化工原理第三章习题及答案

第三章第三章 机械分离机械分离 一 名词解释 每题一 名词解释 每题 2 分 分 1 非均相混合物 物系组成不同 分布不均匀 组分之间有相界面 2 斯托克斯式 r ud u ts r 22 18 3 球形度 s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5 临界直径 dc 离心分离器分离颗粒最小直径 6 过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8 过滤周期 间歇过滤中过滤 洗涤 拆装 清理完成一次过滤所用时间 9 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二 单选择题 每题二 单选择题 每题 2 分 分 1 自由沉降的意思是 颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计 颗粒开始的降落速度为零 没有附加一个初始速度 颗粒在降落的方向上只受重力作用 没有离心力等的作用 颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 D 2 颗粒的沉降速度不是指 等速运动段的颗粒降落的速度 加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 加速运动段结束时颗粒的降落速度 净重力 重力减去浮力 与流体阻力平衡时颗粒的降落速度 B 3 对于恒压过滤 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的 2 倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的 2 倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的 4 倍 D 当介质阻力不计时 滤液体积增大一倍 则过滤时间增大至原来的 4 倍 D 4 恒压过滤时 如介质阻力不计 滤饼不可压缩 过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得 滤液量 增大至原来的 2 倍 增大至原来的 4 倍 增大至原来的倍 增大至原来的 1 5 倍 2 C 5 以下过滤机是连续式过滤机 箱式叶滤机 真空叶滤机 回转真空过滤机 板框压滤机 C 6 过滤推动力一般是指 过滤介质两边的压差 过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差 滤饼两面的压差 液体进出过滤机的压差 B 7 回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时 能自动地进行相应的不同操作 转鼓本身 随转鼓转动的转动盘 与转动盘紧密接触的固定盘 分配头 D 8 非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径 它的表达式为 A dp 6V A 此处 V 为非球形颗粒的体积 A 为非球形颗粒的表面积 B dp 6V 1 3 C dp 4V 1 2 D dp kV 1 3 k 为系数与非球形颗粒的形状有关 B 9 在讨论旋风分离器分离性能时 分割直径这一术语是指 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径 旋风分离器允许的最小直径 旋风分离器能够 50 分离出来的颗粒的直径 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 C 10 在离心沉降中球形颗粒的沉降速度 只与 dp p uT r 有关 只与 dp p uT r 有关 只与 dp p uT r g 有关 只与 dp p uT r k 有关 题中 uT 气体的圆周速度 r 旋转半径 k 分离因数 A 11 降尘室没有以下优点 分离效率高 阻力小 结构简单 易于操作 A 12 降尘室的生产能力 只与沉降面积 A 和颗粒沉降速度 uT有关 与 A uT 及降尘室高度 H 有关 只与沉降面积 A 有关 只与 uT 和 H 有关 A 13 回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计 其生产能力为 5m3 h 滤液 现将转速 度降低一半 其他条件不变 则其生产能力应为 A 5m3 h B 2 5m3 h C 10m3 h D 3 54m3 h D 14 要除去气体中含有的 5 50 的粒子 除尘效率小于 75 宜选用 A 除尘气道 B 旋风分离器 C 离心机 D 电除尘器 B 15 等压过滤的滤液累积量 q 与过滤时间 的关系为 B 16 过滤基本方程是基于 推导出来的 A 滤液在过滤介质中呈湍流流动 B 滤液在过滤介质中呈层流流动 C 滤液在滤渣中呈湍流流动 D 滤液在滤渣中呈层流流动 D 17 一般而言 旋风分离器长 径比大及出入口截面小时 其效率 阻力 A 高 B 低 C 大 