历年成人高考《物理化学.pdf

化工原理化工原理 第三章第三章 机械分离机械分离 复习题复习题 一 填空题 1 2 分 悬浮液属液态非均相物系 其中分散相是指 分散介质是指 2 3 分 悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下 沿重力方向作自由沿降时 会受到 三个力 的作用 当此三个力的 时 微粒即作匀速沉降运动 此时微粒相对于流体的运动速度 称为 3 2 分 沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒 在 力或 力的作用下 沿受力方向发生 运动而 从而与流体分离的过程 4 3 分 气体的净制按操作原理可分为 旋风分离器属 5 2 分 过滤是一种分离悬浮在 的操作 6 2 分 悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 7 2 分 过滤阻力由两方面因素决定 一方面是滤液本身的性质 即其 另一方面是滤渣层本身的性 质 即 8 3 分 某板框压滤机的框的尺寸为 长 宽 厚 810 810 25 mm 若该机有 10 块框 其过 滤面积约为 m 2 9 3 分 转鼓真空过滤机 转鼓每旋转一周 过滤面积 的任一部分都顺次经 历 等五个阶段 10 3 分 离心分离因数是指 为了提高离心机的分离效率 通常使离 心机的 增高 而将它的 减少 答案 1 固体微粒 包围在微粒周围的液体 2 重力 阻力 浮力 代数和为零 沉降速度 3 重 离心 沉积 4 重力沉降 离心沉降 过滤 离心沉降 5 液体或气体中固体微粒 6 在滤饼中形成骨架 使滤渣疏松 孔隙率加大 滤液得以畅流 7 L 8 13 12 9 过滤 吸干 洗涤 吹松 卸渣 10 物料在离心力场中所受的离心力与重力之比 转速 直径适当 二 选择题 1 2 分 欲提高降尘宝的生产能力 主要的措施是 A 提高降尘宝的高度 B 延长沉降时间 C 增大沉降面积 2 2 分 为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度 应采用 的转鼓 A 高转速 大直径 B 高转速 小直径 C 低转速 大直径 D 低转速 小直径 3 2 分 旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的 粒径 A 最小 B 最大 C 平均 4 2 分 要使微粒从气流中除去的条件 必须使微粒在降尘室内的停留时间 微粒的沉降时间 A B C D 5 2 分 板框过滤机采用横穿法洗涤滤渣时 若洗涤压差等于最终过滤压差 洗涤液粘度等于滤液粘度 则其洗 涤速率为过滤终了速率的 倍 A 1 B 0 5 C 0 25 答案 C B A A C 三 问答题 1 8 分 为什么旋风分离器的直径 D 不宜太大 当处理的含尘气体量大时 采用旋风分高器除尘 要达到工业 要求的分离效果 应采取什么措施 2 8 分 为什么板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一倍 1 答案 旋风分离器的临界直径 d 9 B N u0 0 5 可见 D 时 B 也 B D 4 此时 d 也 则分离效率 为提高分离效率 不宜采用 D 太大的分离器 为果气体处理大时 可采用几个小直径的旋风分离器并联 操作 这样则可达到要求的分离效果 2 答案 由于洗涤液通过两层过滤介质和整层滤渣层的厚度 而过滤终了时滤液只通过一层过滤介质和滤渣层厚 度的一半 即洗涤液流动距离比滤液长 1 倍 其阻力也就大 1 倍 故 dv dq w 就慢了 0 5 倍 又因洗涤液的流通 面积此滤液的流通面积少 1 倍 这样 dv dq w 又慢了 0 5 基于上述两个原因 故当洗涤压差与过滤终了时压差 相同时 且洗涤液的粘度与滤液粘度相近时 则 dV d w 1 4 dV d 四 计算题 1 16 分 某厂准备建一个降尘室来净化常压 温度为 40 的含尘空气流 气体进入降尘室的流速保持在 0 15m s 而微粒在室内的沉降速度为 0 025m s 现依厂房面积分配 降尘室只允许做成宽为 3m 高为 2m 问 1 降尘室 的最小长度应为多少 m 2 降尘室的最大生产能力为多少标准 m 3 h 3 若因厂房面积有限 降尘室的长度 仅允许为你计算的最小长度的一半 你认为应采取计什么措施来完成此净制任务 2 16 分 用一板框压滤机在 147 1kN m 2 表压 下恒压过滤某悬浮液 要求在 1 5 小时内获得 4m3的滤液 若 过滤介质阻力忽略 滤渣为不可压缩 并测得过滤常数 K 1 6 10 5m2 s 问 1 需要过滤面积多少 m2 2 若选 用滤框尺寸 长 宽 厚 635 635 25mm 需滤框多少块 3 过滤完毕 