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化工原理习题
第一部分概念题示例与分析
一、填空题
2-1一球形石英颗粒,分别在空气和水屮按斯托克斯定律沉降,若系统温度升高,则其在水中的沉降速度将,在空气中的沉降速度
将o
答案:
下降,增大
2
分析:
由斯托克斯定律切=dS一呪
18//
对空气系统,°》Q,故
llfII
对水系统,水的密度随温度的变化可忽略,故同样有
utII
可见无论是气体还是液体,温度的改变主要是通过粘度变化来影响沉降速度。
气体粘度随温度升高而增加,故沉降速度下降;液体粘度随温度升高而减小,故沉降速度增大。
但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出,其他情况还需要具体分析。
2-2若降尘室的高度增加,则沉降时间,气流速度,生
产能力_o
答案:
增加;下降;不变
分析:
因沉降距离增加,故沉降时间将增加。
降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截而增大,故气流速度下降。
生产能力的计算公式为:
可见,降尘室的生产能力只决定于沉降而积和沉降速度而与降尘室的高度无关。
2-3选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据
答案「气体处理盒分离效率,允许压降
2-4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。
答案:
气固;液固
2-5、沉降操作是指在某种中利用分散相和连续相之间的
差异,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有—沉降和沉降两种方式。
答案:
力场;密度;重力;离心
2-6—阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度,由于这个速度是—阶段终了时颗粒相对于流体的速度,故又称为“终端速度”。
答案:
等速;加速
2-7影响沉降速度的主要因素有①;②;③;
答案:
颗粒的体积浓度;器壁效应;颗粒形状
2-8降尘室通常只适合用于分离粒度大于—的粗颗粒,一般作为预除尘使用。
答案:
50//m
2-9旋风分离器的总效率是指,粒级效率是指o
答案:
全部颗粒中被分离下来的质量分率;各种粒度被分离下来的质量分
率
2-10实现过滤操作的外力可以是
或O
答案:
重力;压强差;惯性离心力
2-11工业上常用的过滤介质主要有①
③。
答案:
织物介质;堆积介质;多孔固体介质
而不
2-12在饼层过滤屮,真正发挥拦截颗粒作用的主要是是O
答案:
滤饼层;过滤介质
2-13离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。
它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由而产生的。
答案:
设备本身旋转
2-14一降尘室长8m,宽4m,高1.5m,屮间装有14块隔板,隔板间距为
0.Imo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/so
由降尘室的分离条件
L8
Ilnnnv=Ilf=X0・02=1.6
H0-1m/s
答案:
分析:
:
转速一定的离
可知
2-15当进气II气速一定时,旋风分离器的直径越大,其分离因数越心分离机随着转鼓直径的增犬其分离因数越°
答案:
下降;增加
分析:
一般小颗粒沉降才考虑离心沉降,而小颗粒沉降一般都处于斯托克斯定律区,故分离因数为
对旋风分离器,当进口气速一定时,由上式可知血与R成反比。
对转速一定的离心机,仃与尺成正比,分离因数可写成
Kc=—可见Kc与R成正比。
g
2-16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o
答案:
增加;不变
分析:
由恒压过滤方程V2+2VVe=KA2O
可知滤液量随过滤时间的增大而增加。
而间歇过滤机的生产能力0=二=「J°
T0+0W+0D
可知生产能力只与操作周期有关。
2-17转筒真空过滤机,转速为n(r/min),转鼓表而积为A,转鼓的沉浸度为0则过滤周期为(min),在一个过滤周期中过滤时间为
(min),过滤面积为。
答案:
ZA
nn
2・18在恒压操作一个周期中,已知过滤时间为0,获得的滤液量为V,现仅将过滤压差增加2倍,则过滤时间变为(设滤饼不可压缩,且介质阻力不计)。
