經典化工原理考試題及答案_文檔視界化工原理考試題及答案

第三章非均相分離

姓名____________班級____________學號_____________成績______________

一、填空題：

1.（2分）懸浮液屬液態非均相物系，其中分散內相是指_____________；分散外相是指______________________________。

***答案***固體微粒，包圍在微粒周圍的液體

2.（3分）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，會受到_____________三個力的作用。當此三個力的______________時，微粒即作勻速沉降運動。此時微粒相對于流體的運動速度，稱為____________。

***答案***重力、阻力、浮力代數和為零沉降速度

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

***答案***沉降過程顆粒互不干擾的沉降

4.（2分）當微粒在介質中作自由沉降時，若粒子沉降的Rep相同時，球形度越大的微粒，介質阻力系數越________。球形粒子的球形度為_________。

***答案***小1

5.（2分）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，沿受力方向發生運動而___________，從而與流體分離的過程。

***答案***重離心沉積

6.（3分）球形粒子在介質中自由沉降時，勻速沉降的條件是_______________。滯流沉降時，其阻力系數=____________.

***答案***粒子所受合力的代數和為零24/Rep

7.（2分）降塵寶做成多層的目的是____________________________________。

***答案***增大沉降面積，提高生產能力。

8.（3分）氣體的凈制按操作原理可分為________________________________________________________.旋風分離器屬_________________。

***答案***重力沉降、離心沉降、過濾離心沉降

9.（2分）過濾是一種分離懸浮在____________________的操作。

***答案***液體或氣體中固體微粒

10.（2分）過濾速率是指___________________________。在恒壓過濾時，過濾速率將隨操作的進行而逐漸__________。

***答案***單位時間內通過單位面積的濾液體積變慢

11.（2分）懸浮液中加入助濾劑進行過濾的目的是______________________________________________________________________________。

***答案***在濾餅中形成骨架，使濾渣疏松，孔隙率加大，濾液得以暢流12.（2分）過濾阻力由兩方面因素決定：一方面是濾液本身的性質，即其_________；另一方面是濾渣層本身的性質，即_______。

***答案***μγL

13.（2分）板框壓濾機每個操作循環由______________________________________五個階段組成。

***答案***裝合板框、過濾、洗滌、卸渣、整理

14.（4分）板框壓濾機主要由____________________________________________，三種板按________________的順序排列組成。

***答案***濾板、濾框、主梁（或支架）壓緊裝置等組成

1—2—3—2—1—2—3—2—1

15.（3分）某板框壓濾機的框的尺寸為：長×寬×厚=810×810×25mm，若該機有10塊框，其過濾面積約為_________________m。

***答案***13.12

16.（4分）板框壓濾機采用橫穿洗滌濾渣，此時洗穿過____層濾布及____個濾框厚度的濾渣，流經過長度約為過濾終了濾液流動路程的____倍，而供洗液流通的面積又僅為過濾面積的____。

***答案***二;一;二;二分之一

17.（3分）轉鼓真空過濾機，轉鼓每旋轉一周，過濾面積，的任一部分都順次經歷___________________________________________等五個階段。

***答案***過濾、吸干、洗滌、吹松、卸渣

18.（3分）離心分離因數是指________________________________________________________________。為了提高離心機的分離效率，通常使離心機的___________增高，而將它的________減少。

***答案***物料在離心力場中所受的離心力與重力之比;轉速直徑適當

19.（2分）離心機的分離因數越大，則分離效果越__________；要提高離心機的分離效果，一般采用________________的離心機。

***答案***好;高轉速;小直徑

20.（3分）某懸浮液在離心機內進行離心分離時，若微粒的離心加速度達到9807m.s

，則離心機的分離因數等于__________。

***答案***1000

二、選擇題：

1.（2分）欲提高降塵寶的生產能力，主要的措施是（）。

A.提高降塵寶的高度；

B.延長沉降時間；

C.增大沉降面積

***答案***C

2.（2分）為使離心機有較大的分離因數和保證轉鼓有關足夠的機械強度，應采用（）的轉鼓。

A.高轉速、大直徑；

B.高轉速、小直徑；

C.低轉速、大直徑；

D.低轉速，小直徑；

***答案***B

3.（2分）用板框壓濾機恒壓過濾某一濾漿（濾渣為不可壓縮，且忽略介質阻力），若過濾時間相同，要使其得到的濾液量增加一倍的方法有（）。

A.將過濾面積增加一倍；

B.將過濾壓差增加一倍；

C.將濾漿溫度到高一倍。

***答案***A

4.（2分）板框壓濾機組合時應將板、框按（）順序置于機架上。

…………；

C.3121212(3)

