化工原理-沉降与过滤习题及答案.doc

沉降与过滤一章习题及答案一、选择题1、 一密度为7800 kg/m3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流20水密度998.2 kg/m3粘度为100.510-5 Pas）。A 4000 mPas； 40 mPas； 33.82 Pas； 3382 mPas 2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30m的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D A； B。；C。； D。3、降尘室的生产能力取决于 。 BA沉降面积和降尘室高度；B沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；C降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D降尘室的宽度和高度。4、降尘室的特点是 。DA 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大；B 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大；C 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大；D 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A颗粒的几何尺寸 B颗粒与流体的密度 C流体的水平流速； D颗粒的形状6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C 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. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D 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 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C A尺寸大，则处理量大，但压降也大； B尺寸大，则分离效率高，且压降小； C尺寸小，则处理量小，分离效率高； D尺寸小，则分离效率差，且压降大。9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 BA. 1 倍； B. 2 倍； C.倍； D.1/2倍10、助滤剂应具有以下性质 。B 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11、助滤剂的作用是 。BA 降低滤液粘度，减少流动阻力；B 形成疏松饼层，使滤液得以畅流；C 帮助介质拦截固体颗粒；D 使得滤饼密实并具有一定的刚性12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。B A面积大，处理量大；B面积小，处理量大；C压差小，处理量小；D压差大，面积小13、以下说法是正确的 。B A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A2成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量 。C A. 增大至原来的2倍; B. 增大至原来的4倍; C. 增大至原来的倍; D. 增大至原来的1.5倍15、过滤推动力一般是指 。 B 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16、恒压板框过滤机，当操作压差增大1倍时，则在同样的时间里所得滤液量将 （忽略介质阻力） 。 AA增大至原来的倍； B增大至原来的 2倍 ； 增大至原来的 4 倍； D不变17、若沉降室高度降低，则沉降时间 ；生产能力 。A. 不变； B. 增加； C. 下降； D. 不确定。 C ；A18、颗粒在静止的流体中沉降时，在相同的Re下，颗粒的球形度越小，阻力系数 。A A.越大； B.越小； C.不变； D.不确定二、填空题1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在空气中的沉降速度将 ，在水中的沉降速度将 。下降，增大2、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 23、降尘室的生产能力与降尘室的 和（ ） 有关。 长度 宽度4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h，沉降室长、宽、高尺寸为=5,则其沉降速度为 。0.0675、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、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。增加；下降；不变7、一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12m，其沉降速度为0.02 mm/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s。1.68、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数为 。579、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。气体处理量，分离效率，允许压降10、通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。气固；液固11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/A，qe为Ve/A，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 t/q=3740q+200 则过滤常数K = （ ）。 0.00053512、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。