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非均相物系分离一、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u1,在空气中为u2，则u12；若在热空气中的沉降速度为u3，冷空气中为u4，则u34。
(＞，＜，＝) dg(ρs-ρ)18μ2答：ut=，因为水的粘度大于空气的粘度，所以u1<u2热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以u3<u42．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dmin。
（增大、减小、不变）答：减小、减小、增大，减小。
4dg(ρs-ρ)3ρξut=，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， nRTpV=压强增加，，所以气体的体积流量减小， Lu=LVs/At=气体的停留时间，气体体积流量减小，故停留时间变大。
非均相物系分离最小粒径在斯托克斯区dmin=18μutg(ρs-ρ)，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P1，总效率为η1，通过细长型旋风分离器时压降为P2，总效率为η2，则：PP2，η1 η2。
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）s=0，压差提高一倍，其他条件不变，τ'；2）s=0.5，压差提高一倍，其他条件不变，τ'τ；3）s=1，压差提高一倍，其他条件不变，τ'τ；1）0. 5；2）0.707；3）1τ∝1/(∆p)1-s，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utm/s。
填空题选择题1. 在混合物中，各处物料性质不均匀，且具有明显相界面存在的物系称为（ B ）。
A、均相物系；B、非均相物系；C、分散相；D、连续相。
2. 在外力的作用下，利用分散相和连续相之间密度的差异，使之发生相对运动而实现分离的操作。
称为（B ）分离操作。
A、过滤；B、沉降；C、静电； D 、湿洗。
3. 利用被分离的两相对多孔介质穿透性的差异，在某种推动力的作用下，使非均相物系得以分离的操作。
称为（ A ）分离操作。
A、过滤；B、沉降；C、静电；D、湿洗。
4. 欲提高降尘室的生产能力，主要的措施是（C ）。
A、提高降尘室的高度；B、延长沉降时间；C、增大沉降面积；D、以上都是5. 为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（B ）的转鼓。
A、高转速、大直径；B、高转速、小直径；C、低转速、大直径；D、低转速，小直径6. 用板框压滤机恒压过滤某一滤浆（滤渣为不可压缩，且忽略介质阻力），若过滤时间相同，要使其得到的滤液量增加一倍的方法有（ A ）。
A、将过滤面积增加一倍；B、将过滤压差增加一倍；C、将滤浆温度到高一倍；D、以上都是7. 板框压滤机组合时应将板、框按（B ）顺序置于机架上。
A、123123123……；B、123212321……；C、3121212……；D、321321321……8. 有一高温含尘气流，尘粒的平均直径在2～3 μm ，现要达到较好的除尘效果，可采（ C ）的除尘设备。
A、降尘室；B、旋风分离器；C、湿法除尘；D、袋滤器9. 当固体微粒在大气中沉降是层流区域时，以（ C ）的大小对沉降速度的影响最为显著。
A、颗粒密度；B、空气粘度；C、颗粒直径；D、以上都是10. 卧式刮刀卸料离心机按操作原理分应属于（B ）离心机。
A、沉降式；B、过滤式；C、分离式；D、以上都不11. 在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（ D ）。
A、颗粒几何形状；B、颗粒几何尺寸；C、颗粒与流体密度；D、流体的流速12. 含尘气体通过长4 m，宽3 m，高1 m的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25 m/s，则降尘室的生产能力为（ A ）m3/s。
目录第一章流体流动与输送设备 (2)第二章非均相物系分离 (26)第三章传热 (32)第四章蒸发 (44)第五章气体吸收 (48)第六章蒸馏 (68)第七章干燥 (84)第八章萃取 (92)第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO 28.5％，O 27.5％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量molkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。
解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差：%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3．在大气压力为101.3kPa 的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
非均相一、填空题：1. 按操作原理分类，离心机可分为______________、_______________、______________ 三类。
答案：沉降式、过滤式、分离式2. 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：10003. 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4. 过滤速率是指___________________________ 。
在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐__________ 。
