化工原理沉降与过滤习题及答案.docx
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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7800kg/m3的小钢球在相对密度为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998.2kg/m3粘度为×10-5Pa·s）。
A
4000mPa·s；40mPa·s；Pa·s；3382mPa·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．；B。
；C。
；D。
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.倍；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。
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
4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h，沉降室长、宽、高尺寸为=5,则其沉降速度为。
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12m，其沉降速度为0.02m/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。
8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4m,切向速度为15m/s。
当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数为。
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=（）。
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。
18、用板框过滤机过滤某种悬浮液。
测得恒压过滤方程为
（θ的单位为s），则K为m2/s，qe为m3/m2，
为s。
，，
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11×6×4m，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=1600kg/m3，ρ烟气=1.29kg/m，μ烟气=
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
=（35×10-6）2×1600×（18××10-5）
=0.0474m/s
检验：
Re=d尘粒u0ρ烟气/μ烟气
=35×10-6×××10-5）
=＜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/=
又，烟气流速u=[（12500/（4×6×3600））×[（273+150）/273]
=0.224m/s
烟气在沉降室内停留时间：
θ停留=11/=
即θ停留＞θ沉降
∴35mm以上尘粒可在该室沉降
2、相对密度，直径2.5mm的钢球，在某粘稠油品（相对密度）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：
μ油品=d钢球2（ρ钢球-ρ油品）g/（18u钢球）
=2×（7900-900）×（18×
=·s
验算：
Re=d钢球u钢球ρ油品/μ油品
=××900/
=×10-3＜1假设正确
3、直径为30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倍。
试求此颗粒在此气体中的沉降速度.
20℃的水:
气体的密度为1.2kg/m3（有效重量指重力减浮力）
解:
∵
∴
解得：
设球形颗粒在水中的沉降为层流,则在水中沉降速度:
校核：
＜1
假设正确.
则此颗粒在气体中的沉降速度为
4、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，矿尘密度，炉气密度，粘度0.035m，现要除去炉气中10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？
（3）若取消隔板，为完成任务该降尘室的最大处理量为多少？
解：
（1）设沉降区为滞流，则
因为则
假设正确
由降尘室的分离条件，有
（2）=
（3）
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5，宽3，高4，内部用隔板分成20层，用来除去烟气中以上的颗粒。
已知烟气密度为，粘度为，尘粒密度为4300，试求可处理的烟气量。
解：
设沉降区为层流，则
验算故假设正确
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固体颗粒，操作条件下含尘气体的流量为36000，气体密度，粘度。
尘粒密度，试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。
解：
降尘室总面积
生产能力的计算式为
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
=
验算Re0==
故假设正确
7、在（2atm）操作压力下用板框过滤机处理某物料，操作周期为3h，其中过滤，滤饼不需洗涤。
已知每获1m3滤液得滤饼0.05m3,操作条件下过滤常数，介质阻力可忽略，滤饼不可压缩。
试计算：
（1）若要求每周期获的滤饼，需多大过滤面积？
（2）若选用板框长宽的规格为，则框数及框厚分别为多少？
解：
（1）
所以
A===28.43m
（2）A=
所以=取15个
所以==
应注意每个框的两侧都有滤布，故计算面积时要在n个框面积的基础上再乘以2。
8、一小型板框压滤机有5个框，长宽各为0.2m,在300kPa（表压）下恒压过滤2h，滤饼充满滤框，且得滤液80L,每次洗涤与装卸时间各为h。
若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。
求：
（1）洗涤速率为多少m3/（）?