***答案***B

5.（2分）有一高溫含塵氣流，塵粒的平均直徑在2～3μm，現要達到較好的除塵效果，可采（）的除塵設備。

A.降塵室；

B.旋風分離器；

C.濕法除塵；

D.袋濾器

***答案***C

6.（2分）當固體微粒在大氣中沉降是層流區域時，以（）的大小對沉降速度的影響最為顯著。

A.顆粒密度；

B.空氣粘度；

C.顆粒直徑

***答案***C

7.（2分）臥式刮刀卸料離心機按操作原理分應屬于（）離心機。

A.沉降式

B.過濾式

C.分離式

***答案***B

8.（2分）分離效率最高的氣體凈制設備是（）。

A.袋濾器；

B.文丘里除塵器；

C.泡沫除塵器

***答案***A

9.（2分）若氣體中所含微粒的最小直徑為1μm，并含有少量水分，現要將此氣體進行凈制，并希望分離效率達99%，則應選用（）。

A.袋濾器；

B.文丘里除塵器；

C.泡沫除塵器

***答案***B

10.（2分）當微粒與流體的相對運動屬于滯流時，旋轉半徑為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的（）。

A.2倍；

B.10倍；

C.40.8倍

***答案***C

11.（2分）為提高旋風分離器的效率，當氣體處理量較大時，應采用（）。

A.幾個小直徑的分離器并聯；

B.大直徑的分離；

C.幾個小直徑的分離器串聯。

***答案***A

12.（2分）顆粒的重力沉降在層流區域時，塵氣的除塵以（）為好。

A.冷卻后進行；

B.加熱后進行；

C.不必換熱，馬上進行分離。

***答案***A

13.（2分）旋風分離器的臨界粒徑是指能完全分離出來的（）粒徑。

A.最小；

B.最大；

C.平均；

***答案***A

14.（2分）旋風分離器主要是利用（）的作用使顆粒沉降而達到分離。

A.重力；

B.慣性離心力；

C.靜電場

***答案***B

15.（2分）離心機的分離因數α愈大，表明它的分離能力愈（）。

A.差；

B.強；

C.低

***答案***B

16.（2分）恒壓過濾時過濾速率隨過程的進行而不斷（）。

A.加快；

B.減慢；

C.不變

***答案***B

17.（2分）要使微粒從氣流中除去的條件，必須使微粒在降塵室內的停留時間（）微粒的沉降時間。

A.≥；

B.≤；

C.＜；

D.＞

***答案***A

18.（2分）板框過濾機采用橫穿法洗滌濾渣時，若洗滌壓差等于最終過濾壓差，洗滌液粘度等于濾液粘度，則其洗滌速率為過濾終了速率的（）倍。

A.1；

B.0.5；

C.0.25

***答案***C

19.（2分）現有一乳濁液要進行分離操作，可采用（）。

A.沉降器；

B.三足式離心機；

C.碟式離心機。

***答案***C

20.（2分）含塵氣體中的塵粒稱為（）。

A.連續相；

B.分散相；

C.非均相。

***答案***B

三、判斷題：

1.（2分）離心機的分離因數α愈大，表明它的分離能力愈強。（）

***答案***√

2.（2分）通過旋風分離器能夠完全分離出來的最大顆粒直徑，稱臨界顆粒直徑。（）

***答案***×

3.（2分）固體顆粒在大氣中沉防是層流區域時，以顆粒直徑的大小對沉降速度的影響最為顯著。（）

***答案***√

4.（2分）旋風分離器是利用慣性離心力作用來凈制氣的設備。（）

***答案***√

5.（2分）若洗滌壓差與過濾壓差相等，洗水粘度與濾液粘度相同時，對轉筒真空過濾機來說，洗滌速率=過濾未速度。（）

***答案***√

6.（2分）沉降器的生產能力與沉降高度有關。（）

***答案***×

7.（2分）恒壓過濾過程的過濾速度是恒定的。（）

***答案**×

8.（2分）要使固體顆粒在沉降器內從流體中分離出來，顆粒沉降所需要的時間必須大于顆粒在器內的停留時間。（）

***答案***×

9.（2分）為提高旋風分離器的分離效率，當氣體處理量大時，解決的方法有：一是用幾個直徑小的分離器并聯操作。（）

***答案***√

10.（2分）在氣一固分離過程，為了增大沉降速度U，必須使氣體的溫度升高。（）

***答案***×

11.（2分）顆粒的自由沉降速度U小于擾沉降速度。（）

***答案***×

12.（2分）通常氣體的凈制宜在低溫下進行；（）而懸浮液的分離宜在高溫下進行。（）

