食工原理课后习题答案第3-6章(共20页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第三章3-1 试求粒度为50mm的某谷物的粉粒在20和100的常压空气中的沉降速度。并分析其计算结果。已知该谷物的密度rp=1480kg/m3。解：（1）m=1.8110-5Pa.s r=1.205kg/m3 ut=(5010-6)2(1480-1.205)9.81/(181.8110-5)=0.111m/s Ret=0.1115010-61.205/(1.8110-5)=0.371 （2）m=2.1910-5Pa.s r=0.946kg/m3 ut=(5010-6)2(1480-0.946)9.81/(182.1910-5)=0.092m/s Ret=0.09250

2、10-60.946/(2.1910-5)=0.19913-2 密度为1850 kg/m3的微粒，在20的水中按斯托克斯定律沉降，问直径相差一倍的微粒，其沉降速度相差多少？解： ut/ut=(d/d)2 ut=4ut 3-3 已测得密度为1100kg/m3的某球形豆制品颗粒在15水中的沉降速度为2.8mm/s，求此豆制品颗粒的直径。解： Ret=2.4310-40.00281000/0.00115=0.5913-4 用落球粘度计测定20时密度为1400kg/m3的糖蜜的粘度。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7900 kg/m3，直径为0.2mm的钢球在盛有此糖蜜的玻璃

3、筒中的沉降速度为10.2mm/s，问此糖蜜的粘度为多少？解： m=d2(rp-r)g/18ut=(210-4)2(7900-1400)9.81/(1810.210-3)=0.0139Pa.s Ret=210-410.210-31400/0.0139=0.205513-5 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2500kg/m3，微粒中最小粒径为10mm，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

4、理的气体量为多少m3/h？解：（1）utmin=(1010-6)2(2500-1.1)9.81/(180.021810-3)=6.24710-3m/s Ret=6.24710-31010-61.1/(0.021810-3)=0.003151 （2）tt=0.1/utmin=16s u=10/16=0.6247m/s （3）qvh=utminBLn=6.24710-3105213600=23614m3/h3-6 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10mm，试确定降尘室内需设多少块隔板？解：

5、ut=(1010-6)2(2000-1.185)9.81/(181.83510-5)=5.9410-3m/s qv1=5.9410-3423600=128m3/h 3000/128=23.4 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？解： qv=0.6qv uT=uTqv/qv=0.6ut=0.620=12m/s dc/dc=(uT/uT)1/2=(1/0.6)1/2=1.293-8 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

6、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）。解： uT=38008/(36000.652)=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，mm10以下10202030304040以上质量分率，%1010202040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

7、砂粒的沉降均符合斯托克斯定律。解： 对降尘室，原临界粒径为30mm。 qv=utBL qv=qv/2 ut=ut/2 dc/dc=(ut/ut)1/2 dc=dc/21/2=2.1210-5m 分离效率增为80% 对旋风分离器，原临界粒径为10mm。 dc/dc=(ut/ut)1/2 dc=dc21/2=14.110-5m 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。解： Vp=0.7850.00420.008=1.00510-7m3 de=(6Vp/p)1/3=5.7710-3m Ap=0.

8、7850.00422+3.140.0040.008=1.25610-4m2 dA=(Ap/p)1/2=6.3210-3m da=6Vp/Ap=61.00510-7/(1.25610-4)=4.810-3m a=6/de=1040m2/m3 ap=1.25610-3/(1.00510-7)=1250m2/m3 jA=1040/1250=0.833-11 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12345678910筛孔尺寸/mm0.40.3150.250.180.1540.1250.0

9、90.0710.0560.045筛留量/kg0.0010.0040.0100.0710.1350.1430.1160.0180.0020.000解： 附表序号（I）筛分数据（II）计算值筛孔尺寸mm筛留量kgdp,i-1-d p,Idpmi/mmwi/Fifi/mmwi/dpmi10.40.010.21.00020.3150.0040.0850.35750.80.9980.02240.0028630.250.010.0650.282520.990.07080.0056540.180.0710.070.21514.20.970.66050.030550.1540.1350.0260.167270