（2）若操作压强增加一倍，其它条件不变，过滤机的生产能力为多少？
解：
（1）洗涤速率
因过滤介质阻力可忽略不计，即
q2=Kτ
过滤面积A=5××2=m2
单位过滤面积上的滤液量q=V/A=80×10-3/=m3/m2
过滤常数K=q2/τ=2=m2/h
过滤终了时的速率（dq/dτ）E=K/2q=（2×=m/h
洗涤速率（dq/dτ）W=（dq/dτ）E=×=m/h
（2）Δp’=2Δp时的生产能力
因滤饼不可压缩,所以K’=KΔp’/Δp=2K=2×=m2/h
因在原板框压滤机过滤，悬浮液浓度未变，则当5个板框充满滤饼时所得滤液量仍为V’=m3,故此时所用的过滤时间为
τ=q’2/K’=q2/K==1h
生产能力Q=V’/（τ+τw+τD）=（1++=m3滤液/h
9、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液，在1atm表压下20分钟在每1m2过滤面积上得到0.197m3的滤液,再过滤20分钟又得滤液0.09m3。
试求共过滤1小时可得总滤液量为若干m3.
解:
当时,q1=m2
时,q2=+=0.287m3/m2
代入恒压过滤方程时可得:
联立解得：
由此
当过滤1小时后,可得滤液量:
解得:
q=m2即每m2过滤面积过滤1小时后可得滤液为
10、一转筒真空过滤机，其直径和长度均为1m，用来过滤某悬浮液。
原工况下每转一周需时1min，操作真空度为（500mmHg），每小时可得滤液60，滤饼厚度为12mm，新工况下要求生产能力提高1倍，操作真空度提高至（650mmHg），已知滤饼不可压缩，介质阻力可忽略。
试求：
（1）新工况过滤机的转速应为多少？
（2）新工况所生成的滤饼厚度为多少？
解：
（1）=0所以
设浸没度为，转速为n（r/min）
则转筒旋转一周所需时间为，其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为
所以
故Q=60nV=60A所以
由题知S=0及故
（2）设滤饼的厚度为，则有
所以
11、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。
降尘室底面积为10㎡，高1.6m。
操作条件下气体密度为0.5kg/m3，粘度为
，颗粒密度为3000kg/m3。
气体体积流量为5m3/s。
试求：
（1）可完全回收的最小颗粒直径；
（2）如将降尘室改为多层以完全回收20
的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。
解：
（1）设沉降运动处在层流区，则能完全回收的最小颗粒直径：
校核：
最小颗粒的沉降速度：
，近似认为沉降运动处于层流区。
（2）20
的颗粒也要能全部回收，所需要的降尘面积可按下式计算（既然直径为
的颗粒尚能处于层流区，则20
的颗粒沉降也一定处在层流区）：
需要降尘面积为153㎡，所以降尘室应改为16层（15块隔板），实际降尘面积为160㎡。
层间距为。
点评：
就设备结构参数而言，降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出，当处理量一定时，完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积，这是通过多层结构来实现的。
12、用一板框压滤机在300kPa的压强差下过滤某悬浮液。
已知过滤常数
，
。
要求每一操作周期得8m3的滤液，过滤时间为小时。
设滤饼不可压缩，且滤饼与滤液的体积之比为。
试求
（1）过滤面积；
（2）若操作压强差提高至600kPa。
现有一板框过滤机，每框的尺寸为
mm，若要求每个周期仍得到8m3滤液，则至少需要多少个框才能满足要求？
又过滤时间为多少？
解：
（1）恒压过滤方程
，其中
，于是：
（2）恒压过滤方程反映的是滤液体积、过滤时间和过滤面积之间的关系。
在这一问，过滤面积和过滤时间均为所求。
因此用该方程不能解决这一问题。
事实上，滤液体积已知且滤渣与滤液体积比也已知，则滤饼体积可求，由滤饼体积及每框的容积可求框数（因为每个操作周期中滤饼充满框后才停止过滤）。
滤饼体积=
。
框数=
，取
操作压强提高至600kPa，由于滤饼不可压缩，过滤常数
与压差成正比，于是
。
不变。
实际过滤面积为：
由恒压过滤方程可计算过滤时间：
点评：
过滤面积的求取属设计型计算，可通过过滤方程式直接解决；设计条件和操作条件的差异应在过滤常数上加以体现。
当过滤压差增大时，用较小的过滤面积在基本相同的时间内就能得到相同的滤液量。
13、用板框过滤机在恒压下过滤悬浮液。
若滤饼不可压缩，且过滤介质阻力可忽略不计。
（1）当其它条件不变，过滤面积加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？
（2）当其它条件不变，过滤时间减半，则获得的滤液量为原来的多少倍？
（3）当其它条件不变，过滤压强差加倍，则获得的滤液量为原来的多少倍？
