(03)第三章 非均相混合物分离及固体流态化习题答案

第3章　非均相物系的分离和固体流态化一、选择题1．沉降过程中，雷诺准数越大，流体粘度对沉降速度的影响（ ）。

A ．越大B ．越小C ．不确定D ．无影响【答案】B【解析】沉降过程中，随着雷诺数的增大，由流体黏性引起的表面摩擦力逐渐减弱，由边界层分离所引起的形体阻力逐渐增强。

2．在设计降尘室时，所依据的基本关系是，其中u t 是指（ ）。

A ．颗粒的平均沉降速度B ．要求被除去的最小颗粒的沉降速度C ．平均粒径大小的颗粒的沉降速度【答案】B 【解析】在重力沉降过程中，沉降速度应该根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。

此外，气体在沉降室中的速度不应过高，一般应保证气体流动的雷诺数处于层流区，以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新扬起。

3．降尘室的生产能力与（ ）有关。

A ．颗粒的u t 和降尘室的高度HB ．沉降面积A 和u tC ．沉降面积AD ．u t 、A 及H【答案】B【解析】降尘室的生产能力V ＝blu t ，其中面积A ＝bl 。

二、填空题1．某回转真空过滤机，忽略滤布阻力，当转速n ＝4r/min 时，滤饼厚度为5.66mm 。

其他条件不变，当转速n ,＝2r/min 时，滤饼厚度约为_______mm 。

【答案】8mm【解析】。

'''n A Q nA Q δδ==2．聚式流化床操作是否正常可以通过床层压降的变化来进行判断。

当发生腾涌时，床层压降__________；发生沟流时，床层压降__________。

【答案】变大 变小【解析】出现腾涌现象，由于颗粒层与器壁摩擦，致使压强降大于理论值；若压强降比正常操作时低，产生了沟流现象，实际压强降与正常压强降偏离的大小反应了沟流现象的严重程度。

3．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，该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为____________。

【答案】42.43mμ【解析】，代入数据。

化工原理考试题及答案第三章非均相分离姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（2分）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.（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）自由沉降是 ___________________________________ 。

***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4.（2分）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 15.（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6.（3分）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/ Rep7.（2分）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.（3分）气体的净制按操作原理可分为________________________________________________________.旋风分离器属_________________ 。

第3章非均相混合物分离及固体流态化1．某球形颗粒直径为40μm，密度为4000kg/m3。

在水中作重力沉降。

试求（1）该颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？（2）直径为80μm的该类颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？（3）直径为40μm的该类颗粒在50℃的水中沉降速度为多少？（4）与直径为40μm的球形颗粒同体积的立方体颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？解：（1）20℃时水的黏度为1×10－3Pa·S。

假设颗粒沉降运动处在层流区，用Stokes 公式计算沉降速度如下：校核沉降运动是否处在层流区：所以，该颗粒沉降运动的确处在层流区，以上计算有效。

（2）颗粒直径加倍而其他条件均不变。

假定此时沉降运动仍处于层流区，由Stokes公式可知：，于是：校核沉降运动是否处在层流区：由于颗粒雷诺数正比于颗粒直径与沉降速度的乘积，故所以，该颗粒沉降运动仍处在层流区，以上计算有效。

（3）50℃时水的黏度为0.549×10－3Pa·S，密度ρ＝988kg/m3。

假设沉降运动处在层流区，由Stokes公式可知：校核沉降运动是否处在层流区：所以，该颗粒沉降运动的确处在层流区，以上计算有效。

（4）因该立方体颗粒与上述球形颗粒体积相等，故该颗粒的当量直径与球形颗粒相同，de＝40μm。

立方体颗粒的边长为：立方体颗粒的形状系数为：为求立方体颗粒沉降速度表达式，列该颗粒受力平衡方程式如下：式中，A指立方体颗粒的最大投影面积：由试差法求沉降速度，设沉降速度u t＝0.0018m/s．则颗粒雷诺数：根据形状系数0.807可得再设u t＝0.00164m/s，则查得，故近两次计算结果接近，试差结束，沉降速度为0.00161m/s。

2．采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。

降尘室底面积为10m2，高1.6m。

操作条件下气体密度为0.5kg/m3，黏度为2.0×10－5Pa·S，颗粒密度为3000kg/m3。

d 2 (ρ s -ρ ) u t 218μ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u r = ⋅r3. 球形度ϕ 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：______。

第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。

⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。

解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。

②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。

解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。

沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。

答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。

解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。

一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。

过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。

不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。

⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。

答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。

⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。

⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。

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：2s 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 1081.11881.9205.126501004.018523s 2t =⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρg d u 核算流型：3t 51.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。

