制药工程原理课后 习题答案.pdf

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1、习题与思考题第二章液体搅拌第三章流体输送设备【例2-1】离心泵特性曲线的测定附图为测定离心泵特性曲线的实验装置，实验中已测出如下一组数据：泵进口处真空表读数M=2.6 7 x 1 04P a（真空度）泵出口处压强表读数A=2.5 5 x 1 05P a（表压）泵的流量（M 2.5 x 10%7 s功率表测得电动机所消耗功率为6.2 k W吸入管直径d=8 0 m m压出管直径4=6 0 m m两测压点间垂直距离Z-4=0.5 m泵由电动机直接带动，传动效率可视为1,电动机的效率为0.9 3实验介质为2 0 c的清水试计算在此流量下泵的压头从轴功率 和效率n。解：（1 ）泵的压头在真空表及压强表

2、所在截面1-1与2-2间列柏努利方程：Z,+且+虻+H =Z，+正+或+凡Pg 2g-pg 2g式中 4-Z=0.5 m必=-2.6 7 x 1 04P a（表压）A=2.5 5 x 1 05P a（表压）4x12.5x10-3n x（O.O8）2=2.49m/s4。2=血;4x12.5x1037t x（0.06）2=4.42m/s两测压口间的管路很短，其间阻力损失可忽略不计，故2.5 5 x 1 0 5 +2.6 7 x 1()4 (4.4 2)2 _ 也4 9 居0.5+1 0 0 0 x 9.8 1 +2 x 9.8 1=2 9.8 8 m H2O(2)泵的轴功率功率表测得功率为电动机的

3、输入功率，电动机本身消耗一部分功率，其效率为0.9 3,于是电动机的输出功率(等于泵的轴功率)为：心6.2 x 0.9 3=5.7 7 k W(3)泵的效率_ Ne _ Q H p g _ 1 2.5 X I O-3 X 2 9.8 8 x 1 0 0 0 x 9.8 1n 1N N 5.7 7 x 1 0 0 0=0.6 3=5.7 7在实验中，如果改变出口阀门的开度，测出不同流量下的有关数据，计算出相应的从力和值，并将这些数据绘于坐标纸上，即得该泵在固定转速下的特性曲线。【例2-2】将20c的清水从贮水池送至水塔，已知塔内水面高于贮水池水面1 3 m。水塔及贮水池水面恒定不变，且均与大气相

4、通。输水管为0 1 4 0 x 4.5 m m的钢管，总长为2 0 0 n l (包括局部阻力的当量长度)。现拟选用4 B2 0型水泵，当转速 为2 9 0 0 r/m i n时，其特性曲线见附图，试分别求泵在运转时的流量、轴功率及效率。摩擦系数入可按0.0 2计算。解：求泵运转时的流量、轴功率及效率，实际上是求泵的工作点。即应先根据本题的管路特性在附图上标绘出管路特性曲线。(1)管路特性曲线方程在贮水池水面与水塔水面间列柏努利方程H=A Z +包+/P g式中d%1 3 m /尸0由于离心泵特性曲线中。的单位为L/s,故输送流量Q的单位也为L/s,输送管内流速为：u =幺=-2-=0.0 7

5、 4 2 Q,；/x I O O O 1 0 0 0 x x(0.1 3 1)2=0.00857。；本题的管路特性方程为:=13+000857。；(2)标绘管路特性曲线根据管路特性方程，可计算不同流量所需的压头值，现将计算结果列表如下:s-1 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 81 3 1 3.1 4 1 3.5 5 1 4.2 3 1 5.2 1 6.4 3 1 7.9 4 1 9.7 2由上表数据可在4 B2 0型水泵的特性曲线图上标绘出管路特性曲线及-&(3)流量、轴功率及效率附图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点就是泵的工作点，从图中点 读得：泵的流量=2 7 L/s=9

6、 7.2 m 7 h泵的轴功率的6.6 k W泵 的 效 率=7 7%【例2-3 选用某台离心泵，从样本上查得其允许吸上真空高度=7.5 m,现将该泵安装在海拔高度为5 0 0 m处，已知吸入管的压头损失为1 m H ,泵入口处动压头为0.2 m H 2 0,夏季平均水温为4 0 C,问该泵安装在离水面5 m高处是否合适？解：使用时的水温及大气压强与实验条件不同，需校正：当水温为4 0 C时A=7 3 7 7 P a在海拔5 0 0 m处大气压强可查表2-1得一=9.7 4 m H20(里?-0.24(瓦 一 1 0)-1 9.8 1 x 1 0-)=7.5+(9.7 4 -1 0 )-(0.

