化工原理-沉降与过滤习题及答案

沉降与过滤一章习一、选择题1、一密度为7800kg/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20C水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流20C水密度998.23kg/m100.53

510Pa•s）。AA.4000mPa•s;B-40mPa•s;C-33.82Pa•s；D3382mPa•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 30g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 。A 2x30Am.B1/2x3Mm.C30Mm.DV2x304m3、降尘室的生产能力取决于 。B100C.降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；度。4、降尘室的特点是 。D结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大；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。

D.降尘室的宽度和高A .颗粒的几何尺寸C

B.颗粒与流体的密度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；D.能保持滞流流型时的最大颗粒直径

；C.旋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.同粒级（直径范围）粒子分离效率之和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；C.尺寸小，则处理量小，分离效率高；

B•尺寸大，则分离效率高，且压降小；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，当操作压差增率为原来的 。BA.1倍；B.2倍；C.2倍；D.1/2倍10、助滤剂应具有以下性质 。

1倍，则过滤速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 。B降低滤液粘度，减少流动阻力；形成疏松饼层，使滤液得以畅流；帮助介质拦截固体颗粒；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 。B比；BAC.体积成正比；D.过滤速率与滤布阻力成反比

A.过滤速率与A（过滤面积）成正214、 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1.5倍A.过滤介质两边的压差；B.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（忽略介质阻力） 。AA.增大至原来的 2倍；C.417、若沉降室高度降低，则沉降时间B.增加；

过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差 ；C.滤饼1倍时，则在同样的时间里所得滤液量将2D下降; ；生产能力 。18、颗粒在静止的流体中沉降时，在相同的A.越大；B.越小；C.不变；

不确定。CARe下，颗粒的球形度越小，阻力系数 _。A15、过滤推动力一般是指 。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LbH=532,则其沉降速度为 m/s。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12"m,其沉降速度为0.02m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来气体的最大流速不能超过 m/s。1.6

则含尘&在旋风分离器中某球形颗粒的旋转半径为0.4切向速度为15当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数 Kc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,q为V/A,M为过滤介质的当量滤液体积e e（\e

），在恒压过滤时，测得△3Aq=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；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 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 q2•0.02q=410J-（0的单位为 s）,贝U K为10」,0.01,2.5

m2/s, qe

m3/m2, re为 s。419、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20oC空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将stocks）；20oC_。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。

—下降_（设沉降—下降当水温增加一倍）2.写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式,要用试差法的理由。

说明此公式的应用条, 简述计算沉降速度多大的颗粒？降尘室的高度如何确定？主要类型？

de?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7.何谓滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂？

K和qe9. 简述影响过滤机生产能力的主要因素及提高之途径（）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（以离心过滤机为例）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？1415.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

11X6X4m，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标准)/h，试核算沿降室能否沉降 35

2m。烟气温度为150C，沉降室烟气流量12500m3以上的尘粒。P=1600kg/m3,p烟气=1.29kg/m，□=0.0225cp解：设沉降在滞流状态下进行，尘粒 烟尘粒 烟

Rev1p＞＞p，故斯托克斯公式可简化为：uodp尘粒g/18=(35X10-6)45x1600X9.81/(18X2.25X10-5)=0.0474m/s检验：Re=d

U0

烟气/関气-=35X106X0.0474X1.29/(2.25X10-5)-=0.095V1故采用计算式正确，则(沉降=2/0.047442.2s

35mm以上粒子的沉降时间为：u[(12500/(4X6X3600))X(273+150/273]=0.224m/s=11/0.22449.1s即B＞B即停留 沉降/•35mm以上尘粒可在该室沉降27.92.5mm解：

0.9)中以5mm/s的速度匀设沉降以滞流状态进行，则：2油品 钢球钢球 由品 钢M =d 油品 钢球钢球 由品 钢=(0.0025)2X(7900-900)X9.81/(18X0.005)=4.77Pa?s330m20C下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速88体中的沉降速度.20C的.卩=1CP PhOOOkg/m气体的密度为1.2kg/m3(有效重量指重力减浮力)

1.6倍。试求此颗粒在此气验算：Re验算：Re=d 钢球 钢球由品 由品=0.0025X0.005X900/4.77=2.36X10-3v1 •假设正确（心-‘水）g

（心-'气）g1.6，二(心-1000)g

1.6

［3解得：；-^2665kg/m球形颗粒在水中的沉降为层流，则在水中沉降速度：oi 18^ ' 18x10」R dm「

3010

68.1710

41000e1校核：假设正确.