3
由恒压过滤方程
=7.k\pA~0=常数
Oy_Ap_1
J-3
答案:
分析:
所以
所以
2-19含尘气体在某降尘室停留时间为6s时,可使直径为80“加尘粒的
70%得以沉降下来。
现将生产能力提高1倍(气速乃在正常操作的允许范围内),则该直径颗粒可分离的百分率为o
答案:
35%
分析:
一般尘粒在气体中的分布是均匀的,对于直径小于能够100%被沉降下来的最小粒径的颗粒来说,它能够被分离的百分数等于它在停留时间内的沉降距离与降尘室高度之比。
所以在原操作条件下,即在6s的停留时间内,80尘粒的沉降距离为降尘室高度的70%。
现生产能力提高1倍,其他条件不变,则气速增大1倍,停留时间减半,为3s。
则该颗粒的沉降距离为原来的1/2,即为降尘室高度的¥=35%,此即新工况下该颗粒可分离的百分率。
2-20已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600,沪“,沉降室长、
宽、高尺寸为厶"xH二5x3x2,则其沉降速度为/H/5o
答案:
分析:
由匕二人叭
2-21对板框式过滤机,洗涤面积九和过滤面积4的定量关系为
洗水走过的距离厶和滤液在过滤终了时走过的距离厶的定量关系为,洗
涤速率(%片和终了时的过滤速率(务)£的定量关系为。
答案:
厶亠(务七(瓠
分析:
由板框过滤机的结构及操作原理,可知该装置的洗涤方式属横穿洗涤法。
故洗涤面积为过滤面积的1/2,洗涤路径为2倍滤液路径。
再过滤基木方程
芈=地(略去介质阻力)
de/〃•厶
显然洗涤速率为终了过滤速率的1/4。
2-22对叶滤机,洗涤面积久•和过滤面积4的定量关系为,洗水走
过的距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离L的定量关系为,洗涤
速率(务)w与过滤终了时的过滤速率(务)£的定量关系为
厶厂厶;瓠唸L
分析:
由叶滤机的结构及操作原理,可知洗涤液所走途径就是过滤终了
时滤液所走的途径,属置换洗涤法。
2-23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/so当颗粒与流体的相对运动属层流时,其分离因数为
答案:
57
分析:
心=上=立=」^=57
cu,Rg0.4x9.81
2-24为过滤某种悬浮液,按生产任务要求,经计算应用选用一台BMS30-635/25型板框压滤机(框内边长635mm,过滤面积30m2,框厚25mm)。
现有一台过滤机是BMS30-635/45型的,除框厚45mm外,其他规格与前者相同,问能否用该过滤机代替原选用型号的过滤机o
答案:
不能
分析:
过滤机的选择主要取决于生产任务。
所用滤框尺寸及数量必须同时满足两个要求:
一是具有所需的过滤面积;二是恰能容纳一个操作循环所形成的滤饼。
上述两个过滤机过滤面积相同,但框厚不同,故不能互相代用。
2-25在恒速过滤过程中,当滤液体积增大1倍则操作压差将增大o设介质阻力可忽略,滤饼为不可压缩。
答案:
1倍。
分析:
由过滤基木方程及题给条件,有
dq_K
矿
因为么=o或V-=k^O\p由题意有V2=2%
^=1=2
△戸2
对恒压过滤,滤液星增大1倍,则过滤
所以(冬)—冬込
2-26若介质阻力可以忽略,速率将—
减小1倍由过滤基木方程
dVA'K
答案:
分析:
大;少;薄;小
由转筒真空过滤机的生产能力0=465低亦(忽略介质阻力)
可知转速增大使生产能力提高,但同时每转一周所需时间将减少,每周过滤时间也相应减少,致使每周所获滤液星减少,滤饼变薄,阻力变小。
2-28重力沉降速度随着颗粒直径的增加而o
答案:
增大
对一定的物系,",与d及歹有关。
已知除湍流区歹与d无关外,其他情
况了将随d的增加而下降,所以―随d的增加而增大。
二、单项选择题
2-29一密度为7800kg/ne的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20P水屮沉降速度的1/4000,则此溶液的粘度为(设沉降区为层流)。
A.4000mPa-s;B40s;C33.82R/-5;D33S2jnPa-s答案:
D
分析:
由题意知斯托克斯定律适用,则根据题给条件可列出下式
J2(7800-1200)g_J2(7800—1000)g18/74000xlSxl
解出=3382mPa-s此法常用来测粘度。
2-30用板框式过滤机进行恒压过滤,若介质阻力可忽略不计,过滤20min可得滤液8",若再过滤20min可再得滤液。
/7?