重力；压强差；惯性离心力13、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。滤饼层；过滤介质14、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。 四15、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。增加；不变16、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 。 二分之一17、沉降操作是指在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作。18、用板框过滤机过滤某种悬浮液。测得恒压过滤方程为（的单位为s），则K为 m2/s，qe为 m3/ m2，为 s。，0.01， 2.519、在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、 和 。颗粒体积分数、器壁效应 和 颗粒形状20、 球形颗粒在20C空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将 下降 （设沉降过程符合stocks定律）; 若该颗粒在20C水中沉降，沉降速度将 下降 ，当水温上升时，沉降速度将 上升 。21、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），气流速度（减少一倍），生产能力（不变）。三、问答题1何谓自由沉降速度？试推导其计算式。2写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式，说明此公式的应用条件，简述计算沉降速度要用试差法的理由。3层流区内，温度升高时，同一固体颗粒在液体或气体中的沉降速度增大还是减小？试说明理由。4降尘室的生产能力与哪些因素有关？为什么降尘室通常制成扁平形或多层？降尘室适用于分离直径为多大的颗粒？降尘室的高度如何确定？5何谓离心分离因数？何谓离心沉降速度？它与重力沉降速度相比有什么不同？离心沉降速度有哪几种主要类型？6旋风分离器的生产能力及效率受哪些因素的影响？何谓临界粒径dc?旋风分离器性能主要用什么来衡量？它一般适用于分离直径多少的颗粒？两台尺寸相同的旋风分离器串联可否提高除尘效率？选用旋风分离器的依据是什么？7何谓滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂？8写出不可压缩滤饼的过滤基本方程式。推导恒压过滤方程式。简述过滤常数K和qe的实验测定方法。9简述影响过滤机生产能力的主要因素及提高之途径（以板框过滤机、不可压缩性滤饼为例）。简述板框过滤机的结构、操作和洗涤过程，并分析其特点。10简述叶滤机和转筒真空过滤机的结构、操作和洗涤过程，并分析其特点。11离心沉降和离心过滤（以离心过滤机为例）在原理和结构上是否相同？为什么？离心分离因数的大小说明什么？12简述惯性分离器、袋滤器和静电除尘器的简单结构、工作原理、操作特点和应用范围。13流体通过颗粒床层时可能出现几种情况？何谓散式流态化和聚式流态化？聚式流态化会出现什么不正常现象？流化床正常操作速度的范围如何确定？14何谓临界流化速度（即起始流化速度）和带出速度？何谓流化数？15流化床压降由何而定？是否随床层空塔速度而改变？四、计算题1、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为1164 m，沿沉降室高度的中间加一层隔板，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。烟气温度为150，沉降室烟气流量12500m3标准）/ h，试核算沿降室能否沉降35m以上的尘粒。 已知尘粒 = 1600 kg/m3，烟气 = 1.29 kg/m，烟气 = 0.0225cp解： 设沉降在滞流状态下进行，Re 1，且因 尘粒烟气，故斯托克斯公式可简化为： u0 = d尘粒2尘粒g/18烟气 = (3510-6)216009.81/ (182.2510-5) = 0.0474 m/s 检验：Re = d尘粒u0烟气/烟气 = 3510-60.04741.29/(2.2510-5) = 0.0951 故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为： 沉降 = 2/0.0474 = 42.2s 又，烟气流速u = (12500/(463600)（273+150）/273 = 0.224 m/s 烟气在沉降室内停留时间：停留 = 11/0.224 = 49.1s即停留沉降 35mm以上尘粒可在该室沉降2、相对密度7.9，直径2.5 mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。解： 设沉降以滞流状态进行，则： 油品 = d钢球2 (钢球-油品)g/(18 u钢球) = (0.0025)2(7900-900)9.81/(180.005) = 4.77Pas验算：Re = d钢球u钢球油品/油品 = 0.00250.005900/4.77 = 2.3610-3 1 假设正确 3、直径为30的球形颗粒,于大气压及20下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度. 20的水:, 气体的密度为1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)解: 解得： 设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度: 校核：1 假设正确. 则此颗粒在气体中的沉降速度为 4、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，矿尘密度，炉气密度，粘度0.035m，现要除去炉气中10以上的颗粒，试求：（1） 为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？（2） 每小时最多可送入炉气若干？（3） 若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？解：（1）设沉降区为滞流，则 因为 则 假设正确由降尘室的分离条件，有 （2）=6052.3（3） 可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。