***答案***√√

13.（2分）粒子的離心沉降速度與重力沉降速度一樣，是一個不變值。（）

***答案***×

14.（2分）做板框壓濾機的過濾實驗時，濾液的流動路線與洗水的流動路線是相同的。（）

***答案***×

15.（2分）板框壓濾機采用橫穿法洗滌時，若洗滌壓差=最終過濾壓差，洗滌液粘度=濾液粘度，則其洗滌速率=1/4過濾終了速率。（）

***答案***√

16.（2分）物料在離心機內進行分離時，其離心加速度與重力加速度的比值，稱為離心分離因數。（）

***答案***√

17.（2分）濾渣的比阻越大，說明越容易過濾。（）

***答案***×

18.（2分）恒壓過濾時過濾速率隨過程的進行不斷下降。（）

***答案***√

19.（2分）袋濾器可用于除去含微粒直徑小至1μm的濕氣體的凈制。（）

***答案***×

20.（2分）欲提高降塵室的生產能力一倍，應將降塵室的高度增加一倍。（）

***答案***×

四、問答題：

1.（8分）為什么工業上氣體的除塵常放在冷卻之后進行？而在懸浮液的過濾分離中，濾漿卻不宜在冷卻后才進行過濾？

***答案***

由沉降公式u=d(ρ－ρ)g/(18μ)可見，U與μ成反比，對于氣體溫度升,高其粘度增大，溫度下降，粘度減少。所以對氣體的除塵常放在冷卻后進行，這樣可增大沉降速度U。而懸浮液的過濾，過濾速率為dv/(Adq)=△P/(rμL)，即粘度為過濾阻力。當懸浮液的溫度降低時，粘度卻增大，為提高過濾速率，所以不宜冷卻后過濾。

2.（8分）試分析提高過濾速率的因素？

***答案***

過濾速率為dv/Adθ=△P/rμL推動力/阻力提高過濾速率的方法有：

（1）提高推動力△P，即增加液柱壓力；增大懸浮液上面壓力；在過濾介質下面抽真空。

（2）降低阻力，即提高溫度使粘度下降；適當控制濾渣厚度；必要時可加助濾劑。

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能力，你認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，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）為什么旋風分離器的直徑D不宜太大？當處理的含塵氣體量大時，采用旋風分高器除塵，要達到工業要求的分離效果，應采取什么措施？

***答案***

旋風分離器的臨界直徑d=(9μB/πNUρ)，可見D↑時，B也↑

（B=D/4），此時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，可采用幾個小直徑的旋風分離器并聯操作，這樣則可達到要求的分離效果。

5.（8分）為什么板框壓濾機洗滌速率近似等于過濾終了時過濾速率的四分之一倍？***答案***

由于洗滌液通過兩層過濾介質和整層濾渣層的厚度，而過濾終了時濾液只通過一層過濾介質和濾渣層厚度的一半，即洗滌液流動距離比濾液長1倍，其阻力也就大1倍，故（dv/dq)w就慢了0.5倍；又因洗滌液的流通面積此濾液的流通面積少1倍，這樣（dv/dq)w又慢了0.5。基于上述兩個原因，故當洗滌壓差與過濾終了時壓差相同時，且洗滌液的粘度與濾液粘度相近時，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方面：

顆粒的因素：尺寸、形狀、密度、是否變形等；

介質的因素：流體的狀態（氣體還是液體）、密度、粘度等；

環境因素：溫度（影響ρ、μ）、壓力、顆粒的濃度（濃度大到一定程度使發生干擾沉降）等

設備因素：體現為壁效應。

7．多層沉降室和旋風分離器組設計的依據是什么？

答：（1）多層沉降室設計的依據是沉降室生產能力的表達式，即VS=blut

根據此式，VS與設備高度無關，而只是底面積bl和ut的函數。對指定的顆粒，在設備總高度不變條件下，設備n層水平隔板，即使底面積增加nbl倍，從而使生產能力達到原來的（n＋1）倍。如果生產能力保持不變，多層降塵室可使更小的顆粒得以分離，提高除塵效率。

（2）旋風分離組設計的依據是臨界粒徑定義式，即

當顆粒尺寸及介質被指定之后，B的減小可使dc降低，即分離效果提高。B和旋風分離器的直徑成一定比例。在要求生產能力比較大時，采用若干個小旋風分離器，在保證生產能力前提下，提高了除塵效果。

