化工原理第三章习题与答案.docx
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化工原理第三章习题与答案
第三章机械分离
一、名词解释(每题 2 分)
1. 非均相混合物
物系组成不同,分布不均匀,组分之间有相界面
2. 斯托克斯式
ur =
⋅
r
3. 球形度ϕ s
非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值
4. 离心分离因数
离心加速度与重力加速度的比值
5. 临界直径 dc
离心分离器分离颗粒最小直径
6.过滤
利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作
7. 过滤速率
单位时间所产生的滤液量
8. 过滤周期
间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间
9. 过滤机生产能力
过滤机单位时间产生滤液体积
10. 浸没度
转筒过滤机浸没角度与圆周角比值
二、单选择题(每题 2 分)
1、自由沉降的意思是_______。
A颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计
B颗粒开始的降落速度为零,没有附加一个初始速度
C颗粒在降落的方向上只受重力作用,没有离心力等的作用
D颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D
2、颗粒的沉降速度不是指_______。
A等速运动段的颗粒降落的速度
B加速运动段任一时刻颗粒的降落速度
C加速运动段结束时颗粒的降落速度
D净重力(重力减去浮力)与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B
3、对于恒压过滤_______。
A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的√2 倍
B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的 2 倍
C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的 4 倍
D 当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的 4 倍 D
4、恒压过滤时,如介质阻力不计,滤饼不可压缩,过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得
滤液量___ 。
A增大至原来的 2 倍B增大至原来的 4 倍
C增大至原来的 2 倍D增大至原来的 1.5 倍
C
5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
A箱式叶滤机B真空叶滤机
C回转真空过滤机D板框压滤机C
6、过滤推动力一般是指______。
A 过滤介质两边的压差 B 过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差
C 滤饼两面的压差D 液体进出过滤机的压差B
7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时,能自动地进行相应的不同操作:
______。
A 转鼓本身B 随转鼓转动的转动盘
C 与转动盘紧密接触的固定盘D 分配头D
8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径,它的表达式为 ______。
Adp=6V/A 此处 V 为非球形颗粒的体积,A 为非球形颗粒的表面积
Bdp=(6V/π)
1/3
Cdp=(4V/π)1/2
Ddp=(kV/π)1/3 (k 为系数与非球形颗粒的形状有关)B
9、在讨论旋风分离器分离性能时,分割直径这一术语是指_________。
A 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
B 旋风分离器允许的最小直径
C 旋风分离器能够 50%分离出来的颗粒的直径
D 能保持滞流流型时的最大颗粒直径C
10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。
A 只与 dp, ρp, ρ,uT, r, μ 有关B 只与 dp,ρp,uT,r 有关
C 只与 dp,ρp,uT,r ,g 有关D 只与 dp,ρp,uT, r ,k 有关
(题中 uT 气体的圆周速度, r 旋转半径, k 分离因数)A
11、降尘室没有以下优点______________。
A 分离效率高B 阻力小
C 结构简单D 易于操作A
12、降尘室的生产能力__________。
A 只与沉降面积 A 和颗粒沉降速度 uT 有关
B 与 A , uT 及降尘室高度 H 有关
C 只与沉降面积 A 有关
D 只与 uT 和 H 有关A
13、回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计,其生产能力为 5m3/h(滤液)。
现将转速
度降低一半,其他条件不变,则其生产能力应为____________。
A 5m3/hB 2.5m3/h
C 10m3/hD 3.54m3/hD
14、要除去气体中含有的 5μ~50μ 的粒子。
除尘效率小于 75%,宜选用。
A 除尘气道B 旋风分离器C 离心机D 电除尘器B
15、等压过滤的滤液累积量 q 与过滤时间 τ 的关系为______________。
B
16、过滤基本方程是基于____________推导出来的。
A 滤液在过滤介质中呈湍流流动
B 滤液在过滤介质中呈层流流动
C 滤液在滤渣中呈湍流流动
D 滤液在滤渣中呈层流流动D
17、一般而言,旋风分离器长、径比大及出入口截面小时,其效率,阻力
。
A 高B 低C 大D 小A
18、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,过滤时间增加一倍时,其过滤速
率为原来的_____________。
A2 倍B 1/2 倍C)1/ 2 倍D4 倍C
