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第三章习题化工原理.doc

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1第三章 沉降与过滤一、填空题或选择1.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*** 固体微粒, 包围在微粒周围的液体2.含尘气体中的尘粒称为( ) 。A. 连续相; B. 分散相; C. 非均相。***答案*** B 3.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4.自由沉降是 ___________________________________ 。***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降5.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*** 小 16.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7.球形粒子在介质中自由沉降时,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/ Rep8.降尘宝做成多层的目____________________________________ 。***答案*** 增大沉降面积,提高生产能力。9.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、离心沉降 离心沉降10.离心分离因数是________________________________________________。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心力与重力之比; 转速 直径适当11.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12.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__________。***答案*** 100013.固体粒子的沉降过程分____阶段和____阶段。沉降速度是指____阶段颗粒相对于____的速度。14.在重力场中,固粒的自由沉降速度与下列因素无关( )A)粒子几何形状 B)粒子几何尺寸C)粒子及流体密度 D)流体的流速15.在降尘室中除去某粒径的颗粒时,若降尘室高度增加一倍,则颗粒的沉降时间____,气流速度____,生产能力____。216.沉降雷诺准数 Ret 越大,流体粘性对沉降速度的影响____。17.(1)一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。若空气温度由 20℃提高至 50℃,则其沉降速度将____。(2)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。 ***答案*** A18.降尘室操作时,气体的流动应控制在____区。19.含尘气体通过长 4m、宽 3m、高 1m 的降尘室,颗粒的沉降速度为 0.03m/s,则降尘室的最大生产能力为____m 3/s。20.降尘室内,固粒可被分离的条件是____。21.理论上降尘室的生产能力与____和____有关,而与____无关。22.在降尘室内,粒径为 60μm 的颗粒理论上能全部除去,则粒径为 42μm 的颗粒能被除去的分率为____。(沉降在滞流区)23.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***答案*** C ***答案*** B 24.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. >25.在离心分离操作中,分离因数是指____。某颗粒所在旋风分离器位置上的旋转半径 R=0.2m,切向速度 uT=20m/s,则分离因数为____。26.离心机的分离因数 α 愈大,表明它的分离能力愈( ) 。A. 差; B. 强; C. 低***答案*** B 27.当微粒与流体的相对运动属于滞流时,旋转半径为 1m,切线速度为 20m.s, 同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***答案*** C 28.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*** B 329.选择旋风分离器的依据是:____、____、____。含尘气体处理量、允许的压强降、要求达到的分离效率30.旋风分离器的分离效率随器身____的增大而减小。31. 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。32.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 二、判断题:1.离心机的分离因数 α 愈大,表明它的分离能力愈强。 ( )***答案*** √2.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。 ( )***答案*** ×3.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。 ( )***答案*** √4.旋风分离器是利用惯性离心力作用来净制气的设备。 ( )***答案*** √5.沉降器的生产能力与沉降高度有关。 ( )***答案*** ×6.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。 ( )***答案*** ×7. 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*** √ 8.在气一固分离过程,为了增大沉降速度 U ,必须使气体的温度升高。 ( )***答案*** ×9.颗粒的自由沉降速度 U 小于扰沉降速度。 ( )***答案*** ×12. 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。 ( )***答案*** √ √10.粒子的离心沉降速度与重力沉降速度一样,是一个不变值。 ( )***答案*** ×11.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*** √12.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*** ×四、问答题:1.(8 分)为什么工业上气体的除尘常放在冷却之后进行?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?***答案*** 由沉降公式 u=d(ρ -ρ)g/(18μ)可见,U 与 μ 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/(rμL),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。42.(8 分)试分析提高过滤速率的因素?***答案*** 过滤速率为 dv/Adθ=△P/rμL 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;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?***答案*** 由重力沉降式 U=d(ρs-ρ)g/(18μ) 可见,影响重力沉降速度 U 的主要是 d 和 μ(U∝d ,U∝1/μ ,为提高 U ,在条件允许的情况下,可用湿法增大颗粒直径。这样可大大增大 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 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,应采取什么措施?***答案*** 旋风分离器的临界直径 d=(9μB/πNUρ) ,可见 D↑时,B 也↑(B=D/4) ,此时 d 也↑,则分离效率 η↑ ,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/dθ)w≈(1/4)(dv/dθ)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 ρ 、 μ )、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5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 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=πDL转筒尺寸按比例增大 50%。新设备的过滤面积为A’=(1.5)2A=2.25A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=πDL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6而 A=πDL操作真空度增大 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力的表达式为7而 A=πDL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%。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=πDL 由式 a 可知 则 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。8五、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 黏度为 ,其中固体颗粒可视为球形,密度取3120mkgsPa.2。求直径为 颗粒的沉降速度。32640mkg1.0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:smdupt 33242 104.10.86.918  校核流型 278210Re34 tptu层流区假设成立, 即为所求。smt.33-2 某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水,粗盐水密度为 黏度为 ,其中固体颗粒可视为球形,密310mkgsPa.2度取 。沉降速度为 的颗粒直径。32640kgs02.解:假设沉降在层流区, 。18ptgdumgdptp 43102.10264.9.18 校核流型 53.3.Re tptud原假设不成立。设沉降为过渡区。mgudptp 46.1.034.0.16.1.04.1 05922689253530 校核流型 7.10.9.2Re34ttd过渡区假设成立, 即为所求。mp5.0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 ,气体密度为sm35.2,黏度为 ,飞灰可看作球型颗粒,密度为 。求临界直径。3720.kgsPa516.2 320kg解: mBLVutc 347.0.max9假设沉降处于层流区,mgudptcpc 551068.72.081.9346218 校核流型 2.6.Re5tct故 即为所求。mdpc8.6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 ,气体密度为sm35.2,黏度为 ,飞灰可看作球型颗粒,密度为 。要求 以上飞灰完全3720.kgsPa510.2 320kg7被分离下来,锅炉的烟气量不得超过多少。解:已知 ,由上题知沉降必在层流区。m5smgdupctc 259.0106.287.5.71.91852 smBLVtc 3max.034.校核气流速度: Hu5.19.2.7max3-5 过滤固相浓度 的碳酸钙悬浮液,颗粒的真实密度 ,清液密度 ,%1c 3270kgp 310mkg滤饼含液量 ,求滤饼与滤液的体积比 。46.0解: 设滤饼的表现密度为 , ,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:c3kgpc1所以: 3517046.271. mkgc 每获得 滤液,应处理的悬浮液体积为 ,其中固体颗粒的质量为:3mpc1每获得 滤液得到的滤饼质量为 ,其中固体颗粒的质量为:cc射固体颗粒全部被截留,则 ,有CBpc1将已知值代入上式: 滤饼/ 滤液。