用清水在与过滤压力相同的情况下洗 涤 30 分钟 洗水的消耗量为多少 m 3 4 若把压力加倍 其它情况不变过滤 1 5 小时 可得滤液多少 m3 3 16 分 用一板框压滤机在 147 1kN m 2 表压 下恒压过滤某悬浮液 要求在 2 小时内得滤液 8m3 若过滤介 质阻力可忽略 滤渣不可压缩 过滤常数 K 1 65 10 5m2 s 问 1 现有一板框压滤机 滤框的规格为长 宽 厚 810 810 25mm 共框 18 块 是否合用 忽略角孔占去面积 2 过滤完毕 用清水 0 25m 3在与过滤相同 压力下进行洗涤 问洗涤用了多少时间 4 18 分 某厂用一台规格为 635 635 25mm 板框压滤机 共 25 个框 来恒压过滤某悬浮液 经过滤 52min 后 再用清水洗涤滤渣 洗水温度 压力与过滤时相同 而其体积为滤液体积的 8 又已知卸渣 清理和装合等辅助时 间为 30min 过滤常数 K 1 7 10 5 m2 s 试求不考滤过滤介质阻力时 该机的生产能力为多少滤液 m3 h 5 20 分 在实验室用一片过滤面积为 0 1m 2的滤叶对某种颗粒在水中悬浮液进行试验 过滤压强差为 67kN m2 过滤 5 分钟后得滤液 1 升 又过滤 5 分钟得滤液 0 6 升 若再过滤 5 分钟 可再得滤液若干升 答案 1 1 求最小长度 L L ut H u0 L utH u0 0 15 2 0 025 12m 2 最大生产能力 V标 V实 A0u0 Lbu0 12 3 0 025 0 9m 3 s 3240m3 h V 标 V实T标 T实 3240 273 40 273 2826m 3 h 3 若 L 只能为原来的 0 5 时 为完成同样的生产任务 可在降尘室中间加一隔板 2 1 求过滤面积 V 2 KA2 A V 1 K 0 5 4 1 1 6 10 5 1 5 3600 0 5 13 6m2 2 求框数 13 6 0 635 0 635 2 17 块 3 求洗水量 dV d W V 8 4 8 1 5 0 33m 3 h V W dV d W W 0 33 30 60 0 17m 3 4 求滤液量 K2 K1 P2 P1 2 V2 V1 2 1 5 4 2 1 5 5 66 m3 3 1 现有板框压滤机面积是否够用 V实 0 81 0 81 18 2 23 62m 3 V2 KA2 A 计 V 1 K 0 5 8 1 1 65 10 5 2 3600 0 5 23 2 m3 A实 A计 可满足要求 2 求 W dV d W 1 4 dV dq V 8 8 8 2 0 5m 3 h W VW dV d W 0 25 0 5 0 5h 4 1 过滤 52min 时的滤液量 A 0 635 0 635 25 2 20 16m 2 V2 KA2 1 7 10 5 20 16 2 52 60 215 57 V 14 68m3 2 dV d W 1 4 dV d V 8q 14 68 8 52 0 0353m 3 min W VW dV d W 0 08 14 68 0 0353 33 27min 3 过滤机的生产能力 总 52 33 27 30 115 27min 生产能力 14 68 115 27 60 7 64m 3 h 5 为要了解滤液量随过滤时间而变化的关系 需先求出恒压下的过滤常数 K 及 qe 恒压过滤方程式亦可写成如下 形式 即 q 2 2q eq K 将已测得的两组数据代入上式 即 1 10 3 0 1 2 2q e 1 10 3 0 1 K 5 60 及 1 6 10 3 0 1 2 2q e 1 6 10 3 0 1 K 10 60 解此方程组得 qe 7 10 3m K 8 10 m2 s 则 p 67KN m 2时的过滤方程式为 q2 2 7 10 q 8 10 7 将 5 5 5 60 900s 代入上式 即 q 2 2 7 10 3q 8 10 6 900 解得 q 2 1 10 2m V 2 1 10 2 0 1 2 1 10 3m3 2 1 升 由此可知 若再过滤 5 分钟 可再得滤液量为 2 1 1 0 6 0 5 升 第三章第三章 一 填空题 1 某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律 若在水中的沉降速度为 u1 在空气中为 u2 则 u1 u2 若在热空气中的 沉降速度为 u3 冷空气中为 u4 则 u3 u4 2 用降尘室除去烟气中的尘粒 因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升 若气体质量流量不变 含尘情况不变 降尘室出口气体含尘量将 上升 下降 不变 导致此变化的原因是 1 2 3 含尘气体在降尘室中除尘 当气体压强增加 而气体温度 质量流量均不变时 颗粒的沉降速度 