化工原理答案沉降与过滤.docx

第三章沉降与过滤沉降3-1密度为1030kgm3、直径为40Om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0.835kg/m3,黏度2.41IOsPas4 10 4颗粒密度1030kg/m3,直径dPP假设为过渡区，沉降速度为4 (9.81MIO30%4g2()2344 104 1.79msuI'd«225P验算RePaU4爪17观&8352.41105为过渡区3-2密度为2500kgtm的玻璃球在20°C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ud：g/18IPP由此式得(下标W表示水，a表示空气)查得20时水与空气的密度及黏度分别为998.2kg/m3,LOO4IOaPaS1.205kgZm3,1.81IOsPas已知玻璃球的密度为2500kg/m3,代入上式得9.61I(25001.205)1,004103(2500998.2)1.81IOs331降尘室的长度为Iom,宽为5m,其中用隔板分为20层，间距为IOomm,气体中悬浮的最小颗粒直径为IOm,气体密度为Llkg/m3,黏度为21.8106PaS,颗粒密度为4000kgm3试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s?(3此)降尘室每小时能处理多少m3的气体？解已知d10106m,4000kg/m3,Llkg/m3,21.8IOePasPCP(1)沉降速度计算假设为层流区gd2()9.81(10106WQ001.1)ut"IS1821.810©路A验算ReV.10106001110.005052为层流21.8106(2)气体的最大流速UOmax沉降高度H0.1m,降尘室长度LIOmLmax1()0.1auQjQL(3)气体的最大处理量qWHNu501201IOm.s3.6lO4m3hVSmax气体的处理量q也可以用教材式(3-18)计算VSIOm 3Is 3.6 IOim 3小d>()gWLN(10106)240009.8151020qvs-81821.8106【3-4】有一重力沉降室，长4m,宽2m,高，内部用隔板分成25层。炉气进入除尘室时的密度为0.5kg/m3,黏度为0.035mPaSo炉气所含尘粒的密度为4500kg/m3。现要用此降尘室分离Ioom以上的颗粒，试求可处理的炉气流量。解已知炉气的密度0.5kg/m3,黏度=3.5105PaS尘粒的密度4500kg/m3,临界尘粒直径d100lOGmPC假设为层流区，求得沉降速度为g%)9.81(100106)2(45甯Ut18183.5IOs验算Re*KX)NM3051为层流区炉气流量为quWLN0.7012425140m3sVt本题也可以用教材式(3-18)计算，式中的WL改为WLN。【3-5】温度为200、压力为101.33kPa的含尘空气，用图3-9(a)所示的旋风分离器除尘。尘粒的密度为2000kgm3°若旋风分离器的直径为，进口气速为21ms,试求：(1)气体处理量(标准状态)为多少113s;(2)气体通过旋风分离器的压力损失；(3)尘粒的临界直径。解空气温度200C,压力，从空气物理性质表中查得密度0.746kg/m3,黏度=2.6IOsPas(1)气体处理量旋风分离器直径D0.65m,进口气速U21m/s200C、的空气流量为1.065 m 3/sQbhu2亭-212.52D22.520.652*55(TC、时空气流量为273 1 1.065 200 2730. 615 m?/s vD 3D L30W30bjb-_55 8.31L LH D 2 Q-B-VU2 8.31 (0.746) (21)21370Pa 1.37 kPa压力损失阻力系数压力损失(3)尘粒的临界直径d。PC已知尘粒密度2000kg/m3,b0650.13p55md3II(2.6105)0.13pcVnP.3V-52000216791°6m679m3-6悬浮液中固体颗粒浓度(质量分数)为固体kg悬浮液，滤液密度为1120kgm3,湿滤渣与其中固体的质量比为湿滤渣kg干渣，试求与lm3滤液相对应的湿滤渣体积，单位为m3湿滤渣/m3滤液。