习题3非均相分离.docx

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习题3非均相分离

银川大学化工原理精品课

化工原理考试题及答案

第三章非均相分离

姓名____________班级____________学号_____________成绩______________

一、填空题：

1.（2分）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体

2.（3分）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度

3.（2分）自由沉降是___________________________________。

***答案***沉降过程颗粒互不干扰的沉降

4.（2分）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

5.（2分）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___________，从而与流体分离的过程。

***答案***重离心沉积

6.（3分）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

7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________。

***答案***增大沉降面积，提高生产能力。

8.（3分）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、过滤离心沉降

9.（2分）过滤是一种分离悬浮在____________________的操作。

***答案***液体或气体中固体微粒

10.（2分）过滤速率是指___________________________。

在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________。

***答案***单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢

11.（2分）悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是______________________________________________________________________________。

***答案***在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流

12.（2分）过滤阻力由两方面因素决定：

一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______。

***答案***μγL

13.（2分）板框压滤机每个操作循环由______________________________________五个阶段组成。

***答案***装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理

14.（4分）板框压滤机主要由____________________________________________，三种板按________________的顺序排列组成。

***答案***滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成

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1—2—3—2—1—2—3—2—1

15.（3分）某板框压滤机的框的尺寸为：

长×宽×厚=810×810×25mm，若该机有10块框，其过滤面积约为_________________m。

***答案***13.12

16.（4分）板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。

***答案***二;一;二;二分之一

17.（3分）转鼓真空过滤机，转鼓每旋转一周，过滤面积，的任一部分都顺次经历___________________________________________等五个阶段。

***答案***过滤、吸干、洗涤、吹松、卸渣

18.（3分）离心分离因数是指_____________________________________________

___________________。

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

19.（2分）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

20.（3分）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9807m.s，则离心机的分离因数等于__________。