3;7W3;7W3;W73答案:
C
分析:
由恒压过滤方程
由题知血=0,则有V2=KA2O
Q2
将=20nui匕=8/n3代入,得/CA2=—
则①=40niui时V2=7^A26>=J—x40=11.3/h3
-V20
贝Ij匕一%=11.3—8=53沪
应注意恒压过滤方程中V、&是指从初始(0起点)态计得的累积量。
2-31在一个过滤周期中,为了达到最大生产能力o
A.过滤时间应大于辅助时间;B.过滤时间应小于辅助时间。
C.过滤时间应等于辅助时间D.过滤加洗涤所需时间等于1/2周期。
答案:
D
分析:
对于最佳周期,应有
2—32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30“必的粒子,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o
A.2x30/2/?
?
;B。
1/2x3““;Co30川”;D。
41x3O////7
答案:
D
分析:
降尘室最大处理量匕与能被完全除去最小颗粒的沉降速度切有以下关系
d'(P厂P)g
W冬oc応g(Ps-Q)AV
2-33下述说法中正确的是o
A.过滤速率与过滤面积成正比B.过滤速率与过滤而积的平方成正比;C.过滤速率与滤布阻力成反比;D.过滤速率与操作压差的平方成正比;答案:
B
分析:
可由过滤基本方程直接求得%=倚
2-34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.增大至原来的血倍;
C.增大至原来的4倍;
答案:
A
分析:
由恒压过滤方程及题给条件有
V2=Kq2&=2⑷屆
2-35下面哪个是过滤推动力_
A.液体经过滤机的压强降
C.介质两侧的压差;
压差
答案:
D
分析:
由过滤基木方程的推导可知过滤推动力是指滤饼两侧压差加上介质两侧压差;过滤阻力为滤饼阻力加上介质阻力。
2-36在降尘室中,尘粒的沉降速度下列因素无关—o
A.颗粒的儿何尺寸B.颗粒与流体的密度
C.流体的水平流速;D.颗粒的形状
答案:
C
分析:
由表而光滑球形颗粒自由沉降速度公式可知答案应为C
2-37设降尘室的长宽高分别为L、S、H(单位均为m),颗粒的沉降为
u,(n?
/5),气体的体积流量为Vs,
是。
B.
D.
增大至原来的2倍;不变
B•滤饼两侧的压差;
D.介质两侧压差加上滤饼两侧
则颗粒能在降尘室分离的条件
C-
LHhH
气体在降沉室的停留时间为
答案:
B
分析:
气体的水平流速为農;
bH
颗粒的沉降时间为空;
%
分离条件为沉降时间小于停留时
间。
所以有
HLbH
2-38恒压过滤时,当过滤时间增加1倍则过滤速率为原来的(设介质阻力可忽略,滤饼不可压缩)。
将么=0代入两式,然后再将(a)代入(b)有
2-39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。
A.1倍;B.2倍;C.忑倍;2倍答案:
B分析:
由过滤基本方程劣=等(匕=0)及K=2Mpi,S=0,
可得OC△/?
de
2-40转筒真空过滤机的洗涤速率与最终过滤速率之比为o
A-1/4;2;;
答案:
c
分析:
属置换洗涤法。
2-41降尘室的生产能力取决于o
A.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。
答案:
B
分析:
由yv=Au,可知应选氏
2-42对滤饼进行洗涤,其目的是:
①回收滤饼中的残留滤液;②除去滤饼中的可溶性杂质。
下面哪一个回答是正确的o
A.第一种说法对而第二种说法不对;B.第二种说法对而第一种说法不对;
C.两种说法都对;D.两种说法都不对
答案:
C
2-43下面哪一个是转筒真空过滤机的特点o
A.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,而积小
答案:
B
2-44与板框压滤机比较,叶滤机的特点是。
A.连续操作,机械化程度较高;B.间歇操作,过滤面积小;
C.推动力大,过滤面积小;D.既可加压过滤,也可真空过滤
答案:
D
2-45对标准旋风分离器系列,下述说法哪一个是正确的o
A.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。
答案:
C
2-46下述说法哪一种是错误的o
A降尘室是分离气固混合物的设备;B.叶滤机是分离液固混合物的设备;
C.沉降式离心机是分离气固混合物的设备;D.沉降槽是分离液固混合物的设备;
答案:
C
2-47旋液分离器是利用离心力分离o
A.气液混合物的设备;B.液固混合物的设备;
C.液液混合物的设备;D.气固混合物的设备;答案:
B
2-48下述说法中哪一个是错的o
A.离心机可分离液液混合物;B.离心机可分离液固混合物;
C.离心机可分离气固混合物;D.离心机所分离的不均匀混合物屮至少有
一相是液相
答案:
C
2-49降尘室的特点是
结构简单,
结构简单,
结构简单,
结构简单,
答案:
D
2-50下述说法中正确的是o
A.