D 小 A 18 在板框过滤机中 如滤饼不可压缩 介质阻力不计 过滤时间增加一倍时 其过滤速 率为原来的 A 2 倍 B 1 2 倍 C 1 倍 D 4 倍 C2 19 在长为 Lm 高为 Hm 的降尘室中 颗粒的沉降速度为 uT m s 气体通过降尘室的水平 流速为 u m s 则颗粒能在降尘室内分离的条件是 A L u H uL B L uT H u C L uT H u D L u H uT D 20 粒子沉降受到的流体阻力 恒与沉降速度的平方成正比 与颗粒的表面积成正比 与颗粒的直径成正比 在滞流区与沉降速度的一次方成正比 D 21 板框压滤机中 最终的滤液流率是洗涤液流率的 pE pw w 一倍 一半 四倍 四分之一 C 22 球形度 形状系数 恒小于或等于 1 此值越小 颗粒的形状离球形越远 球形度的 定义式可写为 A Vp V V 为非球形粒子的体积 Vp 为球形粒子的体积 B Ap A A 为非球形粒子的表面积 Ap为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面 积 C ap a a 为非球形粒子的比表面积 ap 为球形粒子的比表面积 D 6ap d B 23 在一般过滤操作中 实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身 滤渣 就是滤饼 则 这两种说法都对 两种说法都不对 只有第一种说法正确 只有第二种说法正确 A 24 旋风分离器的总的分离效率是指 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率 颗粒群中最小粒子的分离效率 不同粒级 直径范围 粒子分离效率之和 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 D 25 降尘室的生产能力由 决定 A 降尘室的高度和长度 B 降尘室的高度 C 降尘室的底面积 D 降尘室的体积 C 26 在板框过滤机中 如滤饼不可压缩 介质阻力不计 黏度增加一倍时 对同一 q 值 过滤速率为原来的 A 2 倍 B 1 2 倍 C 1 倍 D 4 倍 B2 27 回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为 A l B 1 2 C 1 4 D 1 3 A 28 以下说法是正确的 A 过滤速率与 S 过滤面积 成正比 B 过滤速率与 S2成正比 C 滤速率与滤液体积成正比 D 过滤速率与滤布阻力成反比 B 29 板框压滤机中 A 框有两种不同的构造 B 板有两种不同的构造 C 框和板都有两种不同的构造 D 板和框都只有一种构造 B 30 助滤剂应具有以下性质 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 B 三 填空题 每题三 填空题 每题 2 分 分 1 一球形石英颗粒 在空气中按斯托克斯定律沉降 若空气温度由 20 升至 50 则其 沉降速度将 下降 2 降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关 长度 宽度 3 降尘室的生产能力与降尘室的 无关 高度 4 在除去某粒径的颗粒时 若降尘室的高度增加一倍 则沉降时间 增加一倍 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 减少一倍 6 在除去某粒径的颗粒时 若降尘室的高度增加一倍 生产能力 不变 7 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 8 在湍流区 颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比 1 2 9 在过滤的大部分时间中 起到了主要过滤介质的作用 滤饼 10 过滤介质阻力忽略不计 滤饼不可压缩 则恒速过滤过程中滤液体积由 Vl增多至 V2 2Vl时 则操作压差由 Pl增大至 P2 2 Pl 11 已知 q 为单位过滤面积所得滤液体积 V S qe为 Ve S Ve为过滤介质的当量滤液体积 滤液体积为 Ve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 q 3740q 200 则过滤常数 K 0 12 已知 q 为单位过滤面积所得滤液体积 V S qe为 Ve S Ve为过滤介质的当量滤液体积 滤液体积为 Ve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 q 3740q 200 则过滤常数 qe 0 0535 13 最常见的间歇式过滤机有 和 板框过滤机 叶滤机 14 在一套板框过滤机中 板有 种构造 框 种构造 2 1 15 板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间 设框已充满 则在每一框中 滤液穿过厚度为 框的厚度 16 板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间 