8．若分別采用下列各項措施，試分析轉筒過濾機的生產能力將如何變化。已知濾布阻力可以忽略，濾餅不可壓縮。轉筒尺寸按比例增大50％。

答：根據題給條件，轉筒真空過濾機生產能力的表達式為

而A=πDL

轉筒尺寸按比例增大50％。新設備的過濾面積為

A’=(1.5)2A=2.25A

即生產能力為原來的2.25倍，凈增125％，需要換設備。

9．若分別采用下列各項措施，試分析轉筒過濾機的生產能力將如何變化。已知濾布阻力可以忽略，轉筒浸沒度增大50％。

答：根據題給條件，轉筒真空過濾機生產能力的表達式為

而A=πDL

轉筒浸沒度增大50％

即生產能力凈增22.5％。增大浸沒度不利于洗滌。

10．若分別采用下列各項措施，試分析轉筒過濾機的生產能力將如何變化。已知濾布阻力可以忽略，操作真空度增大50％。

答：根據題給條件，轉筒真空過濾機生產能力的表達式為

而A=πDL

操作真空度增大50％

增大真空度使為原來的1.5倍，則效果同加大浸沒度50％，即生產能力提高了22.5％。加大真空度受操作溫度及原來真空度大小的制約。

11．若分別采用下列各項措施，試分析轉筒過濾機的生產能力將如何變化。已知濾布阻力可以忽略，轉速增大50％。

濾漿中固體的體積分率由10％提高至15％。Xv的加大使v加大，兩種工況下的v分別為

(a)

則

即生產能力（以濾液體積計）下降25.47％

12．若分別采用下列各項措施，試分析轉筒過濾機的生產能力將如何變化。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％，已知濾餅中固相體積分率為60％。

根據題給條件，轉筒真空過濾機生產能力的表達式為

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：根據題給條件，轉筒真空過濾機生產能力的表達式為

而A=πDL

由式a可知

則

即可使生產能力提高41.4％。但溫度提高，將使真空度難以保持。工業生產中，欲提高生產能力，往往是幾個方法的組合。

13．何謂流化質量？提高流化質量的措施有哪些？

答：流化質量是指流化床均勻的程度，即氣體分布和氣固接觸的均勻程度。提高流化質量的著眼點在于抑制聚式流化床內在不穩定性，即抑制床層中空穴所引發的溝流、節涌現象。

（1）分布板應有足夠的流動阻力。一般其值，絕對值不低于

3.5kPa。

（2）設置床層的內部構件。包括擋網、擋板、垂直管束等。為減小床層的軸向溫度差，擋板直徑應略小于設備直徑，使固體顆粒能夠進行循環流動。

（3）采用小粒徑、寬分布的顆粒，細粉能起到“潤滑”作用，可提高流化質量。

（4）細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，同時高氣速可減小設備尺寸。

五、計算題：

3-1某燒堿廠擬采用重力沉降凈化粗鹽水，粗鹽水密度為31200mkg黏度為

smPa?3.2，其中固體顆粒可視為球形，密度取32640mkg。求直徑為mm1.0顆粒的沉降速度。

解：在沉降區域未知的情況下，先假設沉降處于層流區，應用斯托克斯公式：

校核流型2178.0103.212001041.310Re334=????==--μλ

tptud原假設不成立。設沉降為過渡區。()()()m

gudptp46.116.034.04.16.116.04.04.11059.21200264081.9103.21200153.002.0153.0--?=????????-????????=????????-?????=λλλμ校核流型70.210

3.2120002.01059.2Re34=????==--μλ

tptud過渡區假設成立，mmdp259.0=即為所求。

3-3長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m35.2，氣體密度為3720.0mkg，黏度為sPa??-5106.2，飛灰可看作球型顆粒，密度為32200mkg。求臨界直徑。

解：smBLVutc347.034.25.2max=?==

假設沉降處于層流區，

校核流型2834.0106.2720.0347.01068.8Re55<=????==--μ

λtcpctud故mdpcμ8.86=即為所求。

3-4長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m35.2，氣體密度為3720.0mkg，黏度為sPa??-5106.2，飛灰可看作球型顆粒，密度為32200mkg。要求mμ75以上飛灰完全被分離下來，鍋爐的煙氣量不得超過多少。

解：已知mμ75，由上題知沉降必在層流區。

校核氣流速度：smsmBHVu5.139.02

4.287.1max<≈?==3-5過濾固相濃度%1=c的碳酸鈣懸浮液，顆粒的真實密度32710mkgp=λ，清液密度31000mkg=λ，濾餅含液量46.0=?，求濾餅與濾液的體積比ν。

解：設濾餅的表現密度為cλ,3mkg，且顆粒與液體均不可壓縮，則根據總體積為分體積之和的關系，可得：所以：31517100046.0271046.011mkgc=???

