第三章习题化工原理
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 1
6.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/ Rep
8.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*** 1000
13．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____。
16．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*** A
18．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____m3/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
29．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。
2.（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
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
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
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。
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3
1200
m
kg 黏度为
s
mPa ?3.2，其中固体颗粒可视为球形，密度取
3
2640m
kg 。求直径为mm 1.0颗粒的沉降速度。
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：
()
()()
s
m
gd
u
p
p
t
3
3
2
4
210
41.3103.2181200
2640
10
81.918---?=??-??=
-=
μ
校核流型 2178.010
3.21200
1041.310
Re 3
34
<=????==
---μ
t p t
u d
层流区假设成立，s mm u t
41.3=即为所求。
3-2 某烧碱厂拟采用重力沉降净化粗盐水，粗盐水密度为3
1200m
kg 黏度为s
mPa ?3.2，其中固体颗粒可视为球形，密
度取3
2640m
kg 。沉降速度为s
m 02.0的颗粒直径。
解：假设沉降在层流区，()
μ
182
-=
p
p
t
gd
u
。
()
()
m
g u d p
t
p
4
3
10
42.21200264081.902
.010
3.21818--?=-????=
-=
μ
校核流型 253.210
3.21200
02.010
42.2Re 3
4
>=????=
=
--μ
t p t
u d
原假设不成立。设沉降为过渡区。
()()
()m
g u d p t
p
4
6
.116
.034.04.16
.116.04.04.110
59.21200264081.9103.21200153.002.0153.0--?=???
?
????-????
?? ?
?=??
?
?????-??? ??= μ校核流型 70
.210
3.21200
02.01059.2Re 3
4
=????=
=
--μ
t p t
u d
过渡区假设成立，mm
d p
259.0=即为所求。
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s m
3
5.2，气体密度为3
720.0m
kg ，
黏度为s Pa ??-5
10
6.2，飞灰可看作球型颗粒，密度为3
2200m
kg 。求临界直径。
解： s
m BL
V u tc
347.03
4.2
5.2max =?=
=
假设沉降处于层流区，
()
()
m
g u d
p
tc
pc
5
5
10
68.8720.0220081.9347
.010
6.21818--?=-????=
-=
μ
校核流型 2
834.010
6.2720
.0347.010
68.8Re 5
5
<=????=
=
--μ
tc pc t
u d
故m
d pc
μ8.86=即为所求。
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s m
3
5.2，
气体密度为3
720.0m kg ，
黏度为s Pa ??-5
10
6.2，飞灰可看作球型颗粒，密度为3
2200m
kg 。要求m μ75以上飞灰完全被分离下来，锅炉的烟气量
不得超过多少。
解：已知m μ75
，由上题知沉降必在层流区。
()
()()
s
m gd
u
p
pc
tc
259.010
6.218720
.02200
10
5.781.9185
2
5
2
=??-???=
-=
--μ
s
m
BLu V tc 3
max 87.1259.034.2=??==
校核气流速度： s m s m BH
V u 5.139.02
4.287.1max <≈?=
=
3-5 过滤固相浓度%
1=c 的碳酸钙悬浮液，颗粒的真实密度3
2710m kg p
= ，清液密度3
1000m
kg = ，
滤饼含液量46
.0=?
，求滤饼与滤液的体积比
ν
。
解： 设滤饼的表现密度为c ,3
m
kg
，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：
??+
-=
p
c
11
所以：3
1517100046.02710
46.011m
kg c
=??? ??+-=
每获得3
1m
滤液，应处理的悬浮液体积为
()ν+1，其中固体颗粒的质量为：()p c ν+1
每获得3
1m
滤液得到的滤饼质量为
()c ν，其中固体颗粒的质量为：()?ν-1c
射固体颗粒全部被截留，则()()C B =，有()p
c p
c c
--=
?ν1
将已知值代入上式：()3
0342.02710
01.046.0115172710
01.0m
=?--??=
ν滤饼/3
m
滤液。
3-6 过滤面积为2
5m
的转股真空过滤机，操作真空度为a kp 54
，浸没度为1/3，每分钟转数为0.18。操作条件下的过滤常数K
为
s
m
2
6
10
9.2-?，
e q 为2
3
3
10
8.1m
m
-?，求()h
m
V t
3
。
解：()
???
??
???
?
?
?
