化工原理第三章习题课及答案.docx
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化工原理第三章习题课及答案
题型
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第3章第1节
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上册P116
知识点
次重点
分值
3
球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。
沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。
加速运动等速运动等速运动
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易
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第3章第1节
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上册P117
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重点
分值
2
在滞留区，球形颗粒的沉降速度
与其直径的______次方成正比；而在湍流区，
与其直径的______次方成正比。
21/2
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第3章第1节
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上册P120
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3
降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
气体在室内的停留时间
应≥颗粒的沉降时间
。
（2分）
滞流（1分）
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第3章第1节
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3
在规定的沉降速度
条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而与其__________________无关。
降尘室底面积（2分）
高度（1分）
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第3章第1、2节
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上册P119、125
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3
除去气流中尘粒的设备类型有__________、___________、__________等。
降尘室
惯性除尘
旋风分离器
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第3章第3节
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3
过滤常数
是由__________及___________决定的常数；而介质常数
与
是反映________________的常数。
物料特定过滤压强差过滤介质阻力大小
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第3章第3节
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一般
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3
工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有__________与___________；吸滤型连续操作过滤机有________________。
板框压滤机加压叶滤机转筒真空过滤机
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第3章第4节
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一般
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6
根据分离方式（或功能），离心机可分为__________、________和___________三种基本类型；而据分离因数的大小，离心机可分为__________、________和___________。
过滤式沉降式分离式常速离心机高速离心机超高速离心机
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第3章第3节
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分值
2
过滤操作有________和___________两种典型方式。
恒压过滤恒速过滤
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第3章第1节
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2
在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（）。
（A）颗粒几何形状（B）颗粒几何尺寸
（C）颗粒与流体密度（D）流体的流速
（D）（2分）
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第3章第1节
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2
含尘气体通过长4m，宽3m，高1m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s，则降尘室的生产能力为（A）。
（A）3m3/s（B）1m3/s
（C）0.75m3/s（D）6m3/s
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第3章第1节
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2
某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（C）。
（A）增加一倍（B）为原来的1/2
（C）不变（D）不确定
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第3章第2节
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上册P124
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一般
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2
粒径分别为16
和8
的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，沉降在滞流区，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（B）。
（A）2（B）4
（C）1（D）1/2
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第3章第3节
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上册P137
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分值
2
以下表达式中正确的是（A）。
（A）过滤速率与过滤面积
的平方成正比
（B）过滤速率与过滤面积
成正比
（C）过滤速率与所得滤液体积
成正比
（D）过滤速率与虚拟滤液体积
成正比
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第3章第3节