设框已充满 在洗涤时 洗涤液穿过厚度为 框厚度之半 17 板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间 设框已充满 在洗涤时 洗涤液穿过的滤布面积 等于 框的内面积 18 旋风分离器性能的好坏 主要以 来衡量 临界粒径的大小 19 离心分离设备的分离因数定义式为 Kc uT2 gR 或 ur ut 20 当介质阻力不计时 回转真空过滤机的生产能力与转速的 次方成正比 1 2 21 间歇过滤机的生产能力可写为 Q V 此处 V 为 一个操作循 环中得到的滤液体积 22 间歇过滤机的生产能力可写为 Q V 此处 表示一个操作循环所需的 总时间 23 一个过滤操作周期中 过滤时间越长 生产能力越大 的看法是否正确 不正确的 24 一个过滤操作周期中 过滤时间越短 生产能力越大 的看法是否正确 不正确的 25 一个过滤操作周期中 过滤时间有一个 值 最适宜 26 一个过滤操作周期中 最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力 最大 27 对不可压缩性滤饼 dV d 正比于 P 的 次方 对可压缩滤饼 dV d 正比于 P 的 次方 1 1 s 28 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 29 对恒压过滤 当过滤面积增大一倍时 如滤饼不可压缩 则过滤速率增大为原来的 倍 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 4 4 30 转鼓沉浸度是 与 的比值 1 转鼓浸沉的表面积 转鼓的总表面积 31 按 Ap A 定义的球形度 此处下标 p 代表球形粒子 最大值为 越小则 颗粒形状与球形相差越 1 大 32 将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中 最常见的有 和 将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中 最常见的为 离心过滤 离心沉降 离心机 33 在 Stokes 区 颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比 在牛顿区 颗粒的沉 降速度与颗粒直径的 次方成正比 2 1 2 34 一个过滤操作周期中 过滤时间越长生产能力越大 的看法是 过滤时间 越短 生产能力越大 的看法是 过滤时间有一个 值 此时过滤 机生产能力为 不正确的 不正确的 最适宜 最大 35 含尘气体通过长为 4m 宽为 3m 高为 1m 的除尘室 已知颗粒的沉降速度为 0 03m s 则该除尘室的生产能力为 0 36m3 ssm3 四 问答题 每题四 问答题 每题 3 分 分 1 影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些 过滤介质阻力可忽略 当过滤介质阻力可忽略时 2 QKAn 2 Kp r 可见 影响因素有 转筒的转速 浸没度 转筒尺寸 操作压强及处理物料的浓度及 特性 2 有一旋风分离器 在正常的速度和阻力的范围内操作 但除尘效率不够满意 现在仓库 里还有一个完全相同的旋风分离器 有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台 一起并联使用 问这种措施能否提高除尘效率 为什么 不行 因为速度降低 离心惯性力减小 使除尘效率下降 3 恒压过滤时 如加大操作压力或提高滤浆温度 过滤速率会发生什么变化 为什么 由 dq dt p r q qe 知 加大操作压力 过滤速率变大 提高滤浆温度 使滤液黏度 降低 过滤速率增大 4 临界直径 dc 及分割直径 d50 可以表示旋风分离器的分离性能 回答 dc 与 d50 的含义是什么 dc旋风分离器的分离分离颗粒最小直径 d50分离效率 50 时颗粒直径 5 由过滤基本方程 dq dt p r q qe 分析影响过滤速率的因素 影响过滤速率的因素有 物性参数 包括悬浮液的性质 及滤饼特性 r 操 作参数 p 设备参数 qe 6 试说明滤饼比阻的意义 比阻 r 表示滤饼对过滤速率的影响 其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度 五 计算题 每题五 计算题 每题 10 分 分 1 某板框过滤机框空的长 宽 厚为 250mm 250mm 20mm 框数为 8 以此过滤机恒压过 滤某悬浮液 测得过滤时间为 8 75min 与 15min 时的滤液量分别为 0 15m3及 0 20m3 试计算 过滤常数 K 解 过滤面积 A 8 2 0 25 0 25 1 0 m2 2 分 已知 1 8 75 min V1 0 15 m3 2 15 min V2 0 20 m3 V2 2VVe KA2 4 分 可得 0 152 2 0 15Ve K 12 8 75 1 0 202 2 0 20Ve K 12 15 2 