化工原理概念题导师系统——第三章 机械分离
化工原理第三章习题与答案
化⼯原理第三章习题与答案第三章机械分离⼀、名词解释（每题2分）1. ⾮均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界⾯2. 斯托克斯式r u d u ts r 2218)(?-=µρρ3. 球形度s ?⾮球形粒⼦体积相同的球形颗粒的⾯积与球形颗粒总⾯积的⽐值4. 离⼼分离因数离⼼加速度与重⼒加速度的⽐值5. 临界直径dc离⼼分离器分离颗粒最⼩直径6．过滤利⽤多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7. 过滤速率单位时间所产⽣的滤液量8. 过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成⼀次过滤所⽤时间9. 过滤机⽣产能⼒过滤机单位时间产⽣滤液体积10. 浸没度转筒过滤机浸没⾓度与圆周⾓⽐值⼆、单选择题（每题2分）1、⾃由沉降的意思是_______。
Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻⼒可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加⼀个初始速度Ｃ颗粒在降落的⽅向上只受重⼒作⽤，没有离⼼⼒等的作⽤Ｄ颗粒间不发⽣碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。
Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任⼀时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重⼒（重⼒减去浮⼒）与流体阻⼒平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。
A 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤为原来的2倍B 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的2倍C 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D 当介质阻⼒不计时,滤液体积增⼤⼀倍,则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻⼒不计，滤饼不可压缩，过滤压差增⼤⼀倍时同⼀过滤时刻所得滤液量___ 。
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2倍Ｄ增⼤⾄原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C6、过滤推动⼒⼀般是指______。
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B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能⾃动地进⾏相应的不同操作：______。
化工原理第三章
第三章机械分离概述一、机械分离的应用在工业生产中，有很多情况需要将混和物分离，原料需要经过提纯或净化之后才符合加工要求，产品或中间产品也需要提纯净化才能出售，废气、废液、废渣也需要提纯分离才符合排放标准。
混和物分离有均相混和物分离和非均相混和物分离。
本章介绍非均相混和物的沉降、过滤的基本单元操作。
以碳酸氢铵的生产为例，如图是它的流程示意图。
氨水与二氧化碳在碳化塔1内进行碳化反应之后，生成的是含有碳酸氢铵晶体的悬浮液，即为一种液体与固体微粒的混合物，然后通过离心机或过滤机2将固体和液体分离开。
但分离后的晶体中仍然含有少量的水分，因此，还要将分离后的晶体经气流干燥器4干燥，即使物料在热气流的带动下迅速通过气流干燥器，使晶体中所含有的水分汽化并除去。
由于这时的固体粒子分散在气相之中，又要通过旋风分离器6等装置将其与气相分离开，以得到最后的产品。
在这个过程中，包含着流体与固体粒子的分离、混合与输送等不同的操作，而这些操作中又有一个共同的特点，即流体与固体粒子之间具有相相对运动，同时还往往伴随有热量和质量的传递。
主要应用有：1）对固体粒子或流体作进一步加工；2）回收有价值的物质；3）除去对下一工序有害的物质；4）减少对环境的危害。
二、常见分离方法1）沉降分离法，利用两相密度差；2）过滤分离法，利用两个相对多孔介质穿透性的差异；3）静电分离法，利用两相带电性差异；4）湿洗分离法，气固穿过液体，固体黏附于液体而分离。
三、均相物系与非均相物系不同成分的物质以相同的相态均匀混合组成的稳定系统为均相物系，各种气体总能够均匀地混合成均一的相，如空气。
墨水、乙醇+水、汽油+柴油、盐水、糖水等等也是均相物系。
含有不同相态的物质系统组成的混和物系为非均相物系，如云雾（气相+液相）、烟尘（气相+固相）、乳浊液（两种液相）就是非均相物系。
水+苯、水+砂子，沙尘暴等都是非均相系的例子。
非均相物系是指物质系统中存在着两相或更多的相。
化工原理第三章习题及参考答案
第三章机械分离一、名词解释（每题2分）1.非均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面2.斯托克斯式ϕ3.球形度s非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值5.临界直径dc离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7.过滤速率单位时间所产生的滤液量8.过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间9.过滤机生产能力过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值二、单选择题（每题2分）1、自由沉降的意思是_______。
Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D2、颗粒的沉降速度不是指_______。
Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。
A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的?2倍B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___。
Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍倍Ｄ增大至原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C6、过滤推动力一般是指______。
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B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作：______。
