化工原理考试题与答案

1、化工原理考试题及答案第三章 非均相分离姓名 班级学号成绩 一、填空题：1. （2 分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指 ；分散外相是指* 答案 * 答案 * 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流12. （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 。答案3丫 L13. （2 分）板框压滤机每个操作循环由 五个阶 段组成。 答案 * 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理14. （ 4 分）板框压滤机主要由 ，三种板按 的顺序排列组成。滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成 固体微粒， 包围在微粒周围的液体2. （3 分

2、）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 。* 答案 * 重力、阻力、浮力 代数和为零 沉降速度3. （2 分）自由沉降是 。* 答案 * 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4. （ 2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒,介质阻力系数越 。球形粒子的球形度为 。答案 *5. （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。* 答案 * 重离心 沉积6. （3分）球形粒子在介质中自由

3、沉降时，匀速沉降的条件是 。滞流沉降时，其阻力系数 =.* 答案 *粒子所受合力的代数和为零24/ Rep7. （ 2 分）降尘宝做成多层的目的是 。* 答案 *增大沉降面积，提高生产能力。8. （ 3 分）气体的净制按操作原理可分为 . 旋风分离器属 。* 答案 *重力沉降、离心沉降、过滤离心沉降9. （ 2 分）过滤是一种分离悬浮在 的操作。* 答案 *液体或气体中固体微粒10. （ 2 分）过滤速率是指 。在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐 。* 答案 * 单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢11. （ 2 分 ） 悬 浮 液 中 加 入 助 滤 剂 进 行 过 滤 的 目 的

4、是 1 2 3 2 1 2 32 115. （3分）某板框压滤机的框的尺寸为：长X宽X厚=810X 810 X 25 mn,若该机有10块框,其过滤面积约为m 。13.1216. （ 4分）板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗穿过 层滤布及个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的 倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积二分之一17. （ 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。*答案*过滤、吸干、洗涤、吹松、卸渣18. （ 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*物料在离心力场中所受的离

5、心力与重力之比； 转速直径适当19. （2分）离心机的分离因数越大，则分离效果越 ;要提高离心机的分离效果，一般采用的离心机。*答案* 好； 高转速； 小直径20. （ 3分）某悬浮液在离心机内进行离心分离时，若微粒的离心加速度达到9807m.s则离心机的分离因数等于 。1000、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;C.低转速、大直径;B. 高转速、小直径;D.低转速，小直径;3. （ 2分）用板框

6、压滤机恒压过滤某一滤浆（滤渣为不可压缩，且忽略介质阻力），若过滤时间相同，要使其得到的滤液量增加一倍的方法有（）。A. 将过滤面积增加一倍； B.将过滤压差增加一倍；C. 将滤浆温度到高一倍。4.（ 2分）板框压滤机组合时应将板、框按（）顺序置于机架上。A. 123123123; B. 123212321C. 3121212 323卩m,现要达到较好的除尘效果，可5. （ 2分）有一高温含尘气流，尘粒的平均直径在采（ ）的除尘设备。A.降尘室；B.旋风分离器;C.湿法除尘；D.袋滤器）的大小对沉降速度的影响最6. （2分）当固体微粒在大气中沉降是层流区域时，以（为显著。A.颗粒密度;B. 空气

7、粘度；C. 颗粒直径）离心机。7. （ 2分）卧式刮刀卸料离心机按操作原理分应属于（ A. 沉降式 B. 过滤式 C. 分离式8. （ 2分）分离效率最高的气体净制设备是（）。A.袋滤器；B.文丘里除尘器;C.泡沫除尘器9. （ 2分） 若气体中所含微粒的最小直径为1卩m,并含有少量水分，现要将此气体进行净制，并希望分离效率达 99%则应选用（）。A.袋滤器；B.文丘里除尘器；C.泡沫除尘器10. （2分）当微粒与流体的相对运动属于滞流时，旋转半径为 一微粒在上述条件下的离心沉降速度等于重力沉降速度的（A. 2 倍； B. 10 倍； C. 40.8 倍1m,切线速度为20m.s,同）。11.