??-?+??????=---3
2
36
108.1108.118.0109.23
160518.060t V
h m
3
877.0=
3-7 一填充床含有不同大小的颗粒，计mm
10的占15%，mm 20
的占25%，mm 40的占40%，mm
70的占20%，以上均为
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ai d ，则平均等比表面积当量直径为
mm
d
x d ai
i
am 78.2470
2.040
4.020
25.010
15.01
1
=+
+
+
=
=
∑
3-8 以圆柱形烟囱高m
30，直径m 0.1，当风以每小时km
50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
C
?25。
解： C
?25空气：3
185.1m
kg = ，cP
3
10
35.18-?=μ
空气的流速：s m u 89.133600/10503
=?=
5
6
10
97.810
35.18185.189.130.1Re ?=???=
=
-μ
u d p
查拽力系数图，对圆柱体38
.0=ξ
拽力：()N
u Ap F D
130389
.13185.12
1300.138.02
2
2
=???
??=?
?= ξ
3-9 密度为3
2000m
kg 的圆球在C
?20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。
解：C
?20水：3
2.998m
kg = ，
s
Pa ??=-3
10
005.1μ
颗粒：3
2000m
kg s
=
在斯托克斯定律范围内：1Re ≤=
μ
u
d p p
即
110
005.12.9983
≤??-u d p
取1Re =p ，则s
m m u d p /10
006.16
??=?-
又()2
3
2
54330010
005.11881
.92.9982000p p t
d d u =???-=
-
m
m d p μ12310
23.14
max
=?=-
()s
m u t 3
max
10
19.8-?=
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mm 6，下落距离为
mm 20，测试一种糖浆时，记下的时间间隔为s
32.7，此糖浆的密度为3
/1300m
kg ，钢球的密度为3
/7900m
kg ，求此
糖浆的黏度。
解：钢球的沉降速度：s
m H
u t
t
/0273.032
.72.0==
=
τ
设沉降处于层流区，根据斯托克斯定律：
()()s
Pa u g
d t
s s ?=??-?=
-=
74.40273
.01881.913007900006
.0182
2
μ
核1045.074.41300
0273.0006.0Re
:Re <=??=
=
μ
t s p
p
u d
所以，假设在层流区沉降正确，糖浆的黏度为cP
4740。
3-11 试求密度为3
/2000
m
kg 的球型粒子在C ?15空气中自由沉降室服从斯托克斯定律的最大粒径。
解：C ?15空气：3
/226.1m
kg = ，s
Pa ??=-3
10
0179.0μ
当1Re =p 时，()μ
μ
182
g
d d u s s s t
-=
=
()(
)
m
m g
d s s
μμ
1.6210
21.681
.92000226.110
79.118185
3
2
5
3
2
=?=????=
-=
--
3-12 试求密度为3
/2000m
kg 的球型粒子在C ?15空气中自由沉降室服从牛顿定律的最小颗粒直径。
解：C ?15空气：3
/226.1m
kg = ，
s
Pa ??=-3
10
0179.0μ
服从牛顿定律的最小颗粒直径：1000
Re ==
μ
s
t p
d u
同时()
g
d d u s s s
t
-==
74
.11000μ
()
()
mm
m d s s
64.100164.02000
226.11079.13.323.323
2
5
3
2
==??=-=- μ
3-13 某悬浮液在以过滤面积为2
500cm
的恒压压滤机内进行试验，所用真空度为mmHg
500柱，在十分钟内获得滤液为
ml 500，求过滤常数K 及k 。（滤饼不可压缩，滤布阻力不计）
解：因滤布阻力不计，则过滤常数为
()
()min
/10
110
10500105002
5
2
4
2
62
2m A V
K ---?=???=
=
τ
又滤饼不可压缩，则
()N m P
K k ??=????=
?=
--min /10
50.781
.96.13500210
124
11
5
3-14 某板框压滤机在恒压过滤一小时后，共获得滤液3
11m ，停止过滤后用3
3m
清水（其黏度与滤液相同）于同样压力下对滤饼进行
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 h
a w w
18.2111
388=??
==ττ
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
3
4m
滤液，若已知过滤常数
h
m K /10
48.12
3
-?=，滤布阻力略不计，若滤框尺寸为mm
mm mm 3010001000??，则需要滤框和滤板各几块。
解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程
τ
2
2
KA V =
故过滤面积
2
3
0.603
10
48.14m K V A =??=
=
-τ
框数30
1
1260
2=??=
=
ab
A n
板数31
1=+n
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
3
4m
滤液，若已知过滤常数
h
m K /10
48.12
3
-?=，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，若洗涤水量
为3
4.0m
，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： h
a w w
4.234
4.088=??
