習(xí)題化工原理

第三章沉降與過(guò)濾一、填空題或選擇懸浮液屬液態(tài)非均相物系，其中分散內(nèi)相是指 ；分散外相是指 。***答案*** 固體微粒，包圍在微粒周圍的液2.含塵氣體中的塵粒稱為（ 。A.連續(xù)相； B.分散相； C.非均相。***答案*** B3.懸浮在靜止流體中的固體微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降時(shí)，會(huì)受到 三個(gè)力的作用。當(dāng)此三個(gè)力的 時(shí)微粒即作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。此時(shí)微粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度，稱為 。***答案*** 重力、阻力、浮力 代數(shù)和為零 沉降速4.自由沉降是 。***答案*** 沉降過(guò)程顆粒互不干擾的沉降當(dāng)微粒在介質(zhì)中作自由沉降時(shí)，若粒子沉降的Rep相同時(shí)，球形度越大的微粒，介質(zhì)阻力系數(shù)越 。球形粒子的球形度為 。***答案*** 小 1沉降操作是使懸浮在流體中的固體微粒，在 力或 力的作用下，沿受力方向發(fā)生運(yùn)動(dòng)而 ，從而與流體分離的程。***答案*** 重 離心 沉積球形粒子在介質(zhì)中自由沉降時(shí)，勻速沉降的條件是 滯流沉降時(shí)，其阻力系數(shù)= .***答案*** 粒子所受合力的代數(shù)和為零 24/Rep降塵寶做成多層的目 。***答案*** 增大沉降面積，提高生產(chǎn)能力。氣體的凈制按操作原理可分為 .旋風(fēng)分離器屬 。***答案*** 重力沉降、離心沉降、離心沉降 離心沉10.離心分離因數(shù)是 。為了提高離心機(jī)的分離效率，通常使離心機(jī)的 增高，而將它的 減少。***答案*** 物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力與重力之比; 轉(zhuǎn)速 直徑適當(dāng)離心機(jī)的分離因數(shù)越大，則分離效果越 ；要提高離心機(jī)的分離效果，一般采用 的離心機(jī)。***答案*** 好; 高轉(zhuǎn)速; 小直徑某懸浮液在離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心分離時(shí)，若微粒的離心加速度達(dá)到***答案*** 1000

，則離心機(jī)的分離因數(shù)等于 。固體粒子的沉降過(guò)程分 階段和 階段。沉降速度是指 階段顆粒相對(duì)于 的速度。在重力場(chǎng)中，固粒的自由沉降速度與下列因素?zé)o關(guān)（）A）粒子幾何形狀 B）粒子幾何尺寸C）粒子及流體密度 D）流體的流速在降塵室中除去某粒徑的顆粒時(shí)，若降塵室高度增加一倍，則顆粒的沉降時(shí)間 ，氣流速度 ，生產(chǎn)能力 。沉降雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret越大，流體粘性對(duì)沉降速度的影響 。17．(1)一球形石英粒子在空氣中作滯流自由沉降。若空氣溫度由20℃提高至50℃，則其沉降速度將 。顆粒的重力沉降在層流區(qū)域時(shí)，塵氣的除塵以（ ）為好。A.冷卻后進(jìn)行； B.加熱后進(jìn)行；C.不必?fù)Q熱，馬上進(jìn)行分離。***答案*** A降塵室操作時(shí)，氣體的流動(dòng)應(yīng)控制在 區(qū)。含塵氣體通過(guò)長(zhǎng)4m、寬3m、高1m的降塵室，顆粒的沉降速度為0.03m/，則降塵室的最大生產(chǎn)能力為 m/s。降塵室內(nèi)，固?？杀环蛛x的條件是 。理論上降塵室的生產(chǎn)能力與 和 有關(guān)，而與 無(wú)關(guān)。在降塵室內(nèi)，粒徑為60μm的顆粒理論上能全部除去，則粒徑為42μm的顆粒能被除去的分率為 。（沉降在滯流區(qū)）欲提高降塵寶的生產(chǎn)能力，主要的措施是（ 。提高降塵寶的高度；B.延長(zhǎng)沉降時(shí)間；C.增大沉降面積***答案*** C ***答案*** B要使微粒從氣流中除去的條件，必須使微粒在降塵室內(nèi)的停留時(shí)間（ ）微粒的沉降時(shí)間A.≥； B.≤； C.＜； D.＞在離心分離操作中，分離因數(shù)是指 。某顆粒所在旋風(fēng)分離器位置上的旋轉(zhuǎn)半徑R＝0.2m，切向速度uT=20m/s，則分離因數(shù)為 。離心機(jī)的分離因數(shù)α愈大，表明它的分離能力愈（ 。差； B.強(qiáng)； C.低***答案*** B當(dāng)微粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于滯流時(shí)旋轉(zhuǎn)半徑為1m,切線速度為20m.s ,同一微粒在上述條件下的離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旋風(fēng)分離器主要是利用（ ）的作用使顆粒沉降而達(dá)到分離。重力； B.慣性離心力； C.靜電場(chǎng)***答案*** B選擇旋風(fēng)分離器的依據(jù)是： 、 、 。含塵氣體處理量、允許的壓強(qiáng)降、要求達(dá)到的分離效率30．旋風(fēng)分離器的分離效率隨器身 的增大而減小為提高旋風(fēng)分離器的效率，當(dāng)氣體處理量較大時(shí)，應(yīng)采用（ 。幾個(gè)小直徑的分離器并聯(lián)；B.大直徑的分離；C.幾個(gè)小直徑的分離器串聯(lián)。旋風(fēng)分離器的臨界粒徑是指能完全分離出來(lái)的（ ）粒徑。最??； B.最大； C.平均二、判斷題：離心機(jī)的分離因數(shù)α愈大，表明它的分離能力愈強(qiáng)（ ）***答案*** √通過(guò)旋風(fēng)分離器能夠完全分離出來(lái)的最大顆粒直徑，稱臨界顆粒直徑（ ）***答案*** ×固體顆粒在大氣中沉防是層流區(qū)域時(shí)，以顆粒直徑的大小對(duì)沉降速度的影響最為顯著（ ）***答案*** √旋風(fēng)分離器是利用慣性離心力作用來(lái)凈制氣的設(shè)備（ ）***答案*** √沉降器的生產(chǎn)能力與沉降高度有關(guān)（ ）***答案*** ×要使固體顆粒在沉降器內(nèi)從流體中分離出來(lái)，顆粒沉降所需要的時(shí)間必須大于顆粒在器內(nèi)的停留時(shí)間（ ）***答案*** ×為提高旋風(fēng)分離器的分離效率，當(dāng)氣體處理量大時(shí)，解決的方法有：一是用幾個(gè)直徑小的分離器并聯(lián)操作（ ）***答案*** √在氣一固分離過(guò)程，為了增大沉降速度***答案*** ×