5、一降尘室，长5，宽3，高4，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中以上的颗粒。已知烟气密度为0.6，粘度为0.03，尘粒密度为4300，试求可处理的烟气量。解： 设沉降区为层流，则验算 故假设正确总处理量为 6、一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中的球形固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000，气体密度，粘度。尘粒密度，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。解：降尘室总面积 生产能力的计算式为 注意式中 u0 为能 100% 除去的最小颗粒的沉降速度，而A应为总沉降面积。解出 设沉降区为层流，则有 = 验算Re0 = 故假设正确7、在202.7kPa(2atm) 操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤1.5h，滤饼不需洗涤。已知每获1m3 滤液得滤饼0.05m3,操作条件下过滤常数，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算：（1） 若要求每周期获0.6m3的滤饼，需多大过滤面积？ （2） 若选用板框长宽的规格为，则框数及框厚分别为多少？解：（1） 所以 A=28.43m (2) A=所以 =14.2 取15个 所以 =0.04应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n个框面积的基础上再乘以2。8、一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2 m, 在300 kPa(表压)下恒压过滤2 h，滤饼充满滤框，且得滤液80 L,每次洗涤与装卸时间各为0.5 h。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。求：(1)洗涤速率为多少m3/（m2.h）? (2)若操作压强增加一倍，其它条件不变，过滤机的生产能力为多少？解：（1）洗涤速率因过滤介质阻力可忽略不计，即q2=K过滤面积A=50.222=0.4 m2单位过滤面积上的滤液量q=V/A=8010-3/0.4=0.2 m3/m2过滤常数K= q2/=0.22/2=0.02 m2/h过滤终了时的速率 (dq/d)E=K/2q=0.02/(20.2)=0.05 m/h洗涤速率 (dq/d)W=0.5 (dq/d)E=0.50.05=0.025 m/h(2) p=2p时的生产能力因滤饼不可压缩,所以 K=Kp/p=2K=20.02=0.04 m2/h因在原板框压滤机过滤，悬浮液浓度未变，则当5个板框充满滤饼时所得滤液量仍为V=0.08 m3, 故此时所用的过滤时间为= q2/K=q2/K=0.22/0.04=1 h生产能力 Q=V/(+w+D)=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04 m3 滤液/h9、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在1atm表压下20分钟在每1m2过滤面积上得到0.197m3的滤液,再过滤20分钟又得滤液0.09m3。试求共过滤1小时可得总滤液量为若干m3.解: 当时, q1 = 0.197m3/m2 时, q2 = 0.197+0.09 = 0.287m3/m2 代入恒压过滤方程时可得: 联立解得：由此 当过滤1小时后,可得滤液量: 解得: q = 0.356m3/m2 即每m2过滤面积过滤1小时后可得滤液为0.356m310、一转筒真空过滤机，其直径和长度均为1m，用来过滤某悬浮液。原工况下每转一周需时1min，操作真空度为4.9KPa (500mmHg)，每小时可得滤液60，滤饼厚度为12mm，新工况下要求生产能力提高1倍，操作真空度提高至6.37kPa (650mmHg)，已知滤饼不可压缩，介质阻力可忽略。试求：（1） 新工况过滤机的转速应为多少？（2）新工况所生成的滤饼厚度为多少？解：（1）= 0 所以设浸没度为，转速为n (r/min)则转筒旋转一周所需时间为，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为所以故Q = 60nV = 60A 所以 由题知 S = 0 及 故 (2) 设滤饼的厚度为，则有 所以 11、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为10，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为，颗粒密度为3000 kg/m3。气体体积流量为5m3/s。试求：（1）可完全回收的最小颗粒直径；（2）如将降尘室改为多层以完全回收20的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。解：（1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径：校核：最小颗粒的沉降速度：，近似认为沉降运动处于层流区。（2）20的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为的颗粒尚能处于层流区，则20的颗粒沉降也一定处在层流区）：需要降尘面积为153，所以降尘室应改为16层（15块隔板），实际降尘面积为160。层间距为0.16m。 点评：就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出，当处理量一定时，完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积，这是通过多层结构来实现的。12、用一板框压滤机在300kPa的压强差下过滤某悬浮液。已知过滤常数，。要求每一操作周期得8m3的滤液，过滤时间为0.5小时。设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液的体积之比为0.025。试求（1）过滤面积；（2）若操作压强差提高至600kPa。现有一板框过滤机，每框的尺寸为mm，若要求每个周期仍得到8m3滤液，则至少需要多少个框才能满足要求？