10、.8281.61680.0450960.1250.1430.0290.139528.60.5582.05020.040070.090.1160.0350.107523.20.2722.15810.0249480.0710.0180.0190.08053.60.040.44720.0029090.0560.0020.0150.06350.40.0040.06300.100.00000.0560.0280000以等比表面积计的平均粒径： dpm=0.141 mmS=7.089S=0.15213-12 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

11、率为0.42。当温度为150及压强为0.02MPa（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0.12MPa（绝压）时该混合气体的密度为0.8kg/m3，粘度为2.510-5Pa.s。解： =2143Pa3-13 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1.310-3Pa.s。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40 kPa（真空度）时，问该溶液

12、的处理量有多大？解： 床层上方压强 9810Pa（表），床层下方压强-40000Pa（表） Dp=9810+40000=49810Pa a=6/d=7959m2/m3 83016.7=1.104106u+1.218107u2 u2+0.0906u-0.=0 u=0.0489m/s qv=0.7850.320.0489=3.45510-3m3/s3-14 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0.55。现已知在0.2MPa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。解： V2=

13、2kA2Dp1-st V2=2kA2Dp1-st (V/V)2=(Dp/Dp)1-s=(5/3)2 (Dp/Dp)=(5/3)2/(1-0.55)=9.68 Dp=9.68Dp=9.680.2=1.94MPa3-15 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？解： 1.22+21.2qe=15K 42+24qe=60K K=1.12m2

14、/min qe=6.4m3/m2 过滤方程为 q2+12.8q=1.12t 铺助滤剂后 qe=qe/3=6.4/3m3/m2 42+246.4/3=1.12t t=29.5min3-16 今有一实验装置，以0.3MPa的恒压过滤某水悬浮液，测得过滤常数K=510-5m2/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BMY50810/25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

15、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。解：（1）A=0.812220=26.24m2 V饼=0.8120.02520=0.328m3 V=0.328/0.08=4.1m3 q=V/A=4.1/26.24=0.156m3/m2 q2+20.01q=510-5t t=(0.1562+0.020.156)/(510-5)=549s （2）tw=0.1V8(V+Ve)/KA2=0.18q(q+qe)/K=0.180.156(0.156+

16、0.01)/(510-5)=414s （3）Q饼=0.3283600/(549+414+900)=0.634m3/h3-17 有一浓度为9.3%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=1.110-4m2/(satm)，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。解： K=2kDp=21.

17、1104600/760=1.73710-4m2/s V=Q/60n=12.5/(600.5)=0.417m3 v(1-0.4)2200/1000+v0.41000+v(1-0.4)2200=0.093 v=0.08m3/m3 V=vV饼=0.080.417=0.0333m3 d=V饼/S=0.0333/5=0.0067m3-18 某回转真空过滤机转速为每分钟1.5转，今将转速提高至每分钟2.5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。解： Q/Q=(n/n)1/2=(2.5/1.5)1/2=1.293-19 一台BMS30-635/25型板框压滤机（过滤面积为30

18、m2）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15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。解：板框压滤机 Q=2.460/(30+15)=3.2m3/h 回转真空过滤机 K/K=600101.3/(760250)=0.32 K=2.42/(3023060)=3.55610-6m2/s K=0.32K=1.137410-6m2/s

19、 A=2.63.142.6=21.2m2 n=0.37rpm3-20 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。解：（1）恒速 VR2=KA2tR/2 即 2.52=KA20.25/2 KA2=2.522/0.25=50 先恒速再恒压 V2-VR2=KA2(t-tR) V2-2.52=50(1.25-0

20、.25) V=7.5 3 （2）Q=7.5/(1.25+0.25)=5 m3/h （3） 令 即 (t+tD)KA2/2=KA2(t-tR)+VR2 代入tD=0.25h，KA2=50，tR=0.25h，VR=2.5m3，得 t=0.52h 此时 V=50(0.52-0.25)+2.521/2=4.444m3 Qmax=4.444/(0.52+0.25)=5.77m3/h3-21 加压叶滤机过滤面积为4.5m2，在0.2MPa（表压）下用某种料浆进行恒压过滤实验，测得：过滤时间t/min51015202530滤液量V/l4907951035123514251575试求过滤常数K、qe。解： 用