，必須使氣體的溫度升高（ ）***答案*** ×

小于擾沉降速度（ ）12.通常氣體的凈制宜在低溫下進(jìn)行（ ）而懸浮液的分離宜在高溫下進(jìn)行（ ）***答案*** √ √粒子的離心沉降速度與重力沉降速度一樣，是一個(gè)不變值（ ）***答案*** ×物料在離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行分離時(shí)，其離心加速度與重力加速度的比值，稱為離心分離因數(shù)（ ）***答案*** √欲提高降塵室的生產(chǎn)能力一倍，應(yīng)將降塵室的高度增加一倍（ ）***答案*** 四、問(wèn)答題：1.（8分）為什么工業(yè)上氣體的除塵常放在冷卻之后進(jìn)行？而在懸浮液的過(guò)濾分離中，濾漿卻不宜在冷卻后才進(jìn)行過(guò)濾？***答案***由沉降公式u =d (ρ－ρ)g/(18μ)可見(jiàn)，U 與μ成反比，對(duì)于氣體溫度升,高其粘度增大，溫度下降，粘度減少。所以對(duì)氣體的除塵常放在冷卻后進(jìn)行，這樣可增大沉降速度U 。而懸浮液的過(guò)濾，過(guò)濾速率為dv/(Adq)=△P/(rμL)，即粘度為過(guò)濾阻力。當(dāng)懸浮液的溫度降時(shí)，粘度卻增大，為提高過(guò)濾速率，所以不宜冷卻后過(guò)濾。2.（8分）試分析提高過(guò)濾速率的因素？***答案***過(guò)濾速率為dv/Adθ=△P/rμL推動(dòng)力/阻力提高過(guò)濾速率的方法有：提高推動(dòng)力△P，即增加液柱壓力；增大懸浮液上面壓力；在過(guò)濾介質(zhì)下面抽真空。降低阻力，即提高溫度使粘度下降；適當(dāng)控制濾渣厚度；必要時(shí)可加助濾劑。3.（8分）影響重力沉降速度的主要因素是什么？為了增大沉降速度以提高除塵器的生產(chǎn)能力，你認(rèn)為可以采取什么措施？***答案***由重力沉降式U =d (ρs-ρ)g/(18μ)可見(jiàn)，影響重力沉降速度U 的主要是d和μ（U ∝d ，U ∝1/μ，為提高U ，在條件允許的情況下，可用濕法增大顆粒直徑。這樣可大大增大U ，較可行的辦法是讓含塵氣體先冷卻，使其粘度下降，也可使U 增大。4.（8分）為什么旋風(fēng)分離器的直徑D不宜太大？當(dāng)處理的含塵氣體量大時(shí)，采用旋風(fēng)分高器除塵，要達(dá)到工業(yè)要求的分離效果，應(yīng)采取什么措施？***答案***旋風(fēng)分離器的臨界直徑d =(9μB/πNU ρ) ，可見(jiàn)D↑時(shí)，B也↑（B=D/4，此時(shí)d 也↑，則分離效率η ↑，為提高分離效率不宜采用D太大的分離器。為果氣體處理大時(shí)，可采用幾個(gè)小直徑的旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作，這樣則可達(dá)到要求的分離效果。5.（8分）為什么板框壓濾機(jī)洗滌速率近似等于過(guò)濾終了時(shí)過(guò)濾速率的四分之一倍？***答案***110.510.5兩個(gè)原因，故當(dāng)洗滌壓差與過(guò)濾終了時(shí)壓差相同時(shí)，且洗滌液的粘度與濾液粘度相近時(shí)，則（dv/dθ)w≈(1/4)(dv/dθ)6．影響顆粒沉降速度的因素都有哪些？答：影響顆粒沉降速度包括如下幾個(gè)方面：顆粒的因素：尺寸、形狀、密度、是否變形等；介質(zhì)的因素：流體的狀態(tài)（氣體還是液體）、密度、粘度等；環(huán)境因素：溫度（影響ρ、μ）、壓力、顆粒的濃度（濃度大到一定程度使發(fā)生干擾沉降）等設(shè)備因素：體現(xiàn)為壁效應(yīng)。多層沉降室和旋風(fēng)分離器組設(shè)計(jì)的依據(jù)是什么？答：（1）多層沉降室設(shè)計(jì)的依據(jù)是沉降室生產(chǎn)能力的表達(dá)式，即VS=blut根據(jù)此式，VS與設(shè)備高度無(wú)關(guān)，而只是底面積blut的函數(shù)。