第四章~第八章化工原理习题

第四章颗粒-流体两相流动

4-1试求直径为10μm，密度为2600kg/m3的石英球粒在20℃和100℃的常压空气中的沉降速度。并分析其计算结果。

4-2密度为1850kg/m3的微粒，在水中按斯托克斯定律沉降，问在50℃和20℃的水中，其沉降速度相差多少？如该颗粒的直径增大一倍时，在同温度的水中沉降，沉降速度又相差多少？并分析其计算结果。

4-3已测得密度为1560 kg/m3的球形塑料颗粒在15℃水中的沉降速度为9.2mm/s，求此塑料颗粒的直径。

习题4-4 附图

习题4-6附图

4-4用落球粘度计测定20℃时密度为1530kg/m3的混酸的粘度。该粘度计由一光滑钢球和玻璃筒组成，如附图所示。试验测得密度为9700 kg/m3，直径为0.2mm的钢球在盛有此混酸的玻璃筒中的沉降速度为10.2mm/s，问此混酸的粘度为多少？

4-5一固定床催化反应器，床层由直径4mm，高8mm的圆柱形催化剂组成，床层的高度为2

m，空隙率为0.4。当温度为400℃及压力为0.02MPa（表压）时，在每平方米催化剂层的截面上每小时通过1800m3（标准状况）的混合气体，试计算通过催化剂层的流体压力降。已知400℃及0.12 MPa （绝压）时该混合气体的密度为0.6kg/m3，粘度为4×10-5Pa.s。

4-6如附图所示的玻璃柱固定床测定以玻璃微粒为载体的吸附剂的表面积。已知该吸附剂的密度为2450 kg/m3，玻璃柱的内径为15mm，填充高度为0.2m。当保持吸附剂上方水层高度0.5m时，测得底部渗出的水流量为20mL/min。水温10℃。

4-7一直径为1.0m的流化床，用220℃，0.1MPa的氮气作为流化介质，其颗粒密度为3560 kg/m3，粒度为80~180μm，平均直径为125μm，求此流化床的临界流化速度和带出速度。

4-8若上题条件的流化床中操作气速为1.0m/s，为使粒径为80μm的颗粒不被带出床层，拟在流化床上部设一扩大段，求该扩大段的直径至少应为多少？在此条件下床内最大颗粒流化否？

4-9在流化床中干燥湿含量较低的聚氯乙烯颗粒物料。流化床底面积为矩形，长×宽为3.0m

×0.8m，床内堆积600kg桥架支撑架物料时，静床高为0.5m，颗粒密度为1420 kg/m3。在某一流化气速下测得床层高度为0.85m。求（1）固定床的空隙率；（2）流化床的空隙率；（3）流化床的压降。

4-10有一内径50mm、高50m的垂直气流输送管，拟用空气输送如下两种物料，试分别确定该输送管所需要的压头和所消耗的功率:

1）粒径dp=500m，密度p =2500 kg/m3，颗粒质量流率G=2000 kg/h，气速u=20 m/s

2）粒径dp=25m，密度p =1000 kg/m3，颗粒质量流率G=3000 kg/h，气速u=30 m/s

4-11在一内径25mm、长300m的水平气流输送管中用空气输送粒径 dp=150m、密度p =1300 kg/m3的固体颗粒物料，如果颗粒质量流率 G=500 kg/h，加料比=2.0，输送管出口通大气。试确定该输送管入口处所需要的压头和输送管所消耗的功率。并讨论气体可压缩性对计算结果的影响。

第五章颗粒-流体非均相物系分离

5-1用活性炭固定床脱除某有机液体的度，液体温度为20℃，密度为830 kg/m3，粘度为1.3×10-3Pa.s多媒体控制器。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0.43。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，问该液体的处理量有多大？

