第三章 机械分离与固体流态化练习题
化工原理第三章习题及答案
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 ϕ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：______。
第3章非均相混合物分离及固体流态化自测题
第3章非均相混合物分离及固体流态化一、填空题1. 悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是____________________________ 。
2. 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=____________.3. 板框压滤机每个操作循环由________________________________________五个阶段组成。
4. 板框压滤机主要由_________________________，三种板按 __________的顺序排列组成。
5. 板框压滤机采用横穿洗涤滤渣，此时洗液穿过____层滤布及____个滤框厚度的滤渣，流经过长度约为过滤终了滤液流动路程的____倍，而供洗液流通的面积又仅为过滤面积的____。
6. 设离心机转鼓直径为1m ，转速n=600 转/min ，则在其中沉降的同一微粒，比在重力沉降器内沉降的速度快____________倍。
参考答案：1. 在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流。
2. 粒子所受合力的代数和为零，24/ Rep 。
3. 装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理。
4. 滤板、滤框、主梁（或支架）压紧装置等组成，1—2—3—2—1—2—3—2—1。
5. 二；一； 二； 二分之一。
6. 201。
二、选择题1．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 2．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 3．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 4． 助滤剂应具有以下特性( )。
化工原理-作业题文
化工原理(1)-作业题文(总12页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--绪论1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。
(1) 水的粘度?=(cm?s)(2) 密度?=1386kgf?s2/m4(3) 某物质的比热容c p=(lb??F)(4) 传质系数K G=(m2?h?atm)(5) 表面张力?=74dyn/cm(6) 导热系数?=1kcal/(m?h?K)2. 湿物料原来含水16%(wt%)，在干燥器中干燥至含水%，试求每吨物料干燥出的水量。
第一章流体流动1. 已知甲地区的平均大气压力为，乙地区的平均大气压力为，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20kPa。
若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的绝对压力与甲地区操作时相同？2. 用一复式U管压差计测定水流管道A、B两点的压差，压差计的指示液为汞，两段汞柱之间放的是水，今若测得h1=，h=，R1=，R2=，问管道中A、B两点间的差压?p AB为多少？(先推导关系式，再进2行数字运算)。
第2题图3. 在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。
粗管内径d1=10cm，细管内径d2=5cm，当流量为4×10－3m3/s时，求粗管内和细管内水的流速？4.高位槽内的水面高于地面8m，水从φ108×4mm的管路中流出，管路出口高于地面2m。
在本题中，水流经系统的能量损失可按h f=计算，其中u为水在管内的流速，试计算：（1）A－A截面处水的流速；（2）出口水的流量，以m3/h计。
第4题图5. 将高位槽内料液向塔内加料。
高位槽和塔内的压力均为大气压。
要求料液在管内以s的速度流动。
设料液在管内压头损失为（不包括出口压头损失），试求高位槽的液面应该比塔入口处高出多少米？6. 用泵将贮槽中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器内，贮槽内液面维持恒定，其上方压强为×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。
化工基本知识修订版天津大学
第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑ 2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm.2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d m μ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 Pa ·s 。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。
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：______。
机械分离与固体流态化习题解答
•
（3）颗粒与气流的相对运动为层流，
由假设（1）、（3）可推出气流中颗粒的离心沉降速度：
Ρ比Ρs小很多故略去，用 进口速度代替切线速度
由假设（2）可得到颗粒到达器壁所需沉降时间：
令气体进入排气管以前在器内旋转的圈数为N，则运行的 距离为2πrmN,故停留时间：
若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间恰好等于停留时间，则该颗粒就 是理论上能被完全分离下来的最小颗粒。即临界粒径
四、过滤计算
1．间歇过滤机的计算 （1）操作周期与生产能力
操作周期总时间 总时间 = 过滤时间+ 洗涤时间 +卸渣、清理、装合 生产能力
（2）洗涤时间
对于板框式压滤机，属横穿洗涤，洗涤液所穿过的