答案：单位时间内通过单位面积的滤液体积变慢5. 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. 降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。
答案：增大沉降面积，提高生产能力8. 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9. 自由沉降是___________________________________ 。
答案：沉降过程颗粒互不干扰的沉降10. 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________ 。
复习题第一章 流体流动与输送一、填空题1.流体的密度是指 单位体积流体所具有的质量 ，其单位为kg/m3 。
2. 20℃时苯的密度为880kg/m 3，甲苯的密度为866kg/m 3，则含苯40%（质量）苯、甲苯溶液的密度为 871.55 3/m kg 。
3.流体的粘度是描述流体 流动 性能的物理量，一般用符号 μ 表示；流体的粘度越大，流动时阻力损失 越大 。
4.流体的流动形态有 层流 和 湍流 两种，可用 雷诺数Re 判断。
5.流体阻力产生的根本原因是 流体本身的粘性 ，而 流动型态 与 管路条件 是产生流体阻力的外因。
6.管路防腐要涂油漆，一般油漆的颜色与物料的性质、用途有关。
那么红色管为 主要物料管 ；黄色管为 危险品管 ；绿色管为 水管 。
7.转子流量计应垂直安装，流体 由下而上 流动；读数读转子的 最大截面处 ，一般为转子的 顶部 。
8.离心泵的构造主要包括 叶轮 和 泵轴 组成的旋转部件以及 泵壳 和 轴封 组成的固定部件。
9.离心泵开车时，泵空转、吸不上液体、进口处真空度低，此时泵发生了 气缚 现象，其原因可能是 没有灌泵 或 轴封不严密 。
10.离心泵运转时，泵振动大、噪音大、出口处压力低、流量下降，此时泵发生了气蚀现象，其原因可能是安装高度过高或吸入管路阻力太大或者被输送流体温度过高。
11.流体的特征是具有一定的体积；无一定的形状，其形状随容器的形状而改变；在外力作用下内部会发生相对运动。
12.化工管路的连接方式有螺纹连接、法兰连接、承插连接和焊接连接。
二、选择题1.有一串联管道，分别由管径为d1与d2的两管段串接而成。
d1＜d2。
其流体稳定流过该管道。
今确知d1管段内流体呈层流。
请断定流体在d2管段内的流型为( c )。
A.湍流B.过渡流C.层流D.须计算确定。
2.有两种关于粘性的说法：( a)。
(1) 无论是静止的流体还是运动的流体都具有粘性。
(2) 粘性只有在流体运动时才会表现出来。
第二章 非均相物系分离1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。
解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3（1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3设沉降在滞流区，根据式（2-15）m/s 1002.81001.11881.9)9982650()1030(18)(43262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型)2~10(1038.21001.19981002.8103042346-----∈⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4m/s 为所求（2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m 3设沉降在滞流区m/s 1018.71081.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型：)2~10(144.01081.121.11018.710304526----∈=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2m/s 为所求。
2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知ρs =2150kg/m 3查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρt t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理218)(23==-μρμρρρt s du g d 所以μm 3.77m 1073.721.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532532=⨯=⨯⨯-⨯⨯=-=--ρρρμg d s 3、直径为10μm 的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R ＝0.05m 处的切向速度为12m/s ，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。
非均相物系分离实验报告思考题引言在化学实验中，非均相物系分离是一个常见而重要的实验技术。
通过分离物系的不同组分，我们可以获得纯净的物质，进一步进行化学分析和研究。
在本次实验中，我们将探索非均相物系分离的原理、方法及应用，并对实验过程和结果进行讨论和分析。
实验目的1.理解非均相物系分离的基本原理，并能够应用于实际实验；2.掌握几种常见的非均相物系分离方法的原理和操作技巧；3.熟悉非均相物系分离在实际应用中的意义和局限性。
一、非均相物系分离原理1.1 概述非均相物系是指由两种或更多种物质组成的体系，这些物质在物理性质上有明显差异，如沉淀、溶液等。
分离非均相物系的目的是将其中的不同组分分离出来，使得每个组分单独存在，并可单独进行分析和研究。