7、7 5-0.2 4 )=6.7 3 m H20泵的允许安装高度为:y 7ul2 g(2-2 2 2)=6.7 3-0.2-1=5.5 3 m 5 m故泵安装在离水面5 m处合用。【例2-4 试选一台能满足a=8 0 m 7 h、瓦 =1 8 0 m要求的输水泵,列出其主要性能。并求该泵在实际运行时所需的轴功率和因采用阀门调节流量而多消耗的轴功率。解：(1)泵的型号由于输送的是水，故选用6型水泵。按&=8 0 m 7 h、4.=1 8 0 m的要求在8型水泵的系列特性曲线图2-1 5上标出相应的点，该点所在处泵的型号为4 B2 0-2 9 0 0,故采用4 B2 0型水泵，转速为2 9 0 0

8、r/m i n。再从教材附录中查4 B2 0型水泵最高效率点的性能数据：(?=9 0 m 7 h 庐2 0 mN=6.3 6 k W 7 7=7 8%,=5 m(2)泵实际运行时所需的轴功率，即工作点所对应的轴功率。在 图2-6的4 B2 0型离心水泵的特性曲线上查得(8 0 m 7 h时所需的轴功率为卅6 k W(3)用阀门调节流量多消耗的轴功率当作8 0 m 7 h时，由图2-6查得华1.2 m,=7 7%。为保证要求的输水量，可采用泵出口管线的阀门调节流量，即关小出口阀门，增大管路的阻力损失，使管路系统所需的压头4也等于2 1.2 m。所以用阀调节流量多消耗的压头为：*21.2 -1 8

9、=3.2 m多消耗的轴功率为：凶=3.2 x 8 0 x 1。x 9.8 1 =0 9 0 6 k w3 6 0 0 x 0.7 7【例2-5】已知空气的最大输送量为1 4 5 0 0 k g/h。在最大风量下输送系统所需的风压为1 6 0 0 P a (以风机进口状态计)。风机的入口与温度为4 0 ,真空度为1 9 6 P a的设备连接，试选合适的离心通风机。当地大气压强为9 3.3 x 1 0 P a。解：将系统所需的风压，,换算为实验条件下的风压即_ ,1.2PT P T,p操作条件下。，的计算：(4 0 C,叶(9 3 3 0 0 -1 9 6 )P a)从附录中查得 1.0 1 3

10、3 x 1 0 P a,4 0 c时的 p=l.1 2 8 k g/m3,(9 3 3 0 0-1 9 6)p =1.1 2 8 x -=1.0 4 k g/m31 0 1 3 3 0所以/?Tr=1 6 0 0 x =1 8 4 6 P a1.0 4风量按风机进口状态计U 2 2 =13 9 4 0 m3/h1.0 4根 据 风 量 3 9 4 0 m 7 h 和风压仍=1 8 4 6 P a 从附录中查得4 -7 2-I I NO.6 c 型离心通风机可满足要求。该机性能如下：风压 1 9 4 1.8 P a=1 9 8 m m H2O风量 1 4 1 0 0 m 7 h效 率 9 1%轴

11、功率1 0 kW习题1.拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为1 0 m 高的塔中，塔顶压强为5.8 8 x1 0,P a (表压)，流量2 0 n?/h。全部输送管均为0 5 7 x 3.5 m m 无缝钢管，管长5 0 n l(包括局部阻力的当量长度)。碱液的密度o=1 5 0 0 kg/m 粘度=2 x 1 0-p a -s0管壁粗糙度为0.3 m m。试求：(1)(1)输送单位重量液体所需提供的外功。(2)(2)需向液体提供的功率。2.在图2-1 1 所示的4 B 2 0 型离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头和功率，核算其效率是否与图中所示一致。3.用水对某离心泵作实验，