8、 （2分）为提高旋风分离器的效率，当气体处理量较大时，应采用（）。A.几个小直径的分离器并联；B.大直径的分离 ；C.几个小直径的分离器串联。12. （2分）颗粒的重力沉降在层流区域时，尘气的除尘以（）为好。A.冷却后进行；B.加热后进行;C.不必换热，马上进行分离。）粒径。A.最小；B.最大；C.平均；*答案* A14.（2分）旋风分离器主要是利用（）的作用使颗粒沉降而达到分离。A.重力；B.惯性离心力；C. 静电场*答案* B15.（2分）离心机的分离因数a愈大,表明它的分离能力愈（）。A.差；B.强；C.低*答案* B16.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行而不断（）。A.加快；B.

9、减慢；C. 不变*答案* B13. （2分）旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（17. （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. v； D. 18. （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. 1B. 0.5C. 0.25*答* c19. （2分）现有一乳浊液要进行分离操作，A.沉降器；B.三足式离心机；答案* C20. （2分）含尘气体中的尘粒称为（A.连续相；B.分散相；答案* B可米用（）。C.碟式离心机。C.非均相。三、判

10、断题：1. （ 2分）离心机的分离因数a愈大，表明它的分离能力愈强。* 答*V2. （ 2分）通过旋风分离器能够完全分离出来的最大颗粒直径，称临界颗粒直径。* 答*x3. （ 2分）固体颗粒在大气中沉防是层流区域时，以颗粒直径的大小对沉降速度的影响最为显著。（）* 答*V4. （ 2分）旋风分离器是利用惯性离心力作用来净制气的设备。* 答*V5. （2分）若洗涤压差与过滤压差相等，洗水粘度与滤液粘度相同时，对转筒真空过滤机来说，洗涤速率=过滤未速度。（）* 答* V6. （ 2分）沉降器的生产能力与沉降高度有关。*答*x7. （ 2分）恒压过滤过程的过滤速度是恒定的。*答* x8. （ 2分）

11、要使固体颗粒在沉降器内从流体中分离出来，颗粒沉降所需要的时间必须大于颗粒在器内的停留时间。（）*答*x9. （ 2分）为提高旋风分离器的分离效率，当气体处理量大时，解决的方法有：一是用几个直径小的分离器并联操作。（）答案* V（2分）在气一固分离过程，为了增大沉降速度U答案* X（2分）颗粒的自由沉降速度U 小于扰沉降速度。答案（2分） ）答*（2分）粒子的离心沉降速度与重力沉降速度一样，是 答案（2分） ）答*（2分）板框压滤机采用横穿法洗涤时，若洗涤压差=最终过滤压差，洗涤液粘度 =滤液粘度，则其洗涤速率=1/4过滤终了速率。（）10.11.12.(13.14.(15.，必须使气体的温度升

12、高。X通常气体的净制宜在低温下进行；（）而悬浮液的分离宜在高温下进行。个不变值。X做板框压滤机的过滤实验时，滤液的流动路线与洗水的流动路线是相同的。* 答* V16. （2分）物料在离心机内进行分离时，其离心加速度与重力加速度的比值，称为离心分 离因数。（）答案* V17.（2分）滤渣的比阻越大，说明越容易过滤。（答案* X18.（2分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行不断下降。答案* V19.（2分）袋滤器可用于除去含微粒直径小至1卩m的湿气体的净制。（）答案* X20.（2分）欲提高降尘室的生产能力一倍，应将降尘室的高度增加一倍。答案* X四、问答题：1. （ 8分）为什么工业上气体的除尘常

13、放在冷却之后进行？而在悬浮液的过滤分离中，滤浆 却不宜在冷却后才进行过滤？* 答*由沉降公式u =d （ p p ）g/（18卩）可见，U 与卩成反比，对于气体温度升， 高其粘度增大，温度下降，粘度减少。所以对气体的除尘常放在冷却后进行，这样可增大沉 降速度U 。而悬浮液的过滤，过滤速率为dv/（Adq）= P/（r卩L），即粘度为过滤阻力。当悬浮液的温度降低时，粘度却增大，为提高过滤速率，所以不宜冷却后过滤。2. （ 8分）试分析提高过滤速率的因素？* 答*过滤速率为dv/Ad 0 = P/r卩L推动力/阻力提高过滤速率的方法有：（1） 提高推动力 P,即增加液柱压力；增大悬浮液上面压力；

