化工原理非均相物系分离习题库.

非均相物系分离一、填空题1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u1,在空气中为u2，则u12；若在热空气中的沉降速度为u3，冷空气中为u4，则u34。(＞，＜，＝)dg(ρs-ρ)18μ2答：ut=，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1u2热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以u3u42．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将（上升、下降、不变），导致此变化的原因是1）；2）。答：上升，原因：粘度上升，尘降速度下降；体积流量上升，停留时间减少。3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度，气体的体积流量，气体停留时间，可100%除去的最小粒径dmin。（增大、减小、不变）答：减小、减小、增大，减小。4dg(ρs-ρ)3ρξut=，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，nRTpV=压强增加，，所以气体的体积流量减小，Lu=LVs/At=气体的停留时间，气体体积流量减小，故停留时间变大。非均相物系分离最小粒径在斯托克斯区dmin=18μutg(ρs-ρ)，沉降速度下降，故最小粒径减小。4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P1，总效率为η1，通过细长型旋风分离器时压降为P2，总效率为η2，则：PP2，η1η2。答：小于，小于5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数：1）s=0，压差提高一倍，其他条件不变，τ'；2）s=0.5，压差提高一倍，其他条件不变，τ'τ；3）s=1，压差提高一倍，其他条件不变，τ'τ；1）0.5；2）0.707；3）1τ∝1/(∆p)1-s，可得上述结果。6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m，则切向速度utm/s。答：17.1m/s7．对板框式过滤机，洗涤面积AW和过滤面积A的定量关系为，洗水走过的dV)W距离Lw和滤液在过滤终了时走过的距离L(dV)E的定量关系为，洗涤速率（dθ和终了时的过滤速率dθAw=12A的定量关系为。dV)W1dV()E4dθ=答案：；Lw=2L;(dθ8．转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越，每转一周所获得的滤2非均相物系分离液量就越，形成的滤饼厚度越，过滤阻力越。答案：大；少；薄；小分析：由转筒真空过滤机的生产能力Q=465Kϕn(忽略介质阻力)9．一降尘室长5M,宽2.5M,高1.1M,中间装有10块隔板,隔板间距为0.1M,现颗粒最小直径10μm,其沉降速度为0.01m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来,含尘气体的最大流速不能超过____________m/s。3理由：1)最大生产能力V=11⨯5⨯2.5⨯0.01=1.375m/s最大流速L≥u=VH⋅b=1.3751.1⨯2.5=0.5m/sHu0或：u⇒5u≥0.10.01⇒u≤0.5m/s10．恒压过滤时，过滤面积不变，当滤液粘度增加时，在相同过滤时间内，过滤常数Ｋ将变，滤液体积将变。答：小，小K=2k∆p1-s,k=∆pμrν，粘度增加，故K变小；(V+Ve)2=KA(θ+θe)，滤液体积减小。2二、选择题１．以下说法正确的是。Ａ过滤速率与过滤面积成正比Ｂ过滤速率与过滤面积的平方成正比Ｃ过滤速率与滤液体积成正比Ｄ过滤速率与滤布阻力成正比非均相物系分离答案：B２．用板框过滤机进行恒压过滤，若介质阻力可忽略不计，过滤20min可得滤液8m3，若再过滤20min可再得滤液。Ａ8m3Ｂ4m3Ｃ3.3m3Ｄ11.3m3答案:C分析:由恒压过滤方程22V+2VVe=KAθ22由题知Ve=0,则有V=KAθ3V=8mθ=20min1将1代入,得KA2=8220则θ2=40min时则V2=KAθ=282203⨯40=11.3m3V2-V1=11.3-8=3.3m应注意恒压过滤方程中V、θ是指从初始(0起点)态计得的累积量。３．含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降，理论上完全除去的粒子最小粒径为30μm，现气体的额处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为。A2×30μmB1/2×30μmC30μmD21/2×30μm答案：D分析：降尘室最大处理量Vs与能被完全除去最小颗粒的沉降速度ut有以下关4非均相物系分离系VS=Autut=d(ρs-ρ)g18μ2由故dmin=18μVsg(ρs-ρ)A∝s４．下面哪个是过滤的推动力。Ａ液体经过过滤机的压强降；Ｂ滤饼两侧的压差；Ｃ介质两侧的压差；Ｄ介质两侧的压差加上滤饼两侧的压差答：D５．恒压过滤时，当过滤时间增加１倍则过滤速率为原来的。（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩）A21/2倍B2-1/2倍C2倍D1/2倍答案：B分析：恒压过滤方程为：dqq2+2qqe=Kθ（a）过滤基本方程为dθ=K2(q+qe)(b)将qe=0代入两式，然后再将(a)代入(b)有dqdθ=K2Kθ∝16．降尘室的生产能力取决于。Ａ降尘面积和降尘室高度非均相物系分离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降尘室的宽度和长度答：B7．