气体的体积流量 气体停留时间 可 100 除去的最小粒径min d 增大 减小 不变 4 一般而言 同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为 P1 总效率为1 h 通过细长型旋风分离器时 压降为 P2 总效率为2 h 则 P1 P2 1 h 2 h 5 某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液 滤框充满滤饼所需过滤时间为 试推算下列情况下的过滤时间t 为原 来过滤时间 的倍数 1 0 s 压差提高一倍 其他条件不变 t 2 5 0 s 压差提高一倍 其他条件不变 t 3 1 s 压差提高一倍 其他条件不变 t 6 某旋风分离器的分离因数 k 100 旋转半径 R 0 3m 则切向速度 ut m s 7 对板框式过滤机 洗涤面积 W A 和过滤面积A的定量关系为 洗水走过的距离 w L 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 W d dV q 和终了时的过滤速率 E d dV q 的定量关系为 8 转筒真空过滤机 转速越大 则生产能力就越 每转一周所获得的滤液量就越 形成的滤饼厚度 越 过滤阻力越 9 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 mm 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 s 10 恒压过滤时 过滤面积不变 当滤液粘度增加时 在相同过滤时间内 过滤常数 将变 滤液体积将变 1 答 m rr 18 2 s t gd u 因为水的粘度大于空气的粘度 所以21 uu 热空气的粘度大于冷空气的粘度 所以 43 uu 2 答 上升 原因 粘度上升 尘降速度下降 体积流量上升 停留时间减少 3 答 减小 减小 增大 减小 压强增加 气体的密度增大 故沉降速度减小 压强增 加 p nRT V 所以气体的体积流量减小 气体的停留时间 AV L u L t s 气体体积流量减小 故停留时间变 大 最小粒径在斯托克斯区 18 min rr m s t g u d 沉降速度下降 故最小粒径减小 4 答 小于 小于 5 答 0 5 0 707 1 s p D 1 1t 可得上述结果 6 答 17 1m s 7 答案 AAw 2 1 LLw2 W d dV q E d dV 4 1 q 8 答案 大 少 薄 小 分析 由转筒真空过滤机的生产能力 nKQj465 忽略介质阻力 9 理由 1 最大生产能力 smV 375 101 05 2511 3 最大流速 或 smu uu H u L 5 0 01 0 1 05 0 粘度增加 故 K 变小 22 ee KAVVqq 滤液体积减小 10 答 小 小 二 选择题 以下说法正确的是 过滤速率与过滤面积成正比 过滤速率与过滤面积的平方成正比 过滤速率与滤液体积成正比 过滤速率与滤布阻力成正比 用板框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 8m3 若再过滤 20min 可再得滤 液 8m3 4m3 3 3m3 11 3m3 含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降 理论上完全除去的粒子最小粒径为 30 m 现气体的额处理量 增大 1 倍 则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 A 2 30 m B 1 2 30 m C 30 m D 21 2 30 m 下面哪个是过滤的推动力 液体经过过滤机的压强降 滤饼两侧的压差 介质两侧的压差 介质两侧的压差加上滤饼两侧的压差 恒压过滤时 当过滤时间增加 倍则过滤速率为原来的 介质阻力可忽略 滤饼不可压缩 A 21 2倍 B 2 1 2 倍 C 2 倍 D 1 2 倍 6 降尘室的生产能力取决于 降尘面积和降尘室高度 沉降面积和能 100 除去的最小颗粒的沉降速度 降尘室长度和能 100 除去的最小颗粒的沉降速度 降尘室的宽度和长度 7 对标准旋风分离器系列 下列说法哪一个是正确的 A 尺寸大 则处理量大 但压降大 B 尺寸大 则分离效率高 但压降小 C 尺寸小 则处理量小 但分离效率高 D 尺寸小 则分离效率差 但压降大 nmr p kpkK s D D 2 1 sm bH V u 5 0 5 21 1 375 1 rx rr 3 4 s t dg u 8 设降尘室的长 宽 高分别为 L S H 单位均为 m 颗粒的沉降速度为 ut m s 气体的体积流量为 Vs 则颗粒能在降尘室分离的条件是 A H ut LbH Vs B H