化工原理第三章机械分离习题

第三章 机械 分离习题 习题 1： 球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历 _和 _两个阶段。 沉降速度是指 _阶段，颗粒相对于流体的运动速度。 加速运动 等速运动 等速运动 （每个空 1 分，共 3 分） 习题 2： 在 层 留区，球形颗粒的沉降速度_次方成正比；而在湍流区，_次方成正比。 2 1/2 （每个空 1 分，共 2 分 ） 习题 3： 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是 _；而气体的流动应控制在 _流型。 气体在室内的停留时间 应 颗粒的沉降时间t。 (2 分 ) 层 流 （ 1 分） （共 3 分） 习题 4： 在规定的沉降速度条件下，降尘室的生产能力只取决于 _而与其 _无关。 降尘室底面积 (2 分 ) 高度 （ 1 分） （共 3 分） 习题 5： 除去气流中尘粒的设备类型有 _、 _、 _等。 降尘室 惯性除尘 旋风分离器 （每个空 1 分，共 3 分） 习题 6： 过滤常数 K 是由 _及 _决定的常数；而介质常数反映 _的常数。 物料特定 过滤压强差 过滤介质阻力大小 （每个空 1 分，共 3 分） 习题 7： 工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有 _与 _；吸滤型连续操作过滤机有 _。 板框压滤机 加压叶滤机 转筒真空过滤机 （每个空 1 分，共 3 分） 习题 8： 根据分离方式（或功能），离心机可分为 _、 _和 _三种基本类型 ；而据分离因数的大小，离心机可分为 _、 _和_。 过滤式 沉降式 分离式 常速离心机 高速离心机 超高速离心机 （每个空 1 分，共 6 分） 习题 9： 过滤操作有 _和 _两种典型方式。 恒压过滤 恒速过滤 （每个空 1 分，共 2 分） 习题 11： 含尘气体通过长 4m，宽 3m，高 1知颗粒的沉降速度为 s，则降尘室的生产能力为（ ）。 （ A） 3m3/s （ B） 1m3/s （ C） s （ D） 6m3/s (A) （ 2 分） 习题 12： 某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（）。 （ A）增加一倍 （ B）为原来的 1/2 （ C）不变 （ D）不确定 (C) （ 2 分） 习题 13： 粒径分别为 16m和 8m的两 种颗粒在同一旋风分离器中沉降，沉降在 层 流区，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（）。 （ A） 2 （ B） 4 （ C） 1 （ D） 1/2 (B) （ 2 分） 习题 14： 以下表达式中正确的是（）。 （ A） 过滤速率与过滤面积 A 的平方成正比 （ B） 过滤速率与过滤面积 A 成正比 （ C） 过滤速率与所得滤液体积 V 成正比 （ D） 过滤速率与虚拟滤液体积(A) （ 2 分） 习题 15： 在转筒真空过滤机上过滤某种悬浮液，若将转筒转速 n 提高一倍，其他条件保持不变，则生产能力将为原来的（）。 （ A） 2 倍 （ B） 2 倍 （ C） 4 倍 （ D） 1/2 (B) （ 2 分） 习题 16： 球形颗粒在静止流体中自由沉降，当在 10-4 时，沉降速度计算。 （ A）斯托克斯公式 （ B）艾仑公式 （ C）牛顿公式 (A) （ 2 分） 习题 18： 过滤操作属于定态操作。（ ） ( ) （ 1 分） 习题 19： 粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数。（ ） ( ) （ 1 分） 习题 21： 提高离心机分离因数本途径是增加转鼓的转速。（ ） ( ) （ 1 分） 习题 22： 在降尘室里，颗粒可被分离的必要条件是颗粒的沉降时间t应大于或等于气体在室内的停留时间 。（ ） ( ) （ 1 分） 习题 24： 连续过滤机中进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机中也多为恒压过滤。（ ） ( ) （ 1 分） 习题 25： 球形颗粒在静止流体中作重力沉降时 都受到哪些力的作用？它们的作用方向如何？ 答：球形颗粒在静止流体中作重力沉降时，将受到三个力的作用，即重力、浮力与阻力。 （ 2 分） 作用方向是重力向下，其余两个力向上。（ 2 分） （共 4 分） 习题 26： 简 单 评价旋风分离器性能的主要指标。 