（2）采用摩擦数群法()()s 123t 523434 1.81102650 1.2059.81431.93 1.2050.1g Re u μρρξρ---=⨯⨯-⨯==⨯⨯ 依6.0=φ，9.431Re 1=-ξ，查出：t e t 0.3u d Re ρμ==，所以： 55e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm 1.2050.1d --⨯⨯==⨯=⨯ （3）假设为滞流沉降，得：2s t()18d g u ρρμ-= 其中 s m 02049.0s m 32.715.0t ===θh u将已知数据代入上式得：()s Pa 757.6s Pa 02049.01881.91600790000635.02⋅=⋅⨯⨯-=μ 核算流型t 0.006350.020*******.0308116.757du Re ρμ⨯⨯===< 2．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/m 3。

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 s ，液体的黏度是多少解：（1）假设为滞流沉降，则：2s 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 1081.11881.9205.126501004.018523s 2t =⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρg d u 核算流型：3t 51.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。

（2）采用摩擦数群法()()s 123t 523434 1.81102650 1.2059.81431.93 1.2050.1g Re u μρρξρ---=⨯⨯-⨯==⨯⨯依6.0=φ，9.431Re1=-ξ，查出：t et 0.3u d Re ρμ==，所以： 55e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm 1.2050.1d --⨯⨯==⨯=⨯（3）假设为滞流沉降，得：2s t()18d g u ρρμ-=其中 s m 02049.0m 32.15.0t ===θh u 将已知数据代入上式得：()s Pa 757.6s Pa 02049.01881.91600790000635.02⋅=⋅⨯⨯-=μ核算流型 t 0.006350.0204916000.0308116.757du Re ρμ⨯⨯===< 2．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/m 3。

For personal use only in study and research; not for commercial use第三章 非均相混合物分离及固体流态化习题解答2.解：颗粒沉降速度为：t 0.207.32m s 0.0273m su h θ=== 设沉降在斯托克斯区，则：2s t()18d g u ρρμ-= ()20.006790013009.81Pa s 5.31Pa s 180.0273μ-⨯=⋅=⋅⨯ 核算流型t 0.0060.027612800.0***15.31du Re ρμ⨯⨯===< 所以，原假设正确查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15⋅⨯=-μ，所以，()()()s m 1276.0m 1081.11881.9205.126501004.018523s 2t =⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρg d u 核算流型：3t 51.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。

3.解：颗粒沉降时间为：t t h θ=()()()()()()2.62369.1s 33336max max max 223s 33336minmin min 223998.22650998.29.812.6257.37101.00510998.22650998.29.8169.11513101.00510K stokes K newton K d g d d d g d d d ρρρμρρρμ==----=∙→-⨯-⨯==∙−−→=⨯⨯-⨯-⨯==∙−−→=⨯⨯4.解：假设在斯托克斯区s t v 3600m s 0.025m s 360040u bl ===⨯ 查附录20 ℃空气351.128/.... 1.9110a kg m p s ρμ-==⨯⋅ 所以，51.7110d m-===⨯核算流型：3t51.705100.025 1.1280.02511.9110tduReρμ--⨯⨯⨯===<⨯5.解：假设在斯托克斯区沉降()()262s3t581040009.81m 4.210m s1818210d guρρμ---⨯⨯⨯-===⨯⨯⨯ss3t2160273427v 1.54m s3600273v 1.5411491.8 4.1 4.2010nblu-+=⨯==-=-=⨯⨯⨯气体降尘室停留时间为S32tV 1.530.2mHb 4.2 1.84.1200.24.210208.410mulsuh uθθ--===⨯=====⨯⨯=⨯核算颗粒沉降雷诺数[核算流型在斯托克斯区]：t******0.0***1******tduReρμ===<核算流体流型[在滞流区]：∴******1***2000******duReρμ===<P196 8．在实验室里用面积0.1 m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验，操作压力差为67 kPa，测得过滤5 min后得滤液1 L，再过滤5 min后，又得滤液0.6 L。

第三章 非均相物系分离一、填空1．描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为 球形度 ， 当量直径 。

2．固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有 重力 ， 浮力 ， 阻力力。

固体颗粒的自由沉降分为 加速 阶段、 匀速 阶段。

3．降尘室的设计原则是 气体的停留时间 大于等于颗粒的沉降时间。

4．理论上降尘室的生产能力与 底面积 和 沉降速度 有关，而与 高度 无关。

5．过滤方式主要有 饼层过滤 、 深床过滤 、 膜过滤 。

6．板框过滤机由810mm ×810 mm ×25 mm 的20个框组成，则其过滤面积为 。

7．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0.04s m /3，先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 0.01 s m /3，所消耗的洗水的体积为 6 3m 。

9．用38个635mm ×635 mm ×25 mm 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：θ4210306.0-⨯=+q q ，式中q 的单位s m /3，θ的单位是秒。

