化工原理第三章题库完整.docx
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化工原理第三章题库完整
沉降与过滤一章习题及答案
一、选择题
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)。
D
A⋅ 4000 mPa·s; B⋅ 40 mPa·s; C⋅ 33.82 Pa·s; D⋅ 3382 mPa·s
2、含尘气体在降尘室按斯托克斯定律进行沉降。
理论上能完全除去 30μm 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 。
D
A. 2 ⨯ 30μm ; B。
1/ 2 ⨯ 3μm ;C。
30μm ; D。
2 ⨯ 30μm
3、降尘室的生产能力取决于 。
B
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。
4、降尘室的特点是 。
D
A. 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。
C
A.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 。
C
A. 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 。
D
A. 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 。
C
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。
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 。
B
A. 1 倍; B. 2 倍; C. 2 倍; D.1/2 倍
10、助滤剂应具有以下性质 。
B
A. 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 。
B
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
12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。
B
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,
面积小
13、以下说法是正确的 。
B
A. 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 。
C
A. 增大至原来的 2 倍; B. 增大至原来的 4 倍; C. 增大至原来的倍; D. 增大至
原来的 1.5 倍
15、过滤推动力一般是指 。
B
A.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
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,则其在水
中的沉降速度将 ,在空气中的沉降速度将 。
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。
2
3、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 =5 ⨯ 3 ⨯ 2 ,则其沉降速度为 m / s 。
0.067
5、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 μ m,其沉降速度为 0.02 m/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。
1.6
8、在旋风分离器中,某球形颗粒的旋转半径为 0.4 m, 切向速度为 15 m/s。
当颗粒与流体
的相对运动属层流时,其分离因数 KC 为 。
57
9、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 q 为单位过滤面积所得滤液体积 V/A,qe 为 Ve/A,Ve 为过滤介质的当量滤液体积
(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
Δτ/Δq=3740q+200 则过滤常数 K = ( )。
0.000535
12、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
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
三、计算题
1、某一锅炉房的烟气沉降室,长、宽、高分别为 11×6×4 m,沿沉降室高度的中间加一
层隔板,故尘粒在沉降室的降落高度为 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 35μm 以上的尘粒。
已知 ρ 尘粒 = 1600 kg/m3,ρ 烟气 = 1.29 kg/m,μ 烟气 = 0.0225cp
解:
设沉降在滞流状态下进行,Re <1,且因 ρ 尘粒>>ρ 烟气,故斯托克斯公式可简化为:
u0 = d 尘粒 2ρ 尘粒 g/18μ 烟气
= (35×10-6)2×1600×9.81/ (18×2.25×10-5)
= 0.0474 m/s
检验:
Re = d 尘粒 u0ρ 烟气/μ 烟气
= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5)
= 0.095<1
故采用计算式正确,则 35mm 以上粒子的沉降时间为:
θ 沉降 = 2/0.0474 = 42.2s
又,烟气流速 u = [(12500/(4×6×3600))×[(273+150)/273]
= 0.224 m/s
烟气在沉降室停留时间:
θ 停留 = 11/0.224 = 49.1s
即 θ 停留>θ 沉降
∴35mm 以上尘粒可在该室沉降
2、相对密度 7.9,直径 2.5 mm 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:
μ 油品 = d 钢球 2 (ρ 钢球-ρ 油品)g/(18 u 钢球)
= (0.0025)2×(7900-900)×9.81/(18×0.005)
= 4.77Pa·s
验算:
Re = d 钢球 u 钢球 ρ 油品/μ 油品
= 0.0025×0.005×900/4.77
= 2.36×10-3 <1 假设正确
3、直径为 30 μm 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:
μ = 1CP , ρ = 1000kg / m
3
气体的密度为 1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)
解:
∵
(ρ s - ρ水 ) g =
(ρ s - ρ 气 )g
1.6
∴
(ρ s -1000) g =
(ρ s -1.2)g
1.6
解得:
ρ s = 2665kg / m
3
设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:
18 ⨯10
u01 =
d 2 (ρ s - ρ1 )g
18μ1
=
(30 ⨯10-6 )2 ( 2665 - 1000) ⨯ 9 .81
-3
= 8.17 ⨯10-4 m / s
校核:
Re1 =
du01ρ
μ
=
30 ⨯10-6 ⨯ 8.17 ⨯10-4 ⨯1000
10-3
= 0.0245
<1
密度ρs = 3000kg / m ,炉气密度 0.5kg / m ,粘度 0.035m Pa ⋅ s ,现要除去炉气中 10
假设正确.
则此颗粒在气体中的沉降速度为
u02 = 88u01 = 88 ⨯ 0.0245 = 2.16m / s
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
33
μm 以上的颗粒,试求:
(1)为完成上述任务,可允许的最大气流速度为多少?
(2)每小时最多可送入炉气若干?
(3)若取消隔板,为完成任务该降尘室的最大处理量为多少?