14、在过滤介质下面抽真空。（2）降低阻力，即提高温度使粘度下降；适当控制滤渣厚度；必要时可加助滤剂。3. （ 8分）影响重力沉降速度的主要因素是什么？为了增大沉降速度以提高除尘器的生产 能力，你认为可以采取什么措施？* 答U =d （ p s- p ）g/（18卩）可见，影响重力沉降速度U 的主要是dU * 1/ ，为提高U ，在条件允许的情况下，可用湿法增大颗粒直U，较可行的办法是让含尘气体先冷却，使其粘度下降，也可使U由重力沉降式 和卩（U * d , 径。这样可大大增大增大。4. （ 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

15、，应采取什么措施？* 答*旋风分离器的临界直径 d =（9卩B/ n NU p ） ，可见Df时，B也匸（B=D/4）, 此时d 也f,则分离效率 n f,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。5. （ 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？* 答*而过滤终了时滤液只通过一层过滤1倍，其阻力也就大1倍，故（dv/dq）w1倍，这样（dv/dq）w又慢了 0.5。由于洗涤液通过两层过滤介质和整层滤渣层的厚度， 介质和滤渣层厚度的一半，即洗涤液流动距离比滤液长 就慢了 0.5倍；又

16、因洗涤液的流通面积此滤液的流通面积少基于上述两个原因， 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 0 ）w （1/4）（dv/d0）6影响颗粒沉降速度的因素都有哪些？答：影响颗粒沉降速度包括如下几个方面：颗粒的因素：尺寸、形状、密度、是否变形等；介质的因素：流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等；环境因素：温度（影响p、口）、压力、颗粒的浓度（浓度大到一定程度使发生干扰沉降）等设备因素：体现为壁效应。7多层沉降室和旋风分离器组设计的依据是什么？答：（ 1）多层沉降室设计的依据是沉降室生产能力的表达式，即VS=blut根据此式，VS与设备高度无关，而

17、只是底面积bl和ut的函数。对指定的颗粒，在设备总高度不变条件下， 设备 n 层水平隔板， 即使底面积增加 nbl 倍，从而使生产能力达到原 来的（n+ 1 ）倍。如果生产能力保持不变，多层降尘室可使更小的颗粒得以分离，提高除尘 效率。（2）旋风分离组设计的依据是临界粒径定义式，即当颗粒尺寸及介质被指定之后， B的减小可使dc降低，即分离效果提高。B和旋风分离器的 直径成一定比例。 在要求生产能力比较大时， 采用若干个小旋风分离器， 在保证生产能力前 提下，提高了除尘效果。8若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可 以忽略，滤饼不可压缩。转筒尺寸按比例增大5

18、0。而 A= n DL转筒尺寸按比例增大 50。新设备的过滤面积为2A' =(1.5) 2A=2.25 A即生产能力为原来的 2.25 倍，净增 125，需要换设备。9若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。已知滤布阻力可 以忽略，转筒浸没度增大50。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而 A= n DL转筒浸没度增大 50即生产能力净增 22.5 。增大浸没度不利于洗涤。10若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。 已知滤布阻力可以忽略，操作真空度增大50。答：根据题给条件，转筒真空过滤机生产能力的表达式为而 A= n DL操

19、作真空度增大 50增大真空度使 为原来的 1.5 倍，则效果同加大浸没度 50，即生产能力提高了 22.5 。加大真空度受操作温度及原来真空度大小的制约。11若分别采用下列各项措施， 试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。 已知滤布阻力可 以忽略，转速增大 50。滤浆中固体的体积分率由10%提高至15%。Xv的加大使v加大，两种工况下的v分别为(a)则即生产能力(以滤液体积计)下降 25.47 %12若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。 已知滤布阻力可以忽略，滤浆中固相体积分率由 10%增稠至 15%，已知滤饼中固相体积分率为60%。根据题给条件，转筒真空过滤机生产能

