化工原理习题第三章 过滤 习题3

1、三 非均相物系分离沉降速度计算3.1 计算直径为1mm的雨滴在20空气中的自由沉降速度。应用Stokes方程计算液体粘度3.2 将直径为6mm的钢球放入某液体中，下降距离位200mm时，所经历时间为7.32秒，此液体密度为1300Kg/m3,钢球密度为7900Kg/m3，求此液体粘度为多少厘泊？降沉室的计算,设计型3.3 欲用降尘室净化温度为20、流量为2500(m3/h)的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800(kg/m3 ),要求净化的空气不含有直径大于10m的尘粒,试求所需沉降面积为多大?若降尘室的底面宽2m,长5m,室内需要设多少块隔板?3.4用一多层降沉室除去炉中的矿尘。矿尘最小粒

2、径为8m,密度为4000kg/m3 。降尘室内长4.1m,宽1.8m,高4.2m。气体温度为427,粘度为3.4×10 -5 N·S/ m2 ,密度为0.5kg/m3 ,若每小时的炉气量为2160标准m3 ,试确定降尘室内隔板的间距及层数? (沉降处于斯托克斯定律区)3.5 用一截面为矩形的沟槽从炼油厂的废水中分离其中油滴，拟回收直径为2mm以上的油滴，槽宽为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出。油的密度为870Kg/m3，水温为20，每分钟处理废水为26m3,求所需槽的长度。 降沉室计算,操作型3.6 降沉室高2m、宽2

3、m、长5m，用于矿石焙烧炉的降尘。操作条件下气体的流量为25000m3/h；密度为0.6kg/m3,粘度为0.03cP,固体尘粒的密度为4500kg/m3 ，求此降沉室能除去最小颗粒直径?并估计矿尘中直径为50的颗粒能被除去的百分率？3.7 气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10m,沉降处于斯托克斯区。 今用一多层隔板降尘室分离此气体悬浮物,已知降尘室长10m,宽5m,共21层,每层高100mm。气体密度为1.1kg/m3 ,粘度为0.0218cp,微粒密度为4000kg/m3。试问: (1) 为保证最小微粒全部沉降,可允许的最大气流速度为多少? (2) 此降尘室最多每小时能处理多少m3气

4、体? (3) 若取消隔板,为使最小微粒完全沉降,该降尘室的最大处理量为多少m3/h? (4) 气体处理量为(2)项的1.2倍,问最小颗粒除去的百分率为多少? 旋风分离器中离心沉降速度的计算及其与重力沉降的对比3.8 速溶咖啡粉,粒径为60m，密度为1050kg/m3 ,由250的热空气带入旋风分离器中,进入时的切线速度为20m/s,在器内的旋转半径为0.5m,求径向沉降速度? 同样大小的颗粒在同温度的静止空气中沉降时,其沉降速度应为多少? 旋风分离器效率的计算3.9下表为某种催化剂的粒度分布及使用某种旋风分离器时每一粒度范围的分离效率。粒 径, m5101020204040100质 量 分 率

5、0.200.200.300.30粒 级 效 率i0.800.900.951.00试计算该旋风分离器的总效率及未分离下来而被气体带出的颗粒的粒度分布。 若进旋风分离器的气体流量为1850m3/h,其中含催化剂尘粒浓度为18g/m3,试计算每日损失的催化剂量为多少kg? 旋风分离器并、串联比较3.10用标准旋风分离器分离气流中所含固体颗粒。已知颗粒密度为1100kg/m3,气体密度为1.2kg/m3 ,粘度为1.8×10-5N·S/ m2 流量为0.4m3/s,允许压降为130mm水柱, 旋风分离器阻力系数可取=8，试比较采用下列三种方案将粒径为8m 颗粒分离下来的粒级效率及旋

6、风分离器的直径。 (1)采用一台旋风分离器； (2)采用三台旋风分离器并联； (3)采用三台旋风分离器串联。 过滤比阻等常数求取3.11 对碳酸钾晶体的悬浮液进行过滤试验,得出下列经验公式: r=5.9×1011P0.33 式中: 滤渣比阻1/ m2 P过滤压强差N/m2。 又测得v=0.061m3滤渣/m3滤液,滤液粘度为9.81×10-4N·S/m2。求过滤压强差P=196.2KN/m2时,过滤常数Km2/s为多少?又滤布阻力与3mm厚滤渣层相当,求qe和e? 板框过滤,设计型3.12 用板框过滤机过滤某悬浮液,其中固相含量为10%,要求滤渣含固相50%( 以

