第三章非均相物系分离习题

1、第三章非均相物系分离习题习题1：球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历_和_两个阶段。 沉降速度是指_阶段，颗粒相对于流体的运动速度。答案与评分标准加速运动 等速运动 等速运动（每个空1分，共3分）习题2：在滞留区，球形颗粒的沉降速度ut与其直径的_次方成正比；而在湍流区，ut与其直径的_次方成正比。答案与评分标准2 1/2（每个空1分，共2分）习题3：降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_；而气体的流动应控制在_流型。答案与评分标准气体在室内的停留时间应颗粒的沉降时间t。(2分)滞流 （1分）（共3分）习题4：在规定的沉降速度ut 条件下，降尘室的生产能力只取决于_而与其_无关。答案与评分标准降

2、尘室底面积 (2分) 高度 （1分） （共3分）习题5：除去气流中尘粒的设备类型有_、_、_等。答案与评分标准降尘室 惯性除尘 旋风分离器（每个空1分，共3分）习题6：过滤常数K是由_及_决定的常数；而介质常数qe与 e是反映_的常数。 答案与评分标准物料特定 过滤压强差 过滤介质阻力大小（每个空1分，共3分）习题7：工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有_与_；吸滤型连续操作过滤机有_。 答案与评分标准板框压滤机 加压叶滤机 转筒真空过滤机（每个空1分，共3分）习题8：根据分离方式（或功能），离心机可分为_、_和_三种基本类型；而据分离因数的大小，离心机可分为_、_和_。答案与评分标准过滤式 沉

3、降式 分离式 常速离心机 高速离心机 超高速离心机（每个空1分，共6分）习题9：过滤操作有_和_两种典型方式。答案与评分标准恒压过滤 恒速过滤（每个空1分，共2分）习题10：在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（ ）。（A）颗粒几何形状 （B）颗粒几何尺寸（C）颗粒与流体密度 （D）流体的流速答案与评分标准(D) （2分）习题11：含尘气体通过长4m，宽3m，高1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s，则降尘室的生产能力为（ ）。（A）3m3/s （B）1m3/s（C）0.75m3/s （D）6m3/s答案与评分标准(A) （2分）习题12：某粒径的颗粒在降尘室

4、中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（）。（A）增加一倍 （B）为原来的1/2（C）不变 （D）不确定答案与评分标准(C) （2分）习题13：粒径分别为16m和8m的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，沉降在滞流区，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（）。（A）2 （B）4（C）1 （D）1/2答案与评分标准(B) （2分）习题14：以下表达式中正确的是（）。（A） 过滤速率与过滤面积A的平方成正比（B） 过滤速率与过滤面积A成正比（C） 过滤速率与所得滤液体积V成正比（D） 过滤速率与虚拟滤液体积Ve成正比答案与评分标准(A) （2分）习题15：在转筒真空过滤机上过滤某种悬浮液，若

5、将转筒转速n提高一倍，其他条件保持不变，则生产能力将为原来的（）。（A）2倍 （B）2倍 （C）4倍 （D）1/2 答案与评分标准(B) （2分）习题16：球形颗粒在静止流体中自由沉降，当在10-4<Ret <1时，沉降速度ut可用（）计算。（A）斯托克斯公式 （B）艾仑公式 （C）牛顿公式答案与评分标准(A) （2分）习题17：球形颗粒在静止流体中作自由沉降时，其沉降速度ut可用斯托克斯公式计算。 （ ） 答案与评分标准(×) （1分）习题18：过滤操作属于定态操作。（ ）答案与评分标准(×) （1分）习题19：粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比

6、，称为离心分离因数。（ ）答案与评分标准() （1分）习题20：球形微粒在静止流体中作自由沉降，计算其沉降速度ut时，必须采用试差法，而且这是唯一的方法。（ ）答案与评分标准(×) （1分）习题21：提高离心机分离因数Kc的基本途径是增加转鼓的转速。（ ）答案与评分标准() （1分）习题22：在降尘室里，颗粒可被分离的必要条件是颗粒的沉降时间t应大于或等于气体在室内的停留时间。（ ）答案与评分标准(×) （1分）习题23：离心沉降速度ur与重力沉降速度ut的主要区别之一是ur不是定值，而ut则是恒定的。（ ）答案与评分标准() （1分）习题24：连续过滤机中进行的过滤都是恒

