题目
某悬浮液颗粒直径为0.1mm,颗粒的体积分数为0.1,在9.81*103Pa的恒定压差下过滤,过滤时形成不可压缩的滤饼,空隙率为0.6,过滤介质的阻力可以忽略,滤液黏度为1*10-3Pa.s试求:(1) 每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间;(2) 若将此过滤时间延长一倍,可再得多少滤液?
某悬浮液颗粒直径为0.1mm,颗粒的体积分数为0.1,在9.81*103Pa的恒定压差下过滤,过滤时形成不可压缩的滤饼,空隙率为0.6,过滤介质的阻力可以忽略,滤液黏度为1*10-3Pa.s试求:
(1) 每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间;
(2) 若将此过滤时间延长一倍,可再得多少滤液?
题目解答
答案
解:(1)颗粒的比表面积为
滤饼层的比阻为
过滤得到1m3滤液产生的滤饼体积为
过滤常数为
所以过滤方程为
当t=1.5时,
(2)时间延长一倍,获得滤液量为
所以可再得0.6m3的滤液。
解析
步骤 1:计算颗粒的比表面积
颗粒的比表面积$a$可以通过颗粒直径$dp$计算,公式为$a=\dfrac{6}{dp}$。将颗粒直径$dp=0.1mm=0.1\times10^{-3}m$代入公式,得到$a=\dfrac{6}{0.1\times10^{-3}}=6\times10^{4}m^{2}/m^{3}$。
步骤 2:计算滤饼层的比阻
滤饼层的比阻$T$可以通过颗粒的比表面积$a$、空隙率$e$计算,公式为$T=\dfrac{5a^{2}(1-e)^{2}}{e^{3}}$。将$a=6\times10^{4}m^{2}/m^{3}$和$e=0.6$代入公式,得到$T=\dfrac{5\times(6\times10^{4})^{2}\times(1-0.6)^{2}}{0.6^{3}}m^{2}m^{-2}=1.0\times10^{10}m^{2}m^{-2}$。
步骤 3:计算过滤常数
过滤常数$k$可以通过滤液黏度$\mu$、压差$\Delta P$、过滤面积$A$和滤饼层的比阻$T$计算,公式为$k=\dfrac{\mu A}{\Delta P T}$。将$\mu=1\times10^{-3}Pa.s$、$\Delta P=9.81\times10^{3}Pa$、$A=1m^{2}$和$T=1.0\times10^{10}m^{2}m^{-2}$代入公式,得到$k=\dfrac{1\times10^{-3}\times1}{9.81\times10^{3}\times1.0\times10^{10}}=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$。
步骤 4:计算过滤时间
过滤时间$t$可以通过过滤常数$k$和滤液量$q$计算,公式为$q^{2}=kt$。将$k=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$和$q=1.5m^{3}$代入公式,得到$t=\dfrac{q^{2}}{k}=\dfrac{1.5^{2}}{1.02\times10^{-17}}s=2.21\times10^{17}s$。
步骤 5:计算延长过滤时间后的滤液量
延长过滤时间后的滤液量$q_{new}$可以通过过滤常数$k$和新的过滤时间$t_{new}$计算,公式为$q_{new}^{2}=kt_{new}$。将$k=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$和$t_{new}=2\times2.21\times10^{17}s=4.42\times10^{17}s$代入公式,得到$q_{new}=\sqrt{1.02\times10^{-17}\times4.42\times10^{17}}m^{3}=2.1m^{3}$。
步骤 6:计算可再得滤液量
可再得滤液量$\Delta q$可以通过延长过滤时间后的滤液量$q_{new}$和原滤液量$q$计算,公式为$\Delta q=q_{new}-q$。将$q_{new}=2.1m^{3}$和$q=1.5m^{3}$代入公式,得到$\Delta q=2.1-1.5=0.6m^{3}$。
颗粒的比表面积$a$可以通过颗粒直径$dp$计算,公式为$a=\dfrac{6}{dp}$。将颗粒直径$dp=0.1mm=0.1\times10^{-3}m$代入公式,得到$a=\dfrac{6}{0.1\times10^{-3}}=6\times10^{4}m^{2}/m^{3}$。
步骤 2:计算滤饼层的比阻
滤饼层的比阻$T$可以通过颗粒的比表面积$a$、空隙率$e$计算,公式为$T=\dfrac{5a^{2}(1-e)^{2}}{e^{3}}$。将$a=6\times10^{4}m^{2}/m^{3}$和$e=0.6$代入公式,得到$T=\dfrac{5\times(6\times10^{4})^{2}\times(1-0.6)^{2}}{0.6^{3}}m^{2}m^{-2}=1.0\times10^{10}m^{2}m^{-2}$。
步骤 3:计算过滤常数
过滤常数$k$可以通过滤液黏度$\mu$、压差$\Delta P$、过滤面积$A$和滤饼层的比阻$T$计算,公式为$k=\dfrac{\mu A}{\Delta P T}$。将$\mu=1\times10^{-3}Pa.s$、$\Delta P=9.81\times10^{3}Pa$、$A=1m^{2}$和$T=1.0\times10^{10}m^{2}m^{-2}$代入公式,得到$k=\dfrac{1\times10^{-3}\times1}{9.81\times10^{3}\times1.0\times10^{10}}=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$。
步骤 4:计算过滤时间
过滤时间$t$可以通过过滤常数$k$和滤液量$q$计算,公式为$q^{2}=kt$。将$k=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$和$q=1.5m^{3}$代入公式,得到$t=\dfrac{q^{2}}{k}=\dfrac{1.5^{2}}{1.02\times10^{-17}}s=2.21\times10^{17}s$。
步骤 5:计算延长过滤时间后的滤液量
延长过滤时间后的滤液量$q_{new}$可以通过过滤常数$k$和新的过滤时间$t_{new}$计算,公式为$q_{new}^{2}=kt_{new}$。将$k=1.02\times10^{-17}s/m^{3}$和$t_{new}=2\times2.21\times10^{17}s=4.42\times10^{17}s$代入公式,得到$q_{new}=\sqrt{1.02\times10^{-17}\times4.42\times10^{17}}m^{3}=2.1m^{3}$。
步骤 6:计算可再得滤液量
可再得滤液量$\Delta q$可以通过延长过滤时间后的滤液量$q_{new}$和原滤液量$q$计算,公式为$\Delta q=q_{new}-q$。将$q_{new}=2.1m^{3}$和$q=1.5m^{3}$代入公式,得到$\Delta q=2.1-1.5=0.6m^{3}$。