對(duì)指定的顆粒，在設(shè)備總高度不變條件下，設(shè)備nnbl倍，從而使生產(chǎn)能力達(dá)到原來(lái)的（n＋1）倍。如果生產(chǎn)能力保持不變，多層降塵室可使更小的顆粒得以分離，提高除塵效率。（2）旋風(fēng)分離組設(shè)計(jì)的依據(jù)是臨界粒徑定義式，即當(dāng)顆粒尺寸及介質(zhì)被指定之后，B的減小可使dc降低，即分離效果提高。B和旋風(fēng)分離器的直徑成一定比例。在要求生產(chǎn)能力比較大時(shí)，采用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器，在保證生產(chǎn)能力前提下，提高了除塵效果。50％。答：根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而A=πDL轉(zhuǎn)筒尺寸按比例增大50％。新設(shè)備的過(guò)濾面積為A=(1.5)=2.25A即生產(chǎn)能力為原來(lái)的2.25倍，凈增125％，需要換設(shè)備。50％。答：根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而A=πDL轉(zhuǎn)筒浸沒(méi)度增大50％即生產(chǎn)能力凈增22.5％。增大浸沒(méi)度不利于洗滌。50％。答：根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而A=πDL操作真空度增大50％增大真空度使 為原來(lái)的1.5倍，則效果同加大浸沒(méi)度50％，即生產(chǎn)能力提高了22.5％。加大真空度受操作溫度及原來(lái)真空度大小的制約。50％。10％15％。Xvvv分別為(a)則(a)即生產(chǎn)能力（以濾液體積計(jì)）下降25.47％若分別采用下列各項(xiàng)措施，試分析轉(zhuǎn)筒過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力將如何變化。已知濾布阻力可以忽略，濾漿中固相體積分率由10％增稠至15％，60％。根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而A=πDL升溫，使濾液粘度減小50％。再分析上述各種措施的可行性。升溫，使粘度下降50％。答：根據(jù)題給條件，轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的表達(dá)式為而A=πDL由式a可知?jiǎng)t即可使生產(chǎn)能力提高41.4％。但溫度提高，將使真空度難以保持。工業(yè)生產(chǎn)中，欲提高生產(chǎn)能力，往往是幾個(gè)方法的組合。何謂流化質(zhì)量？提高流化質(zhì)量的措施有哪些？抑制床層中空穴所引發(fā)的溝流、節(jié)涌現(xiàn)象。分布板應(yīng)有足夠的流動(dòng)阻力。一般其值 ，絕對(duì)值不低于3.5kPa。循環(huán)流動(dòng)。采用小粒徑、寬分布的顆粒，細(xì)粉能起到“潤(rùn)滑”作用，可提高流化質(zhì)量。細(xì)顆粒高氣速流化床提供氣固兩相較大的接觸面積，改善兩相接觸的均勻性，同時(shí)高氣速可減小設(shè)備尺寸。五、計(jì)算題：kg m mPakg m mPa3-1某燒堿廠擬采用重力沉降凈化粗鹽水，粗鹽水密度為 黏度為 ，其中固體顆粒可視為球形，密度取2640kg m3 。求直徑為 顆粒的沉降速度。解：在沉降區(qū)域未知情況下，流區(qū)，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層流區(qū)假設(shè)成立， t 即為所求。kg m mPakg m mPa某燒堿廠擬采用重力沉降凈化粗鹽水，粗鹽水密度為 黏度為 ，其中固體顆粒可視為球形，密2640kg m3度取