ut LbH Vs C L ut LbH Vs D L ut LbH Vs 9 下列说法中正确的是 A 离心沉降速度 ur和重力沉降速度 ut是恒定的 B 离心沉降速度 ur和重力沉降速度 ut不是恒定的 C 离心沉降速度 ur不是恒定值 而重力沉降速度 ut是恒定值 D 离心沉降速度 ur是恒定值 而重力沉降速度 ut不是恒定值 10 欲对含尘气体进行气固分离 若气体的处理量较大时 应 可获得较好的分离效果 A 采用一个尺寸较大的旋风分离器 B 采用多个尺寸较小的旋风分离器串联 C 采用多个尺寸较小的旋风分离器并联 D 不用旋风分离器 该用其它分离设备 1 答案 B 分析 可由过滤基本方程直接求得 2 2 e VV KA d dV q 2 答案 C 分析 由恒压过滤方程 q 22 2KAVVeV 由题知 0 Ve 则有 q 22 KAV 将 min20 1 q 3 1 8mV 代入 得 20 82 2 KA 则 min40 2 q 时 3 2 2 2 3 1140 20 8 mKAV q 则 3 12 3 38 3 11mVV 应注意恒压过滤方程中V q是指从初始 起点0 态计得的累积量 3 答案 D 分析 降尘室最大处理量s V 与能被完全除去最小颗粒的沉降速度t u 有以下关系 tS AuV 由 m rr 18 2 gd u s t 故 s s s V A V g d 18 min rr m 4 答 D 5 答案 B 分析 恒压过滤方程为 qKqqq e 2 2 a 过滤基本方程为 2 e qq K d dq q b 将 0 e q 代入两式 然后再将 a 代入 b 有 6 答 B 7 答 C 8 答 B 9 答案 C 分析 离心沉降速度 ur随颗粒在离心力场中的位置 R 而变 而重力沉降速度 ut与位置无关 因为 度 它是一个变量 与位置有关 而决定 ut的是加速度 g 它是一常量 决定 ur的是离心加速 10 答 C 三 计算题 用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液 测得过滤方程式为 V2 V 5 10 5A2 求 1 在 30min 内获得 5m3滤液 需要边框尺寸为 635mm 635mm 25mm 的滤框若干个 过滤常数 K qe e R uT 2 qq q 1 2 K K d dq 2 实验室用一片过滤面积为0 1m2的滤叶对某种悬浮液进行实验 滤叶内部真空度为8 104Pa 测出qe为0 01m3 m2 e 为 20s 且知每获 1 升滤液 便在滤叶表面积累 1mm 厚的滤渣 今选用板框过滤机在 3 2 105Pa 的表压下过滤 该悬浮液 所用过滤介质与实验相同 该压滤机滤框为正方形 其边长为 810mm 框厚为 42mm 共 20 个框 滤 饼不可压缩 试求 滤框完全充满滤饼所需的过滤时间 若滤饼洗涤与装卸时间为 0 5h 求以滤液体积计的生产能力 3 某板框压滤机的过滤面积为 0 6m2 在恒压下过滤某悬浮液 3 小时后得滤液 60m3 若滤饼不可压缩 且过滤介 质可忽略不计 试求 若其他条件不变 过滤面积加倍 可得多少滤液 若其他条件不变 过滤时间缩短 1 5h 可得多少滤液 若其他条件不变 过滤的压差加倍 可得多少滤液 若在原表压下过滤 3h 用 4m3的水洗涤滤饼需多长时间 设滤液与水的性质相近 4 用小型板框压滤机对某悬浮液进行恒压过滤试验 过滤压强差为 150kPa 测得过滤常数 k 2 5 10 4m2 s qe 0 02m3 m2 今拟用一转筒真空过滤机过滤该悬浮液 过滤介质与试验时相同 操作真空度为 60kPa 转速为 0 5r min 转筒的浸没度为 1 3 若要求转筒真空过滤机的生产能力为 5m3滤液 h 试求转筒真空过滤机的过滤面积 已知滤饼不可压缩 1 解 1 所需滤框数 由已知的过滤时间和相应的滤液体积 利用恒压过滤方程求过滤面积 再由滤框尺寸确定所需的滤框数 将有关 数据代入恒压过滤方程式并整理得到 2 5 2 5 2 26 18 6030105 55 105 m VV A q 又 nA 2 635 02 64 22635 02 26 18635 02 22 An 实取 23 个框 则实际过滤面积为 22 55 1823635 02mA 2 过滤常数 K qe 及 e 根据恒压过滤方程式确定过滤常数 K Ve 恒压过滤方程式 q 22 2KAVVV e 与题给恒压过滤方程相比可得 smK 105 25 12 e V 3 5 0 mVe 23 027 055 18 5 0 mmAVq ee sKqe e 6 14105 027 0 522 q 2 解 1 滤框完全充满滤饼所需的过滤时间 过滤面积 222 24 262081 022mnlA 滤饼体积 222 551 020042 081 0mbnlVc 滤液滤饼 33 1