化工原理沉降与过滤习题及答案

一、选择题A.4000mPa,s；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20℃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℃水密度998.2kg/m3粘度为A.4000mPa,s；B.40mPa,s；033.82Pa,s；03382mPa,s大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为Do_oD大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为Do_oDv'2x30pmA2x30pm；b1/2x3Pm；^ 30pm3、降尘室的生产能力取决于oBA.沉降面积和降尘室高度；B.沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；C.降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D.降尘室的宽度和高度。4、降尘室的特点是oDA.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oCA.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；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oDA.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oCA.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，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的oB _A.1倍；B.2倍；C.'；2倍；D.1/2倍10、助滤剂应具有以下性质oBA.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 oBA.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oBA.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oBA.过滤速率与A（过滤面积）成正比；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 oCA.增大至原来的2倍；B.增大至原来的4倍；C.增大至原来的6倍；D.增大至原来的1.5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）。A_A.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，则沉降时间;生产能力。A.不变；B,增加；C.下降； D,不确定。C；A18、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—。AA.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。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。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3600m3/h,沉降室长、宽、高尺寸为L*b*H=5X3X2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，则含尘气体的最大流速不能超过m/s。1.68、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4m,切向速度为15m/s。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4为单位过滤面积所得滤液体积V/A,q为V/A,V为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为V时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力）「在恒压过滤时，测得 eA?/Aq=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；压强差；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一倍。四15、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,生产能力。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。二分之一17、沉降操作是指在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现非均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=4x10-50（。的单位为s）,则K为 m2/s, qe为 m3/m2, 0e为 s。4X10一5 , 0.01, 2.519、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，沉降速度将一下降_（设沉降过程符合stocks定律）；若该颗粒在20oC水中沉降，沉降速度将一下降一当水温上升时，沉降速度将一上升_。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（增加一倍），气流速度（减少一倍），生产能力（不变）。三、问答题.何谓自由沉降速度？试推导其计算式。.写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式，说明此公式的应用条件，简述计算沉降速度要用试差法的理由。.层流区内，温度升高时，同一固体颗粒在液体或气体中的沉降速度增大还是减小？试说明理由。.降尘室的生产能力与哪些因素有关？为什么降尘室通常制成扁平形或多层？降尘室适用于分离直径为多大的颗粒？降尘室的高度如何确定？.何谓离心分离因数？何谓离心沉降速度？它与重力沉降速度相比有什么不同？离心沉降速度有哪几种主要类型？.旋风分离器的生产能力及效率受哪些因素的影响？何谓临界粒径dc?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联可否提高除尘效率？选用旋风分离器的依据是什么？.何谓滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂？.写出不可压缩滤饼的过滤基本方程式。推导恒压过滤方程式。简述过滤常数K和qe的实验测定方法。.简述影响过滤机生产能力的主要因素及提高之途径（以板框过滤机、不可压缩性滤饼为例）。简述板框过滤机的结构、操作和洗涤过程，并分析其特点。.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。.离心沉降和离心过滤（以离心过滤机为例）在原理和结构上是否相同？为什么？离心分离因数的大小说明什么？.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。.流体通过颗粒床层时可能出现几种情况？何谓散式流态化和聚式流态化？聚式流态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？.何谓临界流化速度（即起始流化速度）和带出速度？何谓流化数？.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、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为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2m。烟气温度为150℃,沉降室烟气流量12500m3标准）/h,试核算沿降室能否沉降35Pm以上的尘粒。已知。…=1600kg/m3,已知。…=1600kg/m3,解： 尘粒设沉降在滞流状态下进行.u0=d尘粒2P尘粒g/18u烟气p烟气=Wkg/m，/气=0.0225cpRe<1,且因P尘粒>>P烟气，故斯托克斯公式可简化为:=(35X10-6)2X1600X9.81/(18X2.25X10-5)=0.0474m/s检验：Re=d尘粒U0P烟气小烟气=35X10-6X0.0474X1.29/(2.25X10-5)=0.095<1故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为:0沉降=2/0.0474=42.2s又，烟气流速u=[(12500/(4X6X3600))X[(273+150)/273]=0.224m/s烟气在沉降室内停留时间：。停留=11/0.224=49.1s即0停>°沉 停留.,.35mm以上尘粒可在该室沉降2、相对密度7.9,直径2.5mm的钢球，在某粘稠油品(相对密度0.9)中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。解：设沉降以滞流状态进行，则：u油品-d钢球2(p钢球-p油品)g/(18u钢球)=(0.0025)2X(7900-900)X9.81/(18X0.005)=4.77Pa?s验算：Re=d钢球u钢球P油品/u油品=0.0025x0.005x900/4.77=2.36X10-3<1假设正确3、直径为30口m的球形颗粒，于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍，又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度.20℃的水：N=1cp,P=1000kg/m3气体的密度为1.2kg/m3(有效重量指重力减浮力)(P-P永)g=解：: f(P-P永)g=解：: f水(P-1000)g=.(P-1000)g=.s>1.6解得：Ps=2665kg/m3Re1Re1校核：假设正确.dupN30x10-6x8.17x10-4x1000_ ——0.024510-3<1则此颗粒在气体中的沉降速度为4、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P=3000kg/m3s粒，试求:P=3000kg/m3s粒，试求:，炉气密度0.5kg/m3，粘度0.035mPa-s，现要除去炉气中10Nm以上的颗为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？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?d2(P-P)g解：因为uo(1)设沉降区为滞流，则Ps»P则Re0du°PN10X10-6X4.67X10-3X0.5 ——6.67x10-4<10.035X10-3 假设正确由降尘室的分离条件，有V=20Au0=20X6X3X4.67x10-3乂3600=60523m3/hV=Au0=6x3x4.67x10-3x3600=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。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7加m以上的颗粒。已知烟气密度为0.6kg/m3，粘度为0.03心川，尘粒密度为4300kg/m3,试求可处理的烟气量。解：d=75义10-6m P，=4300kg/m3设沉降区为层流，则duP75X10-6X0.44X0.6Re=——9—= =0.66<1口N 0.03X10-3验算 故假设正确总处理量为 q=nuA=20X0.44X5X3=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固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000m3/h，气体密度P=0.9kg/m3，粘度从=003mPa'S。尘粒密度Ps=4300kg/m3，试求理论上能1000/0除去的最小颗粒直径。解：降尘室总面积A=20X5X3=300m2生产能力的计算式为q=Au注意式中”为能100%除去的最小颗粒的沉降速度,而A注意式中”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36000/3600300=0.033m/s设沉降区为层流，则有=2.06x10-5m2.06x10-5x0.033x0.90.03=2.06x10-5m2.06x10-5x0.033x0.90.03x10-3=0.02<1d.uprrnnu"验算Re=u0故假设正确o7、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3h,其中过滤1.5h,滤饼不需洗涤。已知每获1m3滤液得滤饼0.05m3,操作条件下过滤常数K=3.3X10-5m2/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0.6m3的滤饼，需多大过滤面积？（2）若选用板框长?宽的规格为1mX1m，则框数及框厚分别为多少？0.6 —.V= =12m3解：（1） 0.05 Ve=0所以V2=KA26V 12 A、；K<3.3X10-5X1.5X3600…、2A=' = =28.43m（2）a=nX2X1X1A28.43n=—= 所以 2 2=14.2取15个0.65=q-所以n=15=0.04m