7、压过滤，间歇过滤机中也多为恒压过滤。（ ）答案与评分标准() （1分）习题25：球形颗粒在静止流体中作重力沉降时都受到哪些力的作用？它们的作用方向如何？答案与评分标准答：球形颗粒在静止流体中作重力沉降时，将受到三个力的作用，即重力、浮力与阻力。 （2分）作用方向是重力向下，其余两个力向上。（2分） （共4分）习题26：简述评价旋风分离器性能的主要指标。答案与评分标准答：在满足气体处理量（即生产能力）的前提下，评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离效率及气体经过旋风分离器的压强降。（3分）习题27：影响旋风分离器性能最主要的因素可归纳为哪两大类？为什么工业上广泛采用旋风分离器组操作？答案与评分

8、标准答：影响旋风分离器性能的因素是多方面的，其中最主要的因素可归纳为物系性质与操作条件两大类。（2分）因为对于同一结构型式的旋风分离器来说，减少尺寸有利于分离，所以当气体处理量很大，又要求较高的分离效果时，常采用旋风分离器组操作。（3分）（共5分）习题28：简述选择旋风分离器的主要依据。答案与评分标准答：主要依据有三个方面：（1）含尘气体的处理量（或生产能力）（1分）（2） 允许的压强降。（1分）（3）要求达到的分离效率。（1分）（共3分）习题29：简述何谓饼层过滤？其适用何种悬浮液？答案与评分标准答：饼层过滤是指固体物质沉降于过滤介质表面而形成滤饼层的操作。（2分）它适用于处理固体含量较高（

9、固相体积分数约在1%以上）的悬浮液。（2分）（共4分）习题30：何谓膜过滤？它又可分为哪两类？答案与评分标准答：膜过滤是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术。（2分）它又可分为微孔过滤和超滤两类。（2分） （共4分）习题31：简述工业上对过滤介质的要求及常用的过滤介质种类。答案与评分标准答：对过滤介质的要求是：它应具有流动阻力小和足够的机械强度，同时还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。（3分）种类有：织物介质、堆积介质、多孔固体介质及多孔膜。（2分） （共5分）习题32：简述提高连续过滤机生产能力的措施。答案与评分标准答：措施有：适当提高转速n和浸没度 ，加大过滤常数K(增大真空度或降低滤液粘

10、度)等。（每个措施1分，共3分）习题33：何谓过滤机的生产能力？写出间歇过滤机生产能力的计算式。答案与评分标准答：过滤机的生产能力通常是指单位时间内获得的滤液量，也有按滤饼产量或滤饼中固体物料的产量来计算的。（3分）过滤机生产能力Q的计算式：Q=3600V/T=3600V/(+w+D) m3/h (2分)（共5分）习题34：用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35mm的钢球在此液体内沉降200mm所需的时间为7.32 s,已知钢球的密度为7900 kg/m3，液体的密度为1300 kg/m3。试计算液体的粘度。答案与评分标准200解：（1）钢球的沉降速

11、度ut=h=1000=0.2732m/s7.32 （1分）（2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算：ut=d(s-)g182=d(s-)g18ut2=(6.3510-3)(7900-1300)9.812180.02732=5.309PaS （3分）（3）核算流型：Ret=dut=6.3510-30.0273213005.309=0.04248<1故假设成立，求出的有效。（2分）习题35：密度为1850 kg/m3的固体颗粒，在50和20水中，按斯托克斯定律作自由沉降时，（1）它们沉降速度的比值是多少？（2）若微粒直径增加一倍在同温度水中作自由沉降时，此时沉降速度的比值又为多少？答案