固体颗粒密度为2900kgm3。解已知X0.025kg固体kg悬浮液C2.5kg湿渣kg干渣，滤液密度1120kg/m?X1 CX0.025 11201 2.5 0.02529.9kg干渣/m3滤液C2.51 C 11 2.5 12900 1720PC 29.9 2.51480kg/m?14800.0505m a湿渣/ m 3滤液【37】用板框压滤机过滤某悬浮液，共有20个滤框，每一个滤框的两侧有效过滤面积为2,试求1小时过滤所得滤液量为多少m3。已知过滤常数K4.97105m2s,q1.64I2m3m2e解36(X)sq22qqKq22q1.64IO24.97IOs3600qz3.28lO2q0.17903.28102(3.2>Oo)00.>79<w>习题3-8附图qq.0.4071113/m2A200.8517m2,VqA0.407176.92m3滤液3-8将习题3-6的悬浮液用板框压滤机在过滤面积为100Cm2、过滤压力为条件下进行过滤，所测数据为过滤时间IS8.43884145滤液量/mL100300500700试求过滤常数K与q及滤饼的比阻r。已知滤液的黏度C为3.4TnRlSo解已知过滤面积A100cm20.01m：/s8.43884145VZmL100300500700V/m3l×1043×l45×l47×1(qm3m21×123×10-25×10-27×10-2/m2s/m3q8.4XS12.740216.8HO220.7HO2加习题3-8附图所示直线的斜率I2.013IO4,K4.967105m2/s,截距2,lnKCW.W1¾jK-6.61024.967IOs-q1.64IO2mm2e2已知P5.33104Pa滤液黏度3.4mPaS3.4IOaPas由习题36得0.0505m3湿渣/m?滤液故比阻为2p2533104rr-nncnc'1.25IOum2K4.967105341030.05053-9对习题3-6及习题3-8中的悬浮液用板框压滤机在相同压力下进行过滤，共有20个滤框，滤框厚度为60mm,每一个滤框的两侧有效过滤面积为O.85m?。试求滤框内全部充满滤渣所需要的时间。固体颗粒密度为2900kgm3.在习题36中已给出湿滤渣质量与其中固体质量的比值为湿渣/kg干渣，并计算出每立方米滤液相对应的湿渣体积，即0.0505m3湿渣m滤液。在习题3-8中已求出恒压过滤的过滤常数K4.96710sm2S,q1.64IO2m3m2e解求恒压过滤的过滤时间的计算式为q22qqKe需要求出q-A过滤面积A0.852017m2滤液体积V的计算：20个滤框中的湿滤渣体积为V200.06竺_051m3湿渣c从滤渣体积V计算滤液体积VCV二310.1m3滤液0.0505qV-HH0.594m3滤液/m2过滤面积A17过滤时间乎2户(05%b205%L64102.7496s2.08hr496710【3-10】用板框压滤机过滤某悬浮液，恒压过滤IOmin,得滤液IOmj若过滤介质阻力忽稍不计，试求：(1)过滤Ih后的滤液量；过滤Ih后的过滤速率dV/d。解恒压过滤，已知10min,VIOm3,V0,代入教材式(3-40),eV?KA2V21()2求得。2ioIOm</min(1)过滤1h后的滤液量60minVA2=160=24.5m(2)过滤Ih后的过滤速率dV/d从教材式(339)K红与式338,得dV0.204m3/min3.410?m3/s2V224.5【3-11】若转筒真空过滤机的浸液率1/3,转速为2rmin,每小时得滤液量为15m3,试求所需过滤面积。已知过滤常数K2.7lO4m2s,qe0.08m3/m2解由题Q15/3600m3sN2/601/s过滤面积A8.12m：15/360022.71041-(0.08)20.086042SJ第七章干燥湿空气的性质【7-1】湿空气的总压为101.3kPa,(1)试计算空气为40、相对湿度为60%时的湿度与靖；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa,求该空气在50时的相对湿度与湿度H。