习题化工原理

第三章沉降与过滤一、填空题或选择悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指 ；分散外相是指 。***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液2.含尘气体中的尘粒称为（ 。A.连续相； B.分散相； C.非均相。***答案*** B3.悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到 三个力的作用。当此三个力的 时微粒即作匀速沉降运动。此时微粒相对于流体的运动速度，称为 。***答案*** 重力、阻力、浮力 代数和为零 沉降速4.自由沉降是 。***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越 。球形粒子的球形度为 。***答案*** 小 1沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 力或 力的作用下，沿受力方向发生运动而 ，从而与流体分离的程。***答案*** 重 离心 沉积球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是 滞流沉降时，其阻力系数= .***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/Rep降尘宝做成多层的目 。***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。气体的净制按操作原理可分为 .旋风分离器属 。***答案*** 重力沉降、离心沉降、离心沉降 离心沉10.离心分离因数是 。为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的 增高，而将它的 减少。***答案*** 物料在离心力场中所受的离心力与重力之比; 转速 直径适当离心机的分离因数越大，则分离效果越 ；要提高离心机的分离效果，一般采用 的离心机。***答案*** 好; 高转速; 小直径某悬浮液在离心机内进行离心分离时，若微粒的离心加速度达到***答案*** 1000

，则离心机的分离因数等于 。固体粒子的沉降过程分 阶段和 阶段。沉降速度是指 阶段颗粒相对于 的速度。在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（）A）粒子几何形状 B）粒子几何尺寸C）粒子及流体密度 D）流体的流速在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响 。17．(1)一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。若空气温度由20℃提高至50℃，则其沉降速度将 。颗粒的重力沉降在层流区域时，尘气的除尘以（ ）为好。A.冷却后进行； B.加热后进行；C.不必换热，马上进行分离。***答案*** A降尘室操作时，气体的流动应控制在 区。含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/，则降尘室的最大生产能力为 m/s。降尘室内，固粒可被分离的条件是 。理论上降尘室的生产能力与 和 有关，而与 无关。在降尘室内，粒径为60μm的颗粒理论上能全部除去，则粒径为42μm的颗粒能被除去的分率为 。（沉降在滞流区）欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（ 。提高降尘宝的高度；B.延长沉降时间；C.增大沉降面积***答案*** C ***答案*** B要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（ ）微粒的沉降时间A.≥； B.≤； C.＜； D.＞在离心分离操作中，分离因数是指 。某颗粒所在旋风分离器位置上的旋转半径R＝0.2m，切向速度uT=20m/s，则分离因数为 。离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈（ 。差； B.强； C.低***答案*** B当微粒与流体的相对运动属于滞流时旋转半径为1m,切线速度为20m.s ,同一微粒在上述条件下的离心沉降速度等于重力沉降速度（ A.2倍； B.10倍； C.40.8倍***答案*** C旋风分离器主要是利用（ ）的作用使颗粒沉降而达到分离。重力； B.惯性离心力； C.静电场***答案*** B选择旋风分离器的依据是： 、 、 。含尘气体处理量、允许的压强降、要求达到的分离效率30．旋风分离器的分离效率随器身 的增大而减小为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（ 。几个小直径的分离器并联；B.大直径的分离；C.几个小直径的分离器串联。旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（ ）粒径。最小； B.最大； C.平均二、判断题：离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈强（ ）***答案*** √通过旋风分离器能够完全分离出来的最大颗粒直径，称临界颗粒直径（ ）***答案*** ×固体颗粒在大气中沉防是层流区域时，以颗粒直径的大小对沉降速度的影响最为显著（ ）***答案*** √旋风分离器是利用惯性离心力作用来净制气的设备（ ）***答案*** √沉降器的生产能力与沉降高度有关（ ）***答案*** ×要使固体颗粒在沉降器内从流体中分离出来，颗粒沉降所需要的时间必须大于颗粒在器内的停留时间（ ）***答案*** ×为提高旋风分离器的分离效率，当气体处理量大时，解决的方法有：一是用几个直径小的分离器并联操作（ ）***答案*** √在气一固分离过程，为了增大沉降速度***答案*** ×