答：在满足气体处理量（即生产能力）的前提下，评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离效率及气体经过旋风分离器的压强降。（ 3 分） 习题 27： 影响旋风分离器性能最主要的因素可归纳为哪两大类？为什么工业上广泛采用旋风分离器组操作？ 答：影响旋风分离器性能的因素是多方面的，其中最主要的因素可归纳为物系性质与操作条件两大类。（ 2 分） 因为对于同一结构型式的旋风分离器来说，减少尺寸有利于分离，所以当气体处理量很大，又要求较高的分离效果时，常采用旋风分离器组操作。 （ 3 分） （共 5 分） 习题 28： 简述选择旋风分离器的主要依据。 答案与评分标准 答：主要依据有三个方面： （ 1）含尘气体的处理量（或生产能力）（ 1 分） （ 2） 允许的压强降。（ 1 分） （ 3）要求达到的分离效率。（ 1 分） （共 3 分） 习题 29： 简述何谓 饼层过滤？其适用何种悬浮液？ 答：饼层过滤是指固体物质沉降于过滤介质表面而形成滤饼层的操作。 （ 2 分） 它适用于处理固体含量较高（固相体积分数约在 1%以上）的悬浮液。（ 2 分） （共 4 分） 习题 31： 简述工业上对过滤介质的要求及常用的过滤介质种类。 答：对过滤介质的要求是：它应具有流动阻力小和足够的机械强度，同时还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。（ 3 分） 种类有：织物介质、堆积介质、多孔固体介质及多孔膜。（ 2 分） （共 5 分） 习题 32： 简述提高连续过滤机生产能力的措施。 答：措施有：适当提高转速 n 和浸没度 ，加大过滤常数 K (增大真空度或降低滤液粘度 )等。 （每个措施 1 分，共 3 分） 习题 33： 何谓过滤机的生产能力？写出间歇过滤机生产能力的计算式。 答：过滤机的生产能力通常是指单位时间内获得的滤液量，也有按滤饼产量或滤饼中固体物料的产量来计算的。（ 3 分） 过滤机生产能力 Q 的计算式： /3 6 0 0/3 6 0 0 (2 分 ) （共 5 分） 习题 34： 用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为 钢球在此液体内沉降 200 需的时间为 s ,已知钢球的密度为 7900 3/液体的密度为 1300 3/试计算液体的粘度。 解：（ 1）钢球的沉降速度 2 7 3 0 02 0 0 （ 1 分） （ 2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算： 18)(2 3007900()8 )( 232 （ 3 分） （ 3）核算流型： 10 4 2 4 0 00 2 7 3 故假设成立，求出的 有效。（ 2 分） 现有密度为 8010kg/径 钢球置于密度为 980 kg/某液体中，盛放液体的玻璃管内径为 20得小球的沉降速度为 s，试验温度为 20，试计算此时液体的粘度。 测量是在距液面高度 1/3 的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径 d 与容器直径 D 之比 d/D 诺数在斯托克 斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正： 中 ut 为颗粒的实际沉降速度； 斯托克斯定律区的计算值。 解： 32 3 108102 33 =10 3m/s 按式 3得 ts u =s 校核颗 粒雷诺数 33 6 8 2 上述计算有效。 习题 35： 密度为 1850 3/固体颗粒，在 50和 20水中，按斯托克斯定律作自由沉降时，（ 1）它们沉降速度的比值是多少？（ 2）若微粒直径增加一倍在同温度水中作自由沉降时，此时沉降速度的比值又为多少？ 解：（ 1）由附录查出有关温度下水的性质： 20时，密度 =998 3/粘度 =10a s （ 1 分） 50时， =998 3/ =10a s （ 1 分） 881850(881850(18)(18)（ 3 分） （ 2）此 时， d=2d， s， ， 均相同；据18)(2 可得： 418)(18)(2(22/ （ 3 分） 习题 36： 拟采用底面积为 14 2m 的降沉室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。操作条件下气体的密度为 ，粘度为 10s；固体的密度为3000 3/要求生产能力为 2.0 ，求理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 。 