解湿空气总压PIol.3kPa(1)0.6,40C时水蒸气的饱和蒸气压P7.375kPa§湿度H0.622pyQ622而番黑区-().()284kg7Kkg干气$给I1.011.88Ht2492H=(1.011.880.0284)4024920.0284113.3kJkg(2)湿空气中水汽分压pv93kPa50时水的饱和蒸气压ps12,34kPa相对湿度F停L0.754S湿度H0.622Ja_622-空一0.0629kg水/kg干气PPv101.39.3【7-2】空气的总压为101.33kPa,干球温度为303K,相对湿度70%,试用计算式求空气的下列各参数：(1涯度H；饱和湿度H；(3)露点匕(4*含I；(5)空气中的水汽分压解总压P101.33kPa,t303K30*C,0.7(1)3/0时,水的饱和蒸气压P4.241kPa湿度H0622p.-0.6220,742410.018水kg干气pp10133(174241S(2)饱和湿度H0.622ps-0.6224,2410.0272kg水/kg干气Spp101.334.241S(3)露点t时的饱和湿度H0.0188kg水/kg干气dSH0.622ps-iPPPH101330.0188、FCps2,97kPaS0.622H0.6220.018823.3C,故空与的露点t23.3°Cd(4)t30C,H0.0188kg水/kg干气时,空气的燧为H1.01l.88Ht2492H=(1.011.880.0188)3()24920.018878.2kJkg干气(5)t=3(C时的p4.24IkPa5水汽分压pp0.74.2412.97kPaV37-350,湿球温度为30C,试计算湿空气的湿度与水汽分压。解湿球温度I50时，水的饱和蒸气压P12.34kPa,比汽化热r2378kJkg湿球表面处的湿空气，在总压PlOL3kPa及城球温度t50时的湿度为WH0.622-0.62212340.0863kg水/kg干气Wpp101.312.34空气在t5(C时的湿度为InoHHJt)0.086350300.077kg水/kg干气*IrW心/o0.077/18.02 y 0.11101.3 11.IkPaH图填写下表的空白。湿空气的水汽摩'尔分数为一干球温度CC湿球温度rc湿度Zkg水kg1干气相对湿度%焰ZkJkg1干气水汽分压/kPa露点/5030(0.018)(23)(97)(2.75)(24)40(26)(0.0145)31.5)(76)(2.3)2020(16)(0.0087)60(43)(1.3)(12)(55)(39)(39)160(6.1)(36)水汽分压py().117-4利用湿空气的I30(20)(0.01)(37)(56)(14)【7-5】空气的总压力为101.3kPa,干球温度为20C.湿球温度为15。该空气经过一预热器，预热至50C后送入干燥器。热空气在干燥器中经历等燧降温过程。离开干燥器时相对湿度80%o利用I-H图，试求：(D原空气的湿度、露点、相对湿度、焰及水汽分压；(2)空气离开预热器的湿度、相对湿度及辂；(3)100w原空气经预热器加热，所增加的热量；(4)离开干燥器时空气的温度、焰、露点及湿度；(5)100m3原空气在干燥器中等燧降温增湿过程中使物料所蒸发的水分量。解空气总压P101.3kPa,干球温度t=20C,湿球温度15C。W原空气的湿度H0.0085kg水Zkg干气，露点tl2°C,相对湿度60%,焰0doOI43kJkg干气，水汽分压1.3kPa。0VO(2)空气离开预热器的温度t=50°C,求得湿度HH().0085kg水kg干气，相对湿度1。12%,熠I72kJkg干气。II(3)原空气的比体积0774I244H-(0.7741.2440.01)0.844m3湿气/kg干气Ho273273100m3原空气在预热器所增加的热量为QI=,0072-433436kJIo0.844(4) 一气在干燥器中为等焰降温增湿过程，离开干燥器时，已知相对湿度80%,求2得温度t27'C,烙I72kJkg干气，露点t24,湿度H0.018kg水kg干气。