12、得到下列实验数据：Q 1(L -m in-1)0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0H瓜 37.2 38 37 34.5 31.8 2 8.5若通过076 x 4mm、长355m(包括局部阻力的当量长度)的导管，用该泵输送液体。已知吸入与排出的空间均为常压设备，两液面间的垂直距离为4.8m,摩擦系数R为0.03,试求该泵在运转时的流量。若排出空间为密闭容器，其内压强为1.2 9xlOPa(表压)，再求此时泵的流量。被输送液体的性质与水相近。4.某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。当流量为71 m7h时，泵吸入口处真空表读数2.993、1 0,Pa,泵压出口处压强计读数

13、3.1 4 x 1 0*a。两测压点的位差不计，泵进、出口的管径相同。测得此时泵的轴功率为1 0.4kW,试求泵的扬程及效率。5.用泵从江中取水送入一贮水池内。池中水面高出江面30m。管路长度(包括局部阻力的当量长度在内)为94m。要求水的流量为2 0 4。01%1。若水温为2 0,s/d=0.001,(1)选择适当的管径(2)今有一离心泵，流量为45 m 7 h,扬程为42 m,效率60%,轴功率7kW。问该泵能否使用。6.用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。已知高位槽液面比贮水池液面高出1 0m,管路总长(包括局部阻力的当量长度在内)为400m,管内径为75mm,换热器的压头损

14、失为32 (/2 g),摩擦系数取0.03,离心泵的特性参数见下表：试求：Q/(m-s00.001 0.002 0.0030.0040.0050.0060.0070.0082 62 5.52 4.52 32 11 8.51 5.51 28.5(1)管路特性曲线；(2)泵的工作点及其相应的流量及压头。7.若题6改为两个相同泵串联操作，且管路特性不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。8.若题6改为两个相同泵并联操作，且管路特性不变。试求泵的工作点及其相应流量及压头。9.热水池中水温为65。用离心泵以40m7h的流量送至凉水塔顶，再经喷头喷出落入凉水池中，达到冷却目的。已知水进喷头前需维持4 9

15、x 1 0JP a（表 压）。喷头入口处较热水池水面高6 m。吸入管路和排出管路的压头损失分别为1 m 和 3 叽管路中动压头可忽略不计。试选用合适的离心泵。并确定泵的安装高度。当地大气压强按1 0 1.3 3 x 1 03P a计。1 0 .将某减压精傅塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为6.6 7 x lO4P a（其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强）。泵位于地面上，吸入管总阻力为0.8 7 m液柱。液体的密度为9 8 6 k g/m）已知该泵的允许汽蚀余量4/尸4.2 m,试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？1 1 .1 5 C 的空气直接

16、由大气进入风机而通过内径为8 0 0 mm的水平管道送到炉底。炉底的表压为1 0.8 x 1 03P a,空气输送量为2 0 0 0 0 m7 h（1 5,1 0 1.3 3 x lO T a）,管长与管件、阀门的当量长度之和为1 0 0 m,管壁绝对粗糙度取0.3 mm。欲用库存一台离心通风机，其性能如下：转速 1 4 5 0 r/mi n风压 1 2 6 5 0 P a风量 2 1 8 0 0 m7 h试核算此风机是否合用。第 四 章 粉 碎、筛分与混合第 六 章 过 滤 与 沉 降【例3-1落球粘度计。使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降可以测定液体的粘度。现有密度为8 0 1 0 k g

17、/m 直径0.1 6 m m的钢球置于密度为9 8 0 k g/n?的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为2 0 mm。测得小球的沉降速度为1.7 0 mm/s,试验温度为20C,试计算此时液体的粘度。测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d与容器直径之比d/勿 0.1,雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正：u ,=-U,1 +2.1 0 4 式中为颗粒的实际沉降速度；，为斯托克斯定律区的计算值。解：0吃2 =8X10Tu,=u 1+2.1 0 4=l.7 0 x l0*l+2.1 0 4 x 8 x 1 0 =1.7

18、3 x 1 0-3m/s按式3-1 2可得d%.-p)g(0.1 6 x 1 0-3)2(8 0 1 0-9 8 0)x 9.8 11 8”,1 8 x 1.7 3 x 1 0-3=0.0 5 6 7 Pa -s校核颗粒雷诺数_ d u ,p _ 0.1 6 x 1 0-3 1.7 0 x 1 0-3 x 9 8 0 _4 7()乂 o-Re：=0.0 5 6 7 上述计算有效。【例3-2 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为1（W,宽和高均为2 m。操作条件下，气体的密度为0.7 5 k g/m3,粘 度 为2.6 x1 0-5Pa -s;固体的密度为3 0 0 0