又过滤时间为多少？解：（1）恒压过滤方程 ，其中，于是：（2）恒压过滤方程反映的是滤液体积、过滤时间和过滤面积之间的关系。在这一问，过滤面积和过滤时间均为所求。因此用该方程不能解决这一问题。事实上，滤液体积已知且滤渣与滤液体积比也已知，则滤饼体积可求，由滤饼体积及每框的容积可求框数（因为每个操作周期中滤饼充满框后才停止过滤）。滤饼体积=。框数=，取操作压强提高至600kPa，由于滤饼不可压缩，过滤常数与压差成正比，于是。不变。实际过滤面积为：由恒压过滤方程可计算过滤时间：点评：过滤面积的求取属设计型计算，可通过过滤方程式直接解决；设计条件和操作条件的差异应在过滤常数上加以体现。当过滤压差增大时，用较小的过滤面积在基本相同的时间内就能得到相同的滤液量。13、用板框过滤机在恒压下过滤悬浮液。若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。（1）当其它条件不变，过滤面积加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？（2）当其它条件不变，过滤时间减半，则获得的滤液量为原来的多少倍？（3）当其它条件不变，过滤压强差加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？解：（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：，于是 （2） （3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常的定义可知，。于是14、恒压过滤某悬浮液，已知过滤5min得滤液1L，若又过滤5min后，试求： 1. 得到滤液量（L）；2. 过滤速率（L/min）。设：过滤介质阻力可忽略。解：过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为 则 （1） （2）两式相除得 （3）依题意 L 由（3）式得 L L L/min15、 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.00510-3Pas，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。A8.612 B9.612 C10.612 D11.612（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D 。A10.593 B11.593 C12.593 D13.593解：(1) 由 得 所以 (2) 由 ，得 ，所以 16、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。则(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10-5m。A3.639 B4.639 C5.639 D6.639(2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C 10-3m。A1.024 B1.124 C1.224 D1.324解：(1) 由 得 而 所以 (2) 由 得 所以 17、对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。（1）恒速过滤时，已知过滤时间为100s时，过滤压力差为3104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为9104Pa。则过滤时间为300s时，过滤压力差为 C 。A4104Pa B5104Pa C6104Pa D7104Pa（2）若恒速过滤300s后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为0.75m3，过滤面积为1m2，恒压过滤常数为K=510-3m2/s，qe=0m3/m2(过滤介质的阻力可以忽略)。则再恒压过滤300s后，又得滤液体积为 D 。A0.386m3 B0.486m3 C0.586m3 D0.686m3解：(1) 由 得 两式相减，得 ，所以 所以 (2) 由 得 18、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=510-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为 C 。A505s B515s C525s D535s解：由 得 所以 19、用一个截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。拟回收直径200m以上的油滴。槽的宽度为4.5m深度为0.8m。在出口端，除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。油的密度为870Kg/m3，水温为20，若每小时处理废水1560m3，求所需槽的长度L为多少？已知20水密度为998.2Kg/m3，粘度为1.005mPaS。（10分）解：假定油滴沉降为滞流区则沉降速度ut=（20010-6）2（870998.2）9.81/181.00510-3 =2.7810-3m/s 负号说明油滴向上运动校核 Re=20010-62.7810-3998.2/1.00510-3=0.551 假设成立水流过沉降槽速度 u=VS/Bh=（1560/3600）/4.50.8=0.12 m/s据降沉室分离条件 L/uH/ut 则LHu/ ut（0.80.12）/2.7810-334.5m即所需槽的长度L为34.5m20、某板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液，4h后得滤液80m3，过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩，试求；（1）若在过滤2h，又可得滤液多少m3。 （2）若过滤压力加倍，滤饼不可压缩，也过滤4h，可得滤液多少m3。解：（1）V2=KA2； 802= KA24； KA2=1600m4/h （80+V）2=1600（4+2） V=17.99m3 即又得滤液17.99m3. （2）K=2kp1-S=2Kp k=2k kA2=3200 m4/h V2= kA2 V=（32004）1/2=113.14m3