12、与评分标准解：（1）由附录查出有关温度下水的性质：20时，密度=998 kg/m3，粘度=1.005×10-3 Pa·s （1分） 50时，=998 kg/m3，=0.5494×10-3 Pa·s （1分）d(s-50)g2d(1850-988)g-32 ut50ut20180.549410=2=1.84 （3分） 2d(s-20)gd(1850-988)g1820181.00510-31850（2）此时，d´=2d，s，均相同；据ut=(2d)(s-)g2d(s-)g182可得：utut/=18d(s-)g182=4 （3分）习题36：拟采用

13、底面积为14m2的降沉室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。操作条件下气体的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5Pas；固体的密度为3000kg/m3；要求生产能力为2.0m3/s，求理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径dmin 。答案与评分标准解：（1）在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度ut为：ut=Vsbl=2.014=0.1429m/s （1分）（2） 假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求dmin。 （3分）dmin=18ut(s-)g1/2182.610-50.142930009.811/2=47.710-6m=47.7m（3分）校核沉降流型Ret=dm

14、inut=47.710-60.14290.75-52.610=0.1965<1故原假设正确，求出的dmin有效。 （2分）习题37：若铅微粒（s1=7800kg/m3） 和石英微粒（s2=2600kg/m3）以同一沉降速度在（1）空气中（2）水中作自由沉降，假设沉降在滞流区。分别求它们的直径之比。取水的密度为1000kg/m3。答案与评分标准解：（1）在空气中作自由沉降，由于即s -空气空气 s 故空气可略， s18空uts-空）g 由斯托克斯公式可得 d=粒下标为2。可得：18空utd2d1 （1分）设铅微粒下标为1，石英微 =s2g18空ut=s1s2=78002600=1.73 （

15、3分）s1g（2）在水中作自由沉降，可得：18水utd2d1=s2-水）g18水uts1-水）g=s1-水s2-水=7800-10002600-1000=2.06 （3分）习题38：用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为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3.4×10-5Pa·s，密度为0.5kg/m3，若每小时的炉气量为2160标准m3。试求降尘室内的隔板间距及层数。答案与评分标准解：（1）操作条件下炉气处理量为：Vs=21603600273+427273=1.54m/s（23分）（2）假设沉降在滞

16、流区，可求出utut=d(s-)g182=(810-6)(4000-0.5)9.81183.410-52=4.110-3m/s（2分）而气体水平通过速度u=vs/bH=1.54/(1.84.2)=0.20m/s （1分）（3）层数nn=vsb ut-1=1.541.84.14.110-3-1=51-1=50 （2分）（4）隔板间距hH=(n+1)h 可得：h=Hn+1=4.2m51=0.082m （1分）（5）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区 Ret= de=dut2bh=810-64.1103.410-5-30.5=4.810-4<1 在滞流区 （1分） 21.80.0821.8+

17、0.082b+h=0.157m （1分）气体流动的Re为：Re=deu=0.1570.200.53.410-5=462<2000 在滞流区。故降尘室计算合理，结果有效。（1分）习题39：采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为2.0m3，直径D为0.4m，适宜的进口气速为20m/s。炉气的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5Pa·s（操作条件下的），固相密度为3000kg/m3，求（1）需要几个旋风分离器并联操作；（2） 临界粒径dc；（3）分割直径d50；（4）压强降P。答案与评分标准解：对于标准型旋风分离器，h=D/2，B=

18、D/4，Ne=5，=8 （教材上册P125）（1） 并联旋风分离器数n：单台旋风分离器的生产能力为：(Vs)单=h·B·ui=DD24ui(0.42/8)×20=0.40m3/s（2分）n=Vs/ (Vs)单 =2.0/0.40=5 （1分）（2）求临界粒径dcB=D/4=0.4/4=0.1m，Ne=5，代入下式：dc=9BNesui=92.610-50.15300020=4.9810-6m=4.98m （2分）（3）分割直径d50 d500.27D(s-)ui0.272.610-50.4300020=3.55410-6m=3.554m（2分）（4）压强降P p=

