化工原理（上册）答案(8)

13.某悬浮液中固相质量分率为9.3%，固相密度为3000kg/m3，液相为水。在一小型压滤

机中测得此悬浮液的物料特性常数k=1.1×10-4m2（s?atm），滤饼的空隙率为40%。现采用一台GP5-1.75型转筒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，浸没角度为120o），转速为0.5r/min，操作真空度为80.0kPa。已知滤饼不可压缩，过滤介质可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。

解：形成的1m 的滤饼中含液相： 0.4 m3 固相： 0.6 m3 设产生1m3 的滤饼可以得到m0 ，Kg（V0 ，m3）的滤液，则 0.093 = 0.6×3000/（0.6×3000 + 0.4×103 + m0 ） ∴ m0 = 17154.84 Kg 滤液的密度按水的密度考虑 V0 = 17.155 m3

由K = 2k△P得过滤常数

K = 2×1.1×10-4×80.1/101.5 = 17.36×10-5 过滤机每转一周的过滤时间

θ= 60ψ/n = 60×120/0.5×360 = 40 s ∵介质阻力忽略 ∴Ve = 0 ，θe = 0 ∴转筒每转一周所的滤液体积

V液 = （KA2θ）1/2 = （17.36×52×40）1/2= 0.4167 m3 生产能力 Q = nV = 0.5×60×0.4167 = 12.51 m3/ h

每转一周所得的滤饼的体积V饼 = 0.4167/17.155 = 0.02429 m3 滤饼的厚度δ= V饼 /A = 0.02429/5 = 0.00486 m = 4.86 mm

14.用板框过滤机在恒压差下过滤某种悬浮液，滤框边长为0.65m，已测得操作条件下的

有关参数为：K = 6×10-5m2/s，qe = 0.01 m3/m2滤液。滤饼不要求洗涤，其它辅助时间为20min，要求过滤机的生产能力为9m3/h，试求：（1）至少需要几个滤框n？（2）框的厚度L。

解：设要得到V m3的滤液需要的时间为θ，则由（V + Ve）2 = KA2（θ+θe） θ= （V + Ve）2/ KA2 - θe = （V + qeA）2/ KA2 - qe2/K 板框过滤机的生产能力 = 3600V/（Q + QD）= 9 ∴Q + QD = 400V

即 （V + qeA）2/ KA2 - qe2/K + 20×60×9 = 400V （V + 0.01A）2/ 6×10-5A2 + 10800 = 400V ① 而总过滤面积 A = （0.65）2×2×n = 0.845n ②

联立①② 可得 210V2 +（3.55n–3.6n2）V + 10.8n2 = 0 ③ ∴△= （3.55n–3.6n2）2 - 4×210×10.8n2 ≥ 0 n ≥ 27.44

取n = 28 即 需要28块板

将n = 28带入③式可得到滤液体积 V = 7.8 m3 ∴滤饼体积 7.8×0.1 = 0.78 m3

设滤框的厚度为 L 则（0.65）2×L× 28 = 0.78 ∴L = 0.066 m = 66 mm

16.平均粒径为0.3mm的氯化钾球型颗粒在单层圆筒形流化床干燥器中进行流化干燥。固

体密度 =1980kg/m3。取流化速度颗粒带出速度的78%，试求适宜的流化速度和流化数。 介质可按60℃的常压空气查取物性参数。

解：查有关物性手册 60℃，常压空气的密度ρ= 1.06 Kg/ m3 ，粘度 μ = 2.01×10-5 重力沉降的过滤常数K = d [ρ（ρs-ρ）g/2μ2]1/3= 7.71 ∵ 2.62 < K = 7.71 < 69.1 ∴颗粒沉降在过度区，

∴利用ut = 0.154[d1.6（ρs-ρ）g/（ρ0.4μ0.6）]0.7143 计算沉降速度 ut = 1.6979 m/s ∴ u1 = 0.78 ut = 1.324 m/s

按最小颗粒计算临界硫化速度 umf = dp2（ρs-ρ）g/1650μ = 0.05266 m/s 硫化数： ut / umf = 1.6979/0.05266 = 32.3 第四章 传热