***答案***1000

二、选择题：

1.（2分）欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（）。

A.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

2.（2分）为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（）的转鼓。

A.高转速、大直径；B.高转速、小直径；

C.低转速、大直径；D.低转速，小直径；

***答案***B

3.（2分）用板框压滤机恒压过滤某一滤浆（滤渣为不可压缩，且忽略介质阻力），若过滤时间相同，要使其得到的滤液量增加一倍的方法有（）。

A.将过滤面积增加一倍；B.将过滤压差增加一倍；

C.将滤浆温度到高一倍。

***答案***A

4.（2分）板框压滤机组合时应将板、框按（）顺序置于机架上。

A.123123123„„；B.123212321„„；

C.3121212„„3

***答案***B

5.（2分）有一高温含尘气流，尘粒的平均直径在2～3μm，现要达到较好的除尘效果，可采（）的除尘设备。

A.降尘室；B.旋风分离器；C.湿法除尘；D.袋滤器

***答案***C

6.（2分）当固体微粒在大气中沉降是层流区域时，以（）的大小对沉降速度的影响最2

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为显著。

A.颗粒密度；B.空气粘度；C.颗粒直径

***答案***C

7.（2分）卧式刮刀卸料离心机按操作原理分应属于（）离心机。

A.沉降式B.过滤式C.分离式

***答案***B

8.（2分）分离效率最高的气体净制设备是（）。

A.袋滤器；B.文丘里除尘器；C.泡沫除尘器

***答案***A

9.（2分）若气体中所含微粒的最小直径为1μm，并含有少量水分，现要将此气体进行净制，并希望分离效率达99%，则应选用（）。

A.袋滤器；B.文丘里除尘器；C.泡沫除尘器

***答案***B

10.（2分）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的（）。

A.2倍；B.10倍；C.40.8倍

***答案***C

11.（2分）为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（）。

A.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。

***答案***A

12.（2分）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

13.（2分）旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（）粒径。

A.最小；B.最大；C.平均；

***答案***A

14.（2分）旋风分离器主要是利用（）的作用使颗粒沉降而达到分离。

A.重力；B.惯性离心力；C.静电场

***答案***B

15.（2分）离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈（）。

A.差；B.强；C.低

***答案***B

16.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行而不断（）。

A.加快；B.减慢；C.不变

***答案***B

17.（2分）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.＞

***答案***A

18.（2分）板框过滤机采用横穿法洗涤滤渣时，若洗涤压差等于最终过滤压差，洗涤液粘度等于滤液粘度，则其洗涤速率为过滤终了速率的（）倍。

A.1；B.0.5；C.0.25

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***答案***C

19.（2分）现有一乳浊液要进行分离操作，可采用（）。

A.沉降器；B.三足式离心机；C.碟式离心机。

***答案***C

20.（2分）含尘气体中的尘粒称为（）。

A.连续相；B.分散相；C.非均相。

***答案***B

三、判断题：

1.（2分）离心机的分离因数α愈大，表明它的分离能力愈强。

（）

***答案***√

2.（2分）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***×

3.（2分）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***√

4.（2分）旋风分离器是利用惯性离心力作用来净制气的设备。

（）

***答案***√

5.（2分）若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来说，洗涤速率=过滤未速度。

（）

***答案***√

6.（2分）沉降器的生产能力与沉降高度有关。

（）

***答案***×

7.（2分）恒压过滤过程的过滤速度是恒定的。

（）

***答案**×

8.（2分）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***×

9.（2分）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***√

10.（2分）在气一固分离过程，为了增大沉降速度U，必须使气体的温度升高。

（）***答案***×

11.（2分）颗粒的自由沉降速度U小于扰沉降速度。

（）

***答案***×

12.（2分）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***√√

13.（2分）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***×

14.（2分）做板框压滤机的过滤实验时，滤液的流动路线与洗水的流动路线是相同的。

（）

***答案***×

15.（2分）板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度=滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。

（）

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***答案***√

16.（2分）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***√

17.（2分）滤渣的比阻越大，说明越容易过滤。

（）

***答案***×

18.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行不断下降。

（）

***答案***√

19.（2分）袋滤器可用于除去含微粒直径小至1μm的湿气体的净制。

（）

***答案***×

20.（2分）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。

当悬浮液的温度降低时，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：

（1）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。

（2）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/πNUρ），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***

由于洗涤液通过两层过滤介质和整层滤渣层的厚度，而过滤终了时滤液只通过一层过滤介质和滤渣层厚度的一半，即洗涤液流动距离比滤液长1倍，其阻力也就大1倍，故（dv/dq）w就慢了0.5倍；又因洗涤液的流通面积此滤液的流通面积少1倍，这样（dv/dq）w又慢了0.5。

5

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基于上述两个原因，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。

7．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bl和ut的函数。

对指定的颗粒，在设备总高度不变条件下，设备n层水平隔板，即使底面积增加nbl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。

8．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，滤饼不可压缩。

转筒尺寸按比例增大50％。

答：

根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为

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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）2A=2.25A

即生产能力为原来的2.25倍，净增125％，需要换设备。

9．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，转筒浸没度增大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。

10．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，操作真空度增大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％

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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。

11．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，转速增大50％。

滤浆中固体的体积分率由10％提高至15％。

Xv的加大使v加大，两种工况下的v分别为

（a）

则

即生产能力（以滤液体积计）下降25.47％

12．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％，已知滤饼中固相体积分率为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

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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。

13．何谓流化质量？

提高流化质量的措施有哪些？

答：

流化质量是指流化床均匀的程度，即气体分布和气固接触的均匀程度。

提高流化质量的着眼点在于抑制聚式流化床内在不稳定性，即抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。

（1）分布板应有足够的流动阻力。

一般其值，绝对值不低于3.5kPa。

（2）设置床层的内部构件。

包括挡网、挡板、垂直管束等。

为减小床层的轴向温度差，挡板直径应略小于设备直径，使固体颗粒能够进行循环流动。

（3）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。

（4）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：

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3-1某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200kgm3黏度为2.3mPa∙s，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kgm3。