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一般
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2
在转筒真空过滤机上过滤某种悬浮液，若将转筒转速
提高一倍，其他条件保持不变，则生产能力将为原来的（B）。
（A）2倍（B）
倍
（C）4倍（D）1/2
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第3章第1节
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上册P117，118
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2
球形颗粒在静止流体中自由沉降，当在10-4<
<1时，沉降速度
可用（A）计算。
（A）斯托克斯公式（B）艾仑公式
（C）牛顿公式
球形颗粒在静止流体中作自由沉降时，其沉降速度
可用斯托克斯公式计算。
（×）
粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数。
（√）
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判断
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第3章第1节
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1
球形微粒在静止流体中作自由沉降，计算其沉降速度
时，必须采用试差法，而且这是唯一的方法。
（X）
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第3章第4节
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知识点
一般
分值
1
提高离心机分离因数
的基本途径是增加转鼓的转速。
（√）
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第3章第1节
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上册P120
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1
在降尘室里，颗粒可被分离的必要条件是颗粒的沉降时间
应大于或等于气体在室内的停留时间
。
（×）
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第3章第2节
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知识点
一般
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1
离心沉降速度
与重力沉降速度
的主要区别之一是
不是定值，而
则是恒定的。
（√）
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判断
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第3章第3节
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分值
1
连续过滤机中进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机中也多为恒压过滤。
（√）
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简答
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第3章第1节
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上册P115
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次重点
分值
4
球形颗粒在静止流体中作重力沉降时都受到哪些力的作用？
它们的作用方向如何？
答：
球形颗粒在静止流体中作重力沉降时，将受到三个力的作用，即重力、浮力与阻力。
（2分）
作用方向是重力向下，其余两个力向上。
（2分）（共4分）
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第3章第2节
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上册P125
知识点
重点
分值
3
简述评价旋风分离器性能的主要指标。
答：
在满足气体处理量（即生产能力）的前提下，评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离效率及气体经过旋风分离器的压强降。
（3分）
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较难
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第3章第2节
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上册P126、128
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5
影响旋风分离器性能最主要的因素可归纳为哪两大类？
为什么工业上广泛采用旋风分离器组操作？
答：
影响旋风分离器性能的因素是多方面的，其中最主要的因素可归纳为物系性质与操作条件两大类。
（2分）
因为对于同一结构型式的旋风分离器来说，减少尺寸有利于分离，所以当气体处理量很大，又要求较高的分离效果时，常采用旋风分离器组操作。
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第3章第2节
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上册P131
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分值
3
简述选择旋风分离器的主要依据。
答：
主要依据有三个方面：
（1）含尘气体的处理量（或生产能力）（1分）
（2）允许的压强降。
（1分）
（3）要求达到的分离效率。
（1分）
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易
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第3章第3节
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上册P133
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一般
分值
4
简述何谓饼层过滤？
其适用何种悬浮液？
答：
饼层过滤是指固体物质沉降于过滤介质表面而形成滤饼层的操作。
（2分）
它适用于处理固体含量较高（固相体积分数约在1%以上）的悬浮液。
（2分）
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简答
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第3章第3节
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上册P134
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次重点
分值
4
何谓膜过滤？
它又可分为哪两类？
答：
膜过滤是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术。
（2分）
它又可分为微孔过滤和超滤两类。
（2分）（共4分）
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简答
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第3章第3节
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上册P134