19、习题40：某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1250pa已知气体密度为1.0Kg/m3,试选择合适的型号。答案与评分标准解：题中已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由其生产能力表中来选。题中热空气的允许压强降为1250pa,需要进行校正。p=p'ui22=80.75(20)22=1200Pa （2分） 1.2'=12501.21.0=1500pa （2分）从教材上册P131表3-3中查出5号扩散式旋风分离器（直径为D=525mm）在1570pa的压强降下操作时，生产能力为5000m3/h现在要达

20、到10000m3/h的生产能力，可采用两台并联。（也可采取其他的同样合理的选择）（4分）习题41：在恒定压差下用尺寸为63563525mm的一个滤框（过滤面积为0.806m2）对某悬浮液进行过滤。已测出过滤常数K=410-6m2/s滤饼体积与滤液体积之比为0.1，设介质阻力可略，求1、当滤框充满滤饼时可得多少滤液？ 2、所需过滤时间。答案与评分标准 求滤液量V滤饼体积：VS=0.6350.6350.0251=0.0101m3（2分）题给=0.1 滤液体积：V=Vs/= 求过滤时间当介质阻力可略时，V2=KA2 （1分）=V220.01010.1=0.101m3 （2分） KA=(0.101)4

21、10-622(0.806)=3925.7s=1.09h （3分）习题42：用板框压滤机在9.81×104pa恒压差下过滤某种水悬浮液。要求每小时处理料浆8m3。已测的1m3滤液可得滤饼0.1m3,过滤方程式为：V2+V=510-4A2（单位为s）求过滤面积A 恒压过滤常数K、qe、e答案与评分标准 过滤面积A由题给：=0.1 V=VF/(1+)=8/(1+0.1)=7.273m3（3分）代入题给过滤方程：(7.273)+7.273=5102-43600A60.17=1.8A22解出：A=5.782m3（3分） 求过滤常数K、qe、e把题给过滤方程与恒压过滤方程V2+2VVe=KA2相

22、比较，可得K=5×10-4m3/s； 2Ve=1m3； 故Ve=0.5m3 （2分）qe=Ve/A=2e0.55.782=0.0865m/m232 （1分） e=q/K=(0.0865)510-4=15s （1分）习题43：某板框式压滤机，在表压为2×101.33×103pa下以恒压操作方式过滤某悬浮液，2小时后得滤液10m3；过滤介质阻力可略，求若操作时间缩短为1小时，其他情况不变，可得多少滤液？ 若表压加倍，滤饼不可压缩，2小时可得多少滤液？答案与评分标准 介质阻力可略时，有V2=KA2的恒压过滤方程式，题给1=2h,2=1h其他情况不变，悬浮液不变，p不变，

23、则有：V1=KA1;V2=KA2 2222K、A不变，故有：=1012=7.07m（2分） 3V2V122=21V2=V121 因 p改变，恒压过滤方程为：V2=2KA2p（1分）而V12=2KA21p1 V22=2KA22p2 1=2 K、A不变（1分）可得：V2V122=P2P1V2=V1P2P1=104101.33102101.331033=1042=14.1m（2分） 3习题44：某板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差p=1.5atm下以恒压操作过滤一种悬浮液，2小时后得滤液4m3,介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？若在原压差下过滤2小时

24、后用0.5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？答案与评分标准原工况下的过滤常数K为：（介质阻力可略）K=V2/(A)=2(4.0)22(0.2)23600=5.5610-2m/s2 （2分） 过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量：V'=K(A')=25.5610-2(20.2)23600=8.0m23 （2分） 求洗涤时间ww=(Vwdvd)w对于板框压滤机，(dvd)w=KA28(V+Ve) （ 2分）因介质阻力可略，故Ve=0,题给Vw=0.5m3 代入后可得：w=0.55.5610-2(0.2)2=71942s2h （ 2分）84.0习题45：用板框式压滤机在2.95