1.2 常见的非均相物系分离方法1.2.1 过滤过滤是一种常见的物质分离方法，它基于固体颗粒和溶液之间的大小差异。
通过合适的滤纸或滤膜，可以将固体颗粒拦截下来，而溶液则通过滤纸或滤膜进一步处理。
过滤的原理是利用滤料的孔径较小，能够阻止固体颗粒通过，而溶液则可以通过滤料。
根据滤料的孔径大小，可以选择不同精度的过滤，通常有粗过滤、普通过滤和微过滤等。
1.2.2 结晶结晶是一种固-液分离的方法，它利用溶质在溶剂中溶解度的变化，通过控制温度和浓度的变化，使得溶质从溶液中析出形成晶体。
结晶的过程一般分为溶解和结晶两个阶段。
首先，将溶质加入溶剂中，通过加热或搅拌使溶质充分溶解。
然后，通过降温或浓缩溶液，使溶质过饱和而结晶出来。
1.2.3 蒸馏蒸馏是一种液体分离的方法，它基于液体组分之间的沸点差异。
通过加热混合溶液，使其中沸点较低的组分先汽化，然后将其冷凝成液体收集。
蒸馏的原理是利用液体组分的沸点差异，通过控制温度和压力，使得沸点较低的组分汽化，然后经过冷凝形成液体。
1.2.4 萃取萃取是一种液液分离的方法，它利用不同溶剂对溶质的亲和性差异，通过溶质在两相间的传递实现分离。
萃取的原理是利用两种溶剂对溶质的不同溶解度，将混合物与适当的溶剂进行搅拌，使得溶质在两相间传递。
第二章 非均相物系分离1、试计算直径为30μm 的球形石英颗粒（其密度为2650kg/ m 3），在20℃水中和20℃常压空气中的自由沉降速度。
解：已知d =30μm 、ρs =2650kg/m 3（1）20℃水 μ=1.01×10-3Pa·s ρ=998kg/m 3设沉降在滞流区，根据式（2-15）m/s 1002.81001.11881.9)9982650()1030(18)(43262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型)2~10(1038.21001.19981002.8103042346-----∈⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立， u t =8.02×10-4m/s 为所求（2）20℃常压空气 μ=1.81×10-5Pa·s ρ=1.21kg/m 3设沉降在滞流区m/s 1018.71081.11881.9)21.12650()1030(18)(25262---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρg d u s t 校核流型：)2~10(144.01081.121.11018.710304526----∈=⨯⨯⨯⨯⨯==μρt t du Re 假设成立，u t =7.18×10-2m/s 为所求。
2、密度为2150kg/ m 3的烟灰球形颗粒在20℃空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？ 解：已知ρs =2150kg/m 3查20℃空气 μ=1.81×10-5Pa.s ρ=1.21kg/m 3 当2==μρt t du Re 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根据式（2-15）并整理218)(23==-μρμρρρt s du g d 所以μm 3.77m 1073.721.181.9)21.12150()1081.1(36)(36532532=⨯=⨯⨯-⨯⨯=-=--ρρρμg d s 3、直径为10μm 的石英颗粒随20℃的水作旋转运动，在旋转半径R ＝0.05m 处的切向速度为12m/s ，，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。
解：已知d =10μm 、 R =0.05m 、 u i =12m/s设沉降在滞流区，根据式（2-15）g 改为u i / R 即cm/s 62.2m/s 0262.005.0121001.118)9982650(1018)(231022==⨯⨯⨯-⨯=⋅-=--R u d u i s r μρρ 校核流型)2~10(259.01001.19980262.010435---∈=⨯⨯⨯==μρr t du Re u r =0.0262m/s 为所求。
所以 29481.905.01222=⨯==Rg u K i c4、某工厂用一降尘室处理含尘气体，假设尘粒作滞流沉降。
下列情况下，降尘室的最大生产能力如何变化？（1） 要完全分离的最小粒径由60μm 降至30μm ；（2） 空气温度由10℃升至200℃；（3） 增加水平隔板数目，使沉降面积由10m 2增至30 m 2。
解： 根据μρρ18)(2g d u s c tc -= 及V S =blu tc （1）41)6030()(22'''====c c tc tc s s d d u u V V （2）查10℃空气 μ=1.76×10-5Pa·s200℃空气 μ‘=2.60×10-5Pa·s 677.01060.21076.155'''=⨯⨯===--μμtc tc s s u u V V （3）0.31030)()(''===bl bl V V s s5、已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/ m 3。
气体流量为1000 m 3/h 、黏度为3.6×10－5Pa.s 、密度为0.674kg/ m 3，若用如图2-6所示的标准旋风分离器进行除尘，分离器圆筒直径为400mm ，试估算其临界粒径及气体压强降。
