化工原理--沉降与过滤习题及答案

沉降与过滤一章习题及答案

一、选择题

1、 一密度为7800 kg/m3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流20℃水密度998.2

3-5

kg/m粘度为100.5×10 Pa·s）。A A? 4000 mPa·s； B? 40 mPa·s； C? 33.82 Pa·s； D? 3382 mPa·s 2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D

A．2?30?m； B。1/2?3?m；C。30?m； D。2?30?m 3、降尘室的生产能力取决于 。 B

A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽度和高度。

4、降尘室的特点是 。D

A． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低

5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A．颗粒的几何尺寸 B．颗粒与流体的密度 C．流体的水平流速； D．颗粒的形状

6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C

A．旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D

A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率

8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C

A．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B．尺寸大，则分离效率高，且压降小； C．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。

9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 B

A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； D.1/2倍

10、助滤剂应具有以下性质 。B

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 11、助滤剂的作用是 。B

A． 降低滤液粘度，减少流动阻力； B． 形成疏松饼层，使滤液得以畅流； C． 帮助介质拦截固体颗粒；

D． 使得滤饼密实并具有一定的刚性

12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。B

A．面积大，处理量大；B．面积小，处理量大；C．压差小，处理量小；D．压差大，面积小

13、以下说法是正确的 。B

A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A2成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比 14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量 。

1

C

A. 增大至原来的2倍; B. 增大至原来的4倍; C. 增大至原来的倍; D. 增大

至原来的1.5倍

15、过滤推动力一般是指 。 B

A．过滤介质两边的压差；B. 过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差; C. 滤饼两面的压差; D. 液体进出过滤机的压差

16、恒压板框过滤机，当操作压差增大1倍时，则在同样的时间里所得滤液量将 （忽略介质阻力） 。 A

A．增大至原来的2倍； B．增大至原来的 2倍 ； Ｃ．增大至原来的 4 倍； D．不变

17、若沉降室高度降低，则沉降时间 ；生产能力 。

A. 不变； B. 增加； C. 下降； D. 不确定。 C ；A

18、颗粒在静止的流体中沉降时，在相同的Re下，颗粒的球形度越小，阻力系数 。A

A.越大； B.越小； C.不变； D.不确定

二、填空题

1、一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在空气中的沉降速度将 ，在水中的沉降速度将 。下降，增大 2、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

3、降尘室的生产能力与降尘室的 和（ ） 有关。 长度 宽度

3

4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m/h，沉降室长、宽、高尺寸为

L?b?H=5?3?2,则其沉降速度为 m/s。0.067

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、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。增加；下降；不变

7、一降尘室长8m，宽4m，高1.5m，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m。现颗粒最小直径为12?m，其沉降速度为0.02 m/s，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s。1.6

8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数C为 。57

9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。气体处理量，分离效率，允许压降

10、通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行， 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。气固；液固

11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/A，qe为Ve/A，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 Δ?/Δq=3740q+200 则过滤常数K = （ ）。 0.000535 12、实现过滤操作的外力可以是 、 或 。重力；压强差；惯性离心力

13、在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。滤饼层；过滤介质

14、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。 四

15、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。增加；不变 16、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

17、沉降操作是指在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作。

2

K

18、用板框过滤机过滤某种悬浮液。测得恒压过滤方程为q2?0.02q?4?10?5?（θ的单位为s），则K为 m2/s，qe为 m3/ m2，?e为 s。4?10?5，0.01， 2.5

19、在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、

和 。颗粒体积分数、器壁效应 和 颗粒形状 20、球形颗粒在20oC空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将 下降 （设沉降

过程符合stocks定律）; 若该颗粒在20oC水中沉降，沉降速度将 下降 ，当水温

上升时，沉降速度将 上升 。

21、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），气流速度 （减少一倍），生产能力 （不变）。 三、问答题

1．何谓自由沉降速度？试推导其计算式。

2．写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式，说明此公式的应用条件，简述计算沉降速度要用试差法的理由。

3．层流区内，温度升高时，同一固体颗粒在液体或气体中的沉降速度增大还是减小？ 试说明理由。 4．降尘室的生产能力与哪些因素有关？为什么降尘室通常制成扁平形或多层？降尘室适用于分离直径为多大的颗粒？降尘室的高度如何确定？ 5．何谓离心分离因数？何谓离心沉降速度？它与重力沉降速度相比有什么不同？离心沉降速度有哪几种主要类型？

6．旋风分离器的生产能力及效率受哪些因素的影响？何谓临界粒径dc?旋风分离器性能主要用什么来衡量？它一般适用于分离直径多少的颗粒？两台尺寸相同的旋风分离器串联可否提高除尘效率？选用旋风分离器的依据是什么？ 7．何谓滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂？

8．写出不可压缩滤饼的过滤基本方程式。推导恒压过滤方程式。简述过滤常数K和qe的实验测定方法。

9．简述影响过滤机生产能力的主要因素及提高之途径（以板框过滤机、不可压缩性滤 饼为例）。简述板框过滤机的结构、操作和洗涤过程，并分析其特点。 10．简述叶滤机和转筒真空过滤机的结构、操作和洗涤过程，并分析其特点。