25、15;105pa的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为BMS20/635-25，共26个框。现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m2/s，qe=0.023m3/m2，且1m3滤液可得滤饼0.020m3求： 滤饼充满滤框所需的过滤时间。若洗涤时间为0.793h，每批操作的辅助时间为15min，则过滤机的生产能力为多少？答案与评分标准 过滤时间过滤面积为：A=2(0.635)226=20.98m2 （ 1分）滤饼体积为：Vs=(0.635)20.02526=0.262m3 （ 1分） 滤液体积为：V=Vsv=0.262/0.020=13.10m （ 1分） 3而q=V/

26、A=13.10/20.98=0.624m3/m2 （ 1分） 过滤时间=q2qqeK2=(0.624)+0.6240.0231.1310-42=3700s（ 2分） 生产能力Q操作周期T=Q+Qw+QD=3700+0.793×3600+15×60=7455s （ 1分） Q=习题46：现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机（转鼓直径为1.75m，长度0.98m，过滤面积5m2，浸没角120o）在66.7Kpa真空度下过滤某种悬浮液。已知过滤常数3600VT=360013.107455=6.33m/h2 （ 1分）K=5.15×10-6m2/s，每获得1m3滤液可

27、得0.66m3滤饼，过滤介质阻力忽略，滤饼不可压缩，转鼓转速为1r/min求过滤机的生产能力及转筒表面的滤饼厚度。答案与评分标准（1）生产能力Q转筒过滤面积A=D =3.141.750.98=5.39m3 （1分） 转筒浸没度=120360=13 （1分）介质阻力可忽略时，可用下式计算Q：Q=465AKn=4655.395.1510-61=3.28m2/h（ 2分） 31（2）求滤饼厚度L转筒每转一周获得的滤液量为：V=Q60=3.2860=0.05467m3 （ 1分）Vs=Vv=0.054670.66=0.03608m3 （ 1分） 厚度L=习题47：密度为2400Kg/m3的球形粒子在2

28、0的空气中作自由沉降。求服从斯托克斯定律的最大颗粒直径；服从牛顿定律的最小颗粒直径。已查出20空气的密度为1.205Kg/m3。粘度为1.81×10-5pa.s答案与评分标准 服从斯托克斯定律的最大颗粒直径，服从滞流沉降区的上限值K=2.62 （1分） 1VsA=0.036085.39=6.6910-3m6.7mm （ 1分）由K=dmax(s-)g3可得 21dmax=2.621(s-)g32(1.8110)3-6=2.62=59.2010m=59.20m24001.2059.81-52（3.5分）服从牛顿定律的最小颗粒直径,服从牛顿定律的下限值K=69.1 （1分） 同理可得：1

29、(1.8110)3-3dmin=69.1=1.56110m=1561m （1.5分）24001.2059.81-52习题48：拟在9.81×103Pa的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r为1.33×1010 1/m2，滤饼体积与滤液体积之比v为0.333m3/m3，滤液的粘度为1.0×10-3Pa.S；且过滤介质阻力可略，求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间，（2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？答案与评分标准解：（1）求 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q =1.5m3/m2 （1分） 求K，题给滤饼为不可压缩

30、，则S=0，r = r=常数，代入已知量则：K=2kp1-S=2p1-Sr=2pr=29.81101.010-33101.33100.333=4.4310-3m/s (32分)求当过滤介质可略时，q=k，则有=2q2k=1.52-34.4310=508s （1.5分）过滤时间加倍时，增加的滤液量 '=2=2508=1016s （1分）q'=k'=4.4310-31016=2.12m/m （1.5分） 32 增加的滤液量为：q'-q=2.12-1.5=0.62m3/m2即每平方米过滤面积上将再得0.62m3 滤液。 （2分）习题49：拟用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。已选定分离器直径D=0.4m，固相密度为3000Kg/m3，气相密度为0.674 Kg/m3，粘度为3.8×10-5Pa.S；操作条件下的气体量为1200m3/h，对于标准型旋风分离器h=D/2，B=D/4，Ne取5，=8，且简化假设取T=i。求：（1）离心分离因数Kc，（2）临界粒径dc，（3）分割粒径d50，（4）压强降P 。答案与评分标准解：（1）求Kc hB= ui=D2VshBD4=D