化工原理(第四版)第三章 沉降与过滤

化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案()————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅ 颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--= ()()pw p a w pap w ad d ρρμρρμ-=-查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得(.)..(.).35250012051004109612500998218110pw pad d ---⨯⨯==-⨯⨯【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。

化工原理第三章沉降与过滤思考题沉降与过滤是化工工艺中常用的分离技术，用于分离悬浮物与液体或固体颗粒与气体的混合物。

在化工原理第三章中，我们学习了沉降与过滤的原理和相关参数的计算方法。

下面是一些与该主题相关的思考题，以加深对这一章内容的理解。

1. 什么是沉降速度？沉降速度受到哪些因素的影响？沉降速度指的是颗粒在重力作用下沉降的速度。

它受到颗粒的直径、密度、形状以及介质的粘度等因素的影响。

一般来说，颗粒直径越大、密度越大、形状越不规则，沉降速度越快；介质的粘度越大，沉降速度越慢。

2. 什么是沉降系数？如何计算沉降系数？沉降系数是用来描述沉降速度的一个参数，通常用修正Stokes公式进行计算。

它是颗粒直径、密度、粘度和介质密度的函数。

计算沉降系数时，需要将这些参数代入修正Stokes公式中进行计算。

3. 什么是沉降池？沉降池有什么作用？沉降池是用来实现颗粒沉降的装置，它通常由一个垂直的池子组成。

在沉降池中，悬浊液从上面流入，颗粒在重力作用下向下沉降，而清液则从沉降池的上部流出。

沉降池的作用是将颗粒与液体或固体分离，使得悬浊液中的颗粒沉积到池底，从而实现液固分离。

4. 什么是过滤速度？过滤速度受到哪些因素的影响？过滤速度指的是单位时间内通过单位面积的过滤液体的体积。

它受到过滤介质的孔隙度、粒径分布、过滤压力以及过滤液体中的颗粒浓度等因素的影响。

一般来说，孔隙度越大、粒径分布越窄、过滤压力越大，过滤速度越快；过滤液体中颗粒浓度越高，过滤速度越慢。

5. 什么是过滤介质？过滤介质的选择有哪些考虑因素？过滤介质是用于过滤的材料，常见的过滤介质有滤纸、滤布、滤网等。

过滤介质的选择需要考虑颗粒的大小、过滤液体的性质、工艺要求以及经济因素等。

对于较大的颗粒，可以选择开孔较大的过滤介质；对于较小的颗粒，可以选择孔隙较小的过滤介质。

此外，过滤介质还需要具有较好的耐酸碱性、耐高温性和耐腐蚀性等特性。

通过对以上思考题的讨论，我们可以更加深入地理解沉降与过滤的原理和应用。

第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。

《化工原理》复习题第三章沉降与过滤一．填空题1.悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指固体微粒；分散外相是指包围在颗粒周围的液体。

2.悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向做自由沉降时，会受到重力、阻力、浮力三个力的作用。

当此三个力的代数和为零时，颗粒即作匀速沉降运动。

此时微粒相对于流体的运动速度，称为沉降速度。

3.自由沉降是沉降过程颗粒互不干扰的沉降。

4.当颗粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的雷诺数相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越小，球形粒子的球形度为1.5.沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在重力或者离心力的作用下，沿受力方向发生运动而沉积，从而与流体分离的过程。

6.球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是粒子所受合力的代数和为零。

滞留沉降时，其阻力系数=24/Re。

7.降尘室做成多层的目的是增大沉降面积，提高生产能力。

8.气体的净制按操作原理可分为重力沉降、离心沉降、过滤，旋风分离器属于离心沉降。

9.过滤是一种分离悬浮在液体或气体中固体微粒的操作。

10.过滤速率是指单位时间内通过单位面积的滤液体积。

在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进行而逐渐变慢。

11.悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是在滤饼中形成骨架，使滤渣疏松，孔隙率加大，滤液得以畅流。

12.过滤阻力有两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其粘度μ；另一方面是滤渣层本身的性质，即密度ρ和厚度L。

13.板框压滤机每个操作循环由装合板框、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段组成。

14.转鼓真空过滤机，转股每旋转一周，过滤面积的任一部分都顺次历经过滤、吸干、洗涤、吹松、卸渣五个阶段。

15.离心分离因数是指物料在离心力场中所受的离心力与重力之比。

为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的转速增高，而将它的直径适当减少。

16.离心机的分离因数越大，则分离效果越好；要提高离心机的分离效果，一般采用高转速、小直径的离心机。

17.在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有、和。

第三章 颗粒流体力学基础与机械分离教学内容（8学时）：1. 流体与单个固体颗粒的相对运动、沉降速度，2. 重力沉降、离心沉降原理与设备，3. 过滤、过滤速率及其在恒压条件下的应用 基本要求：1. 理解：流体与单个固体颗粒的相对运动，2. 掌握：重力沉降室的沉降条件及生产能力；旋风除尘器分离能力的估算，3. 理解：过滤基本原理，过滤速率、过滤推动力的意义，掌握：恒压过滤的计算，了解过滤设备3-1 概述化工生产中，需要将混合物分离的情况很多。

如：原料的分离与纯化；产品的分离与纯化；生产中的废气、废液等在排放前都应将其中所含有的有害物质尽量除去。

大致来说，混合物可分为两大类：混合气体溶液如且不存在相界面的物系物系内部各处物性均匀均相物系),(:,:NaOH连续物质所组成的物系有相界面的分散物质和如具有不同物理性质非均相物系)(:ρ均相为互溶物系。

非均相为不互溶物系。

其中，非均相混合物包括⎩⎨⎧液态非均相气态非均相 由⎩⎨⎧悬浮、乳浊、泡沫液等连续物质含雾气体如含尘气体分散物质:,:非均相物系分离法一般用机械分离法，使分散相与连续相发生相对运动，从而分离。

均相物系分离法将在传热和传质有关章节中讲。

⎪⎩⎪⎨⎧流体相对于颗粒的运动过滤离心沉降过程颗粒相对于流体的运动重力沉降机械分离方法::惯性离心力还包括重力以压力差为主过滤作用力速度快还有重力以惯性离心力为主离心沉降作用力速度慢以重力为主重力沉降作用力,,:,,:,:重力沉降及离心沉降可用于分离气态及液态非均相；过滤多用于液态非均相，包括加压，减压，常压及离心过滤。

3-2 筛分1、固体颗粒的大小颗粒最基本的特性是其形状和大小(粒度)，形状均匀的为球形。

颗粒的大小可按其直径的大小来表示，粗的可用mm表示，细的可用标准筛的筛孔号数来表示，再细的则以μm来度量。

测量颗粒大小的最简易的方法是用筛。

标准筛为包括一系列具有不同大小孔眼的筛，若一种颗粒能通过某一号筛而截留于相邻的另一号孔眼较小的筛上，则此颗粒的直径一般认为等于此两号筛孔的宽度的平均值。