第四章 习 题 固定床压降 1.某种圆柱形颗粒催化剂其直径为dp,高为h,试求等体积的当量直径d及球形度中。 现有h=d,=4mm的颗粒，填充在内径为1m的圆简形容器内，填充高度为1.5m,床层空隙率为0.43。若在20℃、1atm下 使360m3h的空气通过床层，试估算床层压降为多少？ *2.用20℃、1atm空气通过某固定床脱硫器，测得如下数据： 空塔气速0.3m/s单位床层高度的压降220Pa/m: 0.8m/s. 1270 Pa/me 试利用欧根公式估计甲烷在30℃、0.7MPa下以空塔气速0.4/s通过床层时，单位床层高度的压降为多少？已知在操作 条件下甲烷物性：4=0.012mPa·s:p=4.50kg/m3。 过滤物料衡算 3.某板框压滤机共有20只滤框，框的尺寸为0.45×0.45×0.025m,用以过滤某种水悬浮液。每m3悬浮液中带有固体0.016 m3,滤饼中含水50%（质量）。试求滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤液量(m3)。 己知固体颗粒的密度p=1500kg/m3,p1000kg/m3。 过滤设计计算 4.在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据： 滤液量(m3)0.10.200.30 0.40 过滤时间(s) 38115 228 380 过滤面积为1m2,求过滤常数K及qe。 5.某生产过程每年欲得滤液3800m3,年工作时间5000hr,采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5r,其中过 滤时间为1.5r,将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为 K=4×105ms:qe=2.5×102m。 滤饼不洗涤，试求： (1)所需过滤面积，m: (2)今有过滤面积为8m的过滤机，需要几台？ 6.叶滤机在恒定压差下操作，过滤时间为T,卸渣等辅助时间τ。滤饼不洗涤。试证当过滤时间T满足下式时，叶滤机 的生产能力达最大值。 K 过滤操作型计算 7.在恒压下对某种悬浮液进行过滤，过滤10分钟得滤液4升。再过滤10分钟又得滤液2升。如果继续过滤10分钟， 可再得滤液多少升？ 8.某压滤机先在恒速下过滤10分钟，得滤液5升。此后即维持此最高压强不变，作恒压过滤。恒压过滤时间为60分钟， 又可得滤液多少升？ 设过滤介质阻力可略去不计。 9.有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种水悬浮液时，得如下的过滤方程： q2+20q=250t 式中q-1/m2: t-mine 在实际操作中，先在5时间内作恒速过滤，此时过滤压强自零升至上述试验压强，此后即维持此压强不变作恒压过滤， 全部过滤时间为20min. 试求： (1)每一循环中每m2过滤面积可得的滤液量(1)： 152
第 四 章 习 题 固定床压降 1．某种圆柱形颗粒催化剂其直径为 dp，高为 h，试求等体积的当量直径 de及球形度ψ。 现有 h= dp=4mm 的颗粒，填充在内径为 1m 的圆筒形容器内，填充高度为 1.5m，床层空隙率为 0.43。若在 20℃、1atm 下 使 360m3 /h 的空气通过床层，试估算床层压降为多少？ *2．用 20℃、1atm 空气通过某固定床脱硫器，测得如下数据： 空塔气速 0.3m/s, 单位床层高度的压降 220 Pa/m； 0.8m/s, 1270 Pa/m。 试利用欧根公式估计甲烷在 30℃、0.7MPa 下以空塔气速 0.4m/s 通过床层时，单位床层高度的压降为多少？已知在操作 条件下甲烷物性：μ=0.012mPa·s；ρ=4.50kg/m3 。 过滤物料衡算 3．某板框压滤机共有 20 只滤框，框的尺寸为 0.45×0.45×0.025m, 用以过滤某种水悬浮液。每 m3悬浮液中带有固体 0.016 m3 , 滤饼中含水 50%（质量）。试求滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤液量（m3 ）。 已知固体颗粒的密度ρp=1500kg/ m3 , ρ水=1000kg/ m3 。 过滤设计计算 4．在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据： 滤液量（m3 ） 0.1 0.20 0.30 0.40 过滤时间（s） 38 115 228 380 过滤面积为 1 m2 ，求过滤常数 K 及 qe。 5．