则过滤常数K= ，e V = 。

10．流体通过固体颗粒床层时，当气体大于 临界速度 速度、小于 颗粒带出 速度时，固体颗粒床层为流化床。

11．流化床的两种流化形式为 、 。

12．流化床的不正常现象有 腾涌 、 沟流 。

13. 气力输送按气流压力分类，可分为 吸引式 和 压送式 。

按气流中固相浓度分类，可分为 稀相输送 和 密相输送 。

二、选择1.颗粒的球形度越 ② ， 说明颗粒越接近于球形。

①接近0 ②接近 1 ③ 大2. 在重力场中，微小颗粒的沉降速度与 ④ 无关。

①颗粒的几何形状 ， ②颗粒的几何尺寸 ， ③流体与颗粒的密度 ④流体流速3.处于理想流化床的流化床阶段，随着气速的增大，床层高度： ① ，床层压降③ 。

第一章 流体流动4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此()（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。

读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。

试求A 、B 两点的表压力。

解：（1）A 点的压力()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力()（表）Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ 7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。

液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。

试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。

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/m 3,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/m 的液体中沉降150 mm 所需的时间为解：（1 ）假设为滞流沉降，则：d 2（ s）U t—183 20.04 10 3 1818 1.81 10 5核算流型:查附录20 C 空气31.205kg/m,1.81 10 5 Pa s ，所以,Re du t1.205 0.1276 0.04 10 3 1.81 10 50.34 所以，原假设正确，沉降速度为（2 ）采用摩擦数群法 0.1276 m/s s g 2 3 3 U t4 1.81 105 2650 Re 1- 1依 0.6, Re 1 431.9 , ,0.3 1.81 10 5 d e1.205 0.1(3 )假设为滞流沉降，得:d 2( s )g 18u t0.13431.9查出：Utde / R q ( 4.506105m 451.205 9.81 3 1.2052所以:其中u t h 0.15 7.32m s 0.02049m s 将已知数据代入上式得： 0.006352 7900 1600 9.81Pa s 18 0.02049 6.757Pa s核算流型 Re 4 O'00635O'02049 16006.7572 •用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长 球形颗粒，密度为 3000 kg/m3。

气体的处理量为 0.030815 m , 3000 宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为（标准）m 3/h 。

试求理论上能完3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为 1 600 kg/m7.32 s ，液体的黏度是多少?18 2650 12059^ms 0.1276ms全除去的最小颗粒直径。

第3章 非均相物系分离和固体流态化1.取颗粒试样500g,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。

〔答:d a =0.344mm 〕习题1附表2.密度为2650kg/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。

〔答:dmax=57.4μm, dmin=15.13μm 〕3.在底面积为402的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。

气体的处理量为3600m 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2×10-5Pa ·s 。

试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。

〔答:d=17.5m μ〕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阳,密度为4000kg/m 3。

除尘室长4.1m 、宽1.8m 、高4.2m,气体温度为427℃,黏度为3.4x1O -5Pa ·s,密度为0.5kg/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。

〔答:h=82.7mm,n=51〕5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m 3,气体流量为1000m 3/h 、密度为3.6×10-5Pa ·s 、密度为0.674kg/m 3,采用如图3-7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,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。

〔答:d c =8.04m μ,m d μ73.550=，Pa p 520=∆〕6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3kg/标准m 3,气体流量为5000标准m 3/h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg 。

出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。

第三章非均相物系的分离和固体流态化一、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。

(＞，＜，＝)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） 。

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）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。

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；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 。

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 。

8．转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤液量就越 ，形成的滤饼厚度越 ，过滤阻力越 。

9．一降尘室长5M,宽2.5M,高1.1M,中间装有10块隔板,隔板间距为0.1M,现颗粒最小直径10m μ,其沉降速度为0.01m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来,含尘气体的最大流速不能超过____________m/s 。

第三章 非均相物系的分离1.混合煤粉颗粒群的筛分数据如下表2. 3.0.7，3/h ，4.为0.8m 压强为5． 解：20假 ()()()s m g d u S t 3626210524.7101.181881.9205.12500101018---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρ 校验11003.5101.18205.110524.71010Re 3636<⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==----μρt du p 在斯托克斯区假设成立，即颗粒的沉降速度为s m 310524.7-⨯6.求直径为1mm ，密度为2600kg/m 3的玻璃球在20℃水中的沉降速度。

解：20℃水的物性32.998m kg =ρ，S mPa ⋅=005.1μ假设沉降在斯托克斯区：()()()s m g d u S t 8686.010005.11881.92.9982600101183232=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρ 校2.9988686.01013⨯⨯⨯-ρt du假 s m147校在用课本提供的 u 即26885.0则 s m u t 1529.0= 校验9.15110005.12.9981529.0101Re 33=⨯⨯⨯⨯==--μρt du在阿仑区假设成立，即颗粒的沉降速度为s m 147.07.用落球法测定油品的粘度。