19、k g/m3;降尘室的生产能力为3 m 7 s。试 求:1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40Hm的颗粒的回收百分率;3）如欲完全回收直径为1 0|L i m的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径由式3-2 0可知，在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为ut=0.3.bl 10 m/s由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数形,和判断因子都无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即1 8 x 2.6 x l 0-5 x O,33 0 0 0 x 9.8 1=6.9 1 x l O-5m =6

20、 9.1 P m核算沉降流型_ dmi au,p _ 6.9 1 x 1 0 5 x 0.3 x 0.7 5 _=-z-=j.j yoRe,M 2.6 x 1 0、原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。2）4 0口0 1颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40*m颗粒的回收率也可用 其 沉 降 速 度，与6 9.1 mm颗粒的沉降速度，之比来确定，在斯托克斯定律区则为回收率=u/,=（/4）2（4 0/6 9.DM）.3 3 5即回收率为3 3.5%.

21、3）需设置的水平隔板层数多层降尘室中需设置的水平隔板层数用式3-2 0 a计算。由上面计算可知，10*m颗粒的沉降必在滞流区，可用斯托克斯公式计算沉降速度，即“熊 一P)g1 8/z(l O x l t r6)x 3 O O O x 9.8 11 8 x 2.6 x 1 0-5=6.2 9 x 1 O-3m/sn=-1 =-:-1 =4 6.6 9所以 blu,1 0 x 6.2 9 x 1 0-，取 4 7 层隔板间距为H 9h =0.0 4 2n 4-1 4 7 +1 m核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为bH3-=0.7 52 x 2m/s4bh 4 x

22、 2 x 0.0 4 22俗 +力)-2(2 +0.0 4 2)=0.0 8 2 m_ 0.0 8 2 x 0.7 5 x 0.7 5所 以4 6一 一 2.6 x 1 0-=1 7 7 4即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。【例3-3 某淀粉厂的气流干燥器每小时送出1 0 0 0 0 m,带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1 3 7 3 Pa。已知气体密度 为1.0 k g/m:试选择合适的型号。解：已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由表3-4中选出。表中所列压强降是当气体密度为1.2 k g/m$时的数值。根 据 式3-2 9,在进口气速相同的条

23、件下，气体通过旋风分离器的压强降与气体密度成正比。本题中热空气的允许压强降为1 3 7 3 P a,则相当于气体密度为1.2 k g/m，时的压强降应不超过如下数值，即A p =1 3 7 3 x =1 6 4 8 P a1.0从 表3-4中查得5号扩散式旋风分离器（直径为5 2 5 m m）在1 5 7 0 P a的压强降下操作时，生产能力为5 0 0 0 k g/m 现 要 达 到1 0 0 0 0 m7h的生产能力，可采用两台并联。当然，也可以作出其它的选择，即选用的型号与台数不同于上面的方案。所有这些方案在满足气体处理量及不超过允许压强降的条件下，效率高低和费用大小都不相同。合适的型号

24、只能根据实际情况和经验确定。【例3-4拟在9.81 x 103P a的恒定压强差下过滤某悬浮液。已知该悬浮液由直径为0.1mm的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%,水的粘度为1.Ox i0-3pa s,过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m，滤液所形成的滤饼体积为0.333ml试求：1)每平方米过滤面积上获得1.5m，滤液所需的过滤时间；2)若将此过滤时间延长一倍，可再得滤液多少？解：1)求过滤时间已知过滤介质阻力可以忽略的恒压过滤方程为q K。单位面积获得的滤液量片1.5 mV m2过滤常数“V对于不可压缩滤饼，户0,r=L常数，则小 理jiirv已知/片9.

