化工原理第三章機(jī)械分離習(xí)題

第三章 機(jī)械 分離習(xí)題 習(xí)題 1： 球形顆粒在靜止流體中作重力沉降，經(jīng)歷 _和 _兩個(gè)階段。 沉降速度是指 _階段，顆粒相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度。 加速運(yùn)動(dòng) 等速運(yùn)動(dòng) 等速運(yùn)動(dòng) （每個(gè)空 1 分，共 3 分） 習(xí)題 2： 在 層 留區(qū)，球形顆粒的沉降速度_次方成正比；而在湍流區(qū)，_次方成正比。 2 1/2 （每個(gè)空 1 分，共 2 分 ） 習(xí)題 3： 降塵室內(nèi)，顆?？杀环蛛x的必要條件是 _；而氣體的流動(dòng)應(yīng)控制在 _流型。 氣體在室內(nèi)的停留時(shí)間 應(yīng) 顆粒的沉降時(shí)間t。 (2 分 ) 層 流 （ 1 分） （共 3 分） 習(xí)題 4： 在規(guī)定的沉降速度條件下，降塵室的生產(chǎn)能力只取決于 _而與其 _無關(guān)。 降塵室底面積 (2 分 ) 高度 （ 1 分） （共 3 分） 習(xí)題 5： 除去氣流中塵粒的設(shè)備類型有 _、 _、 _等。 降塵室 慣性除塵 旋風(fēng)分離器 （每個(gè)空 1 分，共 3 分） 習(xí)題 6： 過濾常數(shù) K 是由 _及 _決定的常數(shù)；而介質(zhì)常數(shù)反映 _的常數(shù)。 物料特定 過濾壓強(qiáng)差 過濾介質(zhì)阻力大小 （每個(gè)空 1 分，共 3 分） 習(xí)題 7： 工業(yè)上應(yīng)用較多的壓濾型間歇過濾機(jī)有 _與 _；吸濾型連續(xù)操作過濾機(jī)有 _。 板框壓濾機(jī) 加壓葉濾機(jī) 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī) （每個(gè)空 1 分，共 3 分） 習(xí)題 8： 根據(jù)分離方式（或功能），離心機(jī)可分為 _、 _和 _三種基本類型 ；而據(jù)分離因數(shù)的大小，離心機(jī)可分為 _、 _和_。 過濾式 沉降式 分離式 常速離心機(jī) 高速離心機(jī) 超高速離心機(jī) （每個(gè)空 1 分，共 6 分） 習(xí)題 9： 過濾操作有 _和 _兩種典型方式。 恒壓過濾 恒速過濾 （每個(gè)空 1 分，共 2 分） 習(xí)題 11： 含塵氣體通過長 4m，寬 3m，高 1知顆粒的沉降速度為 s，則降塵室的生產(chǎn)能力為（ ）。 （ A） 3m3/s （ B） 1m3/s （ C） s （ D） 6m3/s (A) （ 2 分） 習(xí)題 12： 某粒徑的顆粒在降塵室中沉降，若降塵室的高度增加一倍，則該降塵室的生產(chǎn)能力將（）。 （ A）增加一倍 （ B）為原來的 1/2 （ C）不變 （ D）不確定 (C) （ 2 分） 習(xí)題 13： 粒徑分別為 16m和 8m的兩 種顆粒在同一旋風(fēng)分離器中沉降，沉降在 層 流區(qū)，則兩種顆粒的離心沉降速度之比為（）。 （ A） 2 （ B） 4 （ C） 1 （ D） 1/2 (B) （ 2 分） 習(xí)題 14： 以下表達(dá)式中正確的是（）。 （ A） 過濾速率與過濾面積 A 的平方成正比 （ B） 過濾速率與過濾面積 A 成正比 （ C） 過濾速率與所得濾液體積 V 成正比 （ D） 過濾速率與虛擬濾液體積(A) （ 2 分） 習(xí)題 15： 在轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)上過濾某種懸浮液，若將轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速 n 提高一倍，其他條件保持不變，則生產(chǎn)能力將為原來的（）。 （ A） 2 倍 （ B） 2 倍 （ C） 4 倍 （ D） 1/2 (B) （ 2 分） 習(xí)題 16： 球形顆粒在靜止流體中自由沉降，當(dāng)在 10-4 時(shí)，沉降速度計(jì)算。 （ A）斯托克斯公式 （ B）艾侖公式 （ C）牛頓公式 (A) （ 2 分） 習(xí)題 18： 過濾操作屬于定態(tài)操作。（ ） ( ) （ 1 分） 習(xí)題 19： 粒子所在位置上的慣性離心力場強(qiáng)度與重力場強(qiáng)度之比，稱為離心分離因數(shù)。（ ） ( ) （ 1 分） 習(xí)題 21： 提高離心機(jī)分離因數(shù)本途徑是增加轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速。（ ） ( ) （ 1 分） 習(xí)題 22： 在降塵室里，顆?？杀环蛛x的必要條件是顆粒的沉降時(shí)間t應(yīng)大于或等于氣體在室內(nèi)的停留時(shí)間 。（ ） ( ) （ 1 分） 習(xí)題 24： 連續(xù)過濾機(jī)中進(jìn)行的過濾都是恒壓過濾，間歇過濾機(jī)中也多為恒壓過濾。（ ） ( ) （ 1 分） 習(xí)題 25： 球形顆粒在靜止流體中作重力沉降時(shí) 都受到哪些力的作用？