。沉降速度為

0.02

的顆粒直徑。gd2u p

p解：假設(shè)沉降在層流區(qū)，

18 。182.3182.31030.029.811200dp t 2.42104mpp Re p

du2.421040.0212002.532校核流型

t 2.3103原假設(shè)不成立。設(shè)沉降為過(guò)渡區(qū)。 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過(guò)渡區(qū)假設(shè)成立， p 即為所求。m s kg 2.5 3 0.720 3m s kg 長(zhǎng)3m寬2.4m高2m的降塵室與鍋爐煙氣排出口相接操作條件下鍋爐煙氣量為 氣體密度為 ，kg s2.6 kg s黏度為 ，飛灰可看作球型顆粒，密度為

。求臨界直徑。u V

max

2.5 0.347ms解： tc

BL 2.43假設(shè)沉降處于層流區(qū)，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 即為所求。m s kg 2.5 3 0.720 3m s kg 長(zhǎng)3m寬2.4m高2m的降塵室與鍋爐煙氣排出口相接操作條件下鍋爐煙氣量為 氣體密度為 ，kg Paskg Pas m黏度為 ，飛灰可看作球型顆粒，密度為 。要求 以上飛灰完全被分離下來(lái)，鍋爐的煙氣量不得超過(guò)多少。m75m解：已知 ，由上題知沉降必在層流區(qū)。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校核氣流速度：

BH 2.42c1% 2710kgm3過(guò)濾固相濃度 的碳酸鈣懸浮液，顆粒的真實(shí)密度 p

1000 3 kg kg 0.46 濾餅含液量 ，求濾餅與濾液的體積比 。 kg m3解：設(shè)濾餅的表現(xiàn)密度為 c, ，且顆粒與液體均不可壓縮，則根據(jù)總體積為分體積之和的關(guān)系，可得：11 c p 10.46 0.46 1 1517kg m3所以：

c 2710 10001m3

每獲得

濾液，應(yīng)處理的懸浮液體積為

，其中固體顆粒的質(zhì)量為： p1m3 每獲得 濾液得到的濾餅質(zhì)量為 c，其中固體顆粒的質(zhì)量為： cBC

c p射固體顆粒全部被截留，則

，有 c

p將已知值代入上式：

0.012710 0.0342m3 0.0342m3

3m濾餅/m

濾液。過(guò)濾面積為

5m

的轉(zhuǎn)股真空過(guò)濾機(jī)，操作真空度為

54kp

a，浸沒(méi)度為1/3，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為0.18。操作條件下的過(guò)濾常數(shù)K為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顆粒，計(jì) 的占15%， 的占25%， 的占40%， 的占20%，以上均為質(zhì)量百分率。設(shè)球型度均為0.74,試計(jì)算平均等比表面積當(dāng)量直徑。d解：篩分法得到的顆粒尺寸為等比表面積當(dāng)量直徑 ai，則平均等比表面積當(dāng)量直徑為1 1d 24.78mmiam x 0.15 0.25 0.4 0.2id 10ai

20

407025C

30m

，直徑

1.0m

，當(dāng)風(fēng)以每小時(shí)