20、力的表达式为而 A= n DL升温，使滤液粘度减小 50%。再分析上述各种措施的可行性。升温，使粘度下降50%。而 A= n DL由式a可知即可使生产能力提高 41.4 %。但温度提高，将使真空度难以保持。工业生产中，欲提高生 产能力，往往是几个方法的组合。13.何谓流化质量？提高流化质量的措施有哪些？答：流化质量是指流化床均匀的程度，即气体分布和气固接触的均匀程度。提高流化质量的着眼点在于抑制聚式流化床内在不稳定性，即抑制床层中空穴所引发的沟流、节涌现象。(1) 分布板应有足够的流动阻力。一般其值，绝对值不低于3.5kPa。(2) 设置床层的内部构件。包括挡网、挡板、垂直管束等。为减小床层的

21、轴向温度差,挡板直径应略小于设备直径，使固体颗粒能够进行循环流动。(3) 采用小粒径、宽分布的颗粒，细粉能起到“润滑”作用，可提高流化质量。(4) 细颗粒高气速流化床提供气固两相较大的接触面积，改善两相接触的均匀性，同 时高气速可减小设备尺寸。五、计算题:3-1某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200 kg m3黏度为2.3mPa?s ,其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kg m3。求直径为0.1mm颗粒的沉降速度。解：在沉降区域未知的情况下，先假设沉降处于层流区，应用斯托克斯公式:Utgd： p184 29.81 104264012003.41103m/318 2.3 10

22、校核流型RetdpUt10 43.41 10 3 12000.1782层流区假设成立,2.3 10ut 3.41mm s即为所求。3-2 某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为1200 kg m3黏度为2.3mPa?s，其中固体颗粒可视为球形，密度取2640kg m3。沉降速度为0.02m s的颗解：假设沉降在层流区,Utgd： p18dP18 ut318 2.3 100.02“2.42 109.8126401200校核流型4242 10 0.。2 1200 2.53 232.3 10 3原假设不成立。设沉降为过渡区。dPUt仁40.40.61 1.60.021.412000.42.3

23、 10 3 06 1 16校核流型0.1530.1539.812640 12002.59 10 4mRetdpUt2.59 102.3 10 30.02 1200 2 70粒直径。18 Ute58.68 10 m过渡区假设成立，dp 0.259mm即为所求。3-3 长3m宽2.4m、高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接。操作条件下，锅炉烟气量为2.5m3 s，气体密度为0.720 kg m3，黏度为2.6 10 5Pa?s，飞灰可看作球型颗粒,密度为2200 kg. m3。求临界直径。解：V2 5% BLx 2.2 3 0347ms假设沉降处于层流区,I518 2.6 100.347校核流型d

24、peU teRet8.68 10 5 0.347 0.7200.83422.6 10", 9.8122000.720故dpc 86.8 m即为所求。3-4 长3m宽2.4m、高2m的降尘室与锅炉烟气排出口相接。操作条件下，锅炉烟气 量为2.5m3. s,气体密度为0.720kg.，m3，黏度为2.6 10 5Pa?s，飞灰可看作球型颗粒, 密度为2200 kg. m3。要求75 m以上飞灰完全被分离下来，锅炉的烟气量不得超过多少。解：已知75 m，由上题知沉降必在层流区。Utcgd；9.817.5 10 5 22200 0.7201818 2.6 100.259 m sVmaxBLU

25、 tc2.4 3 0.2591.87m3 s校核气流速度：u Vmax870.39 m s 1.5 m sBH 2.4 2''3-5过滤固相浓度cp 2710kg m3，清液密度 1000 kg m3，滤饼含液量0.46，求滤饼与滤液的体积比。解： 设滤饼的表现密度为 c, kg. m3，且颗粒与液体均不可压缩，则根据总体积为分体积之和的关系，可得：1 1 _cp所以:10.46127100.4610001517 kg. m3每获得1m3滤液，应处理的悬浮液体积为1，其中固体颗粒的质量为:每获得1m3滤液得到的滤饼质量为c ，其中固体颗粒的质量为:射固体颗粒全部被截留，则B C