==ττ
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
3
4m
滤液，若已知过滤常数
h
m K /10
48.12
3
-?=，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。
解：压滤机生产能力为
h m V
V D
w h
/625.01
4.2343
=++=
++=
τττ
3-18 一只含尘气体中尘粒的密度为
3
/2300m
kg ，气体流率为h m /10003
，密度为
3
/674.0m
kg ，黏度为
2
6
/10
6.3m
s N ??-。采用标准型旋风分离器进行除尘，若分离器的直径为mm
400
，估算临界粒径。
解：标准型旋风分离器的结构尺寸为
1.04
4.04
==
=
D B ，m
D A 2.02
4.02
==
=
进口气速：s m B
A V u s /9.132
.01.03600/1000=?=
?=
，取5.3=N
故临界直径：m
m u
N B
d s c
μπμ6.910
6.99
.1323005.314.31
.010
6.3996
5
=?=??????=
=
--
3-19 一只含尘气体中尘粒的密度为
3
/2300m kg ，气体流率为h
m /10003
，密度为
3
/674.0m
kg ，黏度为
2
6
/10
6.3m
s N ??-。采用标准型旋风分离器进行除尘，若分离器的直径为mm
400，估算气体的阻力。
解： 标准型旋风分离器的结构尺寸为
1.04
4.04
==
=
D B ，m
D A 2.02
4.02
==
=
标准型旋风分离器()
8
2/4.01
.02.016162
21
=??=
=D AB ζ
阻力：O
mmH
m
N u
P 2
2
2
2
1.53/5219
.13674.02
182
1==???=?
=? ζ
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
3
4m
滤液，若已知过滤常数
h
m K /10
48.12
3
-?=，滤布阻力略不计，（1）若滤框尺寸为mm
mm mm 3010001000??，则需要滤框
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3
4.0m ，求洗涤时间。
解：滤布阻力忽略不计时恒压过滤方程 τ
2
2
KA V
=
故过滤面积
2
3
0.603
10
48.14m K V A =??=
=
-τ
框数30
1
12602=??=
=
ab
A n
板数31
1=+n
（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： h
a w w 4.234
4.088=??
==ττ
化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
第三章 沉降与过滤 沉 降 【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。 解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=?? 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=? 假设为过渡区，沉降速度为 ()(.)()./..11 2 2 223 34 5449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ --??-???==??=? ???????????? 验算 .Re ..45 4101790．835 =24824110 p t d u ρμ--???==? 为过渡区 【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。 " 解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为 ()/2 18t p p u d g ρρμ=- 由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ--= pw pa d d = 查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为 ./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==?? ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==?? 已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得 .961pw pa d d = = ·
【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -??，颗粒密度为4000kg/m 3。试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体 解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=?===??,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区 () .()(.) ./.2626 9811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ ---??-= ==?? 验算..Re .66 101000111000505221810pc t d u ρ μ --???= ==
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沉降与过滤一章习题及答案 一、选择题 1、 一密度为7800 kg/m 3 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）。D ?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 ．m μ302?； B 。m μ32/1?； C 。m μ30； D 。m μ302? 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A 2 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1.5倍 15、过滤推动力一般是指 。 B
化工原理第3章课后习题参考答案
