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1、7.1 用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液,过滤方程为 252610VAt式中:t的单位为s。(1)如果30 min内获得5 滤液,需要面积为04 的滤框多少个?3m2m(2)求过滤常数 , , 。Keqt解:(1)板框压滤机总的过滤方程为 252610VAt在t=3060s=1800s内,V=5m 3, 则根据过滤方程有52+5 = 610-5A21800求得需要的过滤总面积为A = 16.67 m 2所以需要的板块数 n = 16.67 m 2/0.4 m2= 41.675 42 (2)恒压过滤的基本方程为 2eVKAt与板框压滤机总的过滤方程比较可得 K= 610 -5m2/sVe = 0.
2、5 m3 , qe = Ve/A =0.5 m3/16.67 m2 =0.03 m3/ m2te = qe2/K = 0.03 /610-5 =15 ste为过滤常数,与qe相对应,可以称为过滤介质的比当量过滤时间,te = qe 2/K。7.2 如例题733中的悬浮液,颗粒直径为01 ,颗粒的体积分数为01,在981 Pa的恒定压差下过滤,过滤时形成不可压缩的滤饼,空隙率为06,过滤介质的阻力可以忽略,试求:(1)每平方米过滤面积上获得15 滤液所需的过滤时间;3m(2)若将此过滤时间延长一倍,可再得多少滤液?7.3 用过滤机处理某悬浮液,先等速过滤20 min,得到滤液2 ,随即保持当时的
3、压差3m等压过滤40 min,则共得到多少滤液(忽略介质阻力)?解:恒速过滤的方程式为 211KAtV所以过滤常数为 21t此过滤常数为恒速过滤常数,也是恒压过滤开始时的过滤常数,在恒压过滤过程中保持不边,所以恒压过滤方程式为2222 2111 VVtVKAtAt22261()00t m总的滤液量为V=4.47m 37.4 有两种悬浮液,过滤形成的滤饼比阻都是 ,13210.75ParA其中一种滤饼不可压缩,另一种滤饼的压缩系数为05。已知悬浮液固体颗粒的体积分数都是00074,滤液的黏度都是l101 PaS,过滤介质的比当量滤液量 为eq0005 。如果悬浮液都以l 的速率等速过滤,求过滤压
4、差随32m/ 41032m(s)A时间的变化规律。7.5 用压滤机过滤某种悬浮液,以压差I50 kPa恒压过滤l6 h之后得到滤液25 忽略3m介质压力,则(1)如果过滤压差提高一倍,滤饼压缩系数为03,过滤16 h后可以得到多少滤液;(2)如果将操作时间缩短一半,其他条件不变,可以得到多少滤液?解:(1)由恒压过滤方程 1220spAtVKtrf当过滤压差提高一倍时,过滤时间不变 1212sVp所以 12210.326650.spVmV2= 31.8m3(2)当其他条件不变时,过滤常数不变,所以由恒压过滤方程,可以推得2226611, 531.tt所 以V2= 17.7m37.6 用过滤机过
5、滤某悬浮液,固体颗粒的体积分数为0015,液体黏度为1 310Pas。当以981 kPa的压差恒压过滤时,过滤20 min得到的滤液为0197 ,继续过滤20 min,共得到滤液0287 ,过滤压差提高到1962 kPa32m/ 3m/时,过滤20 rain得到滤液0256 ,试计算 , ,S以及两压差下的过滤常32/eq0r数K。7.7 恒压操作下过滤实验测得的数据如下,求过滤常数K, 。解:q(m3.m-2) 0.1 0.2 0.3 0.4t/q(m-1.s) 382 572 760 949由以上数据,做t/q q直线,如图所示0100200300400500600700800900100
6、00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5q(m3.m-2)t/q(m-1.s)由图可得直线的斜率为1889,截距为193.5。所以过滤常数K = 1/1889 = 5.2910 -4m2/s 32193.5.5.1/22eq7.8 板框压滤机有20个板框,框的尺寸为450 450 20 ,过滤过程中,m滤饼体积与滤液体积之比为0。043 ,滤饼不可压缩。实验测得,在3/505 kPa的恒压下,过滤方程为 ( 和 的单位分别是250.4.160qtqt和s)。求:32m/(1)在505 kPa恒压过滤时,框全充满所需要的时间;(2)初始压差为505 kPa恒速过滤,框全充满的时间和过滤结束时
7、的压差;(3)操作从505 kPa开始,先恒速过滤至压差为l515 kPa,然后恒压操作,框全充满所需要的时间。7.9 实验室小试中,在100 kPa的恒压下对某悬浮液进行过滤实验,测得 为001 eq,过滤常数K为1936 ,悬浮液中固体颗粒密度为2000 ,质量32m/ 4210m/s 3kg/m分数为007,滤饼不可压缩,含水量为30(质量)。如果用一个直径l5 m、长l0 m的转筒真空过滤机处理这种悬浮液,转筒浸没角为 ,转速为05 rmin,操作真1空度为80 kPa,其他条件与小试实验相同。求:(1)过滤机的生产能力;(2)滤饼厚度。解:(1)在其他条件不变的情况下,KP所以实际操