26、，有将已知值代入上式：0 0127100.0342m 滤饼/ m滤液。151710.460.01 2710c 1c p23-6 过滤面积为5m的转股真空过滤机，操作真空度为54kpa，浸没度为1/3，每分钟转数为0.18。操作条件下的过滤常数K为2.9 106m2/s， qe为1.8 10 3 m7 m2，解：Vt60 0.18 51 2.9 1030.18321.8 10 31.8100.877 m3 . h3-7 一填充床含有不同大小的颗粒，计10mm的占15% 20mm的占25% 40mm的占40% 70mm的占20%以上均为质量百分率。设球型度均为0.74,试计算平均等比表面积当量直径

27、。解：筛分法得到的颗粒尺寸为等比表面积当量直径dai，则平均等比表面积当量直径为d am11O A QXi0.150.250.40.25八小小d ai10204070以圆柱形烟囱高30m，直径1.0m，当风以每小时系数与该烟囱所受的拽力，设空气温度25 C。3-850km横向掠过时，试求拽力解：25 C 空气： 1.185kg m3，18.35 10 3cP空气的流速：u 50 103/360013.89m sRedpu1.0 13.89 1.18518.3510 658.97 105查拽力系数图，对圆柱体0.38拽力：FdAP0.381.0 30-1.185 13.89221303N3-9

28、密度为2000 kg m3的圆球在20 C的水中沉浮，试求其在服从斯托克斯范围内的最大直径和最大沉降速度。解：20 C 水： 998.2 kg m3，1.005 10 3Pa?s颗粒：s 2000 kg m3d u在斯托克斯定律范围内：Rep 丄一1 即9982塑11.005 10取Rep1，则 dp?u 1.006 10 6m?m/s又utd 2 2000998.29.81181.005 10 32543300dpd p max1.23410 m 123 mUt max8.1910 3 m s一种测定黏度的仪器由一钢球和玻璃筒组成。6mm，下落距离为20mm，3-10F落一定距离的时间，球的

29、直径为测试是筒内装被测液体， 记录钢球 测试一种糖浆时，记下的时间间隔为7.32s，此糖浆的密度为31300kg /m，钢球的密度为37900 kg/m，求此糖浆的黏度。解:钢球的沉降速度：ut-012 0.0273m/s7.32设沉降处于层流区，根据斯托克斯定律:d： s18Utg 0.00627900 1300 9.8118 0.02734.74Pa?s3-11核 Re p : Re p 旦°.°06 °.0273 13000.04514.74所以，假设在层流区沉降正确，糖浆的黏度为4740cP 。试求密度为2000kg/m3的球型粒子在15 C空气中自由沉降

30、室服从斯托克斯定律的最大粒径。解：15 C空气:31.226kg / m，30.0179 10 Pa?s当 Rep 1 时，Utd；ds 3if 18 2dss g183 181.79 10 5 256.21 10 m 62.1 m1.226 2000 9.813-12试求密度为2000kg/m3的球型粒子在15 C空气中自由沉降室服从牛顿定律的最小颗粒直径。解：15 C空气:31.226 kg/m，30.0179 10 Pa?s服从牛顿定律的最小颗粒直径:Reputdsds32.33S:s:5 23 1.79 10 32.3 -V 1.226 20000.00164m1.64mm3-13某悬

31、浮液在以过滤面积为500cm2的恒压压滤机内进行试验，所用真空度为500mmHg柱，在十分钟内获得滤液为500ml，求过滤常数 K及k。（滤饼不可压缩，滤布阻力不计）解：因滤布阻力不计，则过滤常数为V2500 10A2500 10 4 $10521 10 m / min又滤饼不可压缩，则10 57.50 10 11m4/ min? N2 500 13.6 9.813-14某板框压滤机在恒压过滤一小时后，共获得滤液11m3，停止过滤后用3m3清水（其黏度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行洗涤。设滤布阻力可忽略，求洗涤时间。解：因洗涤水黏度与滤液黏度相同，洗涤压差也与过滤压差相同，且滤布阻力可忽略，则洗涤时间为w8aw8131 218h3-15用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，要求经过三个小时能获得 4m3滤液，若已知过滤常数K 1.48 103m2/h，滤布阻力略不计，若滤框尺寸为1000mm 1000mm 30mm，则需要滤框和滤板各几块。解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程2 2V KA故过滤面积A42(=60.0m1.48 10 3330A 60框数nab 2 1 1板数n 1313-16用一板框压