25、81 x 1 0，/=1_ Ox io 3Pa s,片0.333m7n)2r5a2(l-g)2根据式3-37知,二 一 一,又已知滤饼的空隙率=0.67rda=-13球形颗粒的比表面 66=_ 6 _7 -0.1x10 3=6xl04nf/m，所以5（6X1 04）2（1-0.6）20.63=1.333 xlO10,1/m2则 K=（_l_._O_x_l_0_吸/333x10町_0_ 3_3_3_）=4 49一 x IO-3巾入，=1=_（L5）_ 509所以 K 4.42x10-3 0 g2）过滤时间加倍时增加的滤液量夕=28=2x509=1018 s则 q=4K&=(4.4 2 x 1 0

26、-3)x 1 0 1 8=2.1 2 q-q=2.1 2-1.5 =0.6 2 m3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.6 2 m，滤液。今欲在框内尺寸为6 3 5 m m x例 3-5附表1【例 3-5 在 0.0 4 m2的过滤面积序号过滤时间0,s过滤压强差/p,Pa上，以1 x 1 0 V/s 的速率对不可11003X104压缩的滤饼进行过滤实验，测得25009X104的两组数据列于本题附表1中。6 3 5 m m x 6 0 m m 的板框过滤机内处理同一料浆，所用滤布与实验时的相同。过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到6 x 1 0 P a 时改为恒压操

27、作。每获得In?滤液所生成的滤饼体积为0.0 2m l 试求框内充满滤饼所需的时间。解：欲求滤框充满滤饼所需的时间凡可用式3-5 6 进行计算。为此，需先求得式中有关参数。依式3-5 5 a,对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的-8 关系为d p=a 0+b将测得的两组数据分别代入上式：3 x 1 04=1 0 0 a+/9 x 1 04=5 0 0 a+。解得 a=1 5 0 b=.5 x 1 04即 Jp=1 5 0 0+1.5 x 1 04因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同，且过滤速度也一样，故板框过滤机在恒速阶段的4-关系也符合上式。恒速终了时的压强差/“6 x l OT

28、 a,故a6 xl O4-1.5 xl()41 5 0由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表2 中。例 3-5 附表2序号 6,s p,Pa V=1 x 1 0-40 ,m3VA n?/n?11 0 03x 1 040.0 10.252 30 0 6 x 1 040.0 30.7 5由式3-4 7 a知dV KA22（y+ve）将上式改写为2（小,）而=必应用附表2中数据便可求得过滤常数 和急 即匕4 =2匕+勺 喘=2x1 x1 0-(0.25 +/)a )K 2 A=2（%+随 焉=2x1 x1 0-4（0 0 5 +%）本题中正好/。=221 0，于是，&=2九联解式a,b,

29、c得到么=0.25 m 7 m 2&=5 x 1 0-W/s上面求得的心.为板框过滤机中恒速过滤终点，即恒压过滤的过滤常数。%=UR%=0.0 4 )x 30 0 =0.7 5m 7 m2A=2 x o.6 35 =0.8 0 6 5 m2滤饼体积 K=0.6 352 x 0.0 6=0.0 24 2m30.0 24 2 单位面积上的滤液体积为 0.8 0 6 5 x0.0 2 m 7 m 2将a%、Q,及，的数值代入3-5 6 a得(1.52-0.7 52)+2 x 0.25 (1.5 -0.7 5 )=5 x l 0-5(-30 0 )解得 8=7 1 2.5 s【例3-6 在2 5c下对

30、每升水中含25 g某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验,所得数据见本例附表L试求：1）各/。下的过滤常数七公及内；2）滤饼的压缩性指数s。Ad解：1）求过滤常数（以实验I为例）根据实验数据整理各段时间间隔的石与相应的4 值，列于本例附表2 中。A0A0_在直角坐标纸上以石为纵轴、（7 为横轴，根据表中数据标绘出 至-，的阶梯形函数关系，再经各阶梯水平线段中点作直线，见本例附图1中的直线I。由图上求得此直线的斜率为2 _ 2,22 xlQ31一 45.4x10-3=4.90 x10s/m又 由 图上读出此直线的截距为=1 26 0 s/m则得到当/中0.4 6 3、1 0 叩 2 时的过滤常数为=

31、4.08x10-5m /s一 1260=0 0257,1 4.90 x io4 m/m20=（00257）2 K 4.08x10-5=16.2A0实验n 及i n的 石-，关系也标绘于本题附图1中。例 3-6 附表1实验序号IIIHI过滤压强差/xi o”,p a0.4 6 31.9 53.39单位面积滤液量q*1 0 1 m/W过滤时间e,s00001 1.351 7.36.54.322.7 04 1.41 4.09.434.0 57 2.024.11 6.24 5.4 01 0 8.437.124.55 6.7 51 5 2.35 1.834.66 8.1 020 1.66 9.14 6.