滤饼厚度2倍于最终过滤时滤液所通过的厚度，而 洗涤液的流通截面却只有滤液的流通截面的一半， 假定洗涤液粘度与滤液黏度相等 则洗涤速度
u 离心力F离 d p s T 6 R 2 uT 3 浮力F浮 d p 6 R
3
2
u
阻力 Fd
浮力 Fb
离心力 Fc
阻力F阻
4
dp
2
ur 2
2
若这三个力达到平衡，则有
2 2
颗粒在离心力场中的受力分析
2
3 uT 3 uT 2 ur d p s d p s d p 0 6 R 6 R 4 2
含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要 颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。
沉降运动时间< 气体停留时间→分离
• 颗粒在降尘室停留的时间时间为： 位于降尘室最高点的颗粒沉降至室底需要的时间为：
分离满足的条件：
化工原理第二版答案解析
第三章 机械分离和固体流态化2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62那么，斯托克斯区：max 57.4d m μ===min 69.11513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ，则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min 17.5d um === 核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。
求得的最小粒径有效。
4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000kg/m 3。
除尘室长 4.1 m 、宽 1.8 m 、高4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5 P a·s，密度为0.5 kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：由气体的状态方程PV nRT = 得''s s T V V T =，则气体的流量为： '34272732160 1.54/2733600s V m s +=⨯= 1.540.2034/1.8 4.2s t V u m s bH ===⨯ 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。
新版化工原理习题答案(03)第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解
新版化工原理习题答案（03）第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解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∕m3,直径为0.04 mm的球形石英颗粒在20 C空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg∕m3,球形度0.6的非球形颗粒在20 C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∕m3,直径为6.35 mm的钢球在密度为1 600kg∕m3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：U t d2（s ）18查附录20 C 空气 1.205kg/m3， 1.81 10 5 6PaS ,所以，2 3 2U t卫3—ms 0.1276ms18 18 1.81 10核算流型:3Re 型1205 0.1276 0.04 100.34 11.81 10 5所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s。
（2）采用摩擦数群法: 3431.93 1.205 0.1gRe1 7——s2 33 2u37 1.81 10 5 2650 1.205 9.81依0.6 , Re 1431.9，查出：Re t 上d e0.3，所以:d e0.3 1.81 10 4.506 10 5m 45 μm1.205 0.1(3)假设为滞流沉降，得: d2( S )g-18UU t h 0.15 7.32m S 0.02049m S将已知数据代入上式得：0.006352 7900 1 600 9.81Pa S18 0.02049核算流型du t0.00635 0.02049 1600Re t0.03081 16.7572 •用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m,宽5 m,高4.2 m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m3。
气体的处理量为3000 (标准)m3∕h。
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化工原理单元练习（三）
（第三章机械分离与固体流态化）
班级学号姓名
一、填空题
1、描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为、。
2、固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有力、力和
力。
固体颗粒的自由沉降分为阶段和阶段。
3、沉降速度是指，此速度亦称为速度。
4、在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比，在牛顿定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比。
5、降尘室的设计原则是时间大于等于时间。
6、理论上降尘室的生产能力与和有关，而与无关。
7、分离因数的定义式为。
如果颗粒在离心力场内作圆周运动，其旋转半径为0.2m，切线速度为20m/s，则其分离因数为。
8、选用旋风分离器时主要依据是、、。
9、旋风分离器的分割粒径d50是。
10、描述固体颗粒床层特性的主要参数有、、
和。
11、过滤方式主要有、和。
12、板框过滤机由810m m×810m m×25mm的20个框组成，则其过滤面积为。
13、板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率
E
d
dV
