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一、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 dm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. Bo 1/2 3 m； c 30 m； 口。& 30 m3、降

2、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瀚去的最小颗粒的沉降速度；C.降尘室长度和能 100%除去的最小颗粒白沉降速度；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

3、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 。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8、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，当

4、操作压差增加 1倍，则过滤速率为原来的。 BA. 1 倍；B. 2 倍；C. J2 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）成正

5、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

6、，则沉降时间 ;生产能力 。A.不变；B. 增加； C.下降;D.18、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.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O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。2有关。 长度 宽度3、降尘室的生产能力与降尘室的4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600n3/h ,沉降室长、宽、高尺寸为L b H =5 3 2,则其沉降速度为m/soO减少一倍0.1m。现颗粒最小直径为12

7、m,其沉降速度为 0.02 m0.4 m15 m KC q2 0.02q 410 5 e410 5 45、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 6、若降尘室的高度增加，则沉降时间下降；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mm5mm m20 C（水）g解：($ 气)g1.6(:1.2)g(I 1000)g 二八出1.63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：u01d2( s 1)g18 1(30 10 6)2(2665 1000) 9.81校核:du01Re118 10 330 10 6 8.17 10

8、 4 100010 38.17 10 4m/s0.0245 v 1假设正确.则此颗粒在气体中的沉降速度为u02 88u01 88 0.0245 2.16m/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3o尘密度s 3000kg/m ,炉气密度0.5kg/m ,粘度0.035mPa s,现要除去炉气中10 m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u d 2( i )gu n 解：(1)设沉降区为滞流，则18因为(10 10 6)2 3000 9.

9、8118 0.035 10 34.67m m /sRe。du 010 10 6 4.67 10 3 0.50.035 10 36.67 10 4 1假设正确由降尘室的分离条件，有3L 4.6 10 3 60.10.28m/s一_一_ 一 3(2)V20Auo 20 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3 3kg/m ,粘度为mPa s,

10、尘粒密度为4300kg/m，试求可处理的烟气量。3解：d 75 10 m s 4300kg/m33 _0.6kg/m0.03 10 Pa s设沉降区为层流，则.d 2( .;)gu 018(75 10 6)2(4300 0.6) 9.8118 0.03 10 30.44m/sdu I 75 10 6 0.44 0.6 Ren3 0.660.03 10 3故假设正确总处理量为qnu 0A 20 0.44 5 3 132m3/s6、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3 一固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000m /h,气体密度30.9kg/m ,

11、粘度径。0.03mPa so尘粒密度3s 4300 kg/m，试求理论上能100%除去的最小颗粒直解：降尘室总面积 A20 5 3 300m2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qu 口 -36000/36000.033m/s300设沉降区为层流，则有,2d miin( ；：)g18d 一tutu18 U0)g18 0.03 100.03352.06 10 m(4300 0.9) 9.8150.02 1d 而.up 2.06 100.033 0.9:一一 3验算 Ra = u =0.。3 10故假设正确7、在(2atm)操作压力下用板框过

12、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)0.60.0512m3Ve 0所以 V2 KA2V 12A=?K= = J3.3 10 5 1.5 3600 =2843m 2(2) A= n 2 1 1A 28.43 n 所以22 =取15个q 1 n 1 1 qi,.0.6所以 n = 15 =m应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n个框

13、面积的基石上再乘以 2。在300 kPa(表压)下恒压过滤 2 h ,8、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 0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 而/ () (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=Kp2过滤面积A=5X X 2= m单位过滤面积上的滤液量q=V/A=80x 10-3/= m 3/m2过滤常数K= q2/ r =2= m2/h过滤终了时的速率(dq/d r )e=K/2 q=(2 x = m/h洗

14、涤速率(dq/d r )w (dq/d r )e=x = m/h(2) Ap =2 Ap时的生产能力因滤饼不可压缩，所以 K =KA p / Ap=2K=2X = 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 = m3,故此时所用的过滤时间为t = q，2/K，=q2/K=1 h生产能力 Q=V /( r + r w+ r 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1吊过滤面积上得到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13 m.解：当 i 20

15、min 时，q i = m2240mln 时，q 2 = + = 0.287m 3/m2代入恒压过滤方程时可得：_ 2_0.1972q f0.197K20一 2一，0.2872q j0.287K40323.2.联立解得：qe0.0222m /m , K 2.38 10 m /min由此2（0.0222） 2_ _ _Z_32.38 100.207 min23 ,当过滤1小时后，可得滤液量：(q 0.0222)2.38 10 (60 0.207)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,用来过滤某悬浮液。原工况下每转一周3需时1mln,