今将直径为6.25mm 、密度为7900kg/m 3的钢球置于密度为880kg/m 3的油内，并测得该钢球在6.35s 的时间内下降25cm 的距离。

试计算此油的粘度。

解：s m u t 0394.035.610252=⨯=- 假设沉降在斯托克斯区：()ρρ2gd u S t -=则S校假8.用高，粉尘的密度为解：对假 ()()m g u d S t 4310606.181.9779.02000111.11053.218 18--⨯=⨯-⨯⨯⨯=-=ρρμ 校验1495.51053.2779.0111.110606.1Re 54>=⨯⨯⨯⨯==--μρt du假设不成立，再假设在阿仑区：()29.043.071.014.178.0ρμρρ-=s t d u()()()m u d S s t414.171.029.043.0514.171.029.043.010077.2 2.998260078.0779.01053.2111.178.0--⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⨯⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ρρρμ校验105.71053.2779.0111.110077.2Re 54=⨯⨯⨯⨯==--μρt du在阿仑区假设成立，即颗粒的临界直径为m μ77.20。

化工原理——非均相物系的分离习题及答案第三章非均相物系的分离一、选择与填空1、在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。

2、在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。

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3、过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。

A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈湍流流动C 滤液在介质中呈层流流动D 滤液在滤渣中呈层流流动4、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5、叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为（）。

A 1/2B 1/4C 1/3D 16、过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩进行恒速过滤，如滤液量增大一倍，则（）。

CA操作压差增大至原来的倍 B操作压差增大至原来的4倍C操作压差增大至原来的2倍 D操作压差保持不变7、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____。

8、沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响____。

9、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____。

10、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。

11、根据过滤基本方程式（说明提高过滤机生产能力的措施是（最少写出三条）____、____、____。

12、以下说法中正确的是（）A． B. C. D.13、在板框压滤机中，若过滤压力差增加一倍，则过滤速率变为原来的___倍，生产能力为___倍。

（过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩）14、恒压过滤某种悬浮液（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），已知10min单位过滤面积上得滤液0.1m3。

第3章 非均相物系分离题库解答3-1 有一固体颗粒混合物，通过筛分获得以质量为基准的粒度分布为：粒度1µm ，0％至50µm ，100％的范围近似可用一直线表示，试求该颗粒混合物的比表面积平均直径。

解：由式1.15，表面平均平均直径可由下式求得：/1=s d ()11/d x ∑因为粒度分析为一连续直线149+=x dd dx d s //110⎰= ()⎰+=10149//1x dx 50ln /49=m μ5.12=3-2 一直径为30µm 的球形颗粒在20o C 某气体中的沉降速度为在同温度下水沉降速度的88倍。

已知该颗粒在气体中的重量为在水中的1.6倍，试求该颗粒在气体中的沉降速度。

气体密度可取为1.2 kg ⋅m -3。

此题核心在于求出球形颗粒在水中的沉降速度t u 。

而求t u 须知颗粒密度s ρ，直径为d ，流体密度及粘度，此题中公未知s ρ，故利用该颗粒在气体和水中重量比可解决s ρ，从而可求出t u 。

1）求球形颗粒密度s ρ：该颗粒在气体和水中的重量比，实质指净重力之比，即()()6.16g633＝气气g d d s s ρρπρρπ-- 又查出C ︒20时水的物性：cP m kg 1,/10003==μρ ∴ 1.6＝气气ρρρρ--s s ,6.110002.1=--s sρρ 解之 3/2664m kg s =ρ2）求颗粒在水中沉降速度水t u ：设颗粒在水中沉降在层流区：∴()()()3262101881.910002664100.318--⨯⨯-⨯⨯=-μρρg d u s t ＝水s m /1016.84-⨯= 校核：0245.010101016.81030Re 3346=⨯⨯⨯⨯==---μρt du <1 故 s m u t /1016.84-⨯＝水3）颗粒在气体中沉降速度气t u ：s m u u t t /1008.71016.8888824--⨯=⨯⨯＝＝水气3-3质量流量为1.1kg/s ，温度为20ºC ，压力为101 .33kPa 的含尘空气在进入反应器之前需除尘，并预热至160ºC 。

第一章 流体流动4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。

在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。

若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此()（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。

读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。

为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。

试求A 、B 两点的表压力。

解：（1）A 点的压力()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力()（表）Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ 7．某工厂为了控制乙炔发生炉内的压力不超过13.3 kPa （表压），在炉外装一安全液封管（又称水封）装置，如本题附图所示。

液封的作用是，当炉内压力超过规定值时，气体便从液封管排出。

试求此炉的安全液封管应插入槽内水面下的深度h 。

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=17.53）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 μm5. 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 Pa7、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。