??+-=λ每獲得31m濾液，應處理的懸浮液體積為()ν+1，其中固體顆粒的質量為：

()pcλν+1每獲得31m濾液得到的濾餅質量為()cλν，其中固體顆粒的質量為：()?ν-1cλ

射固體顆粒全部被截留，則()()CB=，有()pcp

ccλλλ--=?ν1

將已知值代入上式：()30342.02710

01.046.011517271001.0m=?--??=ν濾餅/3m濾液。3-6過濾面積為25m的轉股真空過濾機，操作真空度為akp54，浸沒度為1/3，

每分鐘轉數為0.18。操作條件下的過濾常數K為sm26109.2-?，

eq為233108.1mm-?，求()hmVt3。

解：()?????

????????-?+??????=---323

6108.1108.118.0109.23160518.060tV3-7一填充床含有不同大小的顆粒，計mm10的占15%，mm20的占25%，mm40的占40%，mm70的占20%，以上均為質量百分率。設球型度均為0.74,試計算平均等比表面積當量直徑。

解：篩分法得到的顆粒尺寸為等比表面積當量直徑aid，則平均等比表面積當量

直徑為

3-8以圓柱形煙囪高m30，直徑m0.1，當風以每小時km50橫向掠過時，試求拽力系數與該煙囪所受的拽力，設空氣溫度C?25。

解：C?25空氣：3185.1mkg=λ，cP31035.18-?=μ

空氣的流速：smu89.133600/10503=?=

查拽力系數圖，對圓柱體38.0=ξ

拽力：()NuApFD130389.13185.12

1300.138.0222=?????=??=λξ3-9密度為32000mkg的圓球在C?20的水中沉浮，試求其在服從斯托克斯范圍內的最大直徑和最大沉降速度。

解：C?20水：32.998mkg=λ，sPa??=-310005.1μ

顆粒：32000mkgs=λ

在斯托克斯定律范圍內：1Re≤=μu

dppλ

即110005.12.9983≤??-u

dp

取1Re=p，則smmudp/10006.16??=?-

又()23254330010005.11881.92.9982000pptddu=???-=-

3-10一種測定黏度的儀器由一鋼球和玻璃筒組成。測試是筒內裝被測液體，記錄鋼球下落一定距離的時間，球的直徑為mm6，下落距離為mm20，測試一種糖漿時，記下的時間間隔為s32.7，此糖漿的密度為3/1300mkg，鋼球的密度為3/7900mkg，求此糖漿的黏度。

解：鋼球的沉降速度：smHutt/0273.032.72.0==

=τ設沉降處于層流區，根據斯托克斯定律：

核1045.074.413000273.0006.0Re:Re<=??=

=μλtsppud所以，假設在層流區沉降正確，糖漿的黏度為cP4740。

3-11試求密度為3/2000mkg的球型粒子在C?15空氣中自由沉降室服從斯托克斯定律的最大粒徑。

解：C?15空氣：3/226.1mkg=λ，sPa??=-3100179.0μ

當1Re=p時，()μμ

182gddussstλλλ-==3-12試求密度為3/2000mkg的球型粒子在C?15空氣中自由沉降室服從牛頓定律的最小顆粒直徑。

解：C?15空氣：3/226.1mkg=λ，sPa??=-3100179.0μ

服從牛頓定律的最小顆粒直徑：1000Re==μstpduλ

同時()λ

λλλgddus

sst-==74.11000μ3-13某懸浮液在以過濾面積為2500cm的恒壓壓濾機內進行試驗，所用真空度為mmHg500柱，在十分鐘內獲得濾液為ml500，求過濾常數K及k。（濾餅不可壓縮，濾布阻力不計）

解：因濾布阻力不計，則過濾常數為

又濾餅不可壓縮，則

3-14某板框壓濾機在恒壓過濾一小時后，共獲得濾液311m，停止過濾后用33m清水（其黏度與濾液相同）于同樣壓力下對濾餅進行洗滌。設濾布阻力可忽略，求洗滌時間。

解：因洗滌水黏度與濾液黏度相同，洗滌壓差也與過濾壓差相同，且濾布阻力可忽略，則洗滌時間為

3-15用一板框壓濾機在恒壓下過濾某一懸浮液，要求經過三個小時能獲得34m濾液，若已知過濾常數hmK/1048.123-?=，濾布阻力略不計，若濾框尺寸為mmmmmm3010001000??，則需要濾框和濾板各幾塊。

解：濾布阻力忽略不計時恒壓過濾方程

故過濾面積230.6031048.