解：（ 1）在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度 （ 1 分）（ 2） 假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求 （ 3 分） )( 18 62/152/1m i n （ 3 分） 校核沉降流型 11 9 6 2 6m i n 故原假设正确，求出的 效。 （ 2 分） 习题 37： 若铅微粒（1s=7800 3/ 和石英微粒（2s=2600 3/以同一沉降速度在（ 1）空气中（ 2）水中作自由沉降，假设沉降在滞流区。分别求它们的直径之比。取水的密度为 1000 3/ 答案与评分标准 解：（ 1）在空气中作自由沉降，由于 空气 s 故 空气 可略， 即s- 空气 s由斯托克斯公式可得 空空（ 1 分）设铅微粒下标为 1，石英微粒下 标为 2。可得： 0 07 8 0 0空空（ 3 分） （ 2）在水中作自由沉降，可得： 0 02 6 0 01 0 0 07 8 0 0水水水水水水）（）（ （ 3 分） 习题 38： 用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为 8 m ，密度为4000 3/降尘室内长 4.1 m ，宽 高 气体温度为 427，粘度为 10s， 密度为 ，若每小时的炉气量为 2160 标准 3m 。试求降尘室内的隔板间距及层数。 答案与评分标准 解：（ 1）操作条件下炉气处理量为： 272733 6 002 1 60s 3 （ 2 分） （ 2）假设沉降在滞流区，可求出 0 0()108(18 )(5262t （ 2 分） 而气体水平通过速度 (（ 1 分） （ 3）层数 n （ 2 分） （ 4）隔板间距 h 1( 可得： h （ 1 分） （ 5）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区 536 在滞流区 （ 1 分） 故降尘室计算合理，结果有效。（ 1 分） 习题 39： 采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产 能力为 径 D 为 宜的进口气速为 20m/s。炉气的密度为 度为 10s（操作条件下的），固相 密度为 3000kg/（ 1）需要几个旋风分离器并联操作；（ 2） 临界粒径 3）分割直径 4）压强降 P。 答案与评分标准 解：对于标准型旋风分离器， h=D/2， B=D/4， ， =8 （教材上册 （ 1） 并联旋风分离器数 n： 单台旋风分离器的生产能力为： ( =h B ui=2() 20=s（ 2 分） n=( = （ 1 分） （ 2）求临界粒径 =D/4=，代入下式： 5 （ 2 分） （ 3）分割直径 550 （ 2 分） （ 4）压强降 P i 1 2 0 02 )20( （ 2 分） 习题 40： 某淀粉厂的气流干燥器 每小时送出 10000有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过 1250选择合适的型号。 答案与评分标准 解：题中已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由其生产能力表中来选。题中热空气的允许压强降为 1250要进行校正。 5 0 5 （ 2 分） 从教材上册 3查出 5 号扩散式旋风分离器（直径为 D=525 1570压强降下操作时，生产能力为 5000m3/0000m3/采用两台并联。（也可采取其他的同样合理的选择）（ 4 分） 习题 41： 在恒定压差下用尺寸为 的一个滤框（过滤面积为 某悬浮液进行过滤。已测出过滤常数 104 26 滤饼体积与滤液体积之比为 介质阻力可略，求 1、当滤框充满滤饼时可得多少滤液？ 2、所需过滤时间 。 答案与评分标准 求滤液量 V 滤饼体积： 30 1 0 （ 2 分） 题给 滤液体积： 31 0 s （ 2 分） 求过滤时间 当介质阻力可略时， 22 （ 1 分） 04 )26 222 （ 3 分） 习题 42： 用板框压滤机在 104压差下过滤某种水悬浮液。要求每小时处理料浆 8测的 1液可得滤饼 滤方程式为： 242 105 （ 单位为 s）求过滤面积 A 恒压过滤 常数 K、 e 答案与评分标准 过滤面积 A 由题给： 32 7 8)1/( （ 3 分） 代入题给过滤方程： 2242 解出： A=3 分） 求过滤常数 K、 e 把题给过滤方程与恒压过滤方程 22 2 相比较，可得 K=5 10s； 2 故 （ 2 分） e/A= 23 /.0 1 分） 5105 )0 8 6 4 22 （ 1 分） 习题 43： 某板框式压滤机，在表压为 2 103以恒压操作方式过滤某悬浮液， 2 小时后得滤液 10滤介质阻力可略，求若操作时间缩短为 1 小时，其他情况不变，可得多少滤液？ 