知识点
一般
分值
5
简述工业上对过滤介质的要求及常用的过滤介质种类。
答：
对过滤介质的要求是：
它应具有流动阻力小和足够的机械强度，同时还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。
（3分）
种类有：
织物介质、堆积介质、多孔固体介质及多孔膜。
（2分）
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第3章第3节
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上册P149
知识点
一般
分值
3
简述提高连续过滤机生产能力的措施。
答：
措施有：
适当提高转速
和浸没度
，加大过滤常数
（增大真空度或降低滤液粘度）等。
（每个措施1分，共3分）
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简答
难度
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第3章第3节
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上册P148
知识点
次重点
分值
5
何谓过滤机的生产能力？
写出间歇过滤机生产能力的计算式。
答：
过滤机的生产能力通常是指单位时间内获得的滤液量，也有按滤饼产量或滤饼中固体物料的产量来计算的。
（3分）
过滤机生产能力
的计算式：
（2分）
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题型
计算
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第3章第1节
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上册P117、118
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6
用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为6.35
的钢球在此液体内沉降200
所需的时间为7.32
已知钢球的密度为7900
，液体的密度为1300
。
试计算液体的粘度。
解：
（1）钢球的沉降速度
（1分）
（2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算：
（3分）
（3）核算流型：
故假设成立，求出的
有效。
（2分）
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计算
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上册P117、118
知识点
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分值
8
密度为1850
的固体颗粒，在50℃和20℃水中，按斯托克斯定律作自由沉降时，
（1）它们沉降速度的比值是多少？
（2）若微粒直径增加一倍在同温度水中作自由沉降时，此时沉降速度的比值又为多少？
解：
（1）由附录查出有关温度下水的性质：
20℃时，密度
=998
，粘度
=1.005×10-3Pa·s（1分）
50℃时，
=998
，
=0.5494×10-3Pa·s（1分）
（3分）
（2）此时，d´=2d，ρs，ρ，μ均相同；据
可得：
（3分）
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计算
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第3章第1节
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上册P117、118、120
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分值
6
拟采用底面积为14
的降沉室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。
操作条件下气体的密度为0.75
，粘度为2.6×10-5Pa•s；固体的密度为3000
；要求生产能力为2.0
，求理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径
。
解：
（1）在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度
为：
（1分）
（2）假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求
。
（3分）
（3分）
校核沉降流型
故原假设正确，求出的
有效。
（2分）
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题型
计算
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较难
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第3章第1节
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上册P117、118
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7
若铅微粒（
=7800
）和石英微粒（
=2600
）以同一沉降速度在
（1）空气中
（2）水中作自由沉降，假设沉降在滞流区。
分别求它们的直径之比。
取水的密度为1000
。
解：
（1）在空气中作自由沉降，由于
空气《
故
空气可略，
即
-
空气≈
由斯托克斯公式可得
（1分）设铅微粒下标为1，石英微粒下标为2。
可得：
（3分）
（2）在水中作自由沉降，可得：
（3分）
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计算
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第1章第3节
第3章第1节
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上册P45、117、118、120
知识点
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分值
11
用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8
，密度为4000
。
降尘室内长4.1
，宽1.8
，高4.2
，气体温度为427℃，粘度为3.4×10-5Pa·s，密度为0.5
，若每小时的炉气量为2160标准
。
试求降尘室内的隔板间距及层数。
解：
（1）操作条件下炉气处理量为：
（2分）
（2）假设沉降在滞流区，可求出ut
（2分）
而气体水平通过速度
（1分）
（3）层数n
（2分）
（4）隔板间距
h
可得：
（1分）
（5）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区
①
在滞流区（1分）
②
（1分）
气体流动的Re为：
在滞流区。
故降尘室计算合理，结果有效。
（1分）
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计算
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中
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第3章第2节
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上册P125、126、127
知识点
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分值
9
采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。
要求旋风分离器的生产能力为2.0m3，直径D为0.4m，适宜的进口气速为20m/s。
炉气的密度为0.75kg/m3，粘度为2.6×10-5Pa·s（操作条件下的），固相密度为3000kg/m3，求