离心沉降速度u「和重力沉降速度5是恒定的;
B.离心沉降速度u「和重力沉降速度u,不是恒定的;
C.离心沉降速度u『不是恒定值,而重力沉降速度s是恒定值;
D.离心沉降速度u「是恒定值,而重力沉降速度5不是恒定值答案:
c
分析:
离心沉降速度u「随颗粒在离心力场屮的位置(R)而变。
而重力
“2
沉降速度5与位置无关。
因为决定u」勺是离心加速度4,它是一个变量,
与位置有关。
而决定U,的是加速度g,它是一常量。
2-51助滤剂的作用是。
A.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答案:
B
2-52下述各项不属于气体净制设备的是
A.惯性分离器;B.袋滤器;
C.静电除尘器;D.管式高速离心机
答案:
D
t03a050012-53
1)一球形石英颗粒,在空气中按斯托克斯定律沉降,若空气温度由20°C
升至50°C,则其沉降速度将
2)流化床中,当气流速度时,这个气流速度称为带出速
度
3)降尘室的生产能力只与降尘室的和有关,而与
无关.
解:
(1)减小理由:
"o="J-心,且Q〉〉Q
18“
当空气t=20°C升至50°C时,〃增大
w0减小
(2)等于颗粒在静止气体中的沉降速度
(3)底而积沉降速度降尘室高度
t03a050022-54
1)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
气流速度,生产能力.
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;在
湍流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比.
解:
(1)增大减小不变
(2)2-
2
t03a050032-55
1)降尘室的高度由下式决定,式中符号的意义是
解:
日=血L-一降尘室长度“°一-沉降速度
U
U-一气流速度
t03a05080-2-56
1.过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,则恒速过滤过程屮滤液体积
由V】增多至V尸2V】时,则操作压差由△片增大至锂二
2.已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S,q为Ve/S,Ve为过滤介质的当量滤液(滤液体积为Ve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
=374g+200贝I」过滤常数K二,qc
解:
(1)4憾
理由:
恒速过滤方程式V2=jA2Q^K
又K*AP・••当-=2%时,学=(学)2=4
即齢4
t03a050812-57
1.回转真空过滤机,回转一周所需时间为T,转鼓的表而积为S,转鼓的沉浸度为八则一个过滤周期中,过滤时间为,过滤而积为
2.转鼓沉浸度是与的比值
3.当介质阻力不计时回转真空过滤机的生产能力与转速的次方
成正比
解:
(1)T(pS
(2)浸入悬浮液的表面转鼓表面
(3)-
2
t03a050822-58
1.间歇过滤机的生产能力可写为g=V/Zr,此处V为乞丁表
示一个操作循环所需的,另厂等于一个操作循环中
和三项之和.
2.一个过滤操作周期中,“过滤时间越长,生产能力越大”的看法是
,“过滤时间越短,生产能力越大”的看法是•过滤时间有一个值,此时过滤机生产能力为
3.过滤机操作循环中,如辅助时间s越长则最宜的过滤时间将
过滤时间洗涤时间
最佳最大生产能力
解:
(1)一个周期滤液量时间辅助时间
(2)错误的错误的
(3)越长
t03a050832-59
1.对不可压缩性滤饼dV/dr正比于AP的方,对可压缩滤饼
dV/dr正比于AP的方
2.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
3.对恒压过滤,当过滤而积S增大一倍时,如滤饼不可压缩,则过滤速率
增大为原来的倍,如滤饼可压缩,过滤速率增大为原来的
倍
解:
(1)一次(1-S)次
(2)1理由:
%=竽,・・・V加倍,务为原来的扌倍
(3)22
2
理由:
过滤速率芈=KA-,而v+尿
dO2(V+Ve)e
・・・A加倍,芈为原来的2倍,与滤饼是否可压缩无关。
dO
t03a050842-60
1.回转真空过滤机,整个转鼓回转操作时大致可分为
和四个区域
2.回转真空过滤机每通过以上四个区域一次,完成一个工作
.是这一部件使过滤室在不同部位时,能自动地进行相应不同操作.