19、在长为 Lm,高为 Hm 的降尘室中,颗粒的沉降速度为 uT m/s,气体通过降尘室的水平
流速为 u m/s,则颗粒能在降尘室内分离的条件是:
____。
A L/u<H/uLB L/uT<H/u
C L/uT≥H/uD L/u≥H/uT
D
20、粒子沉降受到的流体阻力________。
A 恒与沉降速度的平方成正比 B 与颗粒的表面积成正比
C 与颗粒的直径成正比D 在滞流区与沉降速度的一次方成正比
D
21、板框压滤机中,最终的滤液流率是洗涤液流率的 _______。
(ΔpE=Δpw,μ=μw)
A 一倍B 一半C 四倍D 四分之一C
22、球形度(形状系数)恒小于或等于 1,此值越小,颗粒的形状离球形越远,球形度的
定义式可写为______。
A Φ=Vp/V ,V 为非球形粒子的体积, Vp 为球形粒子的体积
BΦ=Ap/A ,A 为非球形粒子的表面积, Ap 为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面
积
C Φ=ap/a ,a 为非球形粒子的比表面积, ap 为球形粒子的比表面积
D Φ=6ap/(πd)B
““
23、在一般过滤操作中,实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身”,滤渣
就是滤饼”则_______。
A 这两种说法都对B 两种说法都不对
C 只有第一种说法正确D 只有第二种说法正确A
24、旋风分离器的总的分离效率是指 __________。
A 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率
B 颗粒群中最小粒子的分离效率
C 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和
D 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率D
25、降尘室的生产能力由________决定。
A 降尘室的高度和长度B 降尘室的高度
C 降尘室的底面积D 降尘室的体积C
26、在板框过滤机中,如滤饼不可压缩,介质阻力不计,黏度增加一倍时,对同一 q 值,
过滤速率为原来的 _____________。
A2 倍B 1/2 倍C 1/ 2 倍D4 倍B
27、回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为()。
A lB 1/2C 1/4D1/3A
28、以下说法是正确的()。
A 过滤速率与 S(过滤面积)成正比B 过滤速率与 S2 成正比
C 滤速率与滤液体积成正比D 过滤速率与滤布阻力成反比 B
29、板框压滤机中()。
A 框有两种不同的构造B 板有两种不同的构造
C 框和板都有两种不同的构造D 板和框都只有一种构造B
30、助滤剂应具有以下性质()。
A 颗粒均匀、柔软、可压缩B 颗粒均匀、坚硬、不可压缩
C 粒度分布广、坚硬、不可压缩D 颗粒均匀、可压缩、易变形B
三、填空题(每题 2 分)
1、一球形石英颗粒,在空气中按斯托克斯定律沉降,若空气温度由 20℃升至 50℃,则其
沉降速度将。
下降
2、降尘室的生产能力与降尘室的和有关。
长度宽度
3、降尘室的生产能力与降尘室的无关。
高度
4、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间。
增加一倍
5、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度。
减少一倍
6、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,生产能力。
不变
7、在滞流(层流)区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
2
8、在湍流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
1/2
9、在过滤的大部分时间中,起到了主要过滤介质的作用。
滤饼
10、过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,则恒速过滤过程中滤液体积由 Vl 增多至
V2=2Vl 时,则操作压差由 ΔPl 增大至 ΔP2=。
2ΔPl
11、已知 q 为单位过滤面积所得滤液体积 V/S,qe 为 Ve/S,Ve 为过滤介质的当量滤液体积
(滤液体积为 Ve 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力),在恒压过滤时,测得
Δτ/Δq=3740q+200 则过滤常数 K=。
0.000535
12、已知 q 为单位过滤面积所得滤液体积 V/S,qe 为 Ve/S,Ve 为过滤介质的当量滤液体积
(滤液体积为 Ve 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力),在恒压过滤时,测得
Δτ/Δq=3740q+200 则过滤常数 qe=。
0.0535
13、最常见的间歇式过滤机有和。
板框过滤机 叶滤机
14、在一套板框过滤机中,板有种构造,框种构造。
21
15、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,则在每一框中,滤液穿过厚度为
。
框的厚度
16、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过厚度为
。
框厚度之半
17、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,在洗涤时,洗涤液穿过的滤布面积
等于。
框的内面积
18、旋风分离器性能的好坏,主要以来衡量。
临界粒径的大小
19、离心分离设备的分离因数定义式为 Kc=。
uT2/gR (或 ur/ut)
20、当介质阻力不计时,回转真空过滤机的生产能力与转速的次方成正比。
1/2
21、间歇过滤机的生产能力可写为 Q=V/∑τ,此处 V 为。
一个操作循
环中得到的滤液体积
22、间歇过滤机的生产能力可写为 Q=V/∑τ,此处 ∑τ 表示一个操作循环所需的
。
总时间
“
23、一个过滤操作周期中,过滤时间越长,生产能力越大”的看法是否正确?
