化工原理 第三章 流体通过颗粒层的流动.doc

第三章 流体通过颗粒层的流动一、基本知识1.下列关于非均相物系的举例及说明中错误的是。 甲：泡沫液，是液气组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。 乙：乳浊液，是液固组成的非均相物质，其中连续相是液体，分散介质是固体。 丙：烟尘气，是气固组成的非均相物质，其中连续相是气体，分散介质是固体。 丁：雾沫气，是气液组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。 甲、乙 乙、丙 丙、丁 丁、甲2.下面论断中正确的有。 单位体积固体颗粒所具有的表面积称为该固体颗粒的比表面积 根据不同方面的等效性(质量等效、体积等效、比表面积等效等)，可以定义不同的当量直径 形状系数是与非球形颗粒体积相等的球的表面积除以非球形颗粒的表面积的商 对于球形颗粒，只要一个参数，即颗粒直径便可惟一地确定其体积、表面积和比表面积 对于非球形颗粒，必须定义两个参数(通常定义体积当量直径和形状系数)才能确定其体积、表面积和比表面积3.下面有关颗粒群论断中正确的是。 在任何颗粒群中，都存在一定的尺寸(粒度)分布 颗粒粒度的测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、电阻变化法、光散射与衍射法、表面积法等 对于大于70m的颗粒，也就是工业固定床经常遇到的情况，常采用一套标准筛进行测量(筛分分析) 筛分使用的标准筛系金属丝网编织而成，各国习用筛的开孔规格各异，常用的泰勒制是以每英寸边长上的孔数为筛号或称目数4.下面有关颗粒群筛分结果论断中正确的有。 筛分结果可用分布函数和频率函数图示 分布函数曲线上对应于某一尺寸dpi的分布函数Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率，而该批颗粒的最大直径dp,max。处，其分布函数Fi的值为1 频率分布曲线上在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积，而频率分布函数曲线下的全部面积等于l 颗粒群的任何一个平均直径都不能全面代替一个分布函数5.颗粒的比表面积和床层的比表面B及床层的空隙率之间的关系式为。B=(1-)/ B=/ =(1-)/B B=)6.将床层空间均匀分成边长等于球形颗粒直径的方格，每一方格放置一颗固体颗粒，现有直径为d和D的两种球形颗粒，按上述规定进行填充，填充高度为lm,则两种颗粒层空隙率之间的关系为。相等 直径大的大 直径小的小 无法比较7.在流体流过固定床内大量细小而密集的固体颗粒时，人们将床层中的不规则网状通道简化成长度为Le，若干个平行的直径为de的圆形细管，这样简化的根据是。流体通过颗粒层的流动多为爬流，单位体积床层所具有的表面积对流动阻力有决定性的作用 以单位流动空间的表面积相等作为准则来保证阻力损失即压降的等效性这一物理模型在压降方面与真实过程是等效的这是在对所研究过程深刻理解的基础上对复杂过程的合理简化8.在对过程的内在规律，特别是过程的特殊性有着深刻的理解的基础上可以建立数学模型，建立数学模型的主要步骤有。ACE ABE ACD BFDA：将复杂的真实过程本身简化成易于用数学方程式描述的物理模型。B：列出影响过程的主要因素。C：对所得物理模型进行数学描述，即建立数学模型。D：采用幂函数方式逼近。E：通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数。F：通过无因次化减少变量数目。9.正确描述表面过滤的论断为。过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定小于被截留的颗粒直径经过过滤初级阶段后形成的滤饼才是真正有效的过滤介质过滤时，固体颗粒并不形成滤饼而是沉积于较厚的过滤介质内部，在惯性和扩散作用下，进入通道的固体颗粒趋向通道壁面并藉静电与表面力附着其上过滤刚开始时，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥形象，同时也有少量颗粒穿过介质而混于滤液中10.描绘助滤剂的正确论断有。采用助滤剂是为改变滤饼结构，增加滤饼刚性和滤饼的空隙率助滤剂应为不可压缩的粉状或纤维状固体。使用时，可将助滤剂混入待滤的悬浮液中一起过滤或预先制备只含助滤剂颗粒的悬浮液并先行过滤(称为预涂)。 助滤剂应能悬浮于料液中；粒子大小有适当的分布，不含可溶性盐类和色素，并具有化学稳定性常使用的助滤剂有硅藻土、纤维素、活性炭、石棉等11.关于表面过滤中滤饼比表面积、滤饼空隙率、滤饼比阻的以下认识正确的是。 甲：滤饼比表面积愈大，滤饼空隙率就愈小，滤液通过滤饼的压降就愈大。 乙：滤饼空隙率愈大，滤饼的比阻就愈小，滤液通过滤饼的速度就愈高。 丙：滤饼比表面积愈小，滤饼的比阻就愈大，滤液通过滤饼的速度就愈低。