ρ=1000kg/m3的液體在垂直管中將上述懸浮液分級,問是否可將A、B兩種顆粒完全分開?設顆粒沉降均在斯托克斯定律區。

[答:A、B可完全分開]

4-7 試證??Re2且當??Re2p為與沉降速度無關的無量綱數據,p小于何值時則沉降是在斯托克斯定 律區的范圍以內?

[答:48]

4-8 下表為某種雇化劑粒度分布及使用某種旋風分離器時每一粒度范圍的分離效率。試計算該旋風分離器的總效率及未分離下而被氣體帶出的顆粒的粒度分布。

若進旋風分離器的氣體中催化劑塵粒的量為18g/m3,含塵氣的流量為1850m3/h,試計算每日損失的催化劑量為多少kg?

粒徑 / μm

5~10

10~20 41

20~40

40~100

質量分率 粒級效率,?i

0.20 0.80

0.20 0.90

0.30 0.95

0.30 1.00

[答:0.925,0.53,0.27,0.20,0,59.9kg/d]

流態化

4-9 在內徑為1.2m的丙烯腈硫化床反應器中,堆放了3.62t磷鉬酸鉍催化劑,其顆粒密度為1100kg/m3,堆積高度為5m,流化后床層高度為10m。試求,(1)固定床空隙率;(2)流化床空隙率;(3)流化床的壓降。

[答:(1) 0.42;(2) 0.71;(3) 3.14×104Pa]

4-10 試用動量守恒定律證明流體通過流化床的壓降?P?m(?p??)gA?p。

(式中,m為顆粒質量;ρp和ρ分別為顆粒與流體的密度)。 [答:略]

4-11 某圓筒形流化床上部設一擴大段,為保證氣體夾帶出反應器之催化劑塵粒不大于55μm,則流化床擴大段的直徑為多少?

已知:催化劑密度1300kg/m3,氣體密度1.54kg/m3,黏度0.0137mPa·s,流化床床層直徑為2m,操作氣速為0.3m/s。

[答:2.77m] 4-12 試用歐根方程

?PL?150(1??)2?3?u(1??)?u2 ??1.753??dp(?dp)2?及沉降速度計算式,證明叢對小顆粒為91.6,對大顆粒為8.6l。 提示:對小顆粒,歐根方程中的慣性項可忽略,且

1??mf??23mf?11,對于大顆粒,歐根方程中的粘

性項可忽略,且

13??mf?14。

[答:略] 固定床壓降

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4-13 某種圓柱形顆粒催化劑其直徑為dp,高為h,試求等體積的當量直徑de及球形度ψ。 現有h=dp=4mm的顆粒,填充在內徑為1m的圓筒形容器內,填充高度為1.5m,床層空隙率為0.43。若在20℃、101.3kPa下使360m3/h的空氣通過床層,試估算床層壓降為多少? [答:dev(18dph)1/332,222.7Pa] ?3dph,??22h?dp 4-14 用20℃、101.3kPa空氣通過某固定床脫硫器,測得如下數據: 空塔氣速 03m/s, 單位床層高度的壓降 220Pa/m; 0.8m/s, 1270 Pa/m。

試利用歐根公式估計甲烷在30℃、0.7MPa下以空塔氣速0.4m/s通過床層時,單位床層高度的玨降為多少?已知在操作條件下甲烷物性:μ=0.012mPa·s;ρ=4.50kg/m3。 [答:1084Pa/m] 過濾物料衡算

4-15 某板框壓濾機共有20只濾框,框的尺寸為0.45mX0.45mX0.025m,用以過濾某種水懸浮液,每1m3懸浮液中帶有固體0.016m3,濾餅中含水的質量分數為50%。試求濾框被濾餅完全充滿時,過濾所得的濾液量(m3)。已知固體顆粒的密度ρp=1500kg/m3,ρ水=1000kg/m3。 [答:2.424m3] 過濾設計計算

4-16 在恒壓下對某種濾漿進行過濾實驗,測得如下數據:

濾液量/m3 過濾時間/s

0.10 38

0.20 115

0.30 228

0.40 380

過濾面積為1m2,求過濾常數K及qe。

[答:5.26X10-4m2/s,0.05m3/m2]

4-17 某生產過程每年欲得濾液3800m3,年工作時間5000h,采用間歇式過濾機,在恒壓下每一操作周期為2.5h,其中過濾時間為1.5h,將懸浮液在同樣操作條件下測得過濾常數K= 4X10-6m2/s,qe=2.5X10-2m3/m2。濾餅不洗滌,試求:(1)所需過濾面積,m2;(2)今有過濾面積為8m2的過濾機,需要幾臺?

