化学工学技術者登録試験特集第2回：非均一系の分離、固体の流動層化

(4) 某種の懸濁液を板框フィルターで定圧濾過する。濾過時間は20分で、濾液が20m3得られた。フィルター粕は洗浄せず、取り外し・取り付け時間は15分である。フィルター粕は圧縮不可能で、媒体抵抗は無視できる。この機械の生産能力を求めよ；フィルター圧力が20％上昇し、取り付け・取り外し時間が変わらない場合、生産能力はいくらになるか？ 【解析】tw=0、t=1/3h、td=1/4hとすると、Q=V/tw+t+td=20/(1/3+1/4)=34.3m³/hとなる。媒体抵抗は無視できるため、V²=KA²·Tとなり、KA²=400/(1/3)=1200m⁶/hとなる。また、K=2k·deta·P^(1-S)であり、S=0のためkは一定で、Kは圧力差に比例する。したがってK’=1.2Kとなる。V²=K’A²·T’であり、T’=0.2778hとなる。よってQ’=20/(0.2778+0.25)=37.89m³/hとなる。(5) 固相分率が3％のある種の濾液を、小型の板框フィルターを用いて定圧下で濾過する。フィルターボックスの寸法は200mm×200mm×20mmで、ボックスの総数は10個である。濾渣がボックスを満たすのにかかる時間は2hであり、濾餅の固相分率は60％で、濾餅は圧縮不可能である。媒体抵抗も無視できる。洗浄水の粘度、洗浄水の表圧および分圧は、濾液の粘度や濾過時の圧力差と同じである。洗浄水の体積は濾液の体積の10％であり、毎回の残渣の除去や清掃にかかる時間は0.5hである。このとき、濾過定数およびフィルターの処理能力を求めよ。 【解析】単位濾液濾餅体積 r = LA/V = Q/(1-S-Q) = 0.03/0.6 - 0.03 = 0.053
濾過面積 A = 0.2×0.2×10×2 = 0.8 m³
濾渣体積 V = V渣/r = 0.2×0.2×0.02×10 = 0.008 / 0.053 = 0.15 m³
媒体抵抗は無視できる。V² = KA²T、K = V²/A²T = 0.15²/0.8²/2 = 0.01758 m²/h
dV/dT = KA²/2(V+Ve) = KA²/2V = 0.01758×0.8²/2/0.15 = 0.0375 m³/h
(dV/dT)w = 1/4(dV/dT)e = 0.0375/4 = 9.38×10⁻³ m³/h
tw = Vw/(dV/dT)w = 0.1×0.15/9.38×10⁻³ = 1.6 h
したがって生産能力 Q = V/(t+tw+td) = 0.15/(2+1.6+0.5) = 0.0366 m³/h

この投稿は、2020年1月16日10時37分にzhanghp30によって最終的に編集されました。(6)ある懸濁液には、質量比で20％が固体で、80％が水分です。4Cでろ過した後のろ過残渣では、質量比で50％が固体で、残りが水です。ろ過された水分（ろ液）には固体が含まれず、すべてフィルターパッドに残る。ろ液の体積が1m³の場合、固体の質量は（ ） A 333.3kg B 500kg C 200kg D 666.6kg 【解説】A 毎回1m³のろ液が得られ、フィルターパッド中の固体の質量をMとする。すると、M/0.2=1×P水+M/0.5=1000+2M=5Mとなり、M=333.3kgとなる。（7）内径1.5mの流動層内で、ガスを直接使用して石炭粉の乾留によって得られた半コークスを冷却する。半コークスの処理量が4200kg/h、密度が1120kg/m3、層内の空隙率が0.6で、半コークス粒子の層内滞留時間が10分である場合、層の圧力損失はどれくらいになるか？ 【解析】 床層の体積をV、直径をDとすると、Lmf=V/0.785D²となる。また、V=4000×10/60/1120×(1-0.6)=1.49m³であるため、Lmf=1.49/0.785/1.5²=0.844mとなる。圧降ΔPはLmf×(1-s)×(ps-p)×g=0.844×0.4×1120×9.81=3709Paとなる。[小结] このセクションの試験内容は難易度が適度で、出題範囲は全体の割合としては大きくないが、難問も存在する。その中でも固定床における圧降、固体粒子、プレートフィルター、定圧濾過といった内容はよく出題されるテーマである。復習する際には、最も基本的な概念や公式、そして問題を解くための思考法や手法を身につける必要がある。

この章はいつも式を混同させる！いい方法はありますか？

主にストークスの式と定圧濾過の式、フィルタケーキ洗浄の式を検討し、これら最も基本的なものを覚えておきましょう！他のものは、参照場所を知っていれば大丈夫！