化工原理--沉降与过滤习题及答案

1、沉降与过滤一章习题及答案、选择题1、 一密度为7800 kg/m 3的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20 C 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 C水密度998.2 kg/m3粘度为x 10-5 Pa s）。AA 4000 mPa s; B 40 mPa s ; C Pa s ; D 3382 mPa s2、 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 30卩m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 。DA 2 30 m. B。1/2 3 m. q 30 m . D。罷 30 m3、 降尘室的生产

2、能力取决于。BA. 沉降面积和降尘 室高度；B.沉降面积和能100滁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。CA.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 。CA.旋风分离器

3、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 。DA.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&对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。CA.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

4、，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. 2 倍；2 倍10、 助滤剂应具有以下性质 。BA.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 。BA.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 。BA.过滤速率与 A（过滤面积）

5、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 。CA.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 至原来的倍15、 过滤推动力一般是指。BA.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2倍；B.增大至原来的2倍；C.增大至原来的4倍；D不变17、若沉降室高度降低，则沉降时

6、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 _。AA.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3600朋巾，沉降室长、宽、高尺寸为L b H =5 3 2,则其沉降速度为m/s。5、 在除去某粒

7、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 12 m,其沉降速度为 0.02 m0.4 m15 m KC q2 0.02q 4 10 5 e 4 10 5 43m2m150C 12500m 1600 kg1.29 kg0.0474 m35mm0.224 m35m2i5 mm5mm m 20 °C 20C的水：1CP,1000kg/m3气体的密度为1.2kg/m 3 （有效重量指重力减浮力）（5 气

8、）g1.6(s 1.2)g(000)g仁严3解得：s 2665 kg/m设球形颗粒在水中的沉降为层流，则在水中沉降速度：校核:d2( sJg181du01Re1(30 10 6)2(2665 1000) 9.8118 10 330 10 68.17 10 4 100010 38.17 10 4m/s0.0245v 1假设正确.则此颗粒在气体中的沉降速度为u0288u0188 0.02452.16m/s4、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s 3000kg/m，炉气密度0.5kg/m粘度0.035m Pa s，现要除去炉气中 10 m以上的颗粒，

9、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u0d 2()g18因为s则(10 10 6)2 3000 9.814.67m m /s18 0.035 1010 10 6 4.67 10 3 0.56.67 10 40.035 101假设正确由降尘室的分离条件，有34.6 1060.10.28m/su20Au n20 6 3 4.67 103600= m3 /h33（3）V Au0 6 3 4.67 103600 302.6m /h可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能

10、过小，过小会影响出灰和干扰沉降。5、一降尘室，长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中75 m以上的颗粒。已知烟气密度为kg/m，粘度为mPa s，尘粒密度为4300kg/m，试求可处理的烟气量。6解： d 75 10 m30.6 kg/m设沉降区为层流，则3s 4300 kg/m0.03 10 Pa sd 2 ( ,) g18(75 10 6)2(4300 0.6) 9.810.44m/s18 0.03 10验算75 10 6 0.44 0.60.66 10.03 10故假设正确3总处理量为q” nu p A 200.445 3132m /s20层，用来回收含尘气体中的球

11、形6、一降尘室长5m,宽3m,高4m,内部用隔板分成3固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000 m3/h，气体密度°.9kg/m，粘度3O.03mPa s。尘粒密度s 4300kg/m，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。解：降尘室总面积A 20 5 3300m2生产能力的计算式为q F Au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q/ u r36000/36003000.033m/s设沉降区为层流，则有2d ( ； )g18d nr】18 u0,(:)g.18 0.03 10 3 0.033.(43000.9) 9.8152.06 10

12、mdminuO p 2.06验算Re) =u =5100.0330.03 10 30.90.02 1故假设正确7、在(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，滤饼不52需洗涤。已知每获 1m滤液得滤饼0.05m,操作条件下过滤常数3.3 10 m /s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算：(1)若要求每周期获的滤饼，需多大过滤面积(2)若选用板框长 宽的规格为1m 1m，则框数及框厚分别为多少解：(1)竺 12m30.05Ve 0所以V2 KA212A=3600 =28.43m2A=所以28.432取15个所以0.6n =15 = m应注意每个框的两侧都有滤布，

13、故计算面积时要在n个框面积的基础上再乘以在300 kPa(表压)下恒压过滤 2 h，& 一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2 m,滤饼充满滤框，且得滤液80 L,每次洗涤与装卸时间各为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 卅/()(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=Kr过滤面积A=5XX 2= m-33 2单位过滤面积上的滤液量q=V/A=80x 10 /= m /m过滤常数K= q2/ t =2= m2/h过滤终了时的速率(dq/d t )e=K/2 q=(2 x

14、 = m/h洗涤速率 (dq/d t ) w= (dq/d t )e=x = m/h(2) A p' =2 A p时的生产能力因滤饼不可压缩,所以 K' =KA p' / A p=2 K=2 x = m /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 = m3,故此时所用的过滤时间为2 2t = q' /K' =q/K=1 h生产能力 Q=V /( t + tw+t d)=(1+= 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1ni过滤面积上得到330.197m的滤液，再过滤20分钟又