10^

=0.0245u =88u =880.0245=2.16m/s02 014、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r=

3 0.5kg/m

Pas试求：

，现要除去炉气中10"m以上的颗粒，(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？若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？u d2(Pyun解：(1)设沉降区为滞流，则^因为Ps»P_62（1010）30009.81u0 318X0.035沃10

,4.67mm/s

18Jdu°P10汉10上汉4.67X10」X0.5 uRe卜

00.035X10

3

10”

6.6710 ：：1假设正确由降尘室的分离条件，有L4.6汉10%6cccu=u0H 0.1

0.28m/s(2) V=20AUQ=2^<^^<4.6P<1^^>^3600=60523m3/h3 3(3) V=Au0=634.6710 3600=302.6m3/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。m m m 75，m5、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4300kg/ 解：d=7510'mf=0.6kg/m3设沉降区为层流，则匚=4300kg/m3J=0.0310“Pas

0.6kg/m0.03mPas,尘粒密度为ud2()guu1845)1门一,Re0二验算

d" 50“4。60.0310“

故假设正确总处理量为

qy二nu口

3=200.4453=132m°/s6、一降尘室长 5m A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3m/h

=0.9kg/m固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为 36000

3

，粘度径。0.03mPa

3s。尘粒密度心=4300kg/m 2，试求理论上能100%除去的最小颗粒直解：降尘室总面积 A=053= 生产能力的计算式为 q 二Au注意式中U为能100%除去的最小颗粒的沉降速度，而0

A应为总沉降面积。解出 qr36000/3600门,u 0.033m/s设沉降区为层流，则有A300o dm( d_ 1818°.°310'°.033=2.0610讣(4300-0.9)9.81002d耐UQp2.06沢10%°.°33".9=. 幻验算Re)=002U= 0.0310’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1.5h1m0.05m3,操作条件下过滤常数

3h，其中过滤、=3.3

5 210m/s，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。试计算：30.6m0.6 …解：(1)

30.05

12m

mm及框厚分别为多少？V2勺

12 2843mA= 培茨=J3.3汉10汉1.5汉3600= . 22843m⑵A= n2

A28.43n=—=-------所以 2qI=n1106

2

=14.2取15个o—所以 n=15=0.04o—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。&一小型板框压滤机有滤饼充满滤框，且得滤液

5个框，长宽各为0.2m,在300kPa(表压)下恒压过滤2h，80L,每次洗涤与装卸时间各为 0.5h。若滤饼不可压缩，且过n.h)?i机的生产能力为多少？解：(1因过滤介质阻力可忽略不计，即过滤面积 A=5X0.2

q2=KT2 232=0.4m3单位过滤面积上的滤液量

q=V/A=80

3 210-/0.4=0.2m/m过滤常数

K=q2/T0.22/2=0.02m2/h(dq/dT=&2q=0.02/(2X0.2)=0.05m/hE洗涤速率

(dq/dT=0.5(dq/dT=0.5X0.05=0.025m/hW E.-2

$=2Ap' ' X

=KAp

/

0.02=0.04m/h为V=0.08m3,故此时所用的过滤时间为Tq'2/K'=q2/K=0.22/0.04=1hQ=V/TT+P)=0.08+0.5+0.5)=0.04m

5个板框充满滤饼时所得滤液量仍滤液/h93

1atm表压下20分钟在每1n过滤面积上得到i30.197m的滤液，再过滤20分钟又得滤液0.09m。试求共过滤1小时可得总滤液量为若干3m.=20min解：当1 时，q1=0.197m3/m22=40min时，q=0.197+0.09=0.287m 3/m222代入恒压过滤方程时可得：20.1972qf0.197=K2020.2872qf0.287=K40联立解得：q。=0.0222m3/m2,K=2.38*10m2/minq孑(0.0222)2由此 K2.3810

3 =0.207min(q= 210当过滤1小时可得滤液: . ・ 0)解得q=mm即每m10.356m10

1m,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4.9KPa(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，操作真空度提高可压缩，介质阻力可忽略。试求：