22d22(5) 100m3原空气，在干燥器中，等焰降温增湿过程中，使物料所蒸发的水分量为1(¥)1Q0W_H,H1诉不0.0180.00851.126kg水H【7-6】在去湿设备中，将空气中的部份水汽除去，操作压力为101.3kPa,空气进口温度为20C,空气中水汽分压为6.7kPa,出口处水汽分压为1.33kPa°试计算IoOm3湿空气所除去的水分量。解总压P101.3kPa,P6.7kPa,p1.33kPaVlv2空气进口湿度H0.622pv-0.622670.044Ikg水/kg干气Ipp101.36.7Vi空气出口湿度H0.622pvi-0.6221338.28103kg水/kg干气2pp101.31.33进口湿空气的比体积rr2940.7741.244H0.7741.2440.0441=0.89m3湿气/kg干气»>273273Ioom3湿空气中含存的干空气量为黑kg(干气k除去的水分量为0.89H.H：0.890M03402kg水7-7湿空度的总压为10L3kPa,温度为10,湿度为水kg干气。试计算：空气的相对湿度；(2)空气温度升到35°C时的相对湿度°；(3)温度仍为35,总压提高到1115kPa时的相对湿度;(4)温度仍为第(1)问的10,若总压从101.3kPa增大到500kPa,试求此条件下的湿空气饱和湿度H,并与原空气的湿度H比较，求出加压后每千克干空气所冷凝的水分量。解总压PIoL3kPa,湿度H0.005kg水Zkg干气温度t=10°C时水的饱和蒸气压P1.227kPaSl相对湿度HP°°°5I。80658>0.622Hp(0.6220.005)1.227另一解法：湿空气中水汽摩尔分数y°°°"802II!水汽的分压p yp0.005/18.020.(X)5 /18.02 1/28.95101 3 O. 807kPa相对湿度pv°竺70.658_1p1.227si(2)温度1二35C时，水的饱和蒸气压为P5.808kPa道相对湿度psi0.65812270.1392Ip5.808(3)与(2涧相比，总压由“p101.3kPa改为P115kPa2相对湿度与总压P成正比，故P115与0.139-0.15832P21013(4)温度tI。C时，水的饱和蒸气压为p1.227kPa,总压P500kPaS饱和湿度H0.622P0；622p：275U?0.00153kg水kg干气原空气的湿度H0.005kg疝kg干气每千克干空气所冷凝的水分量为HH0.0050.001530.00347kg水Zkg干气S【7-8】氮气与苯蒸气的混合气体，总压力为102.4kPa.在24C时，混合气体的相对湿度为60%。(1)试计算混合气体的湿度(kg苯蒸气kg氮气)；(2)试计算使混合气中的苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度H；(3)若混合气温度降为10,试计算总压力增加到多大，才干使S苯蒸气冷凝70%o苯的饱和蒸气压P用附录十的AnIOine方程计算。解总压P102.4kPa,温度t24°C,相对湿度0.6。(1)计算湿度Hp102.4kPa,0.61苯在24C时的液和蒸气压p计算*1lgpU 6030551211.03324 220.79IZlkPa氮的摩尔质量M28.02kgZkmol,苯的摩尔质量M78.11kgkmoloKVHMp78.110.612.10.213kg苯蒸气kg氮气«k甲spj=2sor27HreTn-(2)苯荥气冷;70%时的饱和湿度H计算1.ILJ20.7HI07H03H03021300639kg苯蒸气Zkg氮气H11>温度tIOC,苯蒸气冷凝70%,总压力P?22苯在I(TC-时的饱和蒸气压P计算al1211.03310,P©6.03055220.79三2'P6.07kPa78.116.07Mp28.02p607HkJ0.06392总)玉珈品砚270.9kPa时，才干使苯蒸气冷凝70%干燥过程的物料衡算与热量衡算7-9某干燥器的湿物料处理量为100kg湿料h,其湿基含水量为10%(质量分数)，干燥产品湿基含水量为2%(质量分数)。