天津大学化工原理第17讲过滤(之二)

化工原理知识点一、考试的总体要求对于学术型考生，本考试涉及三大部分内容：（1）化工原理课程，（2）化工原理实验，（3）化工传递。

其中第一部分化工原理课程为必考内容（约占85%），第二部分化工原理实验和第三部分化工传递为选考内容（约占15%），即化工原理实验和化工传递为并列关系，考生可根据自己情况选择其中之一进行考试。

对于专业型考生，本考试涉及二大部分内容：（1）化工原理课程，（2）化工原理实验。

均为必考内容，其中第一部分化工原理课程约占85%，第二部分化工原理实验约占15%。

要求考生全面掌握、理解、灵活运用教学大纲规定的基本内容。

要求考生具有熟练的运算能力、分析问题和解决问题的能力。

答题务必书写清晰，过程必须详细，应注明物理量的符号和单位，注意计算结果的有效数字。

不在试卷上答题，解答一律写在专用答题纸上，并注意不要书写在答题范围之外。

二、考试的内容及比例（一）【化工原理课程考试内容及比例】（125分）1．流体流动（20分）流体静力学基本方程式；流体的流动现象（流体的黏性及黏度的概念、边界层的概念）黏性：运动状态下，流体具有的抗拒内在的向前运动的特性；黏度：定义式：物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力边界层：流体流经固体壁面时，由于流体黏性，在壁面附近存在较大速度梯度的流体层。

流体在管内的流动（连续性方程、柏努利方程及应用）；流体在管内的流动阻力（量纲分析、管内流动阻力的计算）；管路计算（简单管路、并联管路、分支管路）；流量测量（皮托管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计）。

2．流体输送设备（10分）离心泵（结构及工作原理、性能描述、选择、安装、操作及流量调节）；结构：一是叶轮和泵轴的旋转部件；二是泵壳、填料函和轴承组成的静止部件。

工作原理:性能描述：性能参数：流量、压头、轴功率、效率a.流量：离心泵在单位时间内棑送到管路系统的液体体积，与泵的结构、尺寸及转速有关。

注：实际流量还与管路特性有关。

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）水的黏度μ=0.00856 g/(cm·s) （2）密度ρ=138.6 kgf ·s 2/m 4（3）某物质的比热容C P =0.24 BTU/(lb·℉) （4）传质系数K G =34.2 kmol/(m 2·h ·atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm（6）导热系数λ=1 kcal/(m ·h ·℃)解：本题为物理量的单位换算。

（1）水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000 g ，1 m=100 cm则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044⋅⨯=⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=--μ（2）密度 基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N ，1 N=1 kg ·m/s 2则 3242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅=ρ（3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ ，l b=0.4536 kg o o 51F C 9=则()C kg kJ 005.1C 95F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0︒⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒︒⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm=101.33 kPa则()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.34252G ⋅⋅⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅=-K（5）表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm则m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 7425--⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=4.1868×103 J ，1 h=3600 s 则()()C m W 163.1C s m J 163.13600s 1h 1kcal J 104.1868C h m kcall 132︒⋅=︒⋅⋅=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡︒⋅⋅=λ 2． 乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即()()()LL10CB4E 3048.001.121078.29.3ραμZ D G A H -⨯=式中 H E —等板高度，ft ；G —气相质量速度，lb/(ft 2·h)； D —塔径，ft ；Z 0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； α—相对挥发度，量纲为一； μL —液相黏度，cP ； ρL —液相密度，lb/ft 3A 、B 、C 为常数，对25 mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。

一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。

已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。

解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。

在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。

已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。

试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。

分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。

根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。

过滤化工原理
过滤化工原理是一种常用的分离技术，通过使用适当的过滤介质对混合物进行处理，使固体颗粒或悬浮物与液体或气体分离。

过滤的基本原理是利用过滤机构的孔径或结构特性，使固体颗粒被阻挡而液体或气体通过，从而达到分离的目的。

过滤化工原理可以根据不同的需求和应用，选择适当的过滤方法和过滤介质。

常见的过滤方法有压力过滤、真空过滤、离心过滤和压力差过滤等。

过滤介质可以分为颗粒过滤介质和膜过滤介质两大类。

颗粒过滤介质一般由多孔材料构成，可以是纸、布、织物、陶瓷等。

其过滤原理是通过介质的孔径来选择性地截留颗粒，让液体或气体通过。

颗粒过滤介质的过滤效果主要由孔径大小和介质厚度决定。

膜过滤介质一般由多孔膜材料构成，可以是聚丙烯、聚氟乙烯、聚醚砜等。

其过滤原理是通过膜的孔径或特殊结构来实现对颗粒或溶质的截留，让液体或气体通过。

膜过滤介质的过滤效果主要由膜的孔径大小、膜材料的特性和膜的厚度决定。

在过滤化工原理中，还可以根据不同的过滤要求选择合适的过滤机构。

常见的过滤机构有滤筒、滤板、滤芯、滤布等。

这些过滤机构除了提供支撑作用外，还可以增加过滤面积，提高过滤效率。

总的来说，过滤化工原理通过选择合适的过滤方法、过滤介质
和过滤机构，实现对混合物的分离和纯化，广泛应用于药品生产、食品加工、废水处理、石油化工和环境保护等领域。

化⼯原理答案（天津⼤学版）化⼯原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化⼯原理.天津⼤学出版社,2005.）第⼀章流体流动 (3)第⼆章流体输送机械 (23)第三章机械分离和固体流态化 (32)第四章传热 (42)第五章蒸馏 (56)第六章吸收 (65)第七章⼲燥 (70)第⼀章流体流动1.某设备上真空表的读数为13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。

已知该地区⼤⽓压强为98.7×103 Pa。

解：由绝对压强= ⼤⽓压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强P表= -真空度= - 13.3×103 Pa2．在本题附图所⽰的储油罐中盛有密度为960 ㎏/?的油品，油⾯⾼于罐底6.9 m，油⾯上⽅为常压。

在罐侧壁的下部有⼀直径为760 mm 的圆孔，其中⼼距罐底800 mm，孔盖⽤14mm的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的⼯作应⼒取为39.23×106 Pa ，问⾄少需要⼏个螺钉？分析：罐底产⽣的压⼒不能超过螺钉的⼯作应⼒即P油≤ σ螺解：P螺= ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺= 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤ σ螺得n ≥ 6.23取n min= 7⾄少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所⽰。

测得R1= 400mm ，R2 = 50 mm，指⽰液为⽔银。

为防⽌⽔银蒸汽向空⽓中扩散，于右侧的U 型管与⼤⽓连通的玻璃管内灌⼊⼀段⽔，其⾼度R3 = 50 mm。

试求A﹑B两处的表压强。

分析：根据静⼒学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压⾯，对于左边的压差计b–b′为另⼀等压⾯，分别列出两个等压⾯处的静⼒学基本⽅程求解。