，必须使气体的温度升高（ ）***答案*** ×

小于扰沉降速度（ ）12.通常气体的净制宜在低温下进行（ ）而悬浮液的分离宜在高温下进行（ ）***答案*** √ √粒子的离心沉降速度与重力沉降速度一样，是一个不变值（ ）***答案*** ×物料在离心机内进行分离时，其离心加速度与重力加速度的比值，称为离心分离因数（ ）***答案*** √欲提高降尘室的生产能力一倍，应将降尘室的高度增加一倍（ ）***答案*** 四、问答题：1.（8分）为什么工业上气体的除尘常放在冷却之后进行？而在悬浮液的过滤分离中，滤浆却不宜在冷却后才进行过滤？***答案***由沉降公式u =d (ρ－ρ)g/(18μ)可见，U 与μ成反比，对于气体温度升,高其粘度增大，温度下降，粘度减少。所以对气体的除尘常放在冷却后进行，这样可增大沉降速度U 。而悬浮液的过滤，过滤速率为dv/(Adq)=△P/(rμL)，即粘度为过滤阻力。当悬浮液的温度降时，粘度却增大，为提高过滤速率，所以不宜冷却后过滤。2.（8分）试分析提高过滤速率的因素？***答案***过滤速率为dv/Adθ=△P/rμL推动力/阻力提高过滤速率的方法有：提高推动力△P，即增加液柱压力；增大悬浮液上面压力；在过滤介质下面抽真空。降低阻力，即提高温度使粘度下降；适当控制滤渣厚度；必要时可加助滤剂。3.（8分）影响重力沉降速度的主要因素是什么？为了增大沉降速度以提高除尘器的生产能力，你认为可以采取什么措施？***答案***由重力沉降式U =d (ρs-ρ)g/(18μ)可见，影响重力沉降速度U 的主要是d和μ（U ∝d ，U ∝1/μ，为提高U ，在条件允许的情况下，可用湿法增大颗粒直径。这样可大大增大U ，较可行的办法是让含尘气体先冷却，使其粘度下降，也可使U 增大。4.（8分）为什么旋风分离器的直径D不宜太大？当处理的含尘气体量大时，采用旋风分高器除尘，要达到工业要求的分离效果，应采取什么措施？***答案***旋风分离器的临界直径d =(9μB/πNU ρ) ，可见D↑时，B也↑（B=D/4，此时d 也↑，则分离效率η ↑，为提高分离效率不宜采用D太大的分离器。为果气体处理大时，可采用几个小直径的旋风分离器并联操作，这样则可达到要求的分离效果。5.（8分）为什么板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一倍？***答案***110.510.5两个原因，故当洗涤压差与过滤终了时压差相同时，且洗涤液的粘度与滤液粘度相近时，则（dv/dθ)w≈(1/4)(dv/dθ)6．影响颗粒沉降速度的因素都有哪些？答：影响颗粒沉降速度包括如下几个方面：颗粒的因素：尺寸、形状、密度、是否变形等；介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；环境因素：温度（影响ρ、μ）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等设备因素：体现为壁效应。多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么？答：（1）多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式，即VS=blut根据此式，VS与设备高度无关，而只是底面积blut的函数。对指定的颗粒，在设备总高度不变条件下，设备nnbl倍，从而使生产能力达到原来的（n＋1）倍。如果生产能力保持不变，多层降尘室可使更小的颗粒得以分离，提高除尘效率。（2）旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式，即当颗粒尺寸及介质被指定之后，B的减小可使dc降低，即分离效果提高。B和旋风分离器的直径成一定比例。在要求生产能力比较大时，采用若干个小旋风分离器，在保证生产能力前提下，提高了除尘效果。50％。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL转筒尺寸按比例增大50％。新设备的过滤面积为A=(1.5)=2.25A即生产能力为原来的2.25倍，净增125％，需要换设备。50％。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL转筒浸没度增大50％即生产能力净增22.5％。增大浸没度不利于洗涤。50％。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL操作真空度增大50％增大真空度使 为原来的1.5倍，则效果同加大浸没度50％，即生产能力提高了22.5％。加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。50％。10％15％。Xvvv分别为(a)则(a)即生产能力（以滤液体积计）下降25.47％若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可以忽略，滤浆中固相体积分率由10％增稠至15％，60％。根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL升温，使滤液粘度减小50％。再分析上述各种措施的可行性。升温，使粘度下降50％。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而A=πDL由式a可知则即可使生产能力提高41.4％。但温度提高，将使真空度难以保持。工业生产中，欲提高生产能力，往往是几个方法的组合。何谓流化质量？提高流化质量的措施有哪些？抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。分布板应有足够的流动阻力。一般其值 ，绝对值不低于3.5kPa。循环流动。采用小粒径、宽分布的颗粒，细粉能起到“润滑”作用，可提高流化质量。细颗粒高气速流化床提供气固两相较大的接触面积，改善两相接触的均匀性，同时高气速可减小设备尺寸。五、计算题：kg m mPakg m mPa3-1某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为 黏度为 ，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kg m3 。求直径为 颗粒的沉降速度。解：在沉降区域未知情况下，流区，用斯托克斯公式：msgd2 ms