求直径为0.1mm颗粒的沉降速度。

解：

在沉降区域未知的情况下，先假设沉降处于层流区，应用斯托克斯公式：

ut=2（p-）gdp

18μ9.81⨯10-4⨯（2640-1200）-3==3.41⨯10-318⨯2.3⨯10

dput10-4⨯3.41⨯10-3⨯1200==0.178<2-32.3⨯10（）2校核流型Ret=μ

层流区假设成立，ut=3.41s即为所求。

3-2某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200kgm3黏度为

2.3mPa∙s，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kgm3。

沉降速度为0.02s的颗粒直径。

解：

假设沉降在层流区，ut=2（p-）gdp

18μ。

dp=18ut18⨯2.3⨯10-3⨯0.02==2.42⨯10-4mgp-9.81⨯2640-1200校核流型Ret=dput

μ2.42⨯10-4⨯0.02⨯1200==2.53>2-32.3⨯10

原假设不成立。

设沉降为过渡区。

⎡⎛ut⎫1.40.4μ0.6⎤dp=⎢⎪⎥0.153g-⎭p⎢⎥⎣⎝⎦

校核流型Ret=.6⎡⎛0.02⎫1.412000.4⨯2.3⨯10-30.6⎤=⎢⎥⎪0.1539.81⨯2640-1200⎭⎢⎥⎣⎝⎦2.59⨯10-4⨯0.02⨯1200==2.702.3⨯10-3（）1.6=2.59⨯10-4mdputμ

过渡区假设成立，dp=0.259mm即为所求。

3-3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

33量为2.5ms，气体密度为0.720kgm，黏度为2.6⨯10Pa∙s，飞灰可看作球型颗粒，

3-5密度为2200kgm。

求临界直径。

解：

utc=

Vmax2.5==0.347msBL2.4⨯310

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假设沉降处于层流区，

dpc=18utc18⨯2.6⨯10-5⨯0.347==8.68⨯10-5mgp-9.81⨯2200-0.720校核流型Ret=dpcutc

μ8.68⨯10-5⨯0.347⨯0.720==0.834<2-52.6⨯10

故dpc=86.8μm即为所求。

3-4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2.5m3s，气体密度为0.720kgm3，黏度为2.6⨯10Pa∙s，飞灰可看作球型颗粒，密度为2200kgm3。

要求75μm以上飞灰完全被分离下来，锅炉的烟气量不得超过多少。

解：

已知75μm，由上题知沉降必在层流区。

2（p-）gdpc-5utc=18μ9.81⨯7.5⨯10-5⨯（2200-0.720）==0.259s18⨯2.6⨯10-5（）2

Vmax=BLutc=2.4⨯3⨯0.259=1.87m3校核气流速度：

u=Vmax1.87=≈0.39ms<1.5msBH2.4⨯2

33-5过滤固相浓度c=1%的碳酸钙悬浮液，颗粒的真实密度p=2710kgm，清

3液密度=1000kgm，滤饼含液量ϖ=0.46，求滤饼与滤液的体积比ν。

解：

设滤饼的表现密度为c,kgm，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：

311-ϖϖ=+cp

所以：

c=

3⎛1-0.460.46⎫3+⎪=1517kgm⎝27101000⎭每获得1m滤液，应处理的悬浮液体积为（1+ν），其中固体颗粒的质量为：

（1+ν）cp

每获得1m滤液得到的滤饼质量为（νc），其中固体颗粒的质量为：

νc（1-ϖ）3

射固体颗粒全部被截留，则（B）=（C），有ν=cp

c1-ϖ-cp

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将已知值代入上式：

ν=

20.01⨯2710=0.0342m3滤饼/m3滤液。

1517⨯1-0.46-0.01⨯27103-6过滤面积为5m的转股真空过滤机，操作真空度为54kpa，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2.9⨯10-6m2，qe为1.8⨯10-3m3m2，求Vtm3h。

（）

⎡1-6⎢60⨯⨯2.9⨯10解：

Vt=60⨯0.18⨯5⨯⎢+1.8⨯10-3

0.18⎢⎢⎣（）2⎤⎥-3-1.8⨯10⎥⎥⎥⎦

=0.877m3h

3-7一填充床含有不同大小的颗粒，计10mm的占15%，20mm的占25%，40mm的占40%，70mm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。

解：

筛分法得到的颗粒尺寸为等比表面积当量直径dai，则平均等比表面积当量直径为dam=11==