32、1例 3-6 附表2实验序qx 1 03io0d 6&AO X 1 0 3号m/m2m/3m2sss/m001 1.351 1.351 7.31 7.31.5 2422.7 01 1.354 1.424.12.1 23I34.0 51 1.357 2.030.62.6 9 64 5.4 01 1.351 0 8.436.43.20 75 6.7 51 1.351 5 2.34 3.93.8 6 86 8.1 01 1.3520 1.64 9.34.34 4各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表3中。例3-6附表3实X 1 0-42）求滤饼的压缩性指数s将附表3中三次实验的为一40数

33、据在对数坐标上进行标绘，得到本题附图2中的I、n、i n三个点。由此三点可得一条直线，在图上测得此直线的斜率为1-k O.7,于是可求得滤饼的压缩性指数为5=1 -0.7=0.3.验晋-g直 线 的 斜 率 看s/m2包-g直 线 的 截 距KAq KQ em3/m2Oes序号过滤压强差/p x 10-Pas/mm /sI0.4 6 34.9 0 x 1 OJ1 2 6 04.0 8 xI O-50.0 2 5 71 6.2I I1.9 51.7 6 4 x i o44 0 31.1 3 4X I。-0.0 2 2 84.5 8I I I3.3 91.1 9 2 x 1 042 5 91.6

34、7 80.0 2 1 72.8 1【例3-7】对例3-6中的悬浮液用具有2 6个框的颇2 0/6 3 5-2 5板框压滤机进行过滤。在过滤机入口处滤浆的表压为3.3 9 x i O;P a,所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍为2 5 C。每次过滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%。每次卸渣、清理、装合等辅助操作时间为1 5 m i n。已知固相密度为2 9 3 0 k g/m3,又测得湿饼密度为1 9 3 0 k g/m 求此板框压滤机的生产能力。解：过滤面积/=(0.6 3 5 )2 x 2 x 2 6=2/滤框总容积=(0.6 3 5 )2 x 0.0 2

35、 5 x 2 6=0.2 6 2 m3已 知 l n/滤饼的质量为1 9 3 0 k g,设其中含水成g,水的密度按1 0 0 0 k g/n?考虑，则侬=+上=12930 1000解 得 产 5 1 8 k g故 知 1 m，滤饼中的固相质量为1 9 3 0 -5 1 8=1 4 1 2 k g生 成 1 m 滤饼所需的滤浆质量为处00姿=578921 4 1 2 x 2 5 k g则 I m，滤饼所对应的滤液质量为5 7 8 9 2 -1 9 3 0=5 5 9 6 2 k g559621 m，滤饼所对应的滤液体积为1 0 0 0=55,962,m由此可知，滤框全部充满时的滤液体积为上5

36、5.9 6 x 0.2 6 2=1 4.6 6 m则过滤终了时的单位面积滤液量为q=匕=好竺=0.6982 2A 21 m7m2根 据 例 3-6 中过滤实验结果写出/片3.3 9 x l O P a 时的恒压过滤方程式为(如0.0 2 1 7 )=1.6 7 8 x 1 0-4(0+2.8 1)将?=0.6 9 8 2 m 7 m 2 代入上式，得(0.6 9 8 1+0.0 2 1 7 )=1.6 7 8 x 1 0 (+2.8 1)解得过滤时间为：8=3 0 8 5 s。由式3-5 8 及 式 3-6 0 可知:0-_ _w 北E对恒压过滤方程式3-5 1/进行微分，得d q _ K2

37、(q+qe)d q=K d O,即 dd 2(q +q,)已求得过滤终了时疔0.6 9 8 2 m 7 m；代入上式可得过滤终了时的过滤速率为儒=与3=2 1 x1.6 7 8 x l Q-42(0.6 9 8 2 +0.0 2 1 7)=2.4 4 7 x 1 0 017 S已知 3 0.0 8 修0.0 8 x 1 4.6 6=1.1 7 3 m31 1 7 3ew=-：上 山=1 9 1 7,-(2.4 4 7 X 1 0-3)则 4 s又知 00=15 x 6 0=9 0 0 s则生产能力为3 6 0 0 V =3 6 O O V =3 6 0 0 x 1 4.6 6 =8T -6+0