不正确的
“
24、一个过滤操作周期中,过滤时间越短,生产能力越大”的看法是否正确?
不正确的
25、一个过滤操作周期中,过滤时间有一个值。
最适宜
26、一个过滤操作周期中,最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力。
最大
27、对不可压缩性滤饼 dV/dτ 正比于 ΔP 的次方,对可压缩滤饼 dV/dτ 正比于 ΔP
的次方。
11-s
28、对恒压过滤,介质阻力可以忽略时,过滤量增大一倍,则过滤速率为原来的
。
二分之一
29、对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼不可压缩,则过滤速率增大为原来的
倍。
对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼可压缩,则过滤速率增大为原来的
倍。
44
30、转鼓沉浸度是与的比值
(1)
转鼓浸沉的表面积转鼓的总表面积
31、按 ψ=Ap/A 定义的球形度(此处下标 p 代表球形粒子),最大值为___ 。
越小则
颗粒形状与球形相差越___。
1大
32、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中,最常见的有和
。
将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中,最常见的为。
离心过滤
离心沉降离心机
33、在 Stokes 区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比;在牛顿区,颗粒的沉
降速度与颗粒直径的______次方成正比。
21/2
“
34、一个过滤操作周期中,过滤时间越长生产能力越大”的看法是, “过滤时间
越短,生产能力越大”的看法是。
过滤时间有一个值, 此时过滤
机生产能力为______。
不正确的 不正确的最适宜 最大
35、含尘气体通过长为 4m,宽为 3m,高为 1m 的除尘室,已知颗粒的沉降速度为
0.03m/s,则该除尘室的生产能力为
m3 s 。
0.36m3/s
四、问答题(每题 3 分)
1、影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些?
(过滤介质阻力可忽略)
当过滤介质阻力可忽略时
Q =KA2ϕ n
K = 2∆p / rφμ
可见,影响因素有:
转筒的转速、浸没度、转筒尺寸、操作压强及处理物料的浓度及
特性。
2、有一旋风分离器,在正常的速度和阻力的范围内操作,但除尘效率不够满意,现在仓库
里还有一个完全相同的旋风分离器,有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台
一起并联使用,问这种措施能否提高除尘效率?
为什么?
不行。
因为速度降低,离心惯性力减小,使除尘效率下降。
3、恒压过滤时,如加大操作压力或提高滤浆温度,过滤速率会发生什么变化?
为什么?
由 dq/dt=Δp/[rΦμ(q+qe)]知,加大操作压力,过滤速率变大。
提高滤浆温度,使滤液黏度
降低,过滤速率增大。
4、临界直径 dc 及分割直径 d50 ,可以表示旋风分离器的分离性能,回答
dc 与 d50 的含义是什么?
dc 旋风分离器的分离分离颗粒最小直径; d50 分离效率 50%时颗粒直径
5、由过滤基本方程 dq/dt=Δp/[rΦμ(q+qe)分析影响过滤速率的因素?
影响过滤速率的因素有:
①物性参数,包括悬浮液的性质(φ、μ)及滤饼特性(r);②操
作参数 Δp;③设备参数 qe
6、试说明滤饼比阻的意义?