7、上均指质量百分数)。所用板框的长、宽各为1m，厚度为0.025m；过滤压强差为1.75at，滤液为水。现要求一次过滤获6m 3滤液,问: (1)需多少个滤框; (2)过滤时间为多少小时? 从实验获知,在过滤压强差为1.75at下,该悬浮液过滤方程为: (q+0.00147)2=0.00206(+0.00105) 式中q的单位为m3/m2,的单位为小时。滤渣密度可取为1500kg/m3。板框过滤、操作型3.13 有一板框过滤机,总过滤面积为10 m2,在压强差为1.3大气压下进行过滤,2h后得滤液量为30m3 ,滤布介质阻力略去不计。 (1)为了缩短过滤时间,增加板框数目,使总过滤面积增加到15

8、 m2,滤液仍为30m3，问此时过滤时间多少? (2)若把过滤压强差加大到2大气压,过滤面积仍为15 m2 ,2小时后得滤液50m3 , 问此时过滤常数K为多少?3.14 有一板框过滤机的过滤面积为0.4 m2 ,在压强差为1.5at下恒压过滤某种悬浮液 ,4小时后得滤液80m3；过滤介质的阻力忽略不计,试求: (1)若其它情况不变,过滤面积加倍,可得滤液多少? (2)若过滤压强差加倍,滤渣是可压缩的,其压缩指数为0.3,过滤4小时可得滤液多少? (3)若其它情况不变,但过滤时间缩短为2小时,可得滤液多少?3.15 一小型板框过滤机,过滤面积为0.1 m2 ,恒压过滤某一悬浮液。得出下列过滤方

9、程式:(q+10)2=250(+0.4)式中q以m3 / m2 ，以分钟计。试求: (1)经过249.6分钟获得滤液量为多少l? (2)当操作压力加大1倍,设滤饼不可压缩,同样用249.6分钟得到多少滤液量。3.16 在一板框过滤机上恒压过滤某种悬浮液。在1atm表压下20 分钟在每1 m2 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？ 板框过滤、洗涤3.17 用一台BMS50/810-25 型板框压滤机过滤某悬浮液。悬浮液中固相的质量分率为 0.139,固相密度为2200kg/m3 ,液相为水。每1m3 滤渣中含500kg

10、水,其余全为固相。操 作条件下的过滤常数K=2.72×10-5 m2 /s,qe=3.45×10-3m3 / m2 。滤框尺寸已知为810 × 810×25mm,共38个框。试求: (1)过滤至滤框内全部充满滤渣所需时间及获得的滤液体积； (2)过滤完毕用0.8m3 清水洗涤滤渣,求洗涤时间。 滤叶过滤、洗涤3.18 在实验室用一片过滤面积为0.05 m2 的滤叶,在真空度为65KN/m2下进行试验。于300秒内共抽吸出400cm3 滤液,再过600秒又抽吸出另外400 cm3 滤液。试回答下列问题: (1)估算出该过滤压强差下的过滤常数K、qe、及e；

11、 (2)估算再收集400cm3 滤液需要再用多少时间; (3)在(2)项的基础上,用相当于滤液总量的1/5的水洗涤滤渣,洗涤时间为多少;作图求过滤常数3.19 在恒压下对某种滤浆进行过滤实验,测得下数据: 滤液量 (m3 ) 0.10 0.20 0.30 0.4 过滤时间(s) 38 115 228 380 过滤面积为1 m2,求过滤常数K及qe间歇过滤机生产能力计算3.20 用板框过滤机恒压差过滤钛白(TiO2)水悬浮液, 过滤机的尺寸为: 滤框的边长 810mm(正方形),每框厚度42mm，共10个框。现已测得:过滤10分钟得滤液1.31m3,再过滤10分钟共得滤液1.905m3 。已知滤