对标准旋风分离器系列，下列说法哪一个是正确的A尺寸大，则处理量大，但压降大；B尺寸大，则分离效率高，但压降小；C尺寸小，则处理量小，但分离效率高；D尺寸小，则分离效率差，但压降大答：C8．设降尘室的长、宽、高分别为L、S、H（单位均为m），颗粒的沉降速度为ut（m/s），气体的体积流量为Vs，则颗粒能在降尘室分离的条件是。AH/ut≥LbH/Vs；BH/ut≤LbH/Vs；CL/ut≤LbH/Vs；DL/ut≥LbH/Vs答：B9．下列说法中正确的是。A离心沉降速度ur和重力沉降速度ut是恒定的；B离心沉降速度ur和重力沉降速度ut不是恒定的；C离心沉降速度ur不是恒定值，而重力沉降速度ut是恒定值；D离心沉降速度ur是恒定值，而重力沉降速度ut不是恒定值非均相物系分离答案：C分析：离心沉降速度ur随颗粒在离心力场中的位置(R)而变。而重力沉降速度u2Tut与位置无关。因为决定ur的是离心加速度而决定ut的是加速度g，它是一常量。R，它是一个变量，与位置有关。10．欲对含尘气体进行气固分离，若气体的处理量较大时。应，可获得较好的分离效果。A采用一个尺寸较大的旋风分离器B采用多个尺寸较小的旋风分离器串联C采用多个尺寸较小的旋风分离器并联D不用旋风分离器，该用其它分离设备答：C三、计算题１．用板框压滤机在恒压强差下过滤某种悬浮液，测得过滤方程式为：V2+V=5×10-5A2θ试求：⑴欲在30min内获得5m3滤液，需要边框尺寸为635mm×635mm×25mm的滤框若干个；⑵过滤常数K、qe、θe。解：1、所需滤框数由已知的过滤时间和相应的滤液体积，利用恒压过滤方程求过滤面积。再由滤框尺寸确定所需的滤框数非均相物系分离将有关数据代入恒压过滤方程式并整理得到V2A=+V-55⨯10θ=5+55⨯10-52⨯30⨯60=18.26m22又A=2⨯0.635nn=A/2⨯0.6352=18.26/2⨯0.6352=22.64实取23个框，则实际过滤面积为：A=2⨯0.6352⨯23=18.55m22、过滤常数K、qe及θe根据恒压过滤方程式确定过滤常数K、Ve，恒压过滤方程式V2+2VVe=KAθ2与题给恒压过滤方程相比可得，K=5⨯10-5m/s322Ve=1，Ve=0.5m32qe=Ve/A=0.5/18.55=0.027m/mθe=qe/K=0.02722/5⨯10-5=14.6s2．实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种悬浮液进行实验，滤叶内部真空度为8×104Pa，测出qe为0.01m3/m2，θe为20s，且知每获1升滤液，便在滤叶表面积累1mm厚的滤渣，今选用板框过滤机在3.2×105Pa的表压下过滤该悬浮液，所用过滤介质与实验相同，该压滤机滤框为正方形，其边长为810mm，框厚为42mm，共20个框，滤饼不可压缩。试求：⑴滤框完全充满滤饼所需的过滤时间；⑵若滤饼洗涤与装卸时间为0.5h，求以滤液体积计的生产能力。非均相物系分离解：1）滤框完全充满滤饼所需的过滤时间θ222过滤面积：A=2ln=2⨯0.81⨯20=26.24m222滤饼体积：Vc=lbn=0.81⨯0.042⨯20=0.551mν=0.1⨯0.0010.001=0.1m滤饼/m滤液33滤液体积q=VA=V=Vcν=0.5510.1=5.51m35.5126.24=0.21m/m324真空度为8⨯10Pa324，即∆p=8⨯10Pam/s2qe=0.01m/m，θe=20sK=qe2θe=0.01202=0.5⨯10-5K'K=∆p'∆p∆p'∆p)=0.5⨯10-5K'=K((3.2⨯100.8⨯1055)=2⨯10-5m/s2θe'='qe2K'=0.012⨯102-5=5s2过滤时间：θ=')(q+qeK'-θe'=(0.21+0.01)2⨯10-52-5=2145s=0.67h2）过滤机的生产能力Q=V=5.510.67+0.5=4.71m/h3θ+θW+θD3．某板框压滤机的过滤面积为0.6m2，在恒压下过滤某悬浮液，3小时后得滤液60m3，若滤饼不可压缩，且过滤介质可忽略不计，试求：非均相物系分离⑴若其他条件不变，过滤面积加倍，可得多少滤液？⑵若其他条件不变，过滤时间缩短1.5h，可得多少滤液？⑶若其他条件不变，过滤的压差加倍，可得多少滤液？⑷若在原表压下过滤3h，用4m3的水洗涤滤饼需多长时间？设滤液与水的性质相近。解：1）因过滤阻力忽略不计，恒压过滤方程为：V2=KA2θ;A'=2A时，V'2=KA'2θV'22V'20.6)2即：V2=A'A2,602=(2⨯0.62解得：V'=120m32）θ'=12θV''2=KA2θ'V2=KA2θ∴V''2''2.5V2=θ'Vθ,602=13解得：V''=42.43m33、∆p'=2∆pK∝∆p,K'=2KV'''2=K'A2θ,V2=KA2θV'''2K'V'''2=2KV2K,602=K=2解得：V'''=84.85m34、洗涤时间：非均相物系分离V2=KAθ2=KA2=V2θ=60332=1200dVdθ=KA2V212002⨯60=10m/hθW=VW1dV()E4dθ=414⨯10=1.6h4．用小型板框压滤机对某悬浮液进行恒压过滤试验，过滤压强差为150kPa，测得过滤常数k=2.5×10-4m2/s，qe=03/m2。今拟用一转筒真空过滤机过滤该悬浮液，过滤介质与试验时相同，操作真空度为60kPa，转速为0.5r/min，转筒的浸没度为1/3。若要求转筒真空过滤机的生产能力为5m3滤液/h，试求转筒真空过滤机的过滤面积。已知滤饼不可压缩。解：滤饼不可压缩，故K∝∆pK'K=∆p'∆p=60150,K'=60150K=1.0⨯10-4m/s2q2e=Kθe',θe'=qeK2=0.022-41.0⨯102=4sQ=60[KA(60ϕn+θe'n)-Ven]5=60[.0⨯10-4222A(60⨯1/3⨯0.5+4⨯0.5)-0.02A⨯0.5]2解得：A=3.597m