比阻 r 表示滤饼对过滤速率的影响,其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度。
五、计算题(每题 10 分)
1、某板框过滤机框空的长、宽、厚为 250mm×250mm×20mm,框数为 8, 以此过滤机恒压过
滤某悬浮液,测得过滤时间为 8.75min 与 15min 时的滤液量分别为 0.15m3 及 0.20m3,试计算
过滤常数 K。
解:
过滤面积 A = 8×2×0.25×0.25 = 1.0 m2
(2 分)
已知:
τ1 = 8.75 minV1 = 0.15 m3 τ2 = 15 minV2 = 0.20 m3
∵V2+2VVe = KA2τ(4 分)
可得 0.152+2×0.15Ve = K×12×8.75
(1)
0.202+2×0.20Ve = K×1 2×15
(2)
(1)、
(2)式联立,解得 K = 0.0030 m 2/min = 5.0×10-5 m2/s(4 分)
2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液,过滤面积 10m2,操作压差 1.96×105 Pa。
每一循环过
滤 15min 得滤液 2.91m3。
过滤介质阻力不计。
(1) 该机生产能力为 4.8m3/h 滤液,求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数 K。
(2) 若压差降至 9.81×104Pa,过滤时间及过滤量不变,其他条件不变,需多大过滤面积?
设滤饼不可压缩。
(3)如改用回转真空过滤机,转一圈得滤液 0.2m3,转速为多少才可以维持生产能力不变?
解:
(1) ∵V2=KA2τ
即 2.912=K×102×15
∴K=5.65×10-3 m2/min
又 Q= V/∑τ
即 4.8/60=2.91/(15+τw+τD)
∴ τw+τD=21.4 min
(4 分)
(2)V2=KA2τA2= V2/Kτ(4 分)
∴ A ∝
1
K
而K ∝ ∆p
A'K∆p
'
∴ A' = 2 A = 14.1m2
(3)Q=4.8/60=0.2×n (n-r/min) ∴ n=0.4 r/min(2 分)
3、用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。
滤叶每侧过滤面积为(0.81)2m2,共 10 只滤叶。
测得:
过滤 10min 得滤液 1.31m3;再过滤 10min 共得滤液 1.905m3。
已知滤饼与滤液体积比
n=0.1。
试问:
(1)过滤至滤饼厚为 21mm 即停止,过滤时间是多少?
(2)若滤饼洗涤与辅助时间共 45min,其生产能力是多少?
(以每小时得的滤饼体积计)
解:
(1) ∵V2 + 2VVe = KA2t
由题意得 1.312 + 2×1.31Ve = KA2×10(a)
1.9052 + 2×1.905Ve = KA2×20(b)
(a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3
(3 分)
又 A = 10×2×0.81 2 = 13.12m2
过滤终了时,共得滤液量 VE = 13.12×0.021/0.1 = 2.755 m3
Vc0.6233
由 2.7552 + 2×2.755×0.1374 = 0.2076tE,∴tE = 40.2 min
(3 分)
(2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t 辅)
= 0.1×2.755/(40.2+45) =3.23×10-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼)
(4 分)
4、在 3×105Pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验,测得过滤常数 K=5×10-
5m2/s、qe=0.01m3/m2,又测得滤饼体积与滤液体积之比 v=0.08。
现拟用有 38 个框的
BMY50/810-25 型板框压滤机处理此料浆,过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。
试
求:
(1)过滤至框内全部充满滤渣所需的时间;
(2)过滤完毕,以相当于滤液量 1/10 的
清水进行洗涤,求洗涤时间;(3)若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需 15min,求每台
过滤机的生产能力(以每小时平均可得多少(m3)滤饼计)。
解:
(1)所需过滤时间
A=0.812×2×38=49.86m2
Vc=0.812×0.025×38=0.6233m2
q = = = 0.1563m3 / m2
vA0.08⨯ 49.86
θ =
1 1
K
(4 分)
(2)洗涤时间
⎛ dV ⎫
ç⎪
= = = 1.874 ⨯10-5 m3 / s
θ W = VW / ç ⎪ = 0.1V /1.874 ⨯10
⎛ dV ⎫
⎝ dθ ⎭W
-3
= 0.1⨯ 0.1563⨯ 49.86 /1.874 ⨯10-3 = 416s
(4 分)
(3)生产能力
0.6233⨯ 3600
551+ 418 +15⨯ 60
(2 分)
5、用板框过滤机过滤某悬浮液,一个操作周期内过滤 20 分钟后共得滤液 4m3 (滤饼不
可压缩,介质阻力可略)。
若在一个周期内共用去辅助时间 30 分钟,求:
(1) 该机的生产能力
(2)若操作表压加倍,其它条件不变(物性,过滤面积,过滤时间与辅助时间),该机生
产能力提高了多少?