化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案3_颗粒流体力学基础与机械分离
第3章 颗粒流体力学基础与机械分离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，其高度为h ，圆柱直径为d 。
试分别写出其等体积当量直径和形状系数的计算式。
d h dh dhd d h d h d d h d db aa ad ad a da v e v e ve v e ve +=⋅+==∴==⋅=⋅=⋅=∴=2)18()/(2])2/3[(])2/3[()4/)6/()()6/(6/6(6)/6()6/()(][3122322312,23,31223222,31,33,πππψππππππψππ（）解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：Pad u d u L P s Pa m kg C atm m m d h dh d d h dh h d d ve v e m v e v e 7.177]1046.325.0185.152.052.0175.1)1046.3(25.010835.152.0)52.01(150[80.0])1(75.1)(1(150[10835.1,/185.1:)25,146.3)352/(533)2/(3)2()18(,])2/3[(32323532,222,32530,32312,=⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯-⨯=⋅⋅⋅-⨯+⋅⋅-⨯=∆⋅⨯===+⨯⨯⨯=+=⋅∴+==----ψρεεψεμεμρψψ）按欧根公式计算压降：空气（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 14.28mmH 2O0.693.94mmH 2O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。
化工原理(第四版)谭天恩 第三章 机械分离与固体流态化
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5～10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业：
10/69
《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力：
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理：与降尘室相同
连续式沉降槽
19/69
《化工原理》电子教案/第三章
增稠器（沉降槽） 特点：
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘 度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大； 沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗 粒被加速而大颗粒则变慢。 有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现 象，使沉降加快。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速 1225 ms-1范围内，一般可取N =34.5，风速愈大，N也 愈大。 思考：从上式可见，气体 ，入口B ，气旋圈数N ，进口气速ui ，临界粒径越小，why？
D
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决 定。
化工原理 第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤
• 3.2 沉
降
• 3.3 固体流态化
3.1 过
• • • • •
滤
3.1.1 概述 3.1.2 过滤基本方程 3.1.3 过滤常数的测定 3.1.4 滤饼洗涤 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
3.1.5 过滤设备及过滤计算
• 对叶滤机，洗涤速率则为：
2 LA d V d V d V KA w d L A d d V V w w e w e e 2
综合板框压滤机、叶滤机，洗涤速率可统一写成：
而过滤时间
V 2 2VV e
2 KA
将、w表达式代入式3-6得：
2 KA V Q 2 2 2 V 2 VV b V VV KA e e D
将上式对V求导数，得：
2 2 2 2 KA KA V bV d Q D 2 2 2 2 d VV 2 VV b V VV KA e e D
常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等。
3.1.2 过滤基本方程
L u1 u u le
图3-3
流 体 在 滤 饼 中 流 动 的 简 化 模 型
• 将孔道视为长度均为le的一组平行细管，流体 在细管中的平均流速u1，同时考虑到滤饼较薄， 广义压力降可近似用压力降代替，则：
p1 2 u1 de 32le
化工原理上册 第3章 流体相对颗粒(床层)的流动及机械分离
τm
AP
(a)
(b)
(c)
图3-5 物体的不同形状和位向对曳力的影响 （a）-平板平行于流向；（b）-平板垂直于流向；（c）-流线型物体
水平方向，颗粒所受曳力：
颗粒微元： dFD p cosdA w sindA
总曳力：FD p cosdA w sindA
A
A
Pcosa dA PdA
τwdA
aB
A VB
V
A a(1 ) (1 )
aB a
3.3 流体和颗粒的相对运动
流体和颗粒相对运动的情况：
① 颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ② 流体静止，颗粒流动； ③ 颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。
3.3.1 流体绕过颗粒的流动
(1) 曳力 阻力：颗粒对流体的作用力 曳力：流体对颗粒的作用力
② 非球形颗粒的曳力系数 计算方法： ◇ 近似用球形颗粒公式，ds→da 或 dv ◇ 实测ξ-Rep 关系（书P168 图3.3.2）
3.3.2 颗粒在流体中的流动
(1) 颗粒在力场中的受力分析
Fb
① 质量力 Fe mae Vs sae
②
浮力
Fb
m
s
ae
Vs ae
③
曳力
FD
AP
1 2
u 2
1
)3
( 6dV2 / a )1/3 ( 6dV2 )1/3
a
因此， dV
6
a
2）等比表面积当量直径 da 指：与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径
a
as
d
2 s
6
d
3 s
6/ ds
da
因此，da 6 / a
“化工原理”第三章《机械分离》复习题.