9.8110421200u p p

3.41103t 18

182.3103du 1043.411031200校核流型

Re t

p t 0.1782 2.3103u 3.41mms层流区假设成立， t 即为所求。kg m mPakg m mPa某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为 黏度为 ，其中固体颗粒可视为球形，密2640kg m3度取

。沉降速度为

0.02

的颗粒直径。gd2u p

p解：假设沉降在层流区，

18 。182.3182.31030.029.811200dp t 2.42104mpp Re p

du2.421040.0212002.532校核流型

t 2.3103原假设不成立。设沉降为过渡区。 u .4 .406 116 0241200043103.616d t p

2.59104mp0.153 g p

0.153

9.8126401200 Re

dup t

2.591040.0212002.70校核流型

t 2.3103d 0.259mm过渡区假设成立， p 即为所求。m s kg 2.5 3 0.720 3m s kg 长3m宽2.4m高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接操作条件下锅炉烟气量为 气体密度为 ，kg s2.6 kg s黏度为 ，飞灰可看作球型颗粒，密度为

。求临界直径。u V

max

2.5 0.347ms解： tc

BL 2.43假设沉降处于层流区，d pc

18utc

8.68105m182.6182.61050.3479.810.720pRe

d upc

8.681050.3470.7200.8342校核流型

t 2.6105d 86.8m故 pc 即为所求。m s kg 2.5 3 0.720 3m s kg 长3m宽2.4m高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接操作条件下锅炉烟气量为 气体密度为 ，kg Paskg Pas m黏度为 ，飞灰可看作球型颗粒，密度为 。要求 以上飞灰完全被分离下来，锅炉的烟气量不得超过多少。m75m解：已知 ，由上题知沉降必在层流区。gd2 u pc

2 9.817.5105 22000.7200.259m2 tc 18

182.6105V BLu 2.430.2591.87m3smax tcuVmax

1.87

0.39ms1.5ms校核气流速度：

BH 2.42c1% 2710kgm3过滤固相浓度 的碳酸钙悬浮液，颗粒的真实密度 p

1000 3 kg kg 0.46 滤饼含液量 ，求滤饼与滤液的体积比 。 kg m3解：设滤饼的表现密度为 c, ，且颗粒与液体均不可压缩，则根据总体积为分体积之和的关系，可得：11 c p 10.46 0.46 1 1517kg m3所以：

c 2710 10001m3

每获得

滤液，应处理的悬浮液体积为

，其中固体颗粒的质量为： p1m3 每获得 滤液得到的滤饼质量为 c，其中固体颗粒的质量为： cBC

c p射固体颗粒全部被截留，则

，有 c

p将已知值代入上式：

0.012710 0.0342m3 0.0342m3

3m滤饼/m

滤液。过滤面积为

5m

的转股真空过滤机，操作真空度为

54kp

a，浸没度为1/3，每分钟转数为0.18。操作条件下的过滤常数K为2.9106m2

q， eq

1.8103m3 m2 V ，求m3t 。，求m3160160 2.910630.18.81032 V解： t

600.185

1.81030.877m3hmm mm mm mm mm mm 一填充床含有不同大小的颗粒，计 的占15%， 的占25%， 的占40%， 的占20%，以上均为质量百分率。设球型度均为0.74,试计算平均等比表面积当量直径。d解：筛分法得到的颗粒尺寸为等比表面积当量直径 ai，则平均等比表面积当量直径为1 1d 24.78mmiam x 0.15 0.25 0.4 0.2id 10ai