进干燥器的干燥介质为流量500kg湿空气/h、温度85、相对湿度10%的空气，操作压力为101.3kPa.试求物料的水分蒸发量和空气出干燥器时的湿度H2。解操作压力PlOL3kPa湿物料处理量LJOOkg湿料h,湿基含水量OJo干基含水量为X.一小I110.10.9产品湿基、水量0.02,干基含水量为2V0.020.02,10.020.982(1)物料的水分蒸发量W湿物料中绝干物料的质量流量为1.L1100.10190kg干料/hcII水分蒸发量为WLXX90(果隰水分/hC>20.90.98(2)空气出干燥器时的湿度H2计算空气的流量为50Okg湿空气/h,温度t=85°C时，水的饱和蒸气压P5874kPa,相对S湿度（）0.1 58.74101.3 0.1 58.740. 0383kg水 / kg 干气482kg 干气/h空气进干燥器的湿度H0.622。-0.622,PP干空气的质'量流量为500500H110.03831%的计算如下WGHH21H;_H0.03830.0552kg水kg干气7-10某干燥器的生产能力为700kg湿料/h,将湿物料由湿基含水量0.4（质量分数）干燥到湿基含水量005（质量分数）。空气的干球温度为20,相对湿度为40%,经预热器加热到100,进入干燥器，从干燥器排出时的相对湿度为60%-若空气在干燥器中为等焰过程，试求空气消耗量及预热器的加热量。操作压力为101.3kPa°解湿物料流量L=700kg湿料/h,湿基含水量10.4,则干基含水量为X,O4I10.410.4IUi产品湿基含水量，0.05,干基含水量为0.05210.0510D52W湿物料中绝干物料的质量流量为1.L1700.10442Okg干料/h物料中的水分蒸发量为WLXX 420 芸Cl 20.6 09）空气温度l020C,相对湿度 经预热器力;热，温度升到I302kg 水分/hIOOeC ,从IH图*查得湿度H湿度未变，为H HI 00.0057kg 水 Zkg 干气。0.005Tkg水Zkg干气，焰I 116kJkg 干气。空气从干燥器出来时的相对湿度0.6,从空气进干燥器的状态点1沿I 116 kJ kg干气的等空I线，直到 0 6时，空气出干燥器的湿度H20.029kg水Zkg 干气。气消耗量G302/360(), 一 lfs ft(l57预热器的加热量为C GCIA to)3,6 1.01 1.88H3.61.011.880.005710020294kW7-11在常压干燥器中将某物料从湿基含水量0.05（质量分数）干燥到湿基含水量0005（质量分数）。干燥器的生产能力为720Okg干料h,物料进、出口温度分别为25C与65。热空气进干燥器的温度为120C,湿度为水kg干气，出干燥器的温度为80C。空气最初温度为20Co干物料的比热容为L8kJ（kg°C）°若不计热损失，试求：（1）干空气的消耗量G、空气离开干燥器时的湿度H2；预热器对空气的加热量。解已知数据如习题711附图所示。物料的干基湿含量为X,000552r°三r水分蒸发量为WLCX.X72005543kgh95990.0952kg/s（1）干空气消耗量G与空气离开干燥器时的湿度H的计算2空气进、出干燥器的焰为I1.01.88Ht2492H.01I880.007120249200071 11I140kJkg干气I101188Ht2492H1.011.88H802492H2 *22222'=80.8+2642H2物料进、出干燥器的焰为IcXc1.854.1872550.5kJkg干料I»Iwi95S1 cXc1.8、4.18765118.4kJkg干料2 X2w2995干燥器的热量衡算一G1ILIII2C2IG140808.2642H7200118450.5G5922642H788900干空气消耗量H0007(b)343HH21由式a与式b求得干空气消耗量G4.16l(hkg干气/h空气离开干燥器时的湿度H=水kg干气(2)预热器对空气的加热量QP计算空气进预热器的焰为I1.01.188Ht2492H,1.01188QOO72024920007000037.9kJkg干气¾6001146V37.91180kWP3600干燥速率与干燥时间7-12在恒速干燥阶段，用下列4种状态的空气作为干燥介质，试比较当湿度H定而温度I升高及温度t一定而湿度H增大时，干燥过程的传热推动力ttt与水汽化传质推动力HH-H有何变化，并指出哪种情况下的推动力最大。