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。8、一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2m,在300kPa(表压)下恒压过滤2h，滤饼充满滤框，且得滤液80L,每次洗涤与装卸时间各为0.5h。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m3/(m2.h)?(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=Kt过滤面积 A=5X0.22X2=0.4m2单位过滤面积上的滤液量 q=V/A=80X10-3/0.4=0.2m3/m2过滤常数K=q2/t=0.22/2=0.02m2/h过滤终了时的速率(dq/dt)E=K/2q=0.02/(2X0.2)=0.05m/h洗涤速率 (dq/dt)=0.5(dq/dt)=0.5X0.05=0.025m/hAp'=2Ap时的生产能力 E因滤饼不可压缩，所以K'=KAp'/Ap=2K=2X0.02=0.04m2/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,=0.08m3,故此时所用的过滤时间为t=q'2/K'=q2/K=0.22/0.04=1h生产能力Q=V'/(t+t+t)=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04m3滤液/hwD9、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1m2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.解：当T1=20min时，q/0.197m3/m2T2=40min时，q=0.197+0.09=0.287m3/m2代入恒压过滤方程时可得：联立解得:T由此q=0.0222m3/m2,K=2.38x10-3.m2/min联立解得:T由此q2 (0.0222)2— — —0.207min?当过滤1小时后，可得滤液量:(q+?当过滤1小时后，可得滤液量:(q+0.0222)2=2.38*10-3(60+0.207)解得：q=0.356m3/m2即每m2过滤面积过滤1小时后可得滤液为0.356m310、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。原工况下每转一周需时1min,操3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，操作真空度提高至6.37kPa(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？V解：(1) e=0 所以V2=KA2T设浸没度为①，转速为n(r/min)60(S) 60①(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nV—A：K60平所以\,n Q—Kn故Q=60nV=60A、60Kn①m3/h所以& Kn1由题知S=由题知S=0及K*△p 故n2=n1K(1)22—1x49(2)2—3.1r/min6.371(2)设滤饼的厚度为$,则有n2n260A82—2n160An$1所以52—竿二升—77mm211、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104，高1.6m。操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为2.0x10-5Pa-s，颗粒密度为3000kg/m3。气体体积流量为5m3/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20pm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：V5校核：最小颗粒的沉降速度：u=s= =0.5m/s0A0 10Re=d*=78.2*10-6*0.5*0.6=1,173<2，近似认为沉降运动处于层流区。p 2*10-5（2）20pm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78.2pm的颗粒尚能处于层流区，则20pm的颗粒沉降也一定处在层流区）：需要降尘面积为1534，所以降尘室应改为16层（15块隔板），实际降尘面积为1604。层间距为0.16m。点评：就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于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*10-5m2/s,q=0.012m3/m2。要求每一操作周期得8m3的滤液，过滤时间为0.5小时。设滤饼不可压缩，且滤饼e与滤液的体积之比为0.025。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+2VVe=KA20，其中Ve=qeA，于是:（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=eV=0.025*8=0.2m3。框数=滤饼体积=框数=滤饼体积=02每框容积-0.635*0.635*0.025=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，于是K'=1.5*10-4m2/s。qe不变。实际过滤面积为：4=2*20*0.635*0.635=16.13m2V2+2VqA'82+2*8*0.012*16.13由恒压过滤万程可计算过滤时间：0= = =1719.2sK'A'2 1.5*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?. ...一 .. 一VA解：（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：V2=KA20，于是-=-=2VA(2)（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=2。于是匕=卢=22=1.414

