化工原理第三章题库

沉降与过滤一章习题及答案

一、选择题

3

1、 一密度为7800 kg/m 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、含尘气体在降尘室内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(直径范围) 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

2

A. 过滤速率与A(过滤面积) 成正比; B. 过滤速率与A 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

来的1.5倍

15、过滤推动力一般是指 。 B

倍; D. 增大至原

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

3

4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m /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

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12μm ，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C 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，q e 为V e /A，V e 为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为V e 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，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m 。烟气温度为150℃，沉降室烟气流量12500m 3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： u 0 = 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u 0ρ烟气/μ烟气

= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5)

K

= 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

烟气在沉降室内停留时间：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

-3

= 2.36×10＜1 假设正确

3、直径为30μm 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.

3

μ=1CP ρ=1000kg /m 20℃的水:,

气体的密度为1.2kg/m(有效重量指重力减浮力)

(ρ-ρ气)g

(ρ-ρ水) g =

1.6解: ∵

(ρ-1.2)g

(ρ-1000) g =

1.6∴

3

ρ=2665kg /m s 解得：

3

设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:

d 2(ρs -ρ1) g (30⨯10-6) 2(2665-1000) ⨯9. 81-4

u 01===8. 17⨯10m /s -3

18μ118⨯10

μ校核：

假设正确.

则此颗粒在气体中的沉降速度为

R e 1=

du 01ρ

30⨯10-6⨯8. 17⨯10-4⨯1000==0. 0245

10-3

＜1

u 02=88u 01=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

ρ=3000kg /m 0. 5kg /m s 密度，炉气密度，粘度0.035m Pa ⋅s ，现要除去炉气中10μm

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？

d 2(ρ-ρ) g u =

18μ解：（1）设沉降区为滞流，则

因为

u 0=

ρs >>ρ则

18⨯0.035⨯10-3

=4.67m m /s

(10⨯10-6) 2⨯3000⨯9.81

-3-3

Re 0=

du 0ρ

μ

=

10⨯10

-6

⨯4.67⨯10⨯0.5

0.035⨯10

=6.67⨯10-4

假设正确

由降尘室的分离条件，有

L 4.6⨯10-3⨯6

u =u 0==0.28m /s

H 0.1

-33

（2）V =20A u =20⨯6⨯3⨯4.67⨯10⨯3600=6052.3m /h

-33

V =A u =6⨯3⨯4.67⨯10⨯3600=302.6m /h 0（3）

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5m ，宽3m ，高4m ，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中75μm

3

kg /m 以上的颗粒。已知烟气密度为0.6，粘度为0.03mPa ⋅s ，尘粒密度为

3

kg /m 4300，试求可处理的烟气量。

3-6ρ=4300kg /m d =75⨯10m s 解：

ρ=0. 6kg /m 3μ=0. 03⨯10-3Pa ⋅s

u ==

设沉降区为层流，则 d 2(ρ-ρ) g

18μ

=0.44m /s

18⨯0.03⨯10-3

-6

du ρ75⨯10⨯0.44⨯0.6Re ===0.66

故假设正确

(75⨯10-6) 2(4300-0.6) ⨯9.81

验算

3

q =nu A =20⨯0.44⨯5⨯3=132m /s 总处理量为

6、一降尘室长5m ，宽3m ，高4m ，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中的球形

33ρ=0. 9kg /m m /h 固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000，气体密度，粘

3

ρ=4300kg /m μ=0. 03mPa ⋅s s 度。尘粒密度，试求理论上能100%除去的最小颗粒

直径。

解：降尘室总面积 A =20⨯5⨯3=300m

生产能力的计算式为 q =A u

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

设沉降区为层流，则有

u =

q 36000/3600

==0.033m /s A 300

2

u 0=d

d

2

(ρ-ρ) g 18μ18μu 0(ρ-ρ) g

=

18⨯0. 03⨯10-3⨯0. 033

=2. 06⨯10-5m

(4300-0. 9) ⨯9. 81

=

d

验算Re 0 =

-5

u p 2.06⨯10⨯0.033⨯0.9=0.02

0.03⨯10-3u =

故假设正确

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

33

滤1.5h ，滤饼不需洗涤。已知每获1m 滤液得滤饼0.05m , 操作条件下过滤常数

K=3. 3⨯10-5m 2/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0.6m 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）

3

V =

0. 6

=12m 3

0. 05 Ve =0

22

所以 V =KA θ

V

A=

12

K θ=3. 3⨯10-5⨯1. 5⨯3600=28.43m2 (2) A=n ⨯2⨯1⨯1

A 28. 43n ==

22=14.2 取15个 所以

q =n ⨯1⨯

1⨯δ

0. 6q

δ=

n =15=0.04m 所以

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

32

过滤介质阻力可忽略不计。求：(1)洗涤速率为多少m /（m .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

q 2=Kτ

22

过滤面积 A =5×0.2×2=0.4 m

-332

单位过滤面积上的滤液量 q=V/A=80×10/0.4=0.2 m/m

222

过滤常数 K= q/τ=0.2/2=0.02 m/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

2

因滤饼不可压缩, 所以 K ’=KΔp ’/Δp =2K =2×0.02=0.04 m/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’/K’=q/K=0.2/0.04=1 h

3

生产能力 Q=V’/(τ+τw +τD )=0.08/(1+0.5+0.5)=0.04 m 滤液/h

2

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1m 过滤面积上得到

33

0.197m 的滤液, 再过滤20分钟又得滤液0.09m 。试求共过滤1小时可得总滤液量为若

3

干m .

32

解: 当τ1=20min 时, q1 = 0.197m/m τ2=40min 时, q2 = 0.197+0.09 = 0.287m3/m2

222

代入恒压过滤方程时可得: 0.1972. +2q ⋅0.197=K ⨯200.2872+2q ⋅0.287=K ⨯40

32-3. 2

q =0. 0222m /m , K =2. 38⨯10m /min e 联立解得：

2

q 2(0.0222)τ===0.207m in -3K 2.38⨯10由此

2-3

(q +0. 0222) =2. 38⨯10(60+0. 207) ∴当过滤1小时后, 可得滤液量:

解得: q = 0.356m/m即每m 过滤面积过滤1小时后可得滤液为0.356m

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。原工况下每转一周需时1min ，操作真空度为4.9KPa (500mmHg)，每小时可得滤液60m ，滤饼厚度为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？

22V 解：（1）e = 0 所以V =KA τ

设浸没度为ϕ，转速为n (r/min)

32 23

3

6060

ϕ(s ) (s )

则转筒旋转一周所需时间为n ，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为n

所以

V =A K 60ϕn

Q 2

=Q 1

K 2n 2K 1n 1

故Q = 60nV = 60A

Kn ϕm 3/h 所以

K

n 2=n 11(2) 2=1⨯4. 9(2) 2=3. 1r /min

K 216. 371由题知 S = 0 及K ∝∆p 故

(2) 设滤饼的厚度为δ，则有

n 260A δ2=2n 160An δ1m 3饼/h 所以

δ2=

2n 1δ12⨯1⨯12

==7. 7mm n 23. 1