3042.270.46.157m103-6 过滤面积为 的转股真空过滤机,操作真空度为 ,浸没度为 1/3,每分钟转数为 0.18。操作条件下的过滤常数25makp54为 , 为 ,求 。Ks6109.2eq23108.mhVt3解:    3236108.108965.tVhm387.03-7 一填充床含有不同大小的颗粒,计 的占 15%, 的占 25%, 的占 40%, 的占 20%,以上均10m204m70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。解:筛分法得到的颗粒尺寸为等比表面积当量直径 ,则平均等比表面积当量直径为aiddxaiam 78.240.25.01. 3-8 以圆柱形烟囱高 ,直径 ,当风以每小时 横向掠过时,试求拽力系数与该烟囱所受的拽力,设空气温度3m.k。C25解: 空气: ,385.kgcP315.8空气的流速: su960/156107.835.8.Redp查拽力系数图,对圆柱体 0拽力: NuApFD 13089.15.230.18.223-9 密度为 的圆球在 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。320mkgC解: 水: ,C3.98 sPa3105.颗粒: ks在斯托克斯定律范围内: 1Reudp即 105.12983up11取 ,则1Rep smudp /106.又232 5405.88.92pt dudp 1314maxsut 39.3-10 一种测定黏度的仪器由一钢球和玻璃筒组成。测试是筒内装被测液体,记录钢球下落一定距离的时间,球的直径为 ,下落距m6离为 ,测试一种糖浆时,记下的时间间隔为 ,此糖浆的密度为 ,钢球的密度为 ,202.73/10kg3/790kg求此糖浆的黏度。解:钢球的沉降速度: smHutt /03设沉降处于层流区,根据斯托克斯定律:sPaugdts  74.0273.1881.996.1822核 05.4Re: tsp所以,假设在层流区沉降正确,糖浆的黏度为 。cP703-11 试求密度为 的球型粒子在 空气中自由沉降室服从斯托克斯定律的最大粒径。3/20mkgC15解: 空气: ,C153/6. sa3109.当 时, Rep82gdusst  mgdss  1.62021.6.9206.178 53532  3-12 试求密度为 的球型粒子在 空气中自由沉降室服从牛顿定律的最小颗粒直径。/0mkC解: 空气: ,C153/2. sPa317.服从牛顿定律的最小颗粒直径: 0Restpdu同时gdusst 74.1012mdss 64.10.26.17933.252 3-13 某悬浮液在以过滤面积为 的恒压压滤机内进行试验,所用真空度为 柱,在十分钟内获得滤液为250cmHg5,求过滤常数 及 。 (滤饼不可压缩,滤布阻力不计)ml50Kk解:因滤布阻力不计,则过滤常数为in/10105252462AV又滤饼不可压缩,则NmPKk  i/5.78.96324153-14 某板框压滤机在恒压过滤一小时后,共获得滤液 ,停止过滤后用 清水(其黏度与滤液相同)于同样压力下对滤饼进行313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haw8.21383-15 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 滤液,若已知过滤常数34m,滤布阻力略不计,若滤框尺寸为 ,则需要滤框和滤板各几块。hmK/04.123m010解:滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程2AV故过滤面积 230.6148.mK框数 026abn板数 313-16 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 滤液,若已知过滤常数34m,滤布阻力略不计,过滤终了用水进行洗涤,洗涤水黏度与滤液相同,洗涤压力与过滤压力相同,若洗涤水hmK/048.123量为 ,求洗涤时间。解:因洗涤水黏度与滤液相同,洗涤压力与过滤压力相同,介质阻力可忽略,则洗涤时间为:haw4.23.083-17 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 滤液,若已知过滤常数34m13,滤布阻力略不计,若辅助时间为一小时,求该压滤机的生产能力。hmK/1048.23解:压滤机生产能力为hmVDwh /625.014.333-18 一只含尘气体中尘粒的密度为 ,气体流率为 ,密度为 ,黏度为3/kg/1033/674.0mkg。采用标准型旋风分离器进行除尘,若分离器的直径为 ,估算临界粒径。26/10.3msN 4解:标准型旋风分离器的结构尺寸为,1.04DBmDA2.04进口气速: ,取sVus /9.13.6/ 5.3N故临界直径: muNBdsc  6.9106.9205.4.9 3-19 一只含尘气体中尘粒的密度为 ,气体流率为 ,密度为 ,黏度为3/20mkgh/33/74.kg。采用标准型旋风分离器进行除尘,若分离器的直径为 ,估算气体的阻力。6/10.3s 4解: 标准型旋风分离器的结构尺寸为,.4DBDA2.04标准型旋风分离器 8/.16122B阻力: OmHNuP 221.53/9.374083-20 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 滤液,若已知过滤常数4,滤布阻力略不计, (1)若滤框尺寸为 ,则需要滤框hmK/1048.23 00和滤板各几块。 (2)过滤终了用水进行洗涤,洗涤水黏度与滤液相同,洗涤压力与过滤压力相同,若洗涤水量为 ,求洗涤时3.m间。解:滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程2KAV故过滤面积 230.6148.m14框数 30126abAn板数 31(2)因洗涤水黏度与滤液相同,洗涤压力与过滤压力相同,介质阻力可忽略,则洗涤时间为:hw48
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