甲对，其余错 甲、乙对，丙错 乙对，其余错 甲、丙对，乙错12.假定在滤浆与滤渣中，液相与固相各自所占的体积分别与其单独存在时的体积相同，且滤液中不含固相，则获得1m3滤液所生成的滤渣体积V与固相在滤浆及滤渣中所占的体积分率e，es之间的关系式为。 V=es/(es-e) V=e/(es-e) V=e/(e-es) V=es(es-e)13.所给条件如题12中所述，则获得1m3滤液所生成的滤渣体积V与滤浆、滤渣及滤液的密度m、c、的关系为。 V=m/(c-) V=(m-)/(c-m) V=/(c-m) V=(-m)/(c-m)14.过滤速率基本方程式为。 15.下面有一些过滤速率方程式： 上面公式中，属于恒速过滤方程的是 ；属于恒压过滤方程的是 ；属于先恒速后恒压的过滤方程是 。16.若滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩，则如图3-1所示，表示恒速过滤时q-和p-关系的图为 ；表示恒压过滤时q-和p-关系的图为 ；表示先恒速，后恒压时q-和p-关系图为 。 1(a)，(b) (c)，(d) (e)，(f) 2(c)，(d) (a)，(b) (e)，(f) 3(c)，(d) (e)，(f) (a)，(b) 4(e)，(f) (c)，(d) (a)，(b) 17.下列关于过滤介质的当量滤液体积的认识中正确的为。 甲：过滤介质相同，其当量滤液体积就相同。 乙：过滤介质相同，其当量滤液体积可以不同。 丙：过滤介质不同，其当量滤液体积一定不同。 甲对 乙对 丙对 甲、丙对，乙错18.某些过滤操作需要回收滤渣中残留的滤液或除去滤渣中的可溶性杂质，则在过滤操作结束时需用某种液体对滤饼进行洗涤，则洗涤速率为。 常数 变数 无法确定19.如果上题中的过滤操作取消滤饼的洗涤，该过滤机生产能力的增加幅度与原过滤工艺的生产能力之比，将在下列 范围。 不大于25 不大于20 不大于l5 不大于1020.将某回转真空过滤机的转速提高了50，它的生产能力可望提高 (假设过滤介质阻力可略去) 大于50 大于40 大于30 大于20二、填空1.影响流体通过固定床的压降的变量有 和 ；其中影响最大的因素是 。2.固定床内大量细小而密集的固体颗粒对流体的运动提供很大的阻力，这可使流体沿床层截面的速度分布变得 ，并在床层两端造成很大的 。3.流体通过颗粒层的流动多呈 状态，故单位体积床层所具有的表面积对流动阻力起决定作用。4.因次分析法规划实验，决定成败的关键在于能否 。5.数学模型法规划实验，决定成败的关键是 ，其精髓是紧紧抓住过程的 和6.过滤分 和 两种。7.工业上常用的过滤介质有 、 和 等。8.常用的过滤设备有 、 、 、 、 、和 。9.间歇式过滤机一个完整的操作周期中所包括的时间有 、 、 和 。10.加快过滤速率原则上有 、 以及 三种途径。11.在相同操作压强下，加压压滤机的洗涤速率与最终过滤速率之比为。 1 0.5 0.25 0.12512.为获得最大的生产能力，对于间歇操作恒压过滤机，过滤时间F与过滤机的拆装重整时间D的关系一般为。 F=D FD FD F=2D三、计算1.今用12.2g水泥充填成截面积5.Ocm2，厚度为l.5cm的床层，若水泥粉沫的密度p=3120kg/m3,则床层的空隙率为。 0.5 0.8 0.9 0.48 2.某管式固定床反应器的管径为20mm，管内填充直径和高度皆为5mm的催化剂颗粒，填充高度为lm，催化剂密度为2100 kg/m3，填充量为0.36kg，则反应管内的空隙率为。 0.454 0.632 0.546 0.8 3.某固定床反应器的管内填充直径为8mm、高度为6mm的圆柱体催化剂颗粒，填充高度为lm，则催化剂颗粒的比表面积为。 900m2/m3 1200 m2/m3 833.3 m2/m3 602 m2/m3 4.直径为0.1mm球形颗粒状物质悬浮于水中，过滤形成的不可压缩滤饼的空隙率为0.6，则滤饼的比阻r为 l0101/m2。 2.66 1.33 0.756 4.05.每过滤lL固体-水悬浮液可得滤液0.945L。取l00克湿滤饼经烘干称重得知其中含水57.5g，固体颗粒密度为l560kg/m3，则悬浮液中单位体积清水带有的固体质量(kg/m3) 28.O kg/m3 35.4 kg/m3 17.O kg/m3 29.8 kg/m36.叶滤机在压差为49.O5kPa(表压)下恒压过滤某水悬浮液，悬浮液温度为10，过滤1h得滤液10m3，介质阻力可忽略不计，则将悬浮液预热到40，其他条件不变，过滤lh所得滤液为 m3(已知10，水的黏度为1310-3Pas，40时水的黏度为0.6510-3Pas)。 10 20 14.1 28.27.所给条件见题6，现只是增加操作压差，其他条件不变，为使所得滤液加倍，操作压差应为 kPa(设s=0.5)。49.O5 98.1 196.2 784.88.