16、操作真空度为(500mmHg),每小时可得滤液 60m ,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)60(s)-住 1 4%(s)则转筒旋转一周所需时间为n ),其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为n )所以V A .K6故 Q = 60nV = 60A60KnQ所以Q1由题知S = 0 及KK1 2 24 9 2 2n1- （f2 1 舞（2）2 3.1r/minK 2

17、 I 6.3 7 I(2)设滤饼的厚度为n260A 2 2n1 60An 1m3饼/h所以 2 F2n1 12 1 123.17.7mm11、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 itf ,高 1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m ：粘度为2.0 10 5Pa s ,颗粒密度为33000 kg/m。气体体积流量为5n3/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 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:18Vs182 10 55sA0:、9.813000 0.610

18、78.2 md min1.g校核：最小颗粒的沉降速度：u0Vs飞0.5m/s106dmin u78.2 100.5 0.6Re 52 101.173 2 ,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)A018 Vsd20一 一 一 518 2 10 59.81 3000 0.6 20 10 6 22153m2需要降尘面积为153m2,所以降尘室应改为 16层(15块隔板)，实际降尘面积为160 itf。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

19、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K 7.5 105m2/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 8精滤液，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V 丫 口 0.707 2VVe K

20、A2,其中Ve qeA ,于是：22KA2VqeA V 02Vqe 4V2q| 4K V22 8 0.012 2 8 0.0122 7.5 10 5 1800A ： 22.5m22K2 7.5 10 5 1800(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=cV 0.025 8 0.2mV .2。蚱加滤饼体积0.2丽 ”框数=19.84,取 n 20每框容积0.

21、635 0.635 0.025操作压强提高至600kPa,由于滤饼不可压缩，过滤常数K与压差成正比，于是42K 1.5 10 m /s。qe不变。实际过滤面积为：A 2 20 0.635 0.635 16.13m2、，22由恒压过滤方程可计算过滤时间：V一弛约 8一2 8 0.012 16.13 1719.2SKA21.5 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V 2V A(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上可知，K-2。于是？ K 旌1.414rcK pV . K .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

23、。解：过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为22V KA(1)(2)则V12 KA2 1V22 KA 2 2两式相除得V；V220.510(3)依题意V1由(3)式得V2120.51.414 LV V2 V1 0.414 L22V 1.41422 100.0707 L/mindVKA2 V2 /d2V 2V15、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 吊，水的粘度为 10-3Pa s,空气的密度为 m,空气的粘度为10-5Pa so(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 OA.B . 9.612 C

24、. 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A.B . 11.593 Cdwda解：由d2 s g18Ut所以dwda；2500 1.205 1.005 10 3:2500 998.2 1.81 10 59.612(2)由 ur s182UtRKc2 UtgRUrd2 s1818 Ur gKc2500 1.205 1.005 10 3 2513.59316、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,空气的密度2500 998.21.81 101为1.205kg/m 3,空气的粘度为10-5Pa s

25、。则(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10-5m=A.B . 4.639 C . D .(2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为邑 10-3m=A.B . 1.124 C . D解：(1)由RedUtRe所以(2)由UtUtd2 s183 18 2 Re5 218 1.81 10 51,1.205 5000 1.205 9.8074.639 10 5mUt1.74v-/日 , d s g Re 得 1.74 .sdd s g2 Re21.742d2 2所以Re2 d 1.742 s g5 22一 一 31.224 10 3m311.8110 510002J.7421.20550001.2059

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 2。A. 4 104Pa B . 5 104Pa C . 6 104Pa D . 7 104Pa(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1n2,恒压过滤常数为 K=5 10-3m/s , qe=0m7m2(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 DA. 0.386m3 B . 0.486m3 C0.586m3 D . 0.686m3解：(1)由 p a b3 104 100a b49 10500a b两式相减，得6 104400a, a6 104400150所以 b 3 104 100 150 15000所以 p 150 300 15000 60000 6 104 Pa(2)由 q2 qR2qe q qR K22q qRKq qR K23,0.755 103002.0625 1.4361q 1.4361 0.75 0.6861 m3/m218、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