化工原理典型例題題解

1、第 4 章 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng) 典型例題例 1： 過(guò)濾機(jī)的最大生產(chǎn)能力用一板框壓濾機(jī)對(duì)懸浮液進(jìn)行恒壓過(guò)濾，過(guò)濾 20 分鐘得濾液 20m3 ，過(guò)濾 餅不洗滌，拆裝時(shí)間為 15 分鐘，濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力可略。試求：（1）該機(jī)的生產(chǎn)能力，以 m3 （濾液） /h 表示（2）如果該機(jī)的過(guò)濾壓力增加 20 ，該機(jī)的最大生產(chǎn)能力為多少 m（3 濾液）/h ？解：（1）QV D 202015 60 34.3m3 /h（ 2）根據(jù)恒壓過(guò)濾方程 V2=KA2KA22022020為了得到最大生產(chǎn)能力，則應(yīng) f D 15 min在原壓力下對(duì)應(yīng)的濾液量為 V o2pt KA2 f 20 15 300Vopt

2、17.3m3P=1.2 P1/2VP1/2V opt 1.2 17.3 18.95m3QmaxVoptfD360 37.9m3 / h15 15例 2：濾餅的洗滌問(wèn)題采用板框壓過(guò)濾機(jī)進(jìn)行恒壓過(guò)濾， 操作 1小時(shí)后，得濾液 15m3 ，然后用 2m3 的清水在相同的壓力下對(duì)濾餅進(jìn)行橫穿洗滌。假設(shè)清水的粘度與濾液的粘度相 同。濾布阻力可略，試求：（ 1） 洗滌時(shí)間（2）若不進(jìn)行洗滌，繼續(xù)恒壓過(guò)濾 1 小時(shí)，可另得濾液多少 m3 ？ 解： V2=KA2KA2=152 采用橫穿洗滌法，則有：dV 1 dV d w 4 d EVw21 KA24 2V f21 1524 2 151.07hr或者2J221

3、51 1.07hrV 2 KA2 ， V KA2 15 2 21.2m33V 21.2 15 6.2m 3例 3：操作壓強(qiáng)對(duì)過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的影響用板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某懸浮液，一個(gè)操作周期內(nèi)過(guò)濾 20 分鐘后共得濾液 4m3 （濾餅不可壓縮，介質(zhì)阻力可略）。若在一個(gè)周期內(nèi)共用去輔助時(shí)間 30 分鐘，求： （ 1） 該機(jī)的生產(chǎn)能力（2）若操作壓強(qiáng)加倍， 其它條件不變 （物性、過(guò)濾面積、過(guò)濾時(shí)間與輔助時(shí)間） ， 該機(jī)生產(chǎn)能力提高了多少？解：濾餅不洗滌（1） Q=4/ （20+30）=0.08m3/min（2） K P 1/2V P1/2 1/2 3V=21/2V=1.4144=5.65m33Q=5.65

4、/50=0.113m3/min例 4：在 9.81 103Pa 的恒定壓力差下過(guò)濾某種的懸浮液。懸浮液中固相為 直徑 0.1mm的球形顆粒，固相體積分率為 10%，過(guò)濾時(shí)形成空隙率為 60%的不可 壓縮濾餅。已知水的粘度為 1.0 10-3Pas，過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略， 試求：（1） 每平方米過(guò)濾面積上獲得 1.5m3 濾液所需的過(guò)濾時(shí)間；（ 2）若將此過(guò)濾時(shí)間延 長(zhǎng)一倍，可再得濾液多少？解：（ 1）過(guò)濾時(shí)間 已知過(guò)濾介質(zhì)阻力可以忽略時(shí)的恒壓過(guò)濾方程式為單位面積上所得濾液量 q=1.5m3/m2過(guò)濾常數(shù)對(duì)于不可壓縮濾餅， s=0, 常數(shù)，則已知=9.81 103Pa =1.010-3Pas，濾

5、餅的空隙率=0.6球形顆粒的比表面為m2/m3于m2是又根據(jù)料漿中的固相含量及濾餅的空隙率， 可求出濾餅體積與濾液體積之比 。形成 1m3 濾餅需要固體顆粒 0.4m3，所對(duì)應(yīng)的料漿量是 4m3，因此，形成 1m3 濾餅可得到 4-1=3m3 濾液，則33 m /mm3/s所以2）過(guò)濾時(shí)間加倍時(shí)增加的濾液量則 3 232m/m即每平方米過(guò)濾面積上將再得 0.62m3 濾液例5 用轉(zhuǎn)筒真空過(guò)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某種懸浮液，料漿處理量為 40m3/h 。已知， 每得 1m3濾液可得濾餅 0.04m3，要求轉(zhuǎn)筒的浸沒(méi)度為 0.35 ，過(guò)濾表面上濾餅厚度 不低于 7mm?，F(xiàn)測(cè)得過(guò)濾常數(shù)為 K=8 10-4 m2

6、/s ，qe=0.01m3/m2。試求過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾面積 A 和轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速 n解：以 1min 為基準(zhǔn)。由題給數(shù)據(jù)知m3/min(b)s3濾餅體積 0.642 0.04=0.02568m3/min取濾餅厚度， =7mm，于是得到r/min(c)每分鐘獲得的濾液量為3m3/min(d)聯(lián)立式 a、b、 c、d 解得m，r/min 。例6 若分別采用下列各項(xiàng)措施， 試分析轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力將如何變化 已知濾布阻力可以忽略，濾餅不可壓縮。1）轉(zhuǎn)筒尺寸按比例增大 50（2）轉(zhuǎn)筒浸沒(méi)度增大 50。（3）操作真空度增大 50。（4）轉(zhuǎn)速增大 50。（5）濾漿中固相體積分率由 10增稠至 15，已知濾餅中固

7、相體積分率為 60。（6）升溫，使濾液粘度減小 50。再分析上述各種措施的可行性。答：根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而 A= DL（1）轉(zhuǎn)筒尺寸按比例增大 50。新設(shè)備的過(guò)濾面積為A=（1.5） 2A=2.25A即生產(chǎn)能力為原來(lái)的 2.25 倍，凈增 125，需要換設(shè)備。（2）轉(zhuǎn)筒浸沒(méi)度增大 50即生產(chǎn)能力凈增 22.5 。增大浸沒(méi)度不利于洗滌。（3）操作真空度增大 50增大真空度使 為原來(lái)的 1.5 倍，則效果同加大浸沒(méi)度 50，即生產(chǎn)能力 提高了 22.5 。加大真空度受操作溫度及原來(lái)真空度大小的制約。（4）濾漿中固體的體積分率由 10提高至 15。 Xv的加大使 v 加大，兩 種工況下的