8、作中的过滤常数为K实 = 1.936 10-480/100m2/s = 1.54910-4m2/sTe = qe2/K实 = 0.01/1.54910-4 = 0.65s转筒过滤机任意面积在一个周期中的过滤时间为S3Ft由恒压过滤方程 (q + qe) 2 = K(tF + te)所以 320.169/eK m实( t) ( 40.65)一个周期的滤液量V = qA =qDL=0.0693.141.510=3.25m 3生产力为qv = nV = 0.5603.25 = 0.027 m 3/s = 97.5 m3/h(2)在1kg的悬浮液中对水进行无聊衡算 1(1-0.07)= 水 V滤 m饼
9、而 0.65102饼 饼 饼 饼饼 饼 固水m( -) ( -)又 m饼 + 水 V滤 =1由上述三式得 V 饼/ V滤 =0.07前面求得 q =0.069m 3/m2,所以每平方米过滤面积上的滤饼体积为0.0048m3,滤饼厚度为0.0048m.7.10 用板框过滤机恒压过滤料液,过滤时间为l 800 s时,得到的总滤液量为8 ,当3m过滤时间为3 600 s时,过滤结束,得到的总滤液量为11 ,然后用3 的清水进行洗涤,试计算洗涤时间(Yr质阻力忽略不计)。7.11 直径为01 的球形颗粒悬浮于水中,现采用重力过滤法分离。已知介质阻力m可以忽略,滤饼不可压缩,空隙率为06,悬浮液中固相的
10、体积分数为01,悬浮液的最初深度为l m。(1)如果忽略颗粒的沉降速度,求滤出一半水分所需的时间及当时的滤饼厚度和悬浮液层的厚度;(2)如果颗粒沉降可在瞬间完成,求滤出一半水分所需的时间及当时的滤饼厚度和悬浮液层的厚度。解:(1)颗粒的比表面积为a = 610 4 m2/m3滤饼层比阻为 225(1)(1).3ar m滤饼层厚度和滤液体积的关系为 L=q/3过滤推动力为 p = (1-q)g所以有 (1)3452(1)(1)dpqgtrLtdpdpgqq当t =0时, q = 0,当滤出一半水分,q = 0.045m 3/m2时,t = t1,代入上式积分得t1 =67s,此时滤饼厚度为 L
11、=q/3 = 0.45/3 = 0.15m滤饼上方悬浮液厚度为 (1-q)-L = (1-0.045)-0.15=0.40m(2) 当颗粒瞬时完成沉降时,以1m 2面积计,滤饼的厚度为L1(1.0.6)= 110.1 , L =0.25m滤饼层比阻不变,为2 225(1)(1).3ar m同样 (1)39()()dpqgtrLdpdpg同样,当t =0时, q = 0,当滤出一半水分,q = 0.045m 3/m2时,t = t1,代入上式积分得t1 =203s,滤饼上方悬浮液厚度为 (1-q)-L = (1-0.045)-0.25=0.30m7.12 在直径为l0 的砂滤器中装满150 厚的
12、细沙层,空隙率为0375,沙层上mm方的水层高度保持为200 ,管底部渗出的清水流量为6 mLmin,求沙层的比表面积(水温为20)。7.13 温度为38的空气流过直径为127 的球形颗粒组成的颗粒床,已知床层的空隙率为038,床层直径061 m,高244 m,空气进人床层时的绝对压力为1114 kPa,质量流量为0358 kgs,求空气通过床层的阻力。解:颗粒比表面积 23236/4.7/1.7amm查38下空气密度为1.135kg/m 3,黏度为1.910 -5Pa.s空床流速为 2058.1.0/14)us空气通过床层的阻力为 2221()5()(4.7)KapuL Pa 7.14 用生
13、物固定床反应器处理废气,已知反应器的内径为18 m,填料层高3 m,填料颗粒为高5 、直径为3 的柱体,空隙率为038。通过固定床的废气平均密度为255 ,黏度为l7 PaS,已知气体通过固定床后的压降为kg/ 51123 kPa,求气体的平均体积流量(忽略填料上附着的生物膜对床层的影响)。7.15 某固定床反应器,内径为3 m,填料层高度为4 m,填料为直径5 的球形颗粒,m密度为2000 ,反应器内填料的总质量为32 kg。已知通过固定床的气体/ 410流量为003 ,平均密度为38 ,黏度为0017 Pas,求气体通过s3kg/m3固定床的压力降。解:颗粒床层的体积为 V床 = 3.14
14、 (3/2) 2 4 =28.6m3 填料的体积 V填料 = (3.210 4)/2000 = 16 m 3所以床层的空隙率 =(28.26-16)/28.26 =0.43颗粒的比表面积为 a = 6/(510 -3) = 1.2 103m2/m3气体通过颗粒床层的流速为 u =0.3/(3.141.5 2) = 0.0042m/s2221()5(1)(.KapuL Pa 所以气体通过床层的压力降为8.4P a.7.16 个滤池由直径为4 的砂粒组成,砂粒球形度为08,滤层高度为08 m,空隙率为04,每平方米滤池通过的水流量为l2 h,求水流通过滤池的压力降。3解:颗粒的比表面积为 a = 6/(0.8410 -3)m 2/m3 =1.875103 m2/m3空床流速 u = 12/(13600)=0.0033m/s所以水通过滤池的压力降为 2221()5(1)(.875)KapuL Pa