11．离心沉降和离心过滤（以离心过滤机为例）在原理和结构上是否相同？为什么？离心分离因数的大小说明什么？

12．简述惯性分离器、袋滤器和静电除尘器的简单结构、工作原理、操作特点和应用范围。

13．流体通过颗粒床层时可能出现几种情况？何谓散式流态化和聚式流态化？聚式流态 化会出现什么不正常现象？流化床正常操作速度的范围如何确定？

14．何谓临界流化速度（即起始流化速度）和带出速度？何谓流化数？ 15．流化床压降由何而定？是否随床层空塔速度而改变？ 四、计算题

1、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4 m，沿沉降室高度的中间加一层隔板，故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。烟气温度为150℃，沉降室烟气流量12500m3标准）/ h，试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。 已知ρ尘粒 = 1600 kg/m3，ρ烟气 = 1.29 kg/m，μ烟气 = 0.0225cp 解：

设沉降在滞流状态下进行，Re ＜1，且因 ρ尘粒>>ρ烟气，故斯托克斯公式可简化为： u0 = d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气

3

= (35×10-6)2×1600×9.81/ (18×2.25×10-5) = 0.0474 m/s

检验：Re = d尘粒u0ρ烟气/μ烟气

= 35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5) = 0.095＜1

故采用计算式正确，则35mm以上粒子的沉降时间为： θ沉降 = 2/0.0474 = 42.2s

又，烟气流速u = [(12500/(4×6×3600))×[（273+150）/273] = 0.224 m/s

烟气在沉降室内停留时间：θ停留 = 11/0.224 = 49.1s 即θ停留＞θ沉降

∴35mm以上尘粒可在该室沉降

2、相对密度7.9，直径2.5 mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度0.9）中以5mm/s的速度匀速沉降。试求该油品的粘度。 解：

设沉降以滞流状态进行，则：

2

μ油品 = d钢球 (ρ钢球-ρ油品)g/(18 u钢球)

= (0.0025)2×(7900-900)×9.81/(18×0.005) = 4.77Pa?s

验算：Re = d钢球u钢球ρ油品/μ油品 = 0.0025×0.005×900/4.77

-3

= 2.36×10＜1 假设正确

3、直径为30?m的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。试求此颗粒在此气体中的沉降速度.

20℃的水:??1CP,??1000kg/m

气体的密度为1.2kg/m3 (有效重量指重力减浮力)

解: ∵ ∴

(???水)g??1000)g?3(???气)g1.6

3(?(??1.2)g1.6 解得：

设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:

u01?d(?s??1)g18?12?s?2665kg/m?(30?10?6?6)(2665?1000)?9.8118?10?32?8.17?10?4m/s

?4?10 校核：

假设正确.

则此颗粒在气体中的沉降速度为

u?88uRe1?du01??30?10?8.17?10?3?1000?0.0245＜1

01 024、有一降尘室，长6m，宽3m，共20层，每层100mm，用以除去炉气中的矿尘，矿

?88?0.0245?2.16m/s

3尘密度

10?m以上的颗粒，试求：

（1）为完成上述任务，可允许的最大气流速度为多少？ （2）每小时最多可送入炉气若干？

?s?3000kg/m，炉气密度0.5kg/m，粘度0.035mPa?s，现要除去炉气中

34

（3）若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？

u?d2(???)g解：（1）设沉降区为滞流，则 因为 ?s??? 则

u0?(10?10?618?

)?3000?9.81?32?4.67mm/s18?0.035?10

?3Re0?du0???10?10?6?4.67?10?3?0.5?6.67?10?4?10.035?10 假设正确

由降尘室的分离条件，有

u?u0LH?4.6?10?3?60.1?0.28m/s

?3（2）V?20Au?20?6?3?4.67?10?3?3600=6052.3m/h

33（3） V?Au0?6?3?4.67?10?3600?302.6m/h

可见加隔板可提高生产能力，但隔板间距不能过小，过小会影响出灰和干扰沉降。 5、一降尘室，长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中75?m以上的颗粒。已知烟气密度为0.6kg/m，粘度为0.03mPa?s，尘粒密度为4300kg/m，试求可处理的烟气量。

解： d?75?10?6333m ?s?4300kg/m

3?3 ??0.6kg/m ??0.03?10设沉降区为层流，则

u?d2(??6Pa?s

??)g218?)(4300?0.6)?9.81?3?6?(75?10?0.44m/s18?0.03?10Re?du

?0.44?0.6?3???75?10?0.66?10.03?10验算

q?nu3 故假设正确

A?20?0.44?5?3?132m/s总处理量为

6、一降尘室长5m，宽3m，高4m，内部用隔板分成20层，用来回收含尘气体中的球形

3固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000m/h，气体密度??0.9kg/m，粘度3??0.03mPa?s。尘粒密度?s?4300kg/m，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。

3解：降尘室总面积 A?20?5?3?300m

生产能力的计算式为 q?Au

注意式中 u0 为能 100% 除去的最小颗粒的沉降速度，而A应为总沉降面积。 解出

设沉降区为层流，则有

u?qA?36000/3600300?0.033m/s2

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