注册化工工程师执业考试2017真题 16-18

题目

现有一台板框压滤机在恒定压差下过滤某发酵液。滤框的容渣体积为635mm×635mm
×25mm，生产要求每个过滤周期得到10 $m^3$ 滤液，已知操作恒压差为600kPa，滤饼不可压缩，滤饼与滤液的体积比为v=0.03 ，过滤常数 $K=12×10^{-5} m^2/s$ , $q_e =0.012m^3 /m^2$ 。问板框压滤机的板框数（块) 和过滤时间 (min) 是下列哪组数据？
(A)25 28.65 (B) 30 25.07 (C) 25 30.35 (D) 30 28.65

解答

由于容渣体积为 $V_s = 0.635* 0.635 *0.025 = 0.01008 m^3$
得到滤液体积为 $V_l = V_s/0.03 = 0.336 m^3$
因此需要板框的数量为 10/0.336 = 29.76 块

由恒压过滤公式 $\frac{\tau}{q} = \frac{1}{K}q+\frac{2}{K}q_e$
$q^2 +2qq_e = K t$
$V^2 +2VV_e = KA^2 t$
$A= 0.635* 0.635* 30 * 2= 0.4* 30 *2=24$
$(100+2*10*24*0.012 )/ (12*10^{-5})/24^2 = 1530s =25.5min$

题目

某厂改造时拟用一台旧油泵从密闭容器里抽出 40℃的丁烷液体，已知容器内液面上的压
力为 345 kPa.A ），液体流量为 6100kg/h ，丁烷在 40℃时的密度为 580 $kg/m^3$ ，饱和蒸气压为305kPa ，泵吸入管路的管道直径为φ57×3.5 ，管道长度为 35m ，泵吸入管路的局部阻力为6.4 ，管路摩擦系数 λ= 0.022 ，油泵的汽蚀余量 3m ，汽蚀余量校正系数取 1 。油泵的入口中
心线高于容器内最低液面 2.8m ，该泵的安装高度能否满足液体在最低液面时的操作？（提
示：不考虑气蚀安全裕量）
（A ）汽蚀余量还有一定富余，可以满足，不需做任何改造
（B ）汽蚀余量刚好满足要求，不需做任何改造
（C ）汽蚀余量不能满足要求，需要把泵的安装高度至少降低 0.85m
（D ）汽蚀余量不能满足要求，需要把泵的安装高度至少降低 1.23m

解答

管道内径 d = 0.057-0.0035*2 = 0.05 m
截面积 $A = \frac{\pi}{4}d^2 = 0.00196 m^2$
管内流速 $u = \frac{q}{A}$ = 6100/3600/580/0.00196 =1.49 m/s
管路压损
$\Delta P = \rho (\lambda \frac{l}{d}+\Sigma \xi) \frac{u^2}{2}$
= $580 * (0.022 * \frac{35}{0.05}+6.4) * \frac{1.49^2}{2}$ = 14035 Pa

$H_g =\frac{P_0}{\rho g} - \frac{P_v}{\rho g} - \Delta H_{f_{0-1}} - NPSH_r$
= $\frac{345*1000-305*1000-14035}{580*9.82} -3$
= 1.56 m
3-1.56 =1.24 m
选D

题目

有一窑气除尘室，除尘室长、宽、高分别为 5m 、 2m 、 3.2m 。窑气处理量为 52000 $Nm^3 /h$ 窑气温度为 150 ℃，压力为 0.1kPa (G)，粘度为 3.4× $10^{-5}$ Pa·s 。平均分子量为 29 ，粉尘颗粒的密度为 4000 $kg/m^3$ ，当地大气压为 98kPa ，该除尘室能够分离下来的颗粒直径为 80 μm 。若该除尘室能分离出30μm 粉尘颗粒，增加的隔板数（块）和板间距（ mm ）是下列哪组数值（解题时需验证使用公式的适用范围）？
(A)37 84.2 (B) 39 80.0 (C) 41 76.2 (D) 43 72.7

解答

考核除尘室。
除尘室截面积A =5*2 =10
处理量 $Q_0$ 转化为实际温度和压力情况下的量为
$Q_a = Q_0 * \frac{P_0 T_a}{T_0 P_a}$
$= 52000 * 101.325 / 273 * (273.15+150) / (98+0.1)$
$= 83250 m^3/h$

单位换算后为23.125 $m^3/s$

又因为细小颗粒沉降处于斯托克斯定律去，其沉降速度公式为
$u = \frac{d_{min}^2(\rho_p - \rho_{gas})g }{18 \mu }$
雷诺数 $Re_p = \frac{d_p u \rho }{\mu }$
30um 可以计算得到 $u_{30} = 0.0577 m/s$
相应雷诺数为 $Re_p(30um) = 30*10^{-6} *0.0577 * 1.29 / (3.4*10^{-5})$ = 0.066<1，此时确实是落入斯托克斯定律区
由于 $Q_a = A u$ 所以A_{总} = 23.125 / 0.0577 = 400 $m^2$
底面积A= 10, 所以一共需要400/10-1 =39块隔板。

额外讲几句，
在 80um 时，如按照斯托克斯定律假设其沉降速度为
$u = (8 * 10^{-6})^2*(4000-1.29)*9.82/18/(3.4*10^{-5})$ = 0.41m/s
相应的雷诺数为 =80/30 * 0.41/0.0577 * 0.066 = 1.24 >1 ，实际不适用斯托克斯定律了。

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