38、w+OD.3 0 8 5+1 9 1 7 +9 0 0 -m 7 h习题1.计算直径为5 0 u m及3 m m的水滴在3 0 C常压空气中的自由沉降速度。2 .试求直径3 0 H m的球形石英粒子在2 0 水中与2 0 空气中的沉降速度各为多少?已知石英密度0=2 6 O O k g/m)3 .若石英砂粒在2 0 C的水和空气中以同一速度沉降，并假定沉降处于斯托克斯区，试问此两种介质中沉降颗粒的直径比例是多少？已知石英密度。s=2 6 0 0 k g/m5.4 .将含有球形染料微粒的水溶液于2 0 C下静置于量筒中l h,然后用吸液管在液面下5 c m处吸取少量试样。已知染料密度为3 000

39、k g/m:问可能存在于试样中的最大颗粒为多少M m?5 .气流中悬浮密度4 000k g/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直径为10mm,沉降处于斯托克斯区。今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。已知降尘室长10m,宽5 m,共21层,每层高100mm,气体密度为1.1 k g/nA粘度为0.0218 mP a问1 )为保证10*m微粒的沉降，可允许最大气流速度为多少？2)降尘室的最大生产能力(m 7 h)为多少？3）若取消室内隔板，又保证1 0|am微粒的沉降，其最大生产能力为多少？6.试求密度为2 000kg/n?的球形粒子在1 5C空气中自由沉降时服从斯托克斯定律的最大粒径及服从牛顿

40、定律的最小粒径。7.使用图3-9所示标准式旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，在旋风分离器入口处，空气的温度为2 00C,流量为3800 m7h（2 00C）。粉尘密度为2 2 90 kg/m3,旋风分离器直径为650mm。求此设备能分离粉尘的临界直径d g8.速溶咖啡粉的直径为6 0 u m,密度为1 050kg/m5,由 500C的热空气带入旋风分离器中，进入时的切线速度为2 0m/so在器内的旋转半径为0.5m。求其径向沉降速度。又若在静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少？9.某淀粉厂的气流干燥器每小时送出1 0000m，带有淀粉颗粒的气流。气流温度 为 80,此时热空气的密度为

41、1.0 kg/m粘度为0.02 mPa-s。颗粒密度为1 500 kg/m采用图3-9所示标准型旋风分离器，器身直径ZMOOOmm。试估算理论上可分离的最小直径，及设备的流体阻力。1 0.某板框压滤机恒压过滤lh,共送出滤液llm）停止过滤后用3m清水（其粘度与滤液相同）在同样压力下进行滤饼的横穿洗涤。设忽略滤布阻力，求洗涤时间。1 1.板框过滤机的过滤面积为0.4 m l 在表压1 50kPa恒压下，过滤某种悬浮液。4h后得滤液80ml过滤介质阻力忽略不计。试求：1）当其它情况不变，过滤面积加倍，可得滤液多少？2）当其它情况不变，操作时间缩短为2 h,可得滤液多少？3）若过滤4h后，再用5m

42、s性质与滤液相近的水洗涤滤饼，问需多少洗涤时间？4）当表压加倍，滤饼压缩指数为0.3时，4h后可得滤液多少？1 2 .以总过滤面积为0.1 m2,滤框厚2 5mm的板框压滤机过滤2 0下的CaCO3悬浮液。悬浮液含CaCOs质量分率为1 3.9%,滤饼中含水的质量分率为50%,纯CaCOs密 度 为 2 71 0kg/m若 恒 压 下 测 得 其 过 滤 常 数 57 x lO-W/s,奥=0.00378m7m1 试求该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间。1 3.有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种悬浮液时，得出过滤方程式为：d+2 0疔2 50 6式中 q-L/m2;6-m i n

43、.在实际操作中，先 用 5 m i n 作恒速过滤，此时压强由零升至上述试验压强，以后维持此压强不变进行恒压过滤，全部过滤时间为2 0 m i n。试求：1）每一循环中每平方米过滤面积可得滤液量；2）过滤后用滤液总量1/5 的水进行滤饼洗涤，问洗涤时间为多少？第七章传热与蒸发【例 4-1 1 某平壁厚度0.37 m,内表面温度Z.=1 65 0,外表面温度6=30 0,平壁材料导热系数4=0.8 1 5+0.0 0 0 7 6，W/（m ）o若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（1）导热系数按常量计算.1 65 0 +30 0 -，5平