21、线性回归法得： K=1.0210-4m2/s qe=0.0852m3/m2 t/sV/m3Q/mt/q3000.4900.10892755.106000.7950.17673396.239001.0350.23003913.0412001.2350.27444372.4715001.4250.31674736.8418001.5750.35005142.86 斜率 9809.32 截距 1671.273-22 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。解

22、：过滤介质可以忽略时，每小时所得的滤液体积：qv=465A(Kny)1/2 qv/qv=465A(Kny)1/2/465A(Kny)1/2=(n/n)1/2 n=n(qv/qv)2=2(5/4)2=3.125 即每小时要获得5 m3滤液，转鼓每分钟应转3.125周。 转鼓旋转一周表面生成的滤饼的厚度：d=v(V/n)/A=vV/nA d/d=(V/n)/(V/n)=Vn/Vn=52/(3.1254)=0.8 即转鼓表面滤饼的厚度为原来的0.8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=6.210-5m2/s，qe=0.01m3/m2，每得1m3滤液的

23、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）。试计算：（1）至少需几个框；（2）框的厚度。解：（1）由恒压过滤方程式： t=(V2+2VVe)/KA2 及 Ve=Aqe qv=V/(t+tD)=V/(V2+2VVe)/KA2+tD=KA2V/(V2+2VVe+KA2tD) 令dqv/dV=0，得： V2=KA2tD=6.210-52560A2=0.093A2 V=(0.093)1/2A=0.3050A qv=6.210-5A20.305A/(0.093A2+20.305A0.01A+0.093A2)=1.89110-5A/0.19

24、21 而 qv=15 m3/h=4.16710-3m3/s A=4.16710-30.1921/1.89110-5=42.33m2 所需滤框数： n=A/2b2=42.33/(20.812)=32.26 取33 实际过滤面积： A=3320.812=43.30m2 （2）一个操作周期中得到的滤液体积为： V=(KA2tD)1/2=0.305A=0.30543.3=13.21m3 框的厚度为： L=Vv/nb2=13.210.1/(330.812)=0.061m3-24 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0.1。固相密度rs=2000kg/m3，液相为密度r=1100kg/m3

25、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=9.810-5m2/s，qe=0.02m3/m2，板框尺寸为810mm810mm25mm，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。解：（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 909.1/0.1=9090.9kg 对应的滤液量 9090.9-1509.1=7581.8kg 对应的滤液体积 7581.

26、8/1100=6.89m3 滤框全部充满时的体积 0.8120.02526=0.4265m3 V=0.42656.89=2.94m3 而 A=0.812226=34.12m2 q=V/A=2.94/34.12=0.0862m3/m2 由恒压过滤方程式 q2+2qqe=Kt ，知： (0.0862)2+20.08620.02=9.810-5t 解得： t=111s （2）(dV/dt)w=KA2/8(V+Ve)=KA/8(q+qe)=9.810-534.122/8(0.0862+0.02)=3.93610-3m3/s tw=Vw/(dV/dt)w=0.5/3.93610-3=127s 校正后的洗

27、涤时间为： tw=twmw/m=1270.75=95.25 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0.0823。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0.02，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）解： cm=6/(6+4)=0.6 s2=0 开始的5min内 s02=0.6(1-0.6)=0.24 s2=0.823 t=5min=300 s 则：0.0823-0=(0.24-0)exp(-300k)

28、 解得：k=3.5710-31/s 即： s2=0.24exp(-3.5710-3t) 再代入: s2=0.02 t=696.5s=11.6min 即再混合6.6min。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?解： 由 P/P=(d/D)/(d/D)-1.2=(3/4)-1.2=1.41 P/d5n3r=P/d5n3r 且P=1.41P 1.41/d5n3=1/d5n3 n/n=1.41(d/d)51/3=(5.942)1/3=1.814-3 用一具有6个平直叶片的涡轮搅拌器在标准搅拌