20

407025C

30m

，直径

1.0m

，当风以每小时

50km

横向掠过时，试求拽力系数与该烟囱所受的拽力，设空气温度。解： 空气： 25C 1.185kgm3 18.35103cP解： 空气： u mu m空气的流速：Re

dup

1.013.891.185

8.97105 18.35106 0.38查拽力系数图，对圆柱体u2 1F Ap 0.381.030 1.18513.8921303N拽力： D 2 2kg m 2000 3 kg m 密度为 的圆球在 的水中沉浮，试求其在服从斯托克斯范围内的最大直径和最大沉降速度。解： 水： 20C 998.2kgm3 1.005103Pas解： 水： 2000kg m3颗粒： sRe

dup 1在斯托克斯定律范围内： p 998.2dup 11.005103Re 1 d u1.006106mm/s取 p ，则 pd2998.29.81upu又 t 181.005103

543300d2pd 1.23104mmpmaxutmax

8.19103msmm6mm一种测定黏度的仪器由一钢球和玻璃筒组成。测试是筒内装被测液体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为 ，下落距离mm kg m mm kg m kg s为 ，测试一种糖浆时，记下的时间间隔为 ，此糖浆的密度为 ，钢球的密度为 ，求此糖浆的黏度。u解：钢球的沉降速度： u

Ht

0.27.32

0.0273m/s设沉降处于层流区，根据斯托克斯定律：d2 s s

0.006213009.81 4.74Pas18utRe :Re

dus t

180.02730.0060.02731300

0.0451核 p p

4.74cP4740cP所以，假设在层流区沉降正确，糖浆的黏度为 。kg m 2000 / kg m 试求密度为 的球型粒子在 空气中自由沉降室服从斯托克斯定律的最大粒径。解： 空气： 15C 1.226kg/m3 0.0179103Pa解： 空气： Re 1

u

d2s

g当 p 时，

d 1818181.79105231.22620009.813182sd 3182sskg m 2000 / kg m 试求密度为 的球型粒子在 空气中自由沉降室服从牛顿定律的最小颗粒直径。解： 空气： 15C 1.226kg/m3 0.0179103Pa解： 空气： Re

udt

s1000服从牛顿定律的最小颗粒直径： p dds su同时 t

1.74ds2 1.791052d 32.33s

s

500cm2

1.22620000.00164m1.64mm500mmHg

的恒压压滤机内进行试验，所用真空度为

柱，在十分钟内获得滤液为ml 500 ml ，求过滤常数 及 （滤饼不可压缩，滤布阻力不计）VV2 5001062K A2 500104

2

1105m

/min又滤饼不可压缩，则K 1105 k2

7.501011m4P 250013.69.81

minNm 11 3 3 m 某板框压滤机在恒压过滤一小时后，共获得滤液 ，停止过滤后用 清水（其黏度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行洗涤。设滤布阻力可忽略，求洗涤时间。解：因洗涤水黏度与滤液黏度相同，洗涤压差也与过滤压差相同，且滤布阻力可忽略，则洗涤时间为 8a8312.18hw w 11

4m3用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得 滤液，若已知过滤常数K m h mmK m h mm mm 滤布阻力略不计若滤框尺寸为 则需要滤框和滤板各几块。解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程V2KA2KAKA故过滤面积

41.481031.481033nA n框数 2ab

30211板数n131板数4m3用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得 滤液，若已知过滤常数K m K m ，滤布阻力略不计，过滤终了用水进行洗涤，洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，若洗涤水量0.4m3为

，求洗涤时间。解：因洗涤水黏度与滤液相同，洗涤压力与过滤压力相同，介质阻力可忽略，则洗涤时间为： 8a80.432.4hw w 4

4m3用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得 滤液，若已知过滤常数K m K m ，滤布阻力略不计，若辅助时间为一小时，求该压