若表压加倍，滤饼不可压缩， 2 小时可得多少滤液？ 答案与评分标准 介质阻力可略时，有 22 的恒压过滤方程式，题给,2 21 其他情况不变，悬浮液不 变， p 不变，则有： 22221221 ; K、 A 不变，故有： 31212122122 （ 2 分） 因 p 改变，恒压过滤方程为： 22 2 （ 1 分） 而 11221 2 22222 2 21 K、 A 不变（ 1 分） 可得： 3331212122122 （ 2 分） 习题 44： 某板框式压滤机的过滤面积为 压差 下以恒压操作过滤一种悬浮液， 2 小时后得滤液 4质阻力可略，滤饼不可压缩，求：若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？若在原压差下过滤 2 小时后用 多长洗涤时间？ 答案与评分标准 原工况下的过滤常数 K 为：（介质阻力可略） )( 222 222 （ 2 分） 过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量： 3222 0 02)K( （ 2 分） 求洗涤时间w 对于板框压滤机，)(8)(2（ 2 分） 因介质阻力可略，故 ,题给 入后可得： （ 2 分） 习题 45： 用板框式压滤机在 105压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为 35 26个 框。现已测得操作条件下的过滤常数 K=10s， 1液可得滤饼 ： 滤饼充满滤框所需的过滤时间。若洗涤时间为 批操作的辅助时间为 15过滤机的生产能力为多少？ 答案与评分标准 过滤时间 过滤面积为： 22 3 （ 1 分） 滤饼体积为： 32 2 6 3 （ 1 分） 滤液体积为： 62.0 s （ 1 分） 而 q=V/A= （ 1 分） 过滤时间 sK e 3 7 0 2 2 422 （ 2 分） 生产能力 Q 操作周期 T=Q+D=3700+3600+15 60=7455s （ 1 分） Q /（ 1 分） 习题 46： 现用一台 转筒真空过滤机（转鼓直径为 度 滤面积 5没角 120o）在 空度下过滤某种悬浮液。已知过滤常数K=10s，每获得 1液可得 饼，过滤介质阻力忽略，滤饼不可压缩，转鼓转速为 1r/过滤机的生产能力及转筒表面的滤饼厚度。 答案与评分标准 （ 1） 生产能力 Q 转筒过滤面积 （ 1 分） 转筒浸没度31360120 （ 1 分） 介质阻力可忽略时，可用下式计算 Q： Q 54 6 5 26 （ 2 分） （ 2）求滤饼厚度 L 转筒每转一周获得的滤液量为： 305 （ 1 分） 30 3 6 0 4 6 7.0 （ 1 分） 厚度 s （ 1 分） 习题 47： 密度为 2400Kg/球形粒子在 20的空气中作自由沉降。 求服从斯托克斯定律的最大颗粒直径；服从牛顿定律的最小颗粒直径。已查出 20空气的密度为 度为 案与评分标准 服从斯托克斯定律的最大颗粒直径，服从滞流沉降区的上限值 K= （ 1 分） 由 312m a x)( s 可得 3125312 （ ） 服从牛顿定律的最小颗粒直径 ,服从牛顿定律的下限值 K=（ 1 分） 同理可得： 3125 （ ） 习题 48： 拟在 103恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻 1010 1/饼体积与滤液体积之比 v 为 液的粘度 过滤介质阻力可略，求：（ 1）每平方米过滤面积上获得 ，（ 2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？ 答案与评分标准 解：（ 1）求 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量 q = 1 分） 求 K， 题给 滤饼为不可压缩，则 S=0， r = r=常数，代入已知量则： S /3103 311 (3分 ) 求 当过滤介质可略时， q2=有 0 22 （ ） 过滤时间加倍时，增加的滤液量 1 65 0 822 （ 1 分） 233 / （ ） 增加的滤液量为： 23 / 即每平方米过滤面积上将再得 液。 （ 2 分） 习题 49： 拟用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。已选定分离器直径 D=相密度为 3000Kg/相密度为 g