12、饼体积和滤液体积之比v=0.1,试计算: (1)将滤框完全充满滤饼所需的过滤时间； (2)若洗涤时间和辅助时间共45分钟,求该装置的生产能力( 以每小时得到的 滤饼体积计)。3.21 用板框过滤机在压强差为400KN/ m2 时恒压过滤某种悬浮液。板框长、宽各为450mm,共有10个框。滤渣不洗涤，拆装辅助时间为20分钟,试求生产能力达到最大时,每小时可得多少m3 滤液量?已知K=26.5×10-7 m2/s,qe=0.004 m3/m2。 转筒真空过滤机算3.22 有一转筒过滤机每分钟转2周,每小时可得滤液4m3 ,现要求每小时获得5m3 滤液,试求每分钟应转几周?滤渣厚度有何变化

13、(以原来厚度的倍数表示)? 滤布阻力可以忽略不计。3.23 一转筒真空过滤机的过滤面积为3m2,浸没在悬浮液中的部分占30%,转速n=0.5r/min,已知K=3.1×10-4 m2 /s,滤渣体积与滤液体积之比v=0.23m3 /m3 , 滤布阻力相当于2mm厚滤渣层阻力。试计算: (1)每小时的滤液体积； (2)转鼓表面的滤渣厚度。3.24 一转筒真空过滤机,用来过滤某悬浮液,当转速为0.8r/min,真空度为550mmHg, 每小时可得滤液58m3/hr,滤渣为不可压缩,其厚度为10mm。现过滤悬浮液增加一倍, 真空度提高至650mmHg,过滤机转速为多少?所生成的滤渣厚度为多

14、少?设介质阻力可忽略。3.25 实验室中在与生产条件相同的压差下对某种颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验, 测得qe=0.01m3/ m2,k=1.579×10-4 m2/s。悬浮液中,固相质量分率为0.07,固相密度为2000kg/ m3,滤饼不可压缩,其含水量为30%(质量)。今选用一台直径1 .5m,长10m的转筒真空过滤机处理此种料浆,所用滤布与试验时的相同,转筒浸没角为120°转速为0.5 r/min,操作真空度为8.0×104Pa,试求: (1)该过滤机的生产能力(以每小时获滤液体积计)； (2)滤饼厚度。综合计算题3.26 用板框过滤机加压过滤某悬浮液.

15、一个操作周期内过滤20分钟以后共得滤液4m3 (滤饼不可压缩,介质阻力忽略不计)。滤饼不洗涤，在一个操作周期内共用去辅助时间为30分钟。求: (1)该机的生产能力； (2)若过滤压强差加倍,其他条件不变(物性、过滤面积、过滤与辅助时间不变), 该机的生产能力提高了多少? (3)现改在转筒真空过滤机上进行过滤,其转速为1r/min,若生产能力与( 1)相同, 则其在一个操作周期内所得滤液量为多少? 3.27 某悬浮液在一板框式过滤机中进行恒压过滤。过滤面积为4 m2,过滤压强差为1 .5×105Pa,过滤常数K=0.04 m2/s,一个操作循环中,辅助时间为1000秒, 滤饼勿需洗涤。

16、假设滤饼不可压缩,过滤介质阻力可以忽略不计,试求: (1)最大生产能力m3 /s； (2)有一回转真空过滤机,每回转一周提供的过滤面积4 m2,转速为0.003 r/min,沉浸度=0.3。若要求此回转真空过滤机达到板框过滤机的最大生产能力,回转真空过滤机的真空度应为多少? 3.28 有一板框压滤机,过滤某种悬浮液,当滤渣完全充满滤框时得滤液40m3, 过滤时间为1hr ,随后用10%滤液量的清水(物性可视为和滤液相同)洗涤,每次拆装时间为15分钟. 已知:过滤方程为V2+2VVe=KA2 (1)在上述操作中Ve=3m3 ,试求该机的生产能力；以m3 (滤液)/h表示之。 (2)如果将该机的每

17、一个滤框的厚度减半,长度不变,而框数加倍,仍用同样滤布,洗 涤清水量不变,每次拆装时间增加到30min,试问在同样操作条件下进行上述过滤,生产能力将变为若干m3(滤液)/h?3.29 一悬浮液,固相含量为0.2Kg固/kg水,固相密度为3000Kg/m3,采用连续转筒真空过滤机过滤。转筒直径为600mm,长600mm,每3分钟转一周,转筒在滤浆中浸没部分占25%, 过滤真空度为500mmHg.滤液排出速率为1200Kg/h,今为提高生产能力,将转速改为每2分钟转一周,问每小时排出滤液多少m3? 又若滤饼中固相占50%(体积),水占30%,其余为空气,求改变转速前后滤饼厚度各为多少?(计算时,过