解:
滤饼不洗涤
(1)4 分
60V4
θ + θw + θD20 + 30
(2)6 分
V12 = K1A2θ ,V '2 = K ' A2θ
V '2
V12
=
K '
K1
Q = = 0.113m3 / min
Q K ∝Vp
∴V ' ∝ Vp
V ' = 2V = 1.414 ⨯ 4 = 5.65m3
5.65
50
6、对某悬浮液进行恒压过滤。
已知过滤时间为 300s 时,所得滤液体积为 0.75m3,且过滤
面积为 1m2,恒压过滤常数 K=5*10-3m2/s。
若要再得滤液体积 0.75m3,则又需过滤时间为
多少?
:
解由q 2 + 2qeq = Kθ
3 分
2
得qqeq = Kθ -
2
Kθ - q25⨯10-3 ⨯ 300 - 0.752
θ == = 825
Vθ = 825 - 300 = 525s
2q 2 ⨯ 0.75
K 5⨯10-3
3 分
4 分
7、一小型板框压滤机有框 10 块,长宽各为 0.2m,在 2at(表压)下作恒压过滤共二小时
滤框充满共得滤液 160l,每次洗涤与装卸时间为 1hr,若介质阻力可忽略不计,求:
(1)过虑常数 K,洗涤速率。
(2)若表压增加一倍,其他条件不变,此时生产能力为若干?
解:
(1)(5 分)
∆P = 2at
A=0.2×0.2×10×2=0.8m2
V 2 = KA2θ
0.162
0.82 ⨯ 2
⎛ dv ⎫
ç⎪
1 KA2
4 2V
(2)(5 分)
Q ∆P' = 2∆P
∴ K ' = 2K
2
⎝ 0.8 ⎭
θ ' = 1h
故生产能力为 0.16/(1+1)=0.08m3/h
8、某板框压滤机的过滤面积为 0.4 m2,在恒压下过滤某悬浮液,4hr 后得滤液 80 m3,
过滤介质阻力可略去不计。
试求:
①若其它情况不变,但过滤面积加倍,可得多少滤液?
②若其它情况不变,但操作时间缩短为 2hr,可得多少滤液?
③若在原表压下过滤 4hr 后,再用 5m3 水洗涤滤饼,需多长洗涤时间?
设滤液与水
性质相近。
解:
(1)(3 分)
V 2 = KA2θ
V22
V12
V22
802
=
=
A2
A12
0.82
0.42
V2 = 160m3
(2)(3 分)
80
V22
2
=
2
4
V = 55.6m3
(3)(4 分)
22
KA2 = = = 1600m6 / h
4
⎛ dv ⎫
ç⎪
KA2
2 (V + Ve )
KA2
2V
VwVw
1 ⎛ ⎛ dv ⎫ ⎫1 KA2
4 2V
9、一小型板框过滤机,过滤面积为 0.1m2 ,恒压过滤某一种悬浮液。
得出下列过滤议程
式:
(q +10)2=250(θ+0.4)式中 q 以 l/m2,θ 以分钟计。
试求:
(1)经过 249.6 分钟获得滤液量为多少?
(2)当操作压力加大 1 倍,设滤饼不可压缩同样用 249.6 分钟将得到多少滤
液量。
解:
(1) (q + 10)2 = 250(θ + 0.4)
当θ = 249.6 分时
q=240L/M 2
V=240×0。
1=24L(5 分)
(2) P' = 2P,
K ' = 2K
(q + 10)2 = 2 ⨯ 250(249.6 + 0.4) = 2 ⨯ 2502
q = 343.5l / m2
V = 343.5 ⨯ 0.1 = 34.3L
(5 分)
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