29、系统内搅拌果浆。果浆密度1100kg/m3，粘度20mPa.s。搅拌槽直径1.65m，有挡板。若马达的功率消耗为1.6kW，求其转速。解： 设搅拌为湍流 Np=P/rn3d5=6.1 d=D/3=0.55m n=(P/6.1rd5)1/3=1600/(6.111000.555)1/3=1.68 s-1 Re=rd2n/m=11000.5521.68/0.02=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0.0385kW，试估算叶轮转速（稀溶液物性可用水的物性代替）。 解：设搅拌已达湍流，从图查得

30、： Np=P/d5n3r=1 30水 r=995.7 kg/m3 m=0.8007mPa.s 故 n=(P/2d5r)1/3=38.5/(10.55995.7)1/3=1.07s-1 Re=nd2r/m=1.070.52995.7/0.800710-3=3.34105 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6.6 Pa.s

31、、密度1520 kg/m3。设放大基准为Re相等且放大时应保持几何相似。解： 小试：Re=nd2r/m=4500.321520/(606.6)=155.5 属过渡流但F与Fr无关 欲保持几何相似，则d=dD/D=0.31.8/0.6=0.9m H=HD/D=0.751.8/0.6=2.25m 由nd2r/m=nd2r/m n=n(d/d)2=450(0.3/0.9)2=50r/min 由于Re104 湍流 查图7-7 f =6.1 P=6.1 rn3d5=6.1950(480/60)30.35=7210W 不能驱动 若仍取 f=6.1 由6.1rn3d5=1500， 得 n=4.741/s R

32、e=4.740.32950/(1010-3)=40530104 最高转速为 4.74 1/s 284r/min4-7 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m=200mPa.s，r=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。解： d/D=1/3， h/d=1， 为标准系统，但无挡板 Re=nd2r/m=900.521060/(6020010-3)=1987.510000 查图，曲线5，f=2 Fr

33、=n2d/g=(90/60)20.5/9.81=0.1147 a2=(1-lg1987.5)/40=-0.05746 Np=fFra2=20.1147-0.05746=2.265 P=2.265rn3d5=2.2651060(90/60)30.55=253.2W 装挡板后查曲线6 f=4.9 P=4.91060(90/60)30.55=547.8W4-8 一搅拌槽装有螺旋浆式叶轮。转速500r/min，功率消耗17kW，物料为r=1200kg/m3，m=1.6Pa.s的甘油，系统为标准系统，有挡板。求槽直径。解： 设为湍流，则Eu=P/rn3d5=0.32 n=500/60=50/6 d=17

34、000/0.321200(50/6)31/5=0.598m Re=12000.598250/(61.6)=2235umf 故处于流化态 4-11 鲜豌豆近似为球形，其直径为6 mm，密度为1080kg/m3。拟于-20冷气流中进行流化冷冻。豆床在流化时的高度为0.3 m，空隙率为0.4。冷冻进行时，空气速度等于临界速度的1.6倍。试估算：（1）流化床的临界流化速度和操作速度；（2）通过床层的压降。解：（1）-20空气，m=1.6210-3Pa.s r=1.395kg/m3 umf=0.009230.0061.82(1080-1.395)0.94/(1.6210-3)0.881.3950.06=

35、9.534 m/s Rep=9.5340.0061.395/(1.6210-3)=4926 取 FG=0.1，umf=0.953m/s 或 umf=0.006(1080-1.395)9.81/(24.51.395)0.5=1.363m/s 操作速度 u=1.61.363=2.18m/s （2）Dp=h0(1-e)(rs-r)g=0.3(1-0.4)(1080-1.395)9.81=1905Pa4-12 小麦粒度为5mm，密度为1260 kg/m3。面粉的粒度为0.1mm，密度为1400kg/m3。当同样以20空气来流化时，试分别求其流化速度的上、下限值，并作此散料和粉料流化操作的比较（比较ut/umf）。解：20空气，m=1.8110-3 Pa.s r=1.205kg/m3 （1）小麦 umf=0.009230.0051.82(1260-1.205)0.94/(1.8110-3)0.881.2050.06=7.4m/s Rep=0.0057.41.205/(1.8110-3)=2464 FG=0.2， umf=7.40.2=1.48m/s