第三章非均相物系的分离和固体流态化 3. 在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3/h，固体的密度ρs=3600kg/m3，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m3，粘度为3.4×10-5Pa?s。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。 解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。需根据沉降速度求。 1）沉降速度可根据生产能力计算 ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算） 2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。 沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。（参考教材P148）。假设气体流处在滞流区则可以按ut = d2（ρs- ρ）g/18μ进行计算 ∴dmin2 = 18μ/（ρs- ρ）g ·ut 可以得到dmin= 0.175×10-4 m=17.5 3）核算Ret = dminutρ/μ< 1 ，符合假设的滞流区 ∴能完全除去的颗粒的最小直径d = 0.175×10-4 m = 17.5 μm 5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3，气体流量为1000m3/h，粘度为3.6×10-5Pa?s密度为0.674kg/m3，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。 解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2 (1) 临界直径 根据dc = [9μB/(πNeρsui )]1/2 计算颗粒的临界直径 其中：μ=3.6×10-5Pa?s；B = D/4=0.1m；Ne = 5；ρs=2300kg/m3； 将以上各参数代入，可得 dc = *9μB/(πNeρsui )+1/2 = *9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)+1/2 = 8.04×10-6 m = 8.04 μm （2）分割粒径 根据d50 = 0.27[μD/ut（ρs- ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径 ∴d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2 = 0.00573×10-3m = 5.73μm （3）压强降 根据△P = ξ·ρui2/2 计算压强降 ∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa 7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？ 已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min 时，V2=1L+0.6L=1.6L 求：△θ3=5min时，△V3=？ 解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解 思路：V2 + 2VVe= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。 ⑴虚拟滤液体积Ve 由过滤方程式V2 + 2VVe= KA2θ
《化工原理》试题库答案
《化工原理》试题库答案 一、选择题 1．当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（A）。 A.质量流量 B.体积流量 C.流速 D.静压能 2. 孔板流量计是( C )。 A. 变压差流量计，垂直安装。 B. 变截面流量计，垂直安装。 C. 变压差流量计，水平安装。 D. 变截面流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采用改变出口阀门的开度调节流量的是（C）。 A．齿轮泵 B. 旋涡泵 C. 离心泵 D. 往复泵 4．下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（B）。 A．增加离心泵的排液高度。 B. 增加离心泵的吸液高度。 C. 启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D. 启动前，没有关闭出口阀门。 5．水在规格为Ф38×的圆管中以s的流速流动，已知水的粘度为1mPa·s则其流动的型态为（C）。 A.层流 B. 湍流 C. 可能是层流也可能是湍流 D. 既不是层流也不是湍流 6．下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（D）。 A. 位能 B. 动能 C. 静压能 D. 热能 7．在相同进、出口温度条件下，换热器采用（A）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B. 并流 C. 错流 D. 折流 8．当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（C）也增大。 A．流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9．下列换热器中，需要热补偿装置的是（A）。 A．固定板式换热器 B.浮头式换热器型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（D）。 A. 热传导 B. 对流 C. 热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时B。 ≥2000 B. Re>4000 C. 2000 第一章：流体流动与输送机械 例1-10，例1-13，例1-16，例1-17 习题：1-17, 1-20，1-28 第三章：传热 例3-2，例3-4，例3-10（1）、（2），例3-11，例3-14 1. 某厂精馏塔顶冷凝器中有Φ25× 2.5mm 的冷却水管60根，长2m ，蒸气在管外冷凝，管内是冷却水，流速为1m/s,冷却水进出口温度分别为20℃,40℃，试求： （1） 管壁对冷却水的表面传热系数。 （2） 管内壁温度。 （3） 该厂有一台与上述冷凝器传热面积相同，但管数为50根，管径仍为Φ25×2.5mm 的 换热器作为备用，问合用否？（水的物性可视为不变，用量相同） 已知：定性温度（C ?30）下水的物性：37.995m kg =ρ，s Pa ??=-310801.0μ，)C m W ??=618.0λ，()C kg J c p ???=310174.4 解 （1） 43104.2486110801.07.995102.0>=???==-μ ρ du R e 41.5618 .010801.010174.43 3=???==-λμp r c P 4.08.0023.0r e u P R N = ()C m W P R d r e ??=???