3.叶滤机过滤时,固体颗粒留在滤叶的部,而滤液穿过滤布
由滤叶部抽出
解:
(1)过滤区洗涤区吸干吹松区卸渣区
(2)周期分配头(3)外部内部
t03a050852~61
1.非球形颗粒的形状系数(球形度)是表示颗粒与它的定
义是
2.已知非球形颗粒的体积为V,则该颗粒的等体积球径(当量直径中最常
用的一种)为
解:
(1)球形颗粒的差异程度与非球形颗粒体积相等的球形颗粒的表面积
和非球形颗粒的表面积之比
(2)dP=(—)3
71
t03a050862-62
1.设颗粒的比表面积为1床层的空隙率为E,则床层的比表面积刘为
2.颗粒的粒度分布逾不均匀,所形成床层的空隙率越'.在器壁
附近床层空隙率较,床层中心处则空隙率较
3.按(piJA定义的球形度(此处下标p代表球形粒子),最大值为
貯越小则颗粒形状与球形相差越
解:
(1)«(1-E)
(2)小大小(3)1大
t03a50882-63
1.最常见的间歇式过滤机有和连
续式过滤机有
2.在一套板框过滤机中,板有种结构,框有种结
构
3.板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间,设框已充满,则在每一框屮滤液
穿过厚度为的滤饼,而洗涤时,洗涤液则穿过厚度为
的滤饼洗涤液穿过的滤布面积等于
解:
(1)板框过滤机叶滤机真空转筒过滤机
(2)21
(3)丄框厚框厚丄的过滤时的滤布面积
22
t03b050042-64
1)降尘室与沉降槽均为气固或液固两相分离设备,它们的生产能力与该
设备的有关,与无关
2)旋风分离器当切向进口气速相同时,随着旋风分离器的直径越大,其
离心分离因数越,而离心分离机随着转鼓直径的增大其离心
分离因数越
解:
(1)底而积高度
(2)小大
t03b050062-65
1).除去液体中混杂的固体颗粒,在化工生产中可以采用
等方法(列举三种方法)
2)旋风分离器性能的好坏,主要以来衡量。
逾小,说明其分离性能愈好。
解:
(1)沉降过滤离心分离
(2)临界直径临界直径
t03b050082-66
1).分离因数的定义为人二
2).含尘气体通过长为4M,宽为3M,高为1M的除尘室,已知颗粒的沉
降速度为0.03m/s,则该除尘室的生产能力为
2解:
⑴空—⑵0.36m/s
g
t03b050092-67
1)•一降尘室长5M,宽2.5M,高1.1M,中间装有10块隔板,隔板间
距为0.1M,现颗粒最小直径10“〃?
,其沉降速度为0.01m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来,含尘气体的最大流速不能超过m/so
2).一般认为硫化床正常操作的流速范围在和
之间
解⑴0.5m/s
(2)最小流化速度带出速度
理由:
1)最大生产能力V=11X5X2.5X0.01=1.375w3/s
1,375
1.1x2.5
=0.5/h/j
或:
2上竺“45必uuQu0.01
t03b050102-68
1).恒压过滤操作,一个周期屮,过滤时间为I获滤液量为V,现将过滤压差增加一倍,其他条件不变,则过滤时间变为•(设滤饼不可压缩且介
质阻力不计)
2).在恒压过滤时,如过滤介质阻力忽略不计,且过滤面积恒定,则所得的滤液量与过
滤时间的次方成正比,而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面
积的次方成比.依据式.
解:
(1)-T
(2)12反恒压过滤方程
22
II
理由:
(1)V2=KA2r9当竺_=丄=2时,
△PK
(2)V2=KA2t
£
当A—定时,V=ylKA2Tocr2
V21
当V—定时,r=一-*—
KA2A2
t03b050112-69
1).流体通过颗粒床层时,随流速从小到大可能出现的三种状况是
2).当颗粒层处于流化阶段,床层的压降约等于
解:
(1)固定床阶段流化床阶段气流输送阶段
(2)单位而积床层的重量
t03b050122-70
1).化工设备中用到离心沉降原理的设备有,和等
2)基本的过滤操作有和两种
解:
(1)旋风分离器旋液分离器沉降式离心机
(2)滤饼过滤深层过滤
t03b050132-71
1)选择(或设计)旋风分离器时要依据和
2)流化床中出现的不正常现象有和
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