某生产过程每年欲得滤液 3800 m3 ，年工作时间 5000hr，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为 2.5hr，其中过 滤时间为 1.5hr, 将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为 K=4×10-6 m2 /s； qe=2.5×10-2m。 滤饼不洗涤，试求： （1） 所需过滤面积，m2 ； （2） 今有过滤面积为 8 m2 的过滤机，需要几台？ *6．叶滤机在恒定压差下操作，过滤时间为τ，卸渣等辅助时间τD。滤饼不洗涤。试证当过滤时间τ满足下式时，叶滤机 的生产能力达最大值。 K q D D e τ τ = τ + 2 过滤操作型计算 7．在恒压下对某种悬浮液进行过滤，过滤 10 分钟得滤液 4 升。再过滤 10 分钟又得滤液 2 升。如果继续过滤 10 分钟， 可再得滤液多少升？ 8．某压滤机先在恒速下过滤 10 分钟，得滤液 5 升。此后即维持此最高压强不变，作恒压过滤。恒压过滤时间为 60 分钟， 又可得滤液多少升？ 设过滤介质阻力可略去不计。 9．有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种水悬浮液时，得如下的过滤方程： q2 +20q=250τ 式中 q—l/ m2 ； τ—min。 在实际操作中，先在 5min 时间内作恒速过滤，此时过滤压强自零升至上述试验压强，此后即维持此压强不变作恒压过滤， 全部过滤时间为 20min。 试求： （1） 每一循环中每 m2过滤面积可得的滤液量（l）； 152
(2)过滤后再用相当于滤液总量的1/5水以洗涤滤饼，洗涤时间为多少？ *10.某板框压滤机有10个滤框，框的尺寸为635×635×25mm。料浆为13.9%（质量）的CaC0悬浮液，滤饼含水50% (质量)，纯CaC03固体的密度为2710kgm3。操作在20℃、恒压条件下进行，此时过滤常数K=L.57×10m2/s,q=0.00378 mm2。试求： (1)该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间： (2)在同样操作条件下用清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液量的1/10求洗涤时间。 *11.过滤面积1.6m2的叶滤机在操作时测得如下数据： v (m) 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 T (s) 50 164 317 512 750 1029 在过滤初期50s内，压差逐步升高到1×10Pa,以后在此恒压下操作。试求： (1)压差1×10Pa下的过滤常数K、qe: (2) 过滤自始至终在压差1.5×10Pa下操作，750s后得滤液量多少？设滤饼不可压缩。 回转真空过滤 12.有一回转真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4m。若过滤介质的阻力可忽略不计，问每小时欲获得6m滤液转 鼓每分钟应转几周？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。 第四章 思考题 1.颗粒群的平均直径以何为基准？为什么？ 2.数学模型法的主要步骤有哪些？ 3.过滤速率与哪些因素有关？ 4.过滤常数有哪两个？各与哪些因素有关？什么条件下才为常数？ 5.Topt对什么而言？ 6.回转真空过滤机的生产能力计算时，过滤面积为什么用A而不用A中？该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比？ 7.强化过滤速率的措施有哪些？ 153
（2） 过滤后再用相当于滤液总量的 1/5 水以洗涤滤饼，洗涤时间为多少？ *10．某板框压滤机有 10 个滤框，框的尺寸为 635×635×25mm。料浆为 13.9%（质量）的 CaCO3 悬浮液，滤饼含水 50% （质量），纯 CaCO3 固体的密度为 2710kg/ m3 。操作在 20℃、恒压条件下进行，此时过滤常数 K=1.57×10-5 m2 /s,qe=0.00378 m3 /m2 。试求： （1） 该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间； （2） 在同样操作条件下用清水洗涤滤饼，洗涤水用量为滤液量的 1/10 求洗涤时间。 *11．过滤面积 1.6 m2 的叶滤机在操作时测得如下数据： V (m3 ) 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 τ (s) 50 164 317 512 750 1029 在过滤初期 50s 内，压差逐步升高到 1×105 Pa，以后在此恒压下操作。