（1）需要几个旋风分离器并联操作；
（2）临界粒径dc；（3）分割直径d50；（4）压强降ΔP。
解：
对于标准型旋风分离器，h=D/2，B=D/4，Ne=5，ξ=8（教材上册P125）
（1）并联旋风分离器数n：
单台旋风分离器的生产能力为：
（Vs）单=h·B·ui=
（0.42/8）×20=0.40m3/s（2分）
n=Vs/（Vs）单=2.0/0.40=5（1分）
（2）求临界粒径dc
B=D/4=0.4/4=0.1m，Ne=5，代入下式：
（2分）
（3）分割直径d50
（2分）
（4）压强降ΔP
（2分
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题型
计算
难度
中
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第3章第2节
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上册P131、132
知识点
重点
分值
6
某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1250pa已知气体密度为1.0Kg/m3,试选择合适的型号。
解：
题中已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由其生产能力表中来选。
题中热空气的允许压强降为1250pa,需要进行校正。
（2分）
从教材上册P131表3-3中查出5号扩散式旋风分离器（直径为D=525mm）在1570pa的压强降下操作时，生产能力为5000m3/h现在要达到10000m3/h的生产能力，可采用两台并联。
（也可采取其他的同样合理的选择）（4分）
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题型
计算
难度
中
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第3章第3节
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上册P136、137、138
知识点
重点
分值
8
在恒定压差下用尺寸为
的一个滤框（过滤面积为0.806m2）对某悬浮液进行过滤。
已测出过滤常数
滤饼体积与滤液体积之比为0.1，设介质阻力可略，求1、当滤框充满滤饼时可得多少滤液？
2、所需过滤时间θ。
求滤液量V
滤饼体积：
（2分）
题给
滤液体积：
（2分）
1求过滤时间θ
当介质阻力可略时，
（1分）
（3分）
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题型
计算
难度
较难
章节
第3章第3节
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上册P138、139
知识点
重点
分值
10
用板框压滤机在9.81×104pa恒压差下过滤某种水悬浮液。
要求每小时处理料浆8m3。
已测的1m3滤液可得滤饼0.1m3,过滤方程式为：
（θ单位为s）求①过滤面积A②恒压过滤常数K、qe、θe
过滤面积A
由题给：
（3分）
代入题给过滤方程：
解出：
A=5.782m3（3分）
1求过滤常数K、qe、θe
把题给过滤方程与恒压过滤方程
相比较，可得
K=5×10-4m3/s；2Ve=1m3；故Ve=0.5m3（2分）
qe=Ve/A=
（1分）
（1分）
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计算
难度
较难
章节
第3章第3节
页码
上册P137、138
知识点
次重点
分值
8
某板框式压滤机，在表压为2×101.33×103pa下以恒压操作方式过滤某悬浮液，2小时后得滤液10m3；过滤介质阻力可略，求①若操作时间缩短为1小时，其他情况不变，可得多少滤液？
②若表压加倍，滤饼不可压缩，2小时可得多少滤液？
介质阻力可略时，有
的恒压过滤方程式，题给
其他情况不变，悬浮液不变，
不变，则有：
K、A不变，故有：
（2分）
1因
改变，恒压过滤方程为：
（1分）
而
K、A不变（1分）
可得：
（2分）
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计算
难度
较难
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第3章第3节
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上册P138、147
知识点
次重点
分值
8
某板框式压滤机的过滤面积为0.2m2，在压差
下以恒压操作过滤一种悬浮液，2小时后得滤液4m3,介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：
①若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？
②若在原压差下过滤2小时后用0.5m3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？
原工况下的过滤常数K为：
（介质阻力可略）
（2分）
1过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量：
（2分）
2求洗涤时间
对于板框压滤机，
（2分）
因介质阻力可略，故Ve=0,题给Vw=0.5m3代入后可得：
（2分）
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题型
计算
难度
中
章节
第3章第3节
页码
上册P139、144、148
知识点
次重点
分值
8
用板框式压滤机在2.95×105pa的压强差下，过滤某种悬浮液。
过滤机的型号为BMS20/635-25，共26个框。
现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m2/s，qe=0.023m3/m2，且1m3滤液可得滤饼0.020m3求：
①滤饼充满滤框所需的过滤时间。
②若洗涤时间为0.793h，每批操作的辅助时间为15min，则过滤机的生产能力为多少？
答案与评分标准
1过滤时间θ
过滤面积为：
（1分）
滤饼体积为：
（1分）
滤液体积为：
（1分）
而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2（1分）
过滤时间
（2分）
2生产能力Q
操作周期T=Q+Qw+QD=3700+0.793×3600+15×60=7455s（1分）
Q
（1分）
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题型
计算
难度
较难
章节
第3章第3节
页码
上册P149、150
知识点
一般
分值
7
现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机（转鼓直径为1.75m，长度0.98m，过滤面积5m2，浸没角120o）在66.7Kpa真空度下过滤某种悬浮液。
已知过滤常数K=5.15×10-6m2/s，每获得1m3滤液可得0.66m3滤饼，过滤介质阻力忽略，滤饼不可压缩，转鼓转速为1r/min求过滤机的生产能力及转筒表面的滤饼厚度。
答案与评分标准
（1）生产能力Q
①转筒过滤面积
（1分）
②转筒浸没度
（1分）
③介质阻力可忽略时，可用下式计算Q：
Q
（2分）
（2）求滤饼厚度L
①转筒每转一周获得的滤液量为：
（1分）
②
（1分）
③厚度
（1分
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题型
计算
难度
中
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第3章第1节
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上册P118、119
知识点
重点
分值
7
密度为2400Kg/m3的球形粒子在20℃的空气中作自由沉降。
求①服从斯托克斯定律的最大颗粒直径；②服从牛顿定律的最小颗粒直径。
已查出20℃空气的密度为1.205Kg/m3。
粘度为1.81×10-5pa.s
服从斯托克斯定律的最大颗粒直径，服从滞流沉降区的上限值
K=
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