6.37kPa(650mmHg)，已知滤饼不新工况过滤机的转速应为多少？新工况所生成的滤饼厚度为多少？解：（1）Ve=0

所以V2二弘2■''n

60（S） @咋）Q2故Q=60nV=60A 60Kn：m3/h 所以 Q1

*K n22n1:111由题知S=0及Kp故（2）设滤饼的厚度为「•，则有

n2 K“2、2 ,-4.9,22c,, •n260A心2

=2n|60An,

■2 饼饼/h 二所以

红屮"7mm3.111、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为作条件下气体密度为 0.5kg/m3，粘度为2.010^Pas，颗粒密度为积流量为5m3/s。试求：（1）可完全回收的最小颗粒直径;

10m2,高1.6m。操3000kg/m3。气体体（2）如将降尘室改为多层以完全回收 20m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:18」V Cdmin=

s 18210 5

78.2」m校核：最小颗粒的沉降速度：心贵则转筒旋转一周所需时间为

-0.5m/s10

n'7Re二g屮=78.2

n'丿，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为0.50.6=1.173<2，近似认为沉降运动处于层流区。卩 2心0（2）20心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）s18」Vsg「s

18210°9.813000-0.62010-62

5 2=153m2153m,0.16m。

16层（15块隔板），实际降尘面积为160m。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=7.510，m2/s，qe=0.012m3/m2。要求每一操作周期得小时。设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液的体积之比为过滤面积；

8m3的滤液，过滤时间为0.025o试求600kPa。现有一板框过滤机，每框的尺寸为63563525mm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・2We二KA2二，其中Ve二qeA，于:KA%_2VqeA_V2=02VqeA

4V2q|4KTV2 280.01228.0.01227.510」180052Kv 27.510

1800

222.5m2（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） 滤饼体框数= 每框容

0.20.6350.6350.025

=19.84，取n=20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，于滤饼体=cV=0.0258=0.2m3。K'=1.510*m2/s。实际过滤面积为：

qe不变。A'=2200.6350.635=16.13m222由恒压过滤方程可计算过滤时间： V

eA'8 280.01216.13厂点评：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s 条相同的滤液量。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： V2二KA2T，于是VA（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K=学可知，==2。于是==血=1.414Mrc K邙 V*14、恒压过滤某悬浮液，已知过滤得到滤液量（L）;过滤速率（L/min）。

5min得滤液1L,若又过滤5min后，试求:解：过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为V2 =KAvj 2V2V2两式相除得

(1)(2)Vi2~22 —=0.5 (3)V2n10依题意V=1L介质阻力可忽略。V2 '

0.5

1.414L.V=V2-V1=0.414LdV KA2V2心V 1414dv2V"2V~2<i

14—=0.0707L/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。 已知玻璃球密度为2500kg/m3,水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.005103Pas,空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。（1）A.8.612B.9.612C.10.612D11.612（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粒直径与空气中颗粒直径之比为 _D_。

_B_。2,则水中颗解：（1）由 Ut18弋得ss屯=匚-所以

'a %

2500-1.205 1.00510’da 一%-?w Ja、2500-

1.8110*A.10.593B.11.593C.12.593D.13.593d2 UT2 2U K Ur 18」RU gK

c gR18呱cr 18J cc

一'gKdw i's;?aJwKca (2500—1.205/1.005汉1%疋2_13ad~Ka

----------------------------5-- —13.5931600-998.2为1.205kg/m3，空气的粘度为1.8110-5Pas。则

1.8110 1 A.3.639B.4.639C.1.024B.1.124C.

B1O5m。5.639 D.C10-3m。1.224 D.1.324解:AReU d-Ut 18'2

18x(1.81x10,p<1所以 YPs—3 \'1.205汇0—5严7一90山u「1.74d 71.74d-d6-「gj2Re2

1.742d2P2F•d■1.74^

(1.8仆10,汉10002f—'g ',1.742 1.205 5000-1.205 f

=1.22410'm所以17、对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。 恒速过滤时，已知过滤时间为 100s时，过滤压力差3104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为9104Pao则过滤时间为300s时，过滤压力差为_CO

A.4

B.51(fPaC.6104Pa D.7

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_。A.0.386m3解：(1)由p

B.b

C.0.586m3 D.0.686m3/曰/曰得3汉104=100a+b49104 =50©b两式相减，4得6104=400a,a