1 2 式联立 解得 K 0 0030 m2 min 5 0 10 5 m2 s 4 分 2 以板框压滤机恒压过滤某悬浮液 过滤面积 10m2 操作压差 1 96 105 Pa 每一循环过 滤 15min 得滤液 2 91m3 过滤介质阻力不计 1 该机生产能力为 4 8m3 h 滤液 求洗涤 装拆总共需要的时间及过滤常数 K 2 若压差降至 9 81 104Pa 过滤时间及过滤量不变 其他条件不变 需多大过滤面积 设滤饼不可压缩 3 如改用回转真空过滤机 转一圈得滤液 0 2m3 转速为多少才可以维持生产能力不变 解 1 V2 KA2 即 2 912 K 102 15 K 5 65 10 3 m2 min 又 Q V 即 4 8 60 2 91 15 w D w D 21 4 min 4 分 2 V2 KA2 A2 V2 K 4 分 2 1 2 214 1 A K Kp AKp AKp AAm 而 3 Q 4 8 60 0 2 n n r min n 0 4 r min 2 分 3 用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液 滤叶每侧过滤面积为 0 81 2m2 共 10 只滤叶 测得 过滤 10min 得滤液 1 31m3 再过滤 10min 共得滤液 1 905m3 已知滤饼与滤液体积比 n 0 1 试问 1 过滤至滤饼厚为 21mm 即停止 过滤时间是多少 2 若滤饼洗涤与辅助时间共 45min 其生产能力是多少 以每小时得的滤饼体积计 解 1 V2 2VVe KA2t 由题意得 1 312 2 1 31Ve KA2 10 a 1 9052 2 1 905Ve KA2 20 b a b 联立 解得 KA2 0 2076 m6 min Ve 0 1374 m3 3 分 又 A 10 2 0 812 13 12m2 过滤终了时 共得滤液量 VE 13 12 0 021 0 1 2 755 m3 由 2 7552 2 2 755 0 1374 0 2076tE tE 40 2 min 3 分 2 生产能力 nVE tE tw t辅 0 1 2 755 40 2 45 3 23 10 3 m3 min 0 194 m3 h 滤饼 4 分 4 在 3 105Pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验 测得过滤常数 K 5 10 5m2 s qe 0 01m3 m2 又测得滤饼体积与滤液体积之比 v 0 08 现拟用有 38 个框的 BMY50 810 25 型板框压滤机处理此料浆 过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同 试 求 1 过滤至框内全部充满滤渣所需的时间 2 过滤完毕 以相当于滤液量 1 10 的 清水进行洗涤 求洗涤时间 3 若每次卸渣 重装等全部辅助操作共需 15min 求每台 过滤机的生产能力 以每小时平均可得多少 m3 滤饼计 解 1 所需过滤时间 A 0 812 2 38 49 86m2 Vc 0 812 0 025 38 0 6233m2 32 0 6233 0 1563 0 08 49 86 c V qmm vA 22 5 11 20 15632 0 1563 0 01551 5 10 e qqqs K 4 分 2 洗涤时间 5 53 0 5 1049 86 1 874 10 88 0 15630 01 w dVKA ms dqq 3 0 1 1 874 10 WW W dV VV d 4 分 3 0 1 0 1563 49 86 1 874 10416s 3 生产能力 滤饼 h 2 分 3 0 6233 3600 1 202 551418 15 60 c Qm 5 用板框过滤机过滤某悬浮液 一个操作周期内过滤 20 分钟后共得滤液 4m3 滤饼不 可压缩 介质阻力可略 若在一个周期内共用去辅助时间 30 分钟 求 1 该机的生产能力 2 若操作表压加倍 其它条件不变 物性 过滤面积 过滤时间与辅助时间 该机生 产能力提高了多少 解 滤饼不洗涤 1 4 分 3 604 0 08 min 2030 wD V Qm 2 6 分 22 2 2 11 2 2 11 3 3 21 414 45 65 5 65 0 113 min 50 VK AVK A VK VK Kp Vp VVm Qm A A 6 对某悬浮液进行恒压过滤 已知过滤时间为 300s 时 所得滤液体积为 0 75m3 且过滤 面积为 1m2 恒压过滤常数 K 5 10 3m2 s 若要再得滤液体积 0 75m3 则又需过滤时间为 多少 3 分 2 2 e q qK 解由q 3 分 2 232 2 5 103000 75 0 625 22 0 75 e e q qK K q q 得q q 4 分 22 3 21 52 0 625 15 825 5 10 825300525 e q q K s A q 7 一小型板框压滤机有框 10 块 长宽各为 0 2m 在 2at 表压 下作恒压过滤共二小时 滤框充满共得滤液 160l 每次洗