试求： （1） 压差 1×105 Pa 下的过滤常数 K、qe； （2） 过滤自始至终在压差 1.5×105 Pa 下操作，750s 后得滤液量多少？设滤饼不可压缩。 回转真空过滤 12．有一回转真空过滤机每分钟转 2 转，每小时可得滤液 4m 3 。若过滤介质的阻力可忽略不计，问每小时欲获得 6m 3 滤液转 鼓每分钟应转几周？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。 第 四 章 思 考 题 1. 颗粒群的平均直径以何为基准? 为什么? 2. 数学模型法的主要步骤有哪些? 3. 过滤速率与哪些因素有关? 4. 过滤常数有哪两个? 各与哪些因素有关? 什么条件下才为常数? 5. τopt 对什么而言? 6. 回转真空过滤机的生产能力计算时, 过滤面积为什么用Ａ而不用Ａφ？该机的滤饼厚度是否与生产能力成正比？ 7．强化过滤速率的措施有哪些？ 153
第五章 习题 沉降 1. 试求直径30μm的球形石英粒子在20℃水中与20℃空气中的沉降速度各为多少？石英的密度为2600kgm。 2.密度为2000kgm3的球形颗粒，在60℃空气中沉降，求服从斯托克斯定律的最大直径为多少？ 3.直径为0.12mm,密度为2300kg/m的球形颗粒在20℃水中自由沉降，试计算颗粒由静止状态开始至速度达到99% 沉降速度所需的时间和沉降的距离。 4.将含有球形染料微粒的水溶液(20℃)置于量简中静置1小时，然后用吸液管于液面下5cm处吸取少量试样。试问 可能存在于试样中的最大微粒直径是多少μ？已知染料的密度是3000kgm3。 5.某降尘室长2m、宽1.5m,在常压、100℃下处理2700m3h的含尘气。设尘粒为球形，p,=2400kgm3,气体的物性与 空气相同。求： (1)可被100%除下的最小颗粒直径： (2)直径0.05mm的颗粒有百分之几能被除去？ 6.悬浮液中含有A、B两种颗粒，其密度与粒径分布为： pA=1900kg/m3,dA=0.1-0.3mm: pB=1350kg/m3,d=0.1~0.15mm. 若用p=1000kgm3的液体在垂直管中将上述悬浮液分级，问是否可将A、B两种颗粒完全分开？设颗粒沉降均在斯托 克斯定律区。 7.试证飞·Re,2为与沉降速度无关的无因次数据，且当？·R©，2小于何值时则沉降是在斯托克斯定律区的范围以内？ *8.下表为某种催化剂粒度分布及使用某种旋风分离器时每一粒度范围的分离效率。 粒径μm 5-10 10-20 20-40 40-100 质量分率 0.20 0.20 0.30 0.30 粒级效率几1 0.80 0.90 0.95 1.00 试计算该旋风分离器的总效率及未分离下而被气体带出的颗粒的粒度分布。 若进旋风分离器的催化剂尘粒的量为18gm3气，含尘气的流量为1850m3h,试计算每日损失的催化剂量为多少kg? 流态化 9.在内径为1.2m的丙烯腈硫化床反应器中，堆放了3.62吨磷钼酸铋催化剂，其颗粒密度为1100kgm3,堆积高度为5m, 流化后床层高度为10m。试求： ()固定床空隙率 (2)流化床空隙率； (3)流化床的压降。 10.试用动量守恒定律证明流体通过流化床的压降 △P=mPp-pg APp 式中m为颗粒质量，P。和p分别为颗粒与流体的密度。 11.某圆筒形流化床上部设一扩大段，为保证气体夹带出反应器之催化剂尘粒不大于55μm,则流化床扩大段的直径为多 少？ 己知：催化剂密度1300kgm3,气体密度1.54kgm3,粘度0.0137mPa·s,流化床床层直径为2m,操作气速为0.3ms。 *12.试用欧根方程 =1500-e2 △P d2P1750-.m2 s3 wdp 及沉降速度计算式，证明4L对小颗粒为916，对大颗粒为8.61。 umf 182
第 五 章 习 题 沉降 1. 试求直径 30μm 的球形石英粒子在 20℃水中与 20℃空气中的沉降速度各为多少?石英的密度为 2600kg/m3 。 2. 密度为 2000kg/m3的球形颗粒，在 60℃空气中沉降，求服从斯托克斯定律的最大直径为多少？ 3. 直径为 0.12mm，密度为 2300kg/m3的球形颗粒在 20℃水中自由沉降，试计算颗粒由静止状态开始至速度达到 99% 沉降速度所需的时间和沉降的距离。 4. 将含有球形染料微粒的水溶液(20℃)置于量筒中静置 1 小时, 然后用吸液管于液面下 5cm 处吸取少量试样。试问 可能存在于试样中的最大微粒直径是多少μm? 已知染料的密度是 3000kg/m3 。 5. 某降尘室长 2m、宽 1.5m, 在常压、100℃下处理 2700m3 /h 的含尘气。设尘粒为球形,ρp =2400 kg/m3 , 气体的物性与 空气相同。求： (1) 可被 100%除下的最小颗粒直径; (2) 直径 0.05mm 的颗粒有百分之几能被除去? 6. 