15、得滤液0.09m。试求共过滤1小时可得总滤液量为若干3m.解：当 i 20min 时,q i = m2240min 时,q 2 = + = 0.287m 3/m2代入恒压过滤方程时可得：20.197 .2q f 0.197 K 2020.2872q $ 0.287 K 403232联立解得：qe0.0222m /m , K 2.38 10 m /min由此2(0.0222)32.38 100.207 min所以V23当过滤1小时后,可得滤液量：（q 0.0222）2.3810 （600.207）解得：q = m 2即每m过滤面积过滤1小时后可得滤液为10、一转筒真空过滤机，其直径和长度均为1m

16、用来过滤某悬浮液。原工况下每转一周3需时1min，操作真空度为（500mmHg），每小时可得滤液 60 m，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 （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）Ve= 0所以v 2 ka2设浸没度为，转速为n （r/min）则转筒旋转一周所需时间为60（S），其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为罟（S）q2K 2n2故Q =60nV =60A60 Kn3 m / h所以Q1:.K1 n1由题知S = 0及Kpn2故K1n1 k2©21

17、 643拜)2 3/min（2）设滤饼的厚度为，则有2 1 123.12nn260A 2 2ni 60An 1m3饼 / h所以n27.7mm11、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怦，高1.6m。操作条件下气体密度为 0.5kg/m 3，粘度为2.0 10 5Pa s，颗粒密度为3000 kg/m气体 体积流量为5nVs。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 m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:dmin18Vs182 10 55g sAo9.8130000.610

18、78.2 mV 5校核：最小颗粒的沉降速度：U0访话0.5m/sRedmin u678.2 100.5 0.610 51.1732，近似认为沉降运动处于层流区。(2)20 m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78.2 m的颗粒尚能处于层流区，则20 m的颗粒沉降也一定处在层流区)A'018 Vs 218 2 10 5J 153m2g s d209.813000 °6 20 10 6需要降尘面积为153 m2,所以降尘室应改为 16层(15块隔板)，实际降尘面积为160 m2o 层间距为。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

19、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K 7.5 10 5m2 / s , qe 0.012m3 /m2。要求每一操作周期得 8m的滤液，过滤时间为小 时。设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液的体积之比为。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635 635 25mm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 V2 2VVeKA2，其中V qeA，

20、于是:KA22VqeA V20A 2Vqe <4V2q| 4K V22K0.0122 8.0.01227.5 10 5 180052 7.5 10 5180022.5m2在这一问,（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。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=cV 0.025 8 0.2m3。滤饼体积0.2框数=19.84，取 n 20每框容积0.635 0.635 0.025操作压强提高至600k

21、Pa，由于滤饼不可压缩，过滤常数K与压差成正比，于是42十»K' 1.5 10 m /s。qe 不变。实际过滤面积为：A' 2 20 0.635 0.635 16.13m22 2由恒压过滤方程可计算过滤时间：V一2V曲 8一2 8 0.012 16.13仃19.2SK'A'21.5 10 4 16.132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

22、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：V2 KA2，于是 2V A（2）匕 I- J1 0.707V V 2（3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数s 0，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常的定义K 2可知，0丄2。于是呂淫返1.414rcK pV K14、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

23、 ）。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V12KA21(1)V22KA22(2)两式相除得vj150.5(3)V22210依题意 y1 L由（3）式得12；0.5V21.414 LVV2 '/10.414LdVKA2V2/V1.414d2V2V22 100.0707 L/minKA2V215、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 m,水的粘度为 10-3Pa s,空气的密度为 nf,空 气的粘度为10-5 Pa s。（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_

24、。A.B . 9.612 C . D .（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 。A.B . 11.593 C解：18 ut所以dwdaUrUr18s awd2 s2Ut18d2 s18gKc ,i1 2500 1.2051.005 10 39 6122500998.21.81 10 52UTKc gR18 UrgKcdwjsawK ca25001.2051.00510 3 2da,swa Kcw.2500998.21.8110 5 1所13.59316、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

25、气的密度为1.205kg/m 3,空气的粘度为10-5Pas。则解:所以(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为A.B . 4.639 C(2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为(1)A.ReUtUt.1.124 CdutRed2 sB10-5m=C10-3m。3 18 2 Re5218 1.81 10 5 134.639 10 5m.1.20550001.2059.807ut1.7418/曰fd_Sg Re得1.74 .sdd s g2 Re21.742d2 2所以2 Re23 1.7425:' 1.81 10 5 10002 3321.224 10 m742 1.2055000 1.2059.

26、80717、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 3 104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为 9 104Pa。则过滤时间为 300s时，过滤压力差为 C。A. 4444410 Pa B . 510 Pa C . 610 Pa D . 710 Pa(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，过滤面积为1mi,恒压过滤常数为 K=5 10-3m/s , qe=0m/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A.30.386m B30.486m33.0.586m D . 0.686m解：3 1049 104100a500a两式相减，得6104400 a所以b 3 104100150所以q2qR2qeq qFa1500026 104150400600006 104 PaqR K1 2.qR K'Vr KA.23、0.755 103002.06251.4361q 1.43610.750.6861 m3/m218、对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为30