==458541.54.2486102 .0618.0023.0023.04.08.04 .08.0λα （2） ()m w t t A Q -=α ()C t A Q t m w ?=+???-??????=+=3.7530202.04585204010174.47.99502.04132ππα (3)设冷却水的质量流量为m q 根601=n ，()60111U n U A n q u m ===ρ 根502=n ,()50222U n U A n q u m ===ρ 8.0u ∝α 第三章 沉降与过滤 沉 降 【3-1】 密度为1030kg/m 3 、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。 解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=?? 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=? 假设为过渡区，沉降速度为 ()(.)()./..11 2 2 223 34 5449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ --??-???==??=? ???????????? 验算 .Re ..45 4101790．835 =24824110 p t d u ρμ--???==? 为过渡区 【3-2】密度为2500kg/m 3 的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。 解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为 ()/2 18t p p u d g ρρμ=- 由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ--= pw pa d d = 查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为 ./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==?? ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==?? 已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得 .961pw pa d d = = 【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -??，颗 第三章习题 1）有两种固体颗粒，一种是边长为a的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度 和形状系数的计 为h，圆柱直径为d。试分别写出其等体积当量直径 2）某内径为0.10m的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm，直径 d=3mm的正圆柱，床层高度为0.80m，床层空隙率、若以1atm，25℃ 的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。 [解] 圆柱体： 3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下： 空塔气速0.2，床层压降14.28mmH2O 0.693.94mmH2O 试估计25℃、绝对压强1.35atm的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。 （含微量水份氯气的物性按纯氯气计）氯气， [解]常压下， 欧根公式可化简为 3）令水通过固体颗粒消毒剂固定床进行灭菌消毒。固体颗粒的筛析数据是：0.5～ 0.7mm，12%；0.7～1.0mm，25.0%；1.0～1.3，45%；1.3～1.6mm，10.0%； 1.6～ 2.0mm，8.0%（以上百分数均指质量百分数）。颗粒密度为1875。 固定床高350mm，截面积为314mm2。床层中固体颗粒的总量为92.8g。以 20℃清水以0.040空速通过床层，测得压降为677mmH2O，试估算颗粒的形状系数 值。 4）以单只滤框的板框压滤机对某物料的水悬浮液进行过滤分离，滤框的尺寸为 0.20×0.20×0.025m。已知悬浮液中每m3水带有45㎏固体，固体密度为 1820。当过滤得到20升滤液，测得滤饼总厚度为24.3mm，试估算滤饼的含水率，以质量分率表示。 6）某粘土矿物加水打浆除砂石后，需过滤脱除水份。在具有两只滤框的压滤机中做恒压过滤实验，总过滤面积为0.080m2，压差为3.0atm，测得过滤时间与滤液量数据如下： 过滤时间，分：1.20 2.70 5.23 7.25 10.87 14.88 滤液量，升：0.70 1.38 2.25 2.69 3.64 4.38 化工原理习题第二部分热量传递 一、填空题： 1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。(注:大型容器可视为平壁) 2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。 3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。 3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。 4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流 ____、热辐射。 5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。 6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。 7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。 8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。 9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。 10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T 为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。 11.一列管换热器，列管规格为φ38×3, 管长4m,管数127根，则外表面积F=__F1=127×4π×0.038=60.6m2，而以内表面积计的传热面积F____ F2=127×4π×0.032=51.1m2__________。 第三章 沉降与过滤 沉 降 【3-1】密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。 解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=??颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=?假设为过渡区，沉降速度为 ()(.)()./..1 12 2 2 2 3 3 4 5 449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--??-???==??=????????????? 验算 .Re ..45 4101790．835=248 24110p t d u ρμ--???==?为过渡区 【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。 解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为 ()/2 18t p p u d g ρρμ =-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ-- =pw pa d d = 查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为 ./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==??./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==??已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ= ，代入上式得 .961 pw pa d d = 【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -??，颗粒密度为 第二章流体输送机械 一、名词解释（每题2分） 1、泵流量 泵单位时间输送液体体积量 2、压头 流体输送设备为单位重量流体所提供的能量 3、效率 有效功率与轴功率的比值 4、轴功率 电机为泵轴所提供的功率 5、理论压头 具有无限多叶片的离心泵为单位重量理想流体所提供的能量 6、气缚现象 因为泵中存在气体而导致吸不上液体的现象 7、离心泵特性曲线 在一定转速下，离心泵主要性能参数与流量关系的曲线 8、最佳工作点 效率最高时所对应的工作点 9、气蚀现象 泵入口的压力低于所输送液体同温度的饱和蒸汽压力，液体汽化，产生对泵损害或吸不上液体 10、安装高度 泵正常工作时，泵入口到液面的垂直距离 11、允许吸上真空度 泵吸入口允许的最低真空度 12、气蚀余量 泵入口的动压头和静压头高于液体饱和蒸汽压头的数值 13、泵的工作点 管路特性曲线与泵的特性曲线的交点 14、风压 风机为单位体积的流体所提供的能量 15、风量 风机单位时间所输送的气体量，并以进口状态计 二、单选择题（每题2分） 1、用离心泵将水池的水抽吸到水塔中，若离心泵在正常操作围工作，开大出口阀门将导致（） Ａ送水量增加，整个管路阻力损失减少 Ｂ送水量增加，整个管路阻力损失增大 Ｃ送水量增加，泵的轴功率不变 Ｄ送水量增加，泵的轴功率下降 A 2、以下不是离心式通风机的性能参数( ) Ａ风量Ｂ扬程Ｃ效率Ｄ静风压 B 3、往复泵适用于( ) Ａ大流量且流量要求特别均匀的场合 Ｂ介质腐蚀性特别强的场合 Ｃ流量较小，扬程较高的场合 Ｄ投资较小的场合 C 4、离心通风机的全风压等于( ) Ａ静风压加通风机出口的动压 Ｂ离心通风机出口与进口间的压差 Ｃ离心通风机出口的压力 Ｄ动风压加静风压 D 5、以下型号的泵不是水泵( ) ＡＢ型ＢＤ型 ＣＦ型Ｄｓｈ型 C 6、离心泵的调节阀( ) Ａ只能安在进口管路上 Ｂ只能安在出口管路上 Ｃ安装在进口管路和出口管路上均可 Ｄ只能安在旁路上 B 7、离心泵的扬程，是指单位重量流体经过泵后以下能量的增加值( ) Ａ包括能在的总能量Ｂ机械能 Ｃ压能Ｄ位能（即实际的升扬高度）B 8、流体经过泵后，压力增大?p N/m2，则单位重量流体压能的增加为( ) A ?p B ?p/ρ C ?p/ρg D ?p/2g C 9、离心泵的下列部件是用来将动能转变为压能( ) A 泵壳和叶轮 B 叶轮 C 泵壳 D 叶轮和导轮 C 10、离心泵停车时要( ) Ａ先关出口阀后断电 Ｂ先断电后关出口阀 Ｃ先关出口阀先断电均可 Ｄ单级式的先断电，多级式的先关出口阀 A 11、离心通风机的铭牌上标明的全风压为100mmH2O意思是( ) A 输任何条件的气体介质全风压都达100mmH2O B 输送空气时不论流量多少，全风压都可达100mmH2O C 输送任何气体介质当效率最高时，全风压为100mmH2O D 输送20℃，101325Pa空气，在效率最高时，全风压为100mmH2O D 12、离心泵的允许吸上真空高度与以下因素无关( ) Ａ当地大气压力Ｂ输送液体的温度 第三章 非均相混合物分离及固体流态化 1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度 6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多 少？（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为7.32 s ，液体的黏度是多少？ 解：（1）假设为滞流沉降，则： 2 s t ()18d u ρρμ -= 查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15??=-μ，所以， ()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.0185 2 3s 2t =???-??=-=--μρρg d u 核算流型： 3 t 5 1.2050.12760.04100.3411.8110 du Re ρμ--???=== 流体流动 一、单选题 3．层流与湍流的本质区别是（）。D A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数； D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。 C A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 6．以绝对零压作起点计算的压力，称为（）。A A 绝对压力； B 表压力； C 静压力； D 真空度。 7．当被测流体的（）大于外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。D A 真空度； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 8．当被测流体的绝对压力（）外界大气压力时，所用的测压仪表称为压力表。 A A 大于； B 小于； C 等于； D 近似于。 9．（）上的读数表示被测流体的绝对压力比大气压力高出的数值，称为表压力。 A A 压力表； B 真空表； C 高度表； D 速度表。 10．被测流体的（）小于外界大气压力时，所用测压仪表称为真空表。D A 大气压； B 表压力； C 相对压力； D 绝对压力。 