《化工原理》第三章“机械分离”复习题(2008-10-23一、填空题 :1. (2分悬浮液属液态非均相物系,其中分散相是指 ______;分散介质是指__________。
***答案 *** 固体微粒, 包围在微粒周围的液体2. (3分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3. (2分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4. (3分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、过滤 ;离心沉降。
5. (2分过滤是一种分离悬浮在 ____________________的操作。
***答案 *** 液体或气体中固体微粒6. (2分悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 ____________________________________。
***答案 *** 在滤饼中形成骨架,使滤渣疏松,孔隙率加大,滤液得以畅流7. (2分过滤阻力由两方面因素决定:一方面是滤液本身的性质,即其 _________;另一方面是滤渣层本身的性质,即 _______ 。
***答案*** μ; γL8. (3分某板框压滤机的框的尺寸为:长 ×宽 ×厚 =810×810×25 mm,若该机有 10块框,其过滤面积约为 _______________ m2。
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[1] 常见的间歇过滤机有_______和______；连续过滤机有______。
(A)板框过滤机，回转真空过滤机，叶滤机
(B)板框过滤机，叶滤机，回转真空过滤机
(C)叶滤机，回转真空过滤机，板框过滤机
(D)明流式板框过滤机，暗流式板框过滤机，叶滤机
[2] 颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的比表面积( )。
(A)小
(B)大
(C)与颗粒直径无关
(D)或大或小
[3] 降尘室的生产能力只与降尘室_____和_____有关，而与_____无关。
(A)长度、宽度、高度
(B)长度、高度、宽度
(C)宽度、高度、长度
(D)宽度、长度、面积
[4] 颗粒的沉降速度不是指 ______。
(A)等速运动段颗粒降落的速度
(B)加速运动段任一时刻颗粒的降落速度
(C)加速运动段结束时颗粒的降落速度
(D)重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的降落速度
[5] 在横穿洗法的板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的_______。
(A)一倍
(B)一半
(C)四倍
(D)四分之一
[6] 助滤剂应具有以下特性_______。
(A)颗粒均匀，柔软，可压缩。
(B)颗粒均匀，坚硬，不可压缩。
(C)颗粒分布广，坚硬，不可压缩。
(D)颗粒均匀，可压缩，易变形。
[7] 在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指_______。
(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)能够保持层流时的最大颗粒直径
[8] 在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_____次方成正比，而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的______次方成反比。
(A)1/2 ,2
(B)2 ,1/2
(C)1 ,1/2
(D)1/2 ,1
[9] 回转真空过滤机中,是______部件使过滤室在不同部位时能自动地进行相应不同的操作。
(A)分配头
(B)转筒本身
(C)随转鼓转动的转动盘
(D)与转动盘紧密接触的固定盘
[10] 颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的空隙率( )。
(A)小
(B)大
(C)与颗粒直径无关
(D)不确定
[11] 离心沉降速度是( )。
(A)颗粒运动的绝对速度
(B)径向速度
(C)切向速度
(D)气流速度
[12] 采用置换洗法的板框压滤机洗涤速率与恒压过滤最终速率相等的规律只有在以下条件下才成立______。
(A)过滤时的压差与洗涤时的压差相同。
(B)滤液的粘度与洗涤液的粘度相同。
(C)过滤压差与洗涤压差相同且洗涤液粘度与滤液粘度相同。
(D)洗水穿过的滤饼厚度等于过滤时滤液所穿过的厚度。
[13] 滤液在滤饼层中的流动属于( )流动。
(A)层流
(B)湍流
(C)过渡流
(D)不确定
[14] 回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越_____，形成的滤饼层厚度就越_____，过滤阻力越______。
(A)少，薄，小
(B)少，厚，大
(C)多，薄，小
(D)多，薄，大
[15] 颗粒在流体中沉降,其沉降速度是( )速度。
(A)加速度最大时的
(B)最大的下降
(C)最小的下降
(D)流体的流动
[16] 固体颗粒在流体中运动,所受的阻力是( )。
(A)表皮阻力
(B)形体阻力
(C)表皮阻力和形体阻力
(D)
[17] 非球形颗粒的球形度( )。
(A)大于1
(B)等于1
(C)小于1
(D)或大于1或小于1
[18] 回转真空过滤机每通过过滤区、洗涤脱水区、吹松区和卸渣区这四个区域，就完成一个周期,这是转筒这一部件使过滤室不同部位能自动进行不同的操作。
×
[19] 旋液分离器的直径常常比旋风分离器要小，其原因在于固、液密度差比固气密度差要小。
√
[20] 在一般过滤操作中，实际上起到主要介质作用的是滤饼层，而不是过滤介质本身。
√
[21] 在生产上一般不采用大直径的旋风分离器,而采用小直径旋风分离器组,主要是为了降低设备投资。
( × )
[22] 斯托克斯定律只适用于层流区。
( √ )。