解：已知ρs =2300kg/m 3 、V h =1000m 3/h 、μ=3.6×10-5Pa.s 、 ρ=0.674 kg/m 3、D =400mm=0.4m ，根据标准旋风分离器 h =D /2 、B =D /4故该分离器进口截面积 A =hB =D 2/8所以 m /s 89.134.03600810002=⨯⨯==A V u s i 根据式（2-26） 取标准旋风分离器N =5 则μm 8m 108.089.132300514.34/4.0106.39π955=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--i s c u N B d ρμ 根据式（2-30） 取ξ=8.0Pa 520289.13674.00.822=⨯⨯==∆if u p ρξ6、有一过滤面积为0.093m 2的小型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。
过滤时间为50秒时，共得到2.27×10-3 m 3的滤液；过滤时间为100秒时。
共得到3.35×10-3 m 3的滤液。
试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？解：已知A =0.093m 2 、t 1=50s 、V 1=2.27×10-3m 3 、t 2=100s 、V 2=3.35×10-3m 3 、t 3=200s由于 33111041.24093.01027.2--⨯=⨯==A V q 33221002.36093.01035.3--⨯=⨯==A V q 根据式（2-38a ）2222112122Kt q q q Kt q q q e e =+=+K q K q e e 1001002.362)1002.36(501041.242)1041.24(323323=⨯⨯+⨯=⨯⨯+⨯----联立解之：q e =4.14×10-3 K =1.596×10-5因此 5332310596.12001014.42--⨯⨯=⨯⨯+q qq 3=0.0525所以 V 3=q 3A =0.0525×0.093=4.88×10-3m 37、某生产过程每年须生产滤液3800 m 3，年工作时间5000h ，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h ，其中过滤时间为1.5h ，将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K =4×10-6m 2/s ； q e =2.5×10-2m 3/m 2。
滤饼不洗涤，试求：（1） 所需过滤面积，（2） 今有过滤面积8m 2的过滤机，需要几台？解：已知生产能力为3800m 3滤液/年，年工作日5000h ， T =2.5h ，t =1.5h ，K =4×10-6m 2/s ，q e =2.5×10-2m 3/m 2 ，（1） 因为 Q =3800/5000=0.76m 3滤液/h由式（2-42）5.2360076.0V T V == 所以 V=2.5×0.76=1.9 m 3由式（2-38a ）AA AA Kt AV q A V e 2226222105.961.31016.236005.1104)9.1(105.22)9.1()(2)(----⨯+=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯+=+ 解之 A=14.7 m 2≈15 m 2(2) 因为过滤机为8 m 2/台， 所以需2台过滤机。
8、BMS50/810-25型板框压滤机，滤框尺寸为810×810×25mm ，共36个框，现用来恒压过滤某悬浮液。
操作条件下的过滤常数为K =2.72×10-5 m 2/s ；q e =3.45×10-3m 3/m 2。
每滤出1 m 3滤液的同时，生成0.148 m 3的滤渣。
求滤框充满滤渣所需时间。
若洗涤时间为过滤时间的2倍，辅助时间15min ，其生产能力为多少？解：滤框总容积V 0=0.812×0.025×36=0.590 m 3过滤面积 A =0.812×2×36=47.2 m 2s 2831072.20845.01045.320845.02/m m 0845.02.47148.0590.05322230=⨯⨯⨯⨯+=+==⨯===--K q q q t vA V A V q e 生产总周期为T =283+2×283+15×60=1749s由 vA V A V 0= 得一个周期滤液量为 30m 99.3148.0590.0===v V V 所以生产能力为h /m 21.8174999.3360036003滤液=⨯==T V Q9、有一直径为1.75m ，长0.9m 的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。
操作条件下浸没度为126o ，转速为1r/min ，滤布阻力可以忽略，过滤常数K 为5.15×10-6m 2/s ，求其生产能力。
解：因为过滤面积 A =πDL =3.14×1.75×0.9=4.95m 2浸没度ψ=126°/360°=0.35由式（2-45a ）h/m 09.31015.535.016095.460606036滤液=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-K n A Q ψ10、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4 m 3。
若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6 m 3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。
解：已知 Q 1=4m 3/h ，n 1=2r/min ，Q 2=6m 3/h ，V e =0由式（2-45a ）两边平方，得122160)60(Kn A Q ψ⨯= ①222260)60(Kn A Q ψ⨯= ②②/①212212Q Q n n = 所以 r /m i n 5.42)46(22=⨯=n由式（2-35）得111V A L v = 222V A L v = 而v 1=v 2 又A 不变，以1小时为计算基准， 则Q 1=V 1 Q 2=V 2 故2211V L V L = 1111225.1)46()(L L L V V L ===。