5-2 今有一实验装置，以0.3MPa的恒压过滤含钛白粉（TiO2）的水悬浮液，测得过滤常数。又测得滤饼体积与滤液体积之比υ=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，过滤压力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，共为38个框，过滤面积为50m2，框内总容量为0.615m3）。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，求每台压滤机的生产能力，以每小时平均可得

多少m3滤饼计。

5-3有一浓度为9.3%的水悬浮液，固相的密度为3000kg/m3，于一小型过滤机中测得此悬浮液的滤饼常数k=1.1×10-4m2/（s·atm）滤饼的空隙率为40%。现用一台GP5-1.75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0.5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。

5-4 某回转真空过滤机转速为每分钟2转，今将转速提高至每分钟3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。

5-5一台BMS30-635/25型板框压滤机（过滤面积为30m2）在0.25MPa（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asdl15分钟。现若改用一台GP20-2.6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。

5-6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。然后用浸胶线12分钟进行拆卸、清洗、装合。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，而每次涂助滤剂的操作需要4分钟完成，问涂上助滤剂后生产能力的变化如何？

5-7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。

5-8加压叶滤机过滤面积为4.5m2，在美光隐形眼镜0.2MPa（表压）下用某种料浆进行恒压过滤实验，测得以下数据：

过滤时间τmin	5	10	15	20	25	30
过滤量 V l	490	795	1035	1235	1425	1575

试求过滤常数K、qe。

5-9. 一矩形降尘室，长10m，宽5m，其中有20块隔板，隔板间的距离为0.1m ，用以分离含尘气体中的微粒，微粒的密度是4000kg/m3，微粒中最小粒径为10μm，气体的粘度为0.0218cp，密度为1.1kg/m3。试求：

（1）最小微粒的沉降速度；

（2）若需将最小微粒沉降下来，气体的最大流速不能超过多少m/s？

（3）此降尘室能够处理的气体量为多少m3/h？

5-10降尘室总高4m，宽1.7m，长4.55m，室内安装39块隔板，现每小时通过降尘室的含尘气体为2000m3，气体密度为1.6 kg/m3（均系标准状况），气体温度为400℃，此时气体粘度为3×10-5 N·s/m2，尘粒密度为3700kg/m3，求此降尘室内沉降的最小尘粒的直径。

5-11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10μm，试确定降尘室内需设多

少块隔板？

5-12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？

5-13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）。

5-14根据8题所述条件，估计该旋风分离器的分割粒径d50及直径为10μm的颗粒的粒级效率，并计算其压降。

5-15某厂使用CLP/B型旋风分离器分离含石英粉尘的空气，该型分离器处理石英尘粒的分效率曲线已测得（如附图），操作条件与测试条件一致，试计算下列两种粒度分布的石英尘粒的分离总效率。

平均粒径d, m		5	8	12	24	32	42
质量分率，x%	1	3	7	12	27	43	10
质量分率，x%	2	5	20	40	20	10	5

5-16在100℃的热空气中含砂粒之粒度分布（质量分率）为：

粒径范围，μm	10以下	10～20	20～30	30～40	40以上
质量分率，%	10	10	20	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

第六章搅拌

6-1在一标准构型的搅拌装置内，叶轮直径为0.6 m，液体的密度为1500 kg/m铜工艺3，液体的粘度为0.012 N.S/m2，要求叶轮的转速为90 r/min,现有三台电机它们能提供的有效功率分别为2、3、4 kW，试选择一台适用的电机，并求出该电机能带动的叶轮最大转速。当无档板时，若上述条件不变，求搅拌所需功率。

6-2采用标准构形的搅拌装置（有档板），将两种互溶液体混合，混合液体的密度为975 kg/m3,粘度为0.025 N.S/m2,搅拌处理液量为0.572 m3,搅拌器的直径0.3 m，转速为320 r/min，其混合效果良好。当处理液量为1 m3时，放大后搅拌器直径为0.36 m，若以单位体积功率相等为原则，试确定放大后，搅拌器的转速及功率。

第七章传热

传导传热