悬浮液中含有 A、B 两种颗粒, 其密度与粒径分布为: ρA = 1900 kg/m3 , dA=0.1～0.3mm； ρB = 1350 kg/m3 , dB=0.1～0.15mm。 若用ρ= 1000 kg/m3的液体在垂直管中将上述悬浮液分级, 问是否可将 A、B 两种颗粒完全分开?设颗粒沉降均在斯托 克斯定律区。 7. 试证ζ·Rep 2为与沉降速度无关的无因次数据, 且当ζ·Rep 2小于何值时则沉降是在斯托克斯定律区的范围以内? *8. 下表为某种催化剂粒度分布及使用某种旋风分离器时每一粒度范围的分离效率。 粒径 μm 5～10 10～20 20～40 40～100 质量分率 0.20 0.20 0.30 0.30 粒级效率ηi 0.80 0.90 0.95 1.00 试计算该旋风分离器的总效率及未分离下而被气体带出的颗粒的粒度分布。 若进旋风分离器的催化剂尘粒的量为 18g/m3 气, 含尘气的流量为 1850 m3 /h, 试计算每日损失的催化剂量为多少 kg? 流态化 9. 在内径为 1.2m 的丙烯腈硫化床反应器中, 堆放了 3.62 吨磷钼酸铋催化剂, 其颗粒密度为 1100kg/ m3 , 堆积高度为 5m, 流化后床层高度为 10m。试求: (1) 固定床空隙率; (2) 流化床空隙率; (3) 流化床的压降。 10. 试用动量守恒定律证明流体通过流化床的压降 P p A m g ρ (ρ − ρ) ∆P = 式中 m 为颗粒质量, ρp 和ρ分别为颗粒与流体的密度。 11. 某圆筒形流化床上部设一扩大段,为保证气体夹带出反应器之催化剂尘粒不大于 55μm, 则流化床扩大段的直径为多 少? 已知: 催化剂密度 1300 kg/m3 , 气体密度 1.54 kg/ m3 , 粘度 0.0137mPa·s, 流化床床层直径为 2m, 操作气速为 0.3m/s。 *12. 试用欧根方程 p d p u d u L ψ ρ ε ε ψ µ ε ε 2 3 2 3 2 (1 ) 1.75 ( ) (1 ) 150 ⋅ − ⋅ + − = ∆P 及沉降速度计算式, 证明 mf t u u 对小颗粒为 91.6, 对大颗粒为 8.61。 182
提示：对小颗粒，欧根方程中的惯性项可以忽略，且 1-8m≈11。 23 w-Emf 1 对于大颗粒，欧根方程中的粘性项可以忽略，且一 -≈14。 3 Vye时 第五章 思考题 1.曳力系数是如何定义的？它与哪些因素有关？ 2.斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何？应用的前提是什么？颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计？ 3.重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关？降尘室的高度是否影响气体处理量？ 4.评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个？ 5.为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的？锥底为何须有良好的密封？ 6.广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么？ 7.提高流化质量的常用措施有哪几种？何谓内生不稳定性？ 8.气力输送有哪些主要优点？ 183
提示: 对小颗粒, 欧根方程中的惯性项可以忽略, 且 11 1 2 3 ≈ − mf mf ψ ε ε 。 对于大颗粒, 欧根方程中的粘性项可以忽略, 且 14 1 3 ≈ ψε mf 。 第 五 章 思 考 题 1. 曳力系数是如何定义的? 它与哪些因素有关? 2. 斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何? 应用的前提是什么? 颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计？ 3. 重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关? 降尘室的高度是否影响气体处理量? 4. 评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个? 5. 为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的? 锥底为何须有良好的密封? 6. 广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么? 7. 提高流化质量的常用措施有哪几种? 何谓内生不稳定性? 8. 气力输送有哪些主要优点? 183