VK14、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:.得到滤液量（L）；.过滤速率（L/min）。设：过滤介质阻力可忽略。解：过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"则VJ=KA201 (1)\o"CurrentDocument"V2=KA20 (2)2 2两式相除得(3)2搀=上=0.5(3)V2 0 1022依题意 V]=1L由(3)式得,12,——=1.414L，0.5AV"2—V1=0.414LdVKA2d0—dVKA2d0—2VV2/0

2V201.4142x10=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。已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为998.2kg/m3，水的粘度为1.005?10-3Pa?s，空气的密度为1.205卜8m3，空气的粘度为1.81?10-5Pa?s。（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_。A.8.612B.9.612 C.10.612D.11.612（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为2,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为d。A.10.593解：(1)由B.11.593C.A.10.593解：(1)由d2(p-p)gu= s t 18H118hu-\,(P-p^gs

所以d——wda：(ps_pa-pw『 ,'(2500所以d——wda：(ps_pa-pw『 ,'(2500-1.205)x1.005x10-3\w=—f \ =9.612为：(2500-998.2)x1.81x10-5d2(p-p)18日u2—T-

gRd2(ps-p).gK185 c_, 18^u一\：(p「p)gKcd所以wda:(p-pa»K 1(2500-1.205)x1.005x10-3x2w ca-——f \ =13.593)5K \(2500-998.2)x1.81x10-5x116、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,空气的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为1.81?10-5Pa?s。则(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为_B_?10-5m。A.3.639B.4.639C.5.639D.6.639(2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为_C?10-3m。A.1.024B.1.124C.1.224D.1.324解：(1)d2(p-p)g

W所以:1852Rq_:3p(p「p)g-3118*所以:1852Rq_:3p(p「p)g-3118*1.81义10-5,11.205义6000-1.205)*9.807=4.639义10-5m所以u=1.741d(p-p)g1.74■d(p-p)g5Redp.81义10-5义1000231.742p.(p—p)g-31.742义1.205义(5000-1.205)*9.807=1.224义10-3m17、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q。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0.75m3,过滤面积为1m2,恒压过滤常数为K=5?10-3m2/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4。A.0.