解:
(1)设沉降区为滞流,则
ρ s >> ρ 则
因为
u 0 =
d 2 (ρ s - ρ) g
18μ
u 0 =
(10⨯10-6 ) 2 ⨯ 3000⨯ 9.81
18⨯ 0.035⨯10-3
= 4.67mm/s
Re0 =
du 0 ρ
μ
=
10⨯10-6 ⨯ 4.67 ⨯10-3 ⨯ 0.5
0.035⨯10-3
= 6.67 ⨯10-4 < 1
假设正确
由降尘室的分离条件,有
u = u 0
L
H
=
4.6⨯10-3 ⨯ 6
0.1
= 0.28m/s
(2)V = 20Au 0 = 20 ⨯ 6 ⨯ 3⨯ 4.67 ⨯10
-3
⨯ 3600 =6052.3 m3 / h
(3) V = Au 0 = 6⨯ 3⨯ 4.67 ⨯10
-3
⨯ 3600 = 302.6m 3/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 5 m ,宽 3 m ,高 4 m ,部用隔板分成 20 层,用来除去烟气中
75μm 以上的颗粒。
已知烟气密度为 0.6 kg / m3 ,粘度为 0.03 mPa ⋅ s ,尘粒密度为
3
-6
ρ = 0.6kg / m3 μ = 0.03 ⨯10-3 Pa ⋅ s
设沉降区为层流,则
3
u 0 =
d 2 (ρ s - ρ ) g
18μ
=
-6 2
18⨯ 0.03⨯10 -3
= 0.44m/s
Re0 =
du 0 ρ
μ
=
75⨯10 -6 ⨯ 0.44 ⨯ 0.6
0.03⨯10 -3
= 0.66 < 1
验算
故假设正确
总处理量为 qv = nu 0 A = 20 ⨯ 0.44 ⨯ 5 ⨯ 3 = 132m /s
3
6、一降尘室长 5m,宽 3m,高 4m,部用隔板分成 20 层,用来回收含尘气体中的球形
3
3
粒直径。
解:
降尘室总面积 A = 20 ⨯ 5 ⨯ 3 = 300m
2
生产能力的计算式为 qv = Au 0
注意式中 u0 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
u 0 =
qv
A
=
36000/3600
300
= 0.033m/s
设沉降区为层流,则有
u 0 =
2
18μ
d min =
18μu 0
(ρ s - ρ) g
18 ⨯ 0.03 ⨯10-3 ⨯ 0.033
(4300 - 0.9) ⨯ 9.81
= 2.06 ⨯10-5 m
=
d minu 0 p
验算 Re0 =u
=
2.06 ⨯10-5 ⨯ 0.033 ⨯ 0.9
0.03 ⨯10-3
= 0.02 < 1
故假设正确 o
7、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 = 3.3 ⨯10-5 m2 / 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1m ⨯1m ,则框数及框厚分别为多少?
解:
(1)
V =
0.6
0.05
= 12m3
Ve = 0
所以 V
2
= KA2θ
V
12
A=
Kθ = 3.3 ⨯10
-5
⨯1.5 ⨯ 3600 =28.43m 2
(2) A= n ⨯ 2 ⨯1⨯1
所以
n =
A
2
=
28.43
2
=14.2 取 15 个
qv = n ⨯1⨯1⨯δ
所以
δ =
qv
n = 15 =0.04 m
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 0.2 m, 在 300 kPa(表压)下恒压过滤 2 h,
滤饼充满滤框,且得滤液 80 L,每次洗涤与装卸时间各为 0.5 h。
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=Kτ
过滤面积A=5×0.22×2=0.4 m2
单位过滤面积上的滤液量 q=V/A=80×10-3/0.4=0.2 m3/m2
过滤常数K= q2/τ=0.22/2=0.02 m2/h
过滤终了时的速率 (dq/dτ)E=K/2q=0.02/(2×0.2)=0.05 m/h
洗涤速率 (dq/dτ)W=0.5 (dq/dτ)E=0.5×0.05=0.025 m/h
(2) Δp’=2Δp 时的生产能力
因滤饼不可压缩,所以 K’=KΔp’/Δp=2K=2×0.02=0.04 m2/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’=0.08 m3, 故此时所用的过滤时间为
τ= q’2/K’=q2/K=0.22/0.04=1 h
生产能力 Q=V’/(τ+τw+τD)=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04 m3 滤液/h
9、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τ1 = 20 min 时, q1 = 0.197m3/m2
τ 2 = 40 min 时, q2 = 0.197+0.09 = 0.287m3/m2
代入恒压过滤方程时可得:
0.197 2. + 2q e ⋅ 0.197 = K ⨯ 20
0.287 2 + 2q e ⋅ 0.287 = K ⨯ 40
联立解得:
qe = 0.0222m / m , K = 2.38 ⨯10
32
-3.
m2 / min
由此
τ e =
q e 2
K
=
(0.0222)2
2.38⨯10-3
= 0.207 min
∴当过滤 1 小时后,可得滤液量:
(q + 0.0222) = 2.38 ⨯10 (60 + 0.207)
周需时 1min,操作真空度为 4.9KPa (500mmHg),每小时可得滤液 60 m ,滤饼厚度为
2-3
解得:
q = 0.356m3/m2 即每 m2 过滤面积过滤 1 小时后可得滤液为 0.356m3
10、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
3
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?
2
设浸没度为ϕ ,转速为 n (r/min)
60
则转筒旋转一周所需时间为 n
V = A K 60 ϕ
所以
(s)
60
3
Q2
Q1
=
K 2 n2
K1n1
由题知 S = 0 及 K ∝ ∆p 故
(2) 设滤饼的厚度为 δ ,则有
n2 = n1
K1
K 2
1 6.37 1
n2 60 Aδ 2 = 2n160 Anδ1 m3饼 / h 所以
δ 2 =
2n1δ 1
n2
3.1
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