[答:(1)15.3m3;(2)2臺]

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4-18 葉濾機在恒定壓差下操作,過濾時間為τ,卸渣等輔助時間τD。濾餅不洗滌。試證:當過濾時間滿足???D?2qe?D/K時,葉濾機的生產能力達最大值。 [答:略] 過濾操作型計算

4-19 在恒壓下對某種懸浮液進行過濾,過濾10min得濾液4L。再過濾10min又得濾液2L。如果繼續過濾10min,可再得濾液多少升?

[答:1.5L]

4-20 某壓濾機先在恒速下過濾10min,得濾液5L。此后即維持此最高壓強不變,作恒壓過濾。恒壓過濾時間為60min,又可得濾液多少升?設過濾介質阻力可忽略不計。 [答:13L]

4-21 有一葉濾機,自始至終在恒壓下過濾某種水懸浮液時,得過濾方程q2+20q=250τ(q單位為L/m2;τ單位為min)。在實際操作中,先在5min時間內作恒速過濾,此時過濾壓強自零升至上述試驗壓強,此后即維持此壓強不變作恒壓過濾,全部過濾時間為20min。試求:(1)每一循環中每1m2過濾面積可得的濾液量(L);(2)過濾后再用相當于濾液總量的1/5水以洗滌濾餅,洗滌時間為多少?

[答:(1)58.4L/m2;(2)6.4min]

4-22 某板框壓濾機有10個濾框,框的尺寸為635mm× 635mm×25mm。料漿為含CaCO3質量分數13.9%的懸浮液,濾餅含水質量分數為50%,純CaCO3固體的密度為2710kg/m3。操作在20℃、恒壓條件下進行,此時過濾常數K=1.57×10-5m2/s,qe=0.00378m3/m2。試求:(1)該板框壓濾機每次過濾(濾餅充滿濾框)所需的時間;(2)在同樣操作條件下用清水洗滌濾餅,洗滌水用量為濾液量的1/10,求洗滌時間。

[答;(1)166s;(2)124s]

4-23 過濾面積1.6m2的葉濾機在操作時測得如下數據:

V/m3 τ/s

0.04 50

0.08 164

0.12 317

0.16 512

0.20 750

0.24 1029

在過濾初期50s內,壓差逐步升高到1X105Pa,以后在此恒壓下操作。試求:(1)壓差1X105Pa下的過濾常數K、qe;(2)過濾自始至終在壓差1.5X105Pa下操作,750s后得濾液量多少?設濾餅不可壓縮。

[答:(1)3.05X10-5m2/s,0.0316m3/m2;(2)0.25m3]

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回轉真空過濾

4-24 有一回轉真空過濾機每分鐘轉2轉,每小時可得濾液4m3。若過濾介質的阻力可忽略不計,問每小時欲獲得6m3濾液轉鼓每分鐘應轉幾周?此時轉鼓表面濾餅的厚度為原來的多少倍?操作中所用的真空度維持不變。 [答:4.5r/min,2/3]

[例1] 溫度為60℃的潤滑油在外徑為10mm的銅管中流動。為了減少熱損失,在銅管外包裹熱導率為0.1W/(m·℃)的絕熱材料。試計算熱量損失與絕熱材料厚度的關系。如圖1所示假設絕熱材料的內表面溫度為潤滑油溫度(60℃),保溫層外表面對周圍空氣的對流(包括熱輻射)傳熱系數α=10W/(m2·℃),周圍空氣溫度為20℃。

解 保溫層內徑di=0.01m,計算保溫層外徑d0與熱量損失的關系。若管長為l,則傳熱面積(以外表面積計算)為 A=πd0l

溫度差為 Δt=t1-t2=60-20=40℃ 總傳熱系數為 K?111?? (a)

d0d0d0d0115d0ln(100d0)?0.1ln?ln?2?di?02?0.10.0110 熱量損失計算式為

Q=KAΔt=K·πd0l·Δt (b) 將式(a)代入式(b),得單位長管的熱量損失為 q???40d0Q?K??d0??t??l5d0ln(100d0)?0.1125.60.15ln(100d0)?d0

令式中的d0從裸管外徑di=0.01m開始計算,將計算結果標繪在圖2中,由圖2可知,隨著保溫層外徑圖

圖1 圖2

[例2] 在逆流操作的冷凝器中,用15℃的水使絕對壓強為11206kPa、溫度為95℃、流量為200kg/h的過熱氨氣冷卻并冷凝。液態氨在冷凝溫度下排出,相應的液氨飽和溫度為30℃。在操作過程中,

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