1. 平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度导热系数列于本题附表中： 若耐火砖层内

表面的温度t1为1150℃，钢板外表面温度t4为30℃，又测得通过炉臂的热损失为300W/m2，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。

序 号 材料 厚度，mm 导热系数，w/（m·℃）

1（内层） 耐火砖 200 1.07

2 绝缘砖 100 0.14 3 钢 6 45 解：提取表中所给出的数据

耐火砖 ：b1 = 0.2 m ，λ1= 1.07w/（m·℃） 绝缘层 ： b2 = 0.1 m ，λ2= 0.14 w/（m?℃） 钢 ： b3 = 0.006 m ，λ3= 45 w/（m?℃） 根据多层平壁热传导速率公式

Q = (t1-tn)/Σ(bi/Sλi) 和 q = Q/S 得 q = (t1-tn)/Σ(bi/λi) = 1242 w/m3

这与实际册得的热损失q' = 300w/m 有一定的差距，因此有可能存在一部分附加 热阻，设此附加热阻为R' q' = (t1-tn)/[Σ(bi/Sλi) + R' ] = 300 R' = 2.83 m?℃/W

2.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm后的绝缘砖。若炉的内表面温度t1

为1400℃，外表温度t3为100℃，试求导热的热通量几两砖间界面温度。设炉内唤接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1=0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为λ2=0.3+0.0003t。两式中t 分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W/（m?℃）。

解：令两砖之间的界面温度为t2 ，t1 = 1400 ，t3 = 100

耐火砖的导热系数λ1= 0.9 + 0.0007?（t1 + t2）/2 = 0.9 + 0.0007?（1400 + t2）

/2= 1.39 + 0.00035 t2

绝热转的导热系数λ2= 0.3 + 0.0003(t3 + t2)/2)= 0.315 + 0.00015 t2 （t1 -t2）/(b1/λ1) = （t2 -t3）/(b2/λ2)

∴ 0.00065t22 + 1.5t2- 2009 = 0 解得界面温度t2 = 949℃ ∴各层的导热系数λ1= 1.722 w/（m?℃）λ2= 0.457 w/（m?℃） 根据多层平壁热传导速率公式Q = (t1-tn)/Σ(bi/Sλi) 和q = Q/S 得导热的热通量 q = 1689 W/m2

3.直径为Ф603m的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm的保温灰包扎，以作为

绝热层。现测的钢管外壁面温度为-110℃，绝缘采纳感外表温度10℃。已知软

木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m?℃）。试求每米长的冷量损失。

解：钢管的温度比绝热层低，此管为一传冷管

根据多层圆筒壁热传导速率公式Q = (t1-tn)/Σ(bi/Sλi) t1 = -110℃ ， tn = t3 = 10℃ b1 = 0.03 m ，b2 = 0.1 m

λ= 0.043 w/（m?℃） ，λ= 0.07 w/（m?℃） Q = -25 W

4.蒸汽管外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的

两倍。其导热系数也为内层的两倍，若将两层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？

解：根据题意，若令内层导热系数为λ，则外层导热系数为2λ ∵绝热层厚度相同 ，均为b，假设蒸汽管道半径为r， 则两绝热层外半径分别为r1 = r + b ， r2 = r + 2b 第一层保温层对数平均半径rm1 = (r1 - r)/ln(r1/r) 第一层保温层对数平均半径rm2 = (r2–r1)/ln(r2/r1) ∵rm2 = 2 rm1 ∴b/r = 1.618 ，rm1 = 1.0396 两绝热层的对数平均面积（按1 m管长计） S m1 = 2πr m1L=2×3.14×1.039b×1=6.525b S m2 = 2πr m2L=2×3.14×2×1.039b×1=13.05b

Q = (t1-tn)/Σ(bi/S miλi)= (t1-t3)/{[b/（λ1S m1）+ b/（λ2S m2）=5.22λ1（t1-t3） 将两绝缘层互换后，

Q， = (t1-tn)/Σ(bi/S miλi)= (t1-t3)/{[b/（λ2S m1）+ b/（λ1S m2）=4.35

λ1（t1-t3）

∴Q/Q*=1.2

∴导热系数大的应该包扎在 …… 此处隐藏：3096字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……