m(l)t=5oC0,H=0.01kg水kg干气；(2)t=10oC0,H=0.01kg水kg干气；(3)t=10C0,H=0.05kg水Zkg干气；(4)t=5°C0,H=0.05kg水Zkg干气；解t=5oCO,H=0.01(2)t=10oC0.H=0.01I 25 H 0021“N ,(3) t=10*C0, H=0.05I 叱 H 05.,225(2)与(1，比较，H一定, (3)与(2)比较，t一定， (3)与(4)比较,H一定, (4)与(1)比较，t一定，I 35 .(65t 42.5H 0H37 7(4) t=5oCOi H a(63 t增大，则t增大，H增大，则t堵大,睇大，则I增大，H增大，则t增大,H增大，t增大，H增大。wH增大，但t减小，H减小。wH增大，t增大，H增大。WH增大，但t减小，H减小。W结果是：t增大，能使I、H都增大,H增大，能使t、H都减小，H较小时，使t增大，对t、H的增大效果显著。第种情况的推动力最大。【7-13】在恒定干燥条件下，将物料从X=0.33kg水kg干料，干燥至X=0.09kg水kg干料，1共需7h,问继续干燥至X；0.07kg水kg干料，再需多少时间？已知物料的临界含水量为0.16kg水kg干料，平衡含水量为水kg干料(以上均为干基含水量)。降速阶段的干燥速率与物料的含水量近似呈线性关系。解已知X0.33kg水Zkg干料，X0.16kg水Zkg干料ICX0.09kg7干料，X*0.05kgJkg干料7h12干燥时间计算式为-XXIAuIcCK,X部1.cXX*LXX*XX*2AK3X*CAUInXX*X2c2将已知数据代入，得7c撼巧格0.160t9f6l0-5Au24.9kg水hZkg干料当攵().07(kg水Zkg干料)时，201600524.90.330.160.160.05In',I20.070.05需增加的时间为干燥综合题7-14现将25oC,湿度为kg绝干气的空气在预热器中升温至C后进入一干燥面积为48的常压绝热干燥器，将150Okg湿物料从含水量为18%(湿基)降至1.5%(湿基)。已知物料的临界含水量Xc=kg绝干料，平衡含水量X*=Zkg绝干料，恒定干燥条件下测得恒速阶段干燥速率为/(h),降速干燥阶段干燥速率与自由含水量呈直线变化。求：(1)完成上述干燥任务需消耗多少kg新鲜空气？(2)若忽略预热器的热损失，蒸汽冷凝潜热为2205kJkg,预热器中加热蒸汽的消耗量(kg).(3)所需干燥时间为小时？解(1)消耗空气量1.=L(I)=1500(1-0.18)1230kgC11X111-0.181-0.180.2195X221-0.0151-0.0150.01523WL(X-X)1230(0.2195-0.01523)251.3kg因为干燥过程为绝热过程，空气进出干燥器为等焰过程，即(1.011.880.01)9024900.01(1.011.88H)502490H22解得H2=Zkg绝干气WW251.30.02593-0.011.578 刑g气绝干气消耗量G=h_h=H_H='2130原空气消耗G=G(I+H0)=1.587*8(1+0.01)=15941枷kg新鲜空气(2)预热器中蒸汽消耗量QR)(t%)=1578XOi(ini+1.88OxniX9(K25>l.O5FOxdJ加热蒸汽消耗量为478.6kgQ1.055IOer2205(3)X2<Xc,X1>Xc,干燥过程包括恒速阶段和降速阶段，总干燥时间为X-XaInXx*(2甲00.2195-0.148(0.0.X-X*01)ln4.375h0.01523-0.01