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
θ
为0.04m3/s，现采用横穿洗涤法洗涤10min，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率
W
d
dV
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
θ
为，所消耗的洗水体积为。
14、用38个635m m×635m m×25mm的框构成的板框过滤机过滤某悬浮液，操作条件下的恒压过滤方程为：θ4
210
3
06
.0-
⨯
=
+q
q，式中q的单位为m3/m2，θ的单位为s。
则过滤常数K= ，V e= 。
15、用叶滤机过滤固含量10%（体积分数）的某悬浮液，已知形成的滤饼的空隙率为50%，则滤饼体积与滤液体积之比υ= 。
16、根据分离因数可将离心机分为、和。
17、流体通过固体颗粒床层时，当气速大于速度、小于速度时，固体颗粒床层为流化床。
18、流化床的两种流化形式为和。
19、流化床的不正常现象有和。
20、气力输送按气流压力分类，可分为和。
按气流中固相浓度分类，可分为和。
二、选择题
1、颗粒的球形度越（），说明颗粒越接近于球形。
A．接近0 B．接近1 C．大D．小
2、在重力场中，微小颗粒沉降速度与（）无关。
A．颗粒几何形状B．粒子几何尺寸
C．流体与粒子的密度D．流体流速
3、一球形固体颗粒在空气中作自由沉降，若沉降在斯托克斯定律区，空气的温度提高时，颗粒的沉降速度将（）。
若沉降在牛顿定律区，空气的温度提高时，颗粒的沉降速度将（）。
忽略温度变化对空气密度的影响。
A．不变B．增加C．减小D．不确定
4、在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与其直径的（）次方成正比。
牛顿定律区，颗粒的沉降速度与其直径的（）次方成正比。
A．1 B．2 C．0.5 D．0.25
5、一球形固体颗粒在水中作自身沉降，若沉降在斯托克斯定律区，则随着水温升高，颗粒的沉降速度将（）。
若沉降在牛顿定律区，则随着水温升高，颗粒的沉降速度将（）。
忽略温度变化对水密度的影响。
A．不变B．增加C．减小D．不确定
6、颗粒在静止的流体中沉降时，在相同的Re t下，颗粒的球形度越小，阻力系数（）。
A．越大B．越小C．不变D．不确定
7、降尘室的设计中，应保证气体在降尘室内的流动处于（）。
A．层流B．过渡流C．湍流D．无限制
8、含尘气体通过边长为4m，宽为2m，高为1m的降尘室，若颗粒的沉降速度为0.2m/s，则降尘室的生产能力为（）。
A．4m3/s B．2.4m3/s C．6m3/s D．1.6m3/s
9、旋风分离器的切向进口气速不变，当其圆筒直径减小时，旋风分离器的临界粒径（），离心分离因数（）。
A．增加B．减小C．不变D．不确定
10、若过滤和洗涤时操作压力差相同，洗水黏度和滤液黏度相同。
板框过滤机，采用横穿洗涤法洗涤滤饼，洗涤速率等于（）倍过滤终了时速率。
叶滤机采用置换洗涤法，洗涤速率等于（）倍过滤终了时速率。
A．1 B．2 C．0.5 D．0.25
11、叶滤机在1.2×105Pa表压下操作时，过滤常数K=2×10-5m2/s；若把操作压力加大到2.4×105Pa表压，此时的过滤常数K为（）m2/s。
假设滤饼不可压缩。
12、理想流化床，随着气速的增大，床层高度（），床层压降（）。
A．增加B．减小C．不变D．不确定
三、计算题
1、采用降尘室回收常压炉气中所含的密度的3500kg/m3球形固体颗粒。
降尘室度面积为10m2。
进入降尘室的炉气温度为200℃，200℃下气体密度为0.75kg/m3，黏度为2.6×10-5Pa·s；降尘室的生产能力为3m3/s。
试求：
（1）理论上能完全捕集的最小颗粒直径；
（2）若将气体降温至50℃后再进入降尘室分离，50℃时气体密度为1.093kg/m3，黏度为1.96×10-5Pa·s；此时若还保持原有的分离程度，即能完全捕集的最小颗粒直径不变，降尘室的处理能力可以提高多少？
2、利用双锥分级器分离球形方铅矿和石英颗粒。
已知：方铅矿密度ρs1
=7500kg/m3，石英矿密度ρ
s2
=2650kg/m3，两种颗粒的直径范围均为0.1～0.8mm。
假设粒子在上升水流中作自身沉降，操作条件下水温25℃，试求：
（1）水的上升流速控制在多少时可将石英颗粒全部带走？
（2）此时底流中得到的纯方铅矿粒的尺寸范围。
3、一板框过滤机有12个尺寸为635mm×635mm×25mm的框，在1.3×105Pa 压力差下过滤120min，得滤液30m3，假设介质阻力可忽略。
（1）增加滤框至20个，得30m3滤液需要多少时间？
（2）提高操作压力差至2.0×105Pa，仍为12个滤框，得30m3滤液需要85min，求此时的过滤常数K和滤饼的压缩性指数。
4、采用板框压滤机过滤某种水悬浮液，压滤机有10个尺寸为810mm×810mm×42mm的框，在过滤过程中，过滤10min，得滤液1.3m3，再过滤10min，又得滤液量为0.7m3，已知滤浆中固相体积分为5%，过滤所形成的滤饼的空隙率为45%，试求：
（1）该条件下的恒压过滤方程式；
（2）滤框充满滤饼时所需过滤时间；
（3）若过滤后用总滤液量10%的清水洗涤滤饼，每批操作的辅助时间为20min，求该过滤机的生产能力。
5、用板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤机有38个尺寸为635mm×635mm ×25mm的框，操作压力差200kPa，ν=0.1。
操作条件下滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，滤饼不需洗涤。
过滤15min后，得滤液3m3。
（1）若过滤机的生产能力为5m3/h，求每个生产周期所需的辅助时间是多少？
（2）若操作压力差降为100kPa，每个生产周期所需的辅助时间不变，需将过滤面积增加到多少才能维持生产能力不变？
6、一台过滤面积30m2的板框过滤机在200kPa表压下进行恒压过滤，60min 后滤框全部充满滤饼，得到滤液5.5m3；过滤后需用0.2m3的清水洗涤，洗涤时的Δp,μ与过滤时相同；过滤机一个操作周期的辅助操作时间为15min。
现在想用一台直径2m，长2.2m，浸没度25%的转筒真空过滤机替代上面的板框过滤机，转筒真空过滤机操作真空度为400mmHg，试求，为使转筒真空过滤机与板框过滤机的生产能力相同，转筒真空过滤机的转速应为多少？假设滤饼不可压缩，过滤介质阻力可忽略。