11. 流体在圆管内流动时，管中心流速最大，若为湍流时，平均流速与管中心的最大流速的 关系为（）。B A. Um＝1/2Umax； B. Um≈0.8Umax； C. Um＝3/2Umax。 12. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。A A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关； B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关； C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。 13.层流底层越薄( )。C A. 近壁面速度梯度越小； B. 流动阻力越小； C. 流动阻力越大； D. 流体湍动程度越小。 14.双液体U形差压计要求指示液的密度差( ) C A. 大； B. 中等； C. 小； D. 越大越好。 15.转子流量计的主要特点是( )。C A. 恒截面、恒压差； B. 变截面、变压差； C. 变截面、恒压差； 16.层流与湍流的本质区别是：( )。D A. 湍流流速>层流流速； B. 流道截面大的为湍流，截面小的为层流； C. 层流的雷诺数<湍流的雷诺数； D. 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。 18.某离心泵入口处真空表的读数为200mmHg ，当地大气压为101kPa, 则泵入口处的绝对压强为（）。A A. 74.3kPa； B. 101kPa； C. 127.6kPa。 19.在稳定流动系统中，水由粗管连续地流入细管，若粗管直径是细管的2倍，则细管流速是粗管的（）倍。C A. 2； B. 8； C. 4。 1、用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯0、88(摩尔分数,下同),流量为200kmol/h。今要求馏出液中乙烯的回收率为99、5%,釜液中乙烷的回收率为99、4%,试求所得馏出液、釜液的流量与组成。 2、例题:设计一精馏塔,用以分离双组分混合物,已知原料液流量为100kmol/h,进料中含轻组分0、2(摩尔分数,下同),要求馏出液与釜液的组成分别为0、8与0、05。泡点进料(饱与液体),物系的平均相对挥发度α=2、5,回流比R=2、7。试求:1)精馏段与提馏段操作线方程;2)从塔顶数第二块板下降的液相组成。 3、例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液,进料中含轻组分0、4(摩尔分数,下同),进料量为200kmol/h饱与蒸汽进料,要求馏出液与釜液的组成分别为0、97与0、02。已知操作回流比R=3、0,物系的平均相对挥发度α=2、4,塔釜当作一块理论板处理。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。(从塔底向上计算) 4、例题:常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔,进料中丙酮50%(摩尔分数,下同),其中气相占80%,要求馏出液与釜液中丙酮的组成分别为95%与5%,回流比R=2、0,若进料流量为100kmol/h,分别计算精馏段与提馏段的气相与液相流量,并写出相应的两段操作线方程与q 线方程。 5、在连续精馏塔中分离苯—甲苯混合液。原料液组成为0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为0、95。汽--液混合进料,其中汽相占1/3(摩尔数比),回流比为最小回流比的2倍,物系的平均相对挥发度为2、5,塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。 6、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0、4(摩尔分数,下同),馏出液组成为含苯0、9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),操作回流比为最小回流比的1、5倍,物系的平均相对挥发度为2、5。试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。 7、板式精馏塔常压下分离苯-甲苯物系,塔顶采用全凝器,物系平均相对挥发度为2、 5,进料就是流量为150kmol/h,组成为0、4的饱与蒸汽,回流比为4、0,塔顶馏出液中苯的回收率为0、97,釜液中苯的组成为0、02。试求:(1)塔顶产品流率,组成与釜液流率;(2) 精馏段、提馏段操作线方程;(3)实际回流比与最小回流比的比值。 8、某二元连续精馏塔,进料量100kmol/h,组成为0、5(易挥发组分mol分率),饱与液体进料。塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,塔顶采用全凝器,泡点回流,塔釜用间接蒸汽加热,物系平均相对挥发度为2、0,精馏段操作线方程为yn+1=0、714xn+0、257,试求:1 塔顶、塔底产品组成(mol分数)与塔底产品中难挥发组分回收率 ;2最小回流比;3提馏段操作线方程。 9用常压精馏塔分离某二元理想溶液,其平均相对挥发度α=3,原料液组成0、5(摩尔分率),进料量为200kmol/h,饱与蒸汽进料,塔顶产品量为100kmol/h。已知精馏段操作线方程为 化工原理习题 第一章 1、蒸汽锅炉上装置一复式U形水银测压计，如图 1-3所示。截面2、4间充满水。已知对某基准面而言 各点的标高为z0=2.1m，z2=0.9m，z4=2.0m，z6=0.7m， z7=2.5m。试求锅炉内水面上的蒸汽压强。 2、附图表示水从高位槽通过虹吸管流出，其中h=8m， H=6m，设槽中水面保持不变，不计流动阻力损失，试求管出口 处水的流速及虹吸管最高处水的压强。 3、有一水平风管道，直径自300mm（1-1’截面）渐 缩到200mm（2-2’截面）。为了粗略估计其中空气的流量， 在锥形接头两端分别测得1-1’截面与2-2’截面的表压力分 别为1200Pa、1000Pa，空气流过锥形管的能量损失可以 忽略。求空气的体积流量为若干31 ?，空气的温度为20℃，当地大气压为101.3kPa。 m h- 4、常温的水从水塔塔径为mm 4114?φ的管道输送至 车间。水由水塔液面流至管出口内侧的能量损失为 1143J kg -?。若要求水在管中的流速为12.9m s -?，试求水 塔内的液面与水管出口之间的垂直距离。设水塔内的液面 维持恒定。 5、293K 、98% 硫酸在内径为50mm 的铅管内流动，流速为10.5m s -?。已知硫酸密度为31836kg m -?，粘度为322310N s m --???，试求其流过100m 直管的压力降和压头损失。 6、20℃的水，以11.0m s -?的速度在Φ?60 3.5m m m m 的钢管中流动，试求水通过100米长直管的压力降及压头损失。 