44、壁的平均温度 2 2 C平壁材料的平均导热系数2,=0.8 1 5 +0.0 0 0 7 6 x 9 7 5 =1.5 5 6 w/（m.c）导热热通量为：=/一 出 害 一3。）=5 67 7也 疳设壁厚*处的温度为t,则由式4-6可得 =-（G T）Xf=乙-丝=1 65 0-至2 x =1 65 0-364 9故 1 A 1.5 5 6上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离片和等温表面的温度呈直线关系。（2）导热系数按变量计算，由式4-5 得q=-A =-（4+a7）=-（0.8 1 5 +0.0 0 7 6/）d x d r d r或-qd产(0.815+0.0076 t)d t积

45、 分-q=p(0.815+0.00076r得 一 照”)+等2*2(a)罂仇5。-3。)+聋0 J 0 0 2)=5677W当 A x 时，t2=t,代 入 式(a),可得-5677x=0.815(/-1650)+(),()7 6(/2-1 6502)整理上式得2 2 x 0.8 1 5 2d-1 H-0.0 0 0 7 6 0.0 0 0 7 65 67 7 x -(0.8 1 5 x 1 65 0 +Q Q 7 6 x 1 65 02 J=O解得 r=-1072+A/7.41+106-1.49 xl07x上 式 即 为 当/呈 线 性 变 化 时 单 层 平 壁 的 温 度 分 布 关 系

46、 式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的,而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。【例 4-2 某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm,其导热系数分别为0.9W/(m C)及 0.7W/(m C)。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为7 0 0 C,外表面温度为130C。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm、导热系数为0.06W/(m )的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为7 4 0 C,外表面温度为90C。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几

47、？解：加保温层前单位面积炉壁的热损失为此时为双层平壁的热传导，其导热速率方程为：凹=上 工=迎3=2244U J,b b2 0.1 0.14 4 0.9 0.7 w/m2加保温层后单位面积炉壁的热损失为停1此时为三层平壁的热传导，其导热速率方程为:Q-t4 _ 740-90厂瓦上，/=0.1 0.1 0.04-1-1-T-十-=706W/m24 4 4 0.9 0.7 0.06故加保温层后热损失比原来减少的百分数为:2244-706x 100%=-x 100%=68.5%2244【例4-3在 外 径 为1 4 0 m m的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为39 0 C,保温

48、层外表面温度不大于40 C。保温材料的与f的关系为=0.1+0.0 0 0 2 Z (t的单位为。C,A的单位为W/(m )。若要求每米管长 的 热 损 失 不 大 于450 W/m,试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.0 7 m为=39 0 Z,=40 先求保温层在平均温度下的导热系数，即2=0.1+0.0002(W0+4 1 =0.143I 2)W/(m-)(1)保 温 层 温 度 将 式(4-1 5)改写为In 4 1 2班2-3)丹 Q/L2 3。.143(390-40)+3 0 07450得 r3=0.1 41 m故保温层厚度为b=r3-

49、r2=0.1 41 -0.0 7=0.0 71 m=71 mm(2)保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为，代 入 式(4-1 5)可得2x0,143(390-?)1g0In 0.07解上式并整理得/=-50 1 1 n r-9 42计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。【例 4-4】有一列管式换热器，由 38根 025mm x 2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由 20C被加热至80,苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。解：苯在平均温度=5(2+8。)=50下的物性可由

50、附录查得：密度/=860kg/ms;比热容 80kJ/(kg-);粘度=0.45mPa-s;导热系数R=0.14W/(m)。加热管内苯的流速为8.32S60d2n 0.78 5 x 0.0 22 x 384*0.8 1m/s=30960噜 上 二 运 型 也 吐 空=$7920.1 4以上计算表明本题的流动情况符合式4-32的实验条件，故a =0.0 23/?e 8 P r044=0.0 23 x 募 x(30 9 6 0)0 8 x(5.79)=1 272W/(m2 )若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为4=1 272x 20=221 5W/(m2 )【例 4-5 在预热器