50km

橫向掠過(guò)時(shí)，試求拽力系數(shù)與該煙囪所受的拽力，設(shè)空氣溫度。解： 空氣： 25C 1.185kgm3 18.35103cP解： 空氣： u mu m空氣的流速：Re

dup

1.013.891.185

8.97105 18.35106 0.38查拽力系數(shù)圖，對(duì)圓柱體u2 1F Ap 0.381.030 1.18513.8921303N拽力： D 2 2kg m 2000 3 kg m 密度為 的圓球在 的水中沉浮，試求其在服從斯托克斯范圍內(nèi)的最大直徑和最大沉降速度。解： 水： 20C 998.2kgm3 1.005103Pas解： 水： 2000kg m3顆粒： sRe

dup 1在斯托克斯定律范圍內(nèi)： p 998.2dup 11.005103Re 1 d u1.006106mm/s取 p ，則 pd2998.29.81upu又 t 181.005103

543300d2pd 1.23104mmpmaxutmax

8.19103msmm6mm一種測(cè)定黏度的儀器由一鋼球和玻璃筒組成。測(cè)試是筒內(nèi)裝被測(cè)液體，記錄鋼球下落一定距離的時(shí)間，球的直徑為 ，下落距離mm kg m mm kg m kg s為 ，測(cè)試一種糖漿時(shí)，記下的時(shí)間間隔為 ，此糖漿的密度為 ，鋼球的密度為 ，求此糖漿的黏度。u解：鋼球的沉降速度： u

Ht

0.27.32

0.0273m/s設(shè)沉降處于層流區(qū)，根據(jù)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，假設(shè)在層流區(qū)沉降正確，糖漿的黏度為 。kg m 2000 / kg m 試求密度為 的球型粒子在 空氣中自由沉降室服從斯托克斯定律的最大粒徑。解： 空氣： 15C 1.226kg/m3 0.0179103Pa解： 空氣： Re 1

u

d2s

g當(dāng) p 時(shí)，

d 1818181.79105231.22620009.813182sd 3182sskg m 2000 / kg m 試求密度為 的球型粒子在 空氣中自由沉降室服從牛頓定律的最小顆粒直徑。解： 空氣： 15C 1.226kg/m3 0.0179103Pa解： 空氣： Re

udt

s1000服從牛頓定律的最小顆粒直徑： p dds su同時(shí) t

1.74ds2 1.791052d 32.33s

s

500cm2

1.22620000.00164m1.64mm500mmHg

的恒壓壓濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，所用真空度為

柱，在十分鐘內(nèi)獲得濾液為ml 500 ml ，求過(guò)濾常數(shù) 及 （濾餅不可壓縮，濾布阻力不計(jì)）VV2 5001062K A2 500104

2

1105m

/min又濾餅不可壓縮，則K 1105 k2

7.501011m4P 250013.69.81

minNm 11 3 3 m 某板框壓濾機(jī)在恒壓過(guò)濾一小時(shí)后，共獲得濾液 ，停止過(guò)濾后用 清水（其黏度與濾液相同）于同樣壓力下對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌。設(shè)濾布阻力可忽略，求洗滌時(shí)間。解：因洗滌水黏度與濾液黏度相同，洗滌壓差也與過(guò)濾壓差相同，且濾布阻力可忽略，則洗滌時(shí)間為 8a8312.18hw w 11

4m3用一板框壓濾機(jī)在恒壓下過(guò)濾某一懸浮液，要求經(jīng)過(guò)三個(gè)小時(shí)能獲得 濾液，若已知過(guò)濾常數(shù)K m h mmK m h mm mm 濾布阻力略不計(jì)若濾框尺寸為 則需要濾框和濾板各幾塊。解：濾布阻力忽略不計(jì)時(shí)恒壓過(guò)濾方程V2KA2KAKA故過(guò)濾面積

41.481031.481033nA n框數(shù) 2ab

30211板數(shù)n131板數(shù)4m3用一板框壓濾機(jī)在恒壓下過(guò)濾某一懸浮液，要求經(jīng)過(guò)三個(gè)小時(shí)能獲得 濾液，若已知過(guò)濾常數(shù)K m K m ，濾布阻力略不計(jì)，過(guò)濾終了用水進(jìn)行洗滌，洗滌水黏度與濾液相同，洗滌壓力與過(guò)濾壓力相同，若洗滌水量0.4m3為

，求洗滌時(shí)間。解：因洗滌水黏度與濾液相同，洗滌壓力與過(guò)濾壓力相同，介質(zhì)阻力可忽略，則洗滌時(shí)間為： 8a80.432.4hw w 4

4m3用一板框壓濾機(jī)在恒壓下過(guò)濾某一懸浮液，要求經(jīng)過(guò)三個(gè)小時(shí)能獲得 濾液，若已知過(guò)濾常數(shù)K m K m ，濾布阻力略不計(jì)，若輔助時(shí)間為一小時(shí)，求該壓