解：
（1）过滤介质阻力忽略不计，则恒压过滤方程可变为：
，于是
（2）
（3）由于滤饼不可压缩，压缩性指数
，因此压强增加滤饼比阻不变，由过滤常的定义
可知，
。
于是
14、恒压过滤某悬浮液，已知过滤5min得滤液1L，若又过滤5min后，试求：
1.得到滤液量（L）；
2.过滤速率（L/min）。
设：
过滤介质阻力可忽略。
解：
过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为
则
（1）
（2）
两式相除得
（3）
依题意
L
由（3）式得
L
L
L/min
15、两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。
已知玻璃球的密度为2500kg/m3，水的密度为m3，水的粘度为10-3Pas，空气的密度为m3，空气的粘度为10-5Pas。
（1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为B。
A．B．9.612C．D．
（2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为D。
A．B．11.593C．D．
解：
（1）由
得
所以
（2）由
，
得
，
所以
16、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。
已知该颗粒的密度为5000kg/m3，空气的密度为1.205kg/m3，空气的粘度为10-5Pas。
则
（1）在层流区沉降的最大颗粒直径为B10-5m。
A．B．4.639C．D．
（2）在湍流区沉降的最小颗粒直径为C10-3m。
A．B．1.124C．D．
解：
（1）由
得
而
所以
（2）由
得
所以
17、对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤。
（1）恒速过滤时，已知过滤时间为100s时，过滤压力差为3104Pa；过滤时间为500s时，过滤压力差为9104Pa。
则过滤时间为300s时，过滤压力差为C。
A．4104PaB．5104PaC．6104PaD．7104Pa
（2）若恒速过滤300s后改为恒压过滤，且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为，过滤面积为1m2，恒压过滤常数为K=510-3m2/s，qe=0m3/m2（过滤介质的阻力可以忽略）。
则再恒压过滤300s后，又得滤液体积为D。
A．0.386m3B．0.486m3C．0.586m3D．0.686m3
解：
（1）由
得
两式相减，得
，
所以
所以
（2）由
得
18、对某悬浮液进行恒压过滤。
已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=510-3m2/s。
若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为C。
A．505sB．515sC．525sD．535s
解：
由
得
所以
19、用一个截面为矩形的沟槽，从炼油厂的废水中分离所含的油滴。
拟回收直径200µm以上的油滴。
槽的宽度为4.5m深度为0.8m。
在出口端，除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移去。
油的密度为870Kg/m3，水温为20℃，若每小时处理废水1560m3，求所需槽的长度L为多少？
已知20℃水密度为998.2Kg/m3，粘度为·S。
（10分）
解：
假定油滴沉降为滞流区
则沉降速度ut=（200×10-6）2×（870﹣）×18××10-3=﹣×10-3m/s
负号说明油滴向上运动
校核Re=200×10-6××10-3××10-3=﹤1假设成立
水流过沉降槽速度u=VS/Bh=（1560/3600）/×=m/s
据降沉室分离条件L/u≥H/ut
则L≥Hu/ut≥（×）/×10-3≥34.5m
即所需槽的长度L为
20、某板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液，4h后得滤液80m3，过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩，试求；
（1）若在过滤2h，又可得滤液多少m3。
（2）若过滤压力加倍，滤饼不可压缩，也过滤4h，可得滤液多少m3。
解：
（1）V2=KA2θ；802=KA24；→KA2=1600m4/h
（80+V）2=1600（4+2）→V=即又得滤液.
（2）K=2kΔp1-S=2KΔp∴kˋ=2kkˋA2=3200m4/h
V‘2=kˋA2θV‘=（3200×4）1/2=113.14m3
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