第二章 1、某离心泵输送水时得到以下数据：n=1200转/分，P=10.9kw ，q v=56m3/h，H=42 m。试求： ⑴泵的效率；⑵n’=1450转/分时，求q v’，H’，P’，设η不变。 第三章 1、密度为3 ?的球形石英粒子在20℃的空气中沉降，试求服从Stokes定律的最大颗2650kg m- 粒直径和服从Newton定律的最小颗粒直径。 2、在板框压滤机中以恒压差过滤某种悬浮液。现已测得过滤10分钟得滤液1.25m3，再过滤10分钟又得滤液0.55m3，试求过滤半小时共得滤液若干m3？ 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 1 6.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/ Rep 8.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*** 1000 13．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____。 第三章 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u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．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min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3) (4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加， p nRT V =，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间 A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。 最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-= s t g u d ，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P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 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）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，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u t = m/s 。 答：17.1m/s 7．对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的 距离w L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为 ，洗涤速率（W d dV )θ和终了时的过滤速率E d dV )( θ的定量关系为 。 第三章传热 基本要求 1. 掌握的内容：（1）热传导基本原理，一维定常傅里叶定律及其应用，平壁及园筒壁一维定常热传导计算及分析；（2）对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因；。（3）无相变管内强制对流传热系数关联式及其应用，Nu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算，正确选用对流传热系数计算式，注意其用法、使用条件；（4）传热计算：传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热面积计算，加热与冷却程度计算，强化传热途径。 2. 熟悉的内容：（1）对流传热系数经验式建立的一般方法；（2）蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算；（3）热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算；（4）列管式换热器结构特点及选型计算。 3. 了解的内容：（1）加热剂、冷却剂的种类及选用；（2）各种常用换热器的结构特点及应用；（3）高温设备热损失计算。 思考题 1．传热速率方程有哪几种？各有什么特点？分别写出它们的表达式并指出 相应的推动力和热阻。 2．何谓热负荷与传热速率？热量衡算式与速率方程式的差别是什么？ 3．如图所示为冷热流体通过两层厚度相等的串联平壁进行传热时的温度分 布曲线，问： （1）两平壁的导热系数1与2哪个大？（2）间壁两侧的传热膜1与 哪个大？（3）若将间壁改为单层薄金属壁，平均壁温接近哪一侧流体的温度？ 2 4．试分别用傅立叶定律、牛顿冷却定律说明导热系数及对流传热系数的物理意义，它们分别与哪些因素有关？ 5．在什么情况下，管道外壁设置保温层反而增大热损失？ 6．在包有内外两层相同厚度保温材料的圆形管道上，导热系数小的材料应包在哪一层，为什么？ 7．某人将一盘热水和一盘冷水同时放入冰箱，发现热水比冷水冷却速度快，如何解释这一现象？ 8．试述流动状态对对流传热的影响？ 9．分别说明强制对流和自然对流的成因，其强度用什么准数决定？ 10．层流及湍流流动时热量如何由管壁传向流体，试分别说明其热量传递机理。 11．某流体在圆管内呈湍流流动时，若管径减小至原管径的1/2，而流量保持不变，忽略出口温度变化对物性的影响，问管内对流传热系数如何变化？ 12．水在管内作湍流流动时，若流速提高为原流速的2倍，则对流传热系数如何变化（忽略出口温度变化对物性的影响）；若以空气代替水，其他条件不变，则对流传热系数是增大还是减小？ 13．一根很长的水平光滑管用来加热流经管内湍流流动的流体，管壁维持恒温，若流量增加至使单位长度管压降增加1倍，则对流传热系数将增加多少？ 14．若传热推动力增加1倍，试求在下述流动条件下传热速率增加多少倍？ （1）圆形管内强制湍流；（2）大容器内自然对流；（3）大容器内饱和沸腾；（4）蒸汽膜状冷凝。 15．为什么滴状冷凝的对流传热系数要比膜状冷凝的对流传热系数高？ 16．膜状冷凝时雷诺数如何定义？ 17．气体与固体壁面之间、液体与固体壁面之间、有相变流体与固 体壁面之间的对流传热系数的数量级分别为多大？ 18．热辐射与其他形式的电磁辐射有什么不同？ 19．何谓黑体、灰体、镜体、透热体？ 20．如图所示，管道内有一温度计套管，内插温度计测量管内流动 的高温气体的温度，试问：（1）温度计所示温度与流体实际温度相同吗？ 哪个大？（2）为减少测量误差可采取哪些措施？ 21．设备保温层外常包有一层薄金属皮，为减少热辐射损失，此层 金属皮的黑度值是大好还是小好？其黑度值与材料的颜色、光洁度的关系又是如何？化工原理复习题-2
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