18、滤介质阻力可略去不计)3.30 一板框过滤机共有38个框,板框长、宽均为810mm,厚为25mm,在压差为2at下恒压过滤某种悬浮液,经45分钟滤框充满,此间共得滤液6m3 ,每次过滤后拆卸、重装等辅助时间为 45分钟，滤渣不洗涤。 现为减轻操作人员的劳动强度,拟用转筒真空过滤机代替上述过滤机,此转筒直径为 1.75m,长0.98m,浸入角120°,操作真空度为600mmHg,试问此转筒过滤机转速应为多少才能达到上述板框压滤机相同的生产能力?滤渣为不可压缩,滤布介质阻力均可忽略。3.31用一转筒真空过滤机过滤某一悬浮液,转筒直径2.6m,长2.6m,浸没度为25%,操作真空度为600

19、mmHg,每两分钟转一周,每小时可得滤液8m3 ,滤渣2.4m3 。现拟用一台板框过滤机代替上述转筒过滤机,板框尺寸为810×810×45mm,框数为34。操作压强差为1.5 kgf/c m2 ,设两种过滤机介质阻力均可忽略,滤渣压缩指数s=0.3,且滤渣与滤液体积之比v为定值,求： (1)用板框过滤机操作时,每一周期过滤时间为多少? (2)为维持原来生产能力,每一周期板框过滤机的辅助时间为多少?(滤渣不洗涤)先恒速后恒压过滤计算3.32 用一叶滤机处理某种悬浮液,先以等速过滤20分钟,得滤液2m3 ,随即保持当时压强再过滤40分钟,问共得滤液多少m3?若该叶滤机每次卸渣、

20、重装等全部辅助操作共需20 分钟,求滤液日产量。滤布阻力可以忽略.思 考 题3.33 填空 (1).将固体物料从液体中分离出来的方法中,最常见的有 和 。(2).当旋转半径为r,每秒钟转速为n,则分离因数为 当旋转物圆周速度为UT 则分离因数为 。(3).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 。 (4).降尘室与沉降槽均为气固或液固两相分离设备, 它们的生产能力与该设备的 有关,与 无关。 (5).旋风分离器当切向进口气速相同时,随着旋风分离器直径的增大, 其离心分离因数 ；而离心分离机随着转鼓直径的增大其离心分离因数越 。 (6).颗粒的球形度(形状系数)的定义式为:s=

21、；颗粒的比表面积的定义 式为a= 。含尘气体分别通过如图(a)和(b)二个降尘室(其对应尺寸相等),如果要求除去的尘粒直径相同时,则生产能 力Va Vb(填入>、=、<符号)。(7).除去液体中混杂的固体颗粒,在化工生产中采用 、 、 等方法(列举三种方法),旋风分离器性能的好坏,主要以 来衡量。 愈小,说明其分离性能愈好。(8).恒压过滤操作,一个周期中,过滤时间为获滤液量为V, 现将过滤压差增加一倍,其他条件不变,则过滤时间变为 。(设滤饼不可压缩且介质阻力不计) 在恒压 过滤时,如过滤介质的阻力忽略不计,且过滤面积恒定,则所得的滤液量与过滤时间的 次方成正比,而对一定的滤液量

22、则需要的过滤时间与过滤面积 的 次方成反比。3.34 选择题 (1).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 21/2倍 B) 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C) 当介质阻力不计时，滤液体积增大一倍，则过滤时间增至原来的21/2倍 D) 当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增至原来的4倍 (2)回转真空过滤机洗涤速率与最终滤速率之比为 。 A)1 B)1/2 C)1/4 D)1/3 (3)过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,进行恒速过滤时,如滤液量增大一倍,则 。 A) 操作压差大至原来的21/2倍 B) 操作压差增大至原来的4倍 C) 操作压差增大

23、至原来2倍 D) 操作压差保持不变。 (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21/2倍 D)增大至原来的1.5倍 (5)板框压滤机中,最终的过滤速率是洗涤速率的 。 A)一倍 B)一半 C)四倍 D)四分之一。 (6)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 (7)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。 (8)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 (9)降尘室没有以下优点 。 A)分离效率高 B)阻力小 C)结构简单