在9.81l03Pa恒定压强下过滤某悬浮液，已知r值为l.333l091/m2，滤饼体积与相应的滤液体积之比为0.333m3/m3，水的黏度为l.010-3 Pas，若过滤介质阻力可略，则每平方米过滤面积上获得l.5m3滤液所需的过滤时间为。 580s 509s 472s 690s 9.在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在0.1 MPa(表压)下20min可在每平方米过滤面积上得到0.197m3的滤液，再过滤20min又得到滤液0.09m3，则共过滤1h可得总滤液量为 m3。10.有一板框过滤机，总过滤面积为lOm2，在1.3105Pa(表压)下进行过滤，2h后得滤液30 m3，滤布介质阻力略去不计。 (1)为了缩短过滤时间，增加板框数目，使总过滤面积增加到15m2，滤液量仍为30m3，问此时过滤时间为 。 (2)若把压力加大到2105Pa(表压)，过滤面积仍为15m2，2h后得滤液50m3，问此时过滤常数K为 。11.某板框式压滤机，在表压2at下以恒压操作方式过滤某悬浮液，2h后得滤液lOm2，过滤介质的阻力可以忽略不计，则： (1)若操作时间缩短为lh，其他情况不变，所得滤液 m3。 (2)若表压加倍，滤饼可压缩：其压缩系数s=0.25，则2h可得滤液 m3。 7.07，13 7.07，14 7，14 3.05，1312.某板框过滤机，在一恒定的操作压差下，过滤某一水悬浮液。经2h后，滤渣刚好充满滤，并得液15m3。它第1h滤出滤液为 m3(过滤介质阻力略而不计)。7.5 10 无法计算13.若将上题中板框过滤机的操作压差降低为原来的l/2，仍旧进行上述水悬浮液的过滤，经2h后，滤饼占据了滤框容积的比例为 (假定滤饼不可压缩)。0.25 0.5 14.同样体积的洗涤液，当洗涤液与滤液黏度相等，操作压强相同时，板框式压滤机的洗涤时间为叶滤机的 倍。0.25 2 3 415.板框压滤机恒压过滤的最终速率为1m3/h，过滤完毕用横穿法(即滤液横穿两层滤布及整个滤饼厚度)洗涤30min，洗涤时的压差和过滤时相同，滤液和洗液均为水，且温度相同，则洗涤速率(dV/d)w= m3/h，需洗液体积Vw= m3。16.某台板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差p=1.5at下，以恒压操作方式过滤一种悬浮液，2h后得滤液40m3，过滤介质阻力可以忽略不计，若在原压差下过滤2h后，用5m3的水洗涤滤渣，需要洗涤时间为 h。l.7 4 8 217.用压滤机以1.5kg/cm2的压强进行恒压过滤，4h得40m3的滤液。当压强加大l倍时，假设过过滤阻力增加20，问4h得滤液为 m3(已知过滤网的阻力系数是以l.5kg/cm2压强过滤完毕时滤渣的阻力系数的0.02倍)。18.BMS50/81025型板框式压滤机的框内空间尺寸为810mm810mm25mm，共38个框，框内实际总容积为0.615m3。现拟用BMS50/81025型板框式压滤机过滤某种悬浮液(滤浆中固相质量分率为13.9，滤饼中水的质量分率为32，每立方米滤饼中含固相ll80kg)，过滤压差为2atm。已知K=2.7210-5m2/s，qe=3.4510-3m，=0.439s，滤布与试验时用的相同，则：(1)过滤至滤框全部充满滤渣所需的时间为 s及所得滤液量为 m3。(2)过滤完后，用lm3清水洗涤滤饼，洗涤水的表压亦为2at，则洗涤时间为 s。19.叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，其累积滤液量与过滤时间之间的关系式为=(q2+0.026q)/0.03，而单位过滤面的生产能力与累积滤液量之间的关系为Q=0.003q/(1.4q2+0.0312q+2.7)，则最佳过滤时间为。600s 560s 720s 655s20.用叶滤机在等压条件下过滤某悬浮液，过滤开始后l0min和20min各获得累积滤液量1.327 m3/m2和1.882m3/m2。所得滤饼需用1/5滤液体积的清水在相同压力下洗涤(洗涤水黏度与滤液黏度相同)，每个操作周期的辅助时间为15min，则每周期的过滤时间为 s时，叶滤机的生产能力最大。21.某间歇操作恒压过滤机的拆装重整时间已测得到48min，倘若滤饼的洗液量按工艺规定为滤液的l/10，如果希望该过滤机的日产量最大，在每一个过滤周期中，过滤与洗涤时间应定为 min(过滤介质阻力可略去)。36 48 60 7222.一回转真空过滤机转鼓面积为3 m2，用来过滤某悬浮液，当转速为0.8min-1，真空度为7.33104pa，介质阻力可略，每小时可得滤液58m3，滤饼不可压缩， 今需过滤的悬浮液增加1倍，真空度提高到8.67104Pa，过滤机转速应为 r/min，所生成滤饼厚度 mm。 1.6，5 2.7，5.9 3.1，6 2.7，4.1 23.密度为1116kg/m3的某种悬浮液，于400mmHg的过滤压强差下作试验，测得过滤常数