它們的作用方向如何？ 答：球形顆粒在靜止流體中作重力沉降時(shí)，將受到三個(gè)力的作用，即重力、浮力與阻力。 （ 2 分） 作用方向是重力向下，其余兩個(gè)力向上。（ 2 分） （共 4 分） 習(xí)題 26： 簡 單 評價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)。 答：在滿足氣體處理量（即生產(chǎn)能力）的前提下，評價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)是塵粒的分離效率及氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。（ 3 分） 習(xí)題 27： 影響旋風(fēng)分離器性能最主要的因素可歸納為哪兩大類？為什么工業(yè)上廣泛采用旋風(fēng)分離器組操作？ 答：影響旋風(fēng)分離器性能的因素是多方面的，其中最主要的因素可歸納為物系性質(zhì)與操作條件兩大類。（ 2 分） 因?yàn)閷τ谕唤Y(jié)構(gòu)型式的旋風(fēng)分離器來說，減少尺寸有利于分離，所以當(dāng)氣體處理量很大，又要求較高的分離效果時(shí)，常采用旋風(fēng)分離器組操作。 （ 3 分） （共 5 分） 習(xí)題 28： 簡述選擇旋風(fēng)分離器的主要依據(jù)。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 答：主要依據(jù)有三個(gè)方面： （ 1）含塵氣體的處理量（或生產(chǎn)能力）（ 1 分） （ 2） 允許的壓強(qiáng)降。（ 1 分） （ 3）要求達(dá)到的分離效率。（ 1 分） （共 3 分） 習(xí)題 29： 簡述何謂 餅層過濾？其適用何種懸浮液？ 答：餅層過濾是指固體物質(zhì)沉降于過濾介質(zhì)表面而形成濾餅層的操作。 （ 2 分） 它適用于處理固體含量較高（固相體積分?jǐn)?shù)約在 1%以上）的懸浮液。（ 2 分） （共 4 分） 習(xí)題 31： 簡述工業(yè)上對過濾介質(zhì)的要求及常用的過濾介質(zhì)種類。 答：對過濾介質(zhì)的要求是：它應(yīng)具有流動(dòng)阻力小和足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)還應(yīng)具有相應(yīng)的耐腐蝕性和耐熱性。（ 3 分） 種類有：織物介質(zhì)、堆積介質(zhì)、多孔固體介質(zhì)及多孔膜。（ 2 分） （共 5 分） 習(xí)題 32： 簡述提高連續(xù)過濾機(jī)生產(chǎn)能力的措施。 答：措施有：適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速 n 和浸沒度 ，加大過濾常數(shù) K (增大真空度或降低濾液粘度 )等。 （每個(gè)措施 1 分，共 3 分） 習(xí)題 33： 何謂過濾機(jī)的生產(chǎn)能力？寫出間歇過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算式。 答：過濾機(jī)的生產(chǎn)能力通常是指單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量，也有按濾餅產(chǎn)量或?yàn)V餅中固體物料的產(chǎn)量來計(jì)算的。（ 3 分） 過濾機(jī)生產(chǎn)能力 Q 的計(jì)算式： /3 6 0 0/3 6 0 0 (2 分 ) （共 5 分） 習(xí)題 34： 用落球法測定某液體的粘度（落球粘度計(jì)），將待測液體置于玻璃容器中測得直徑為 鋼球在此液體內(nèi)沉降 200 需的時(shí)間為 s ,已知鋼球的密度為 7900 3/液體的密度為 1300 3/試計(jì)算液體的粘度。 解：（ 1）鋼球的沉降速度 2 7 3 0 02 0 0 （ 1 分） （ 2）假設(shè)沉降在滯留區(qū)，則可用斯托克斯公式計(jì)算： 18)(2 3007900()8 )( 232 （ 3 分） （ 3）核算流型： 10 4 2 4 0 00 2 7 3 故假設(shè)成立，求出的 有效。（ 2 分） 現(xiàn)有密度為 8010kg/徑 鋼球置于密度為 980 kg/某液體中，盛放液體的玻璃管內(nèi)徑為 20得小球的沉降速度為 s，試驗(yàn)溫度為 20，試計(jì)算此時(shí)液體的粘度。 測量是在距液面高度 1/3 的中段內(nèi)進(jìn)行的，從而免除小球初期的加速及管底對沉降的影響。當(dāng)顆粒直徑 d 與容器直徑 D 之比 d/D 諾數(shù)在斯托克 斯定律區(qū)內(nèi)時(shí)，器壁對沉降速度的影響可用下式修正： 中 ut 為顆粒的實(shí)際沉降速度； 斯托克斯定律區(qū)的計(jì)算值。 解： 32 3 108102 33 =10 3m/s 按式 3得 ts u =s 校核顆 粒雷諾數(shù) 33 6 8 2 上述計(jì)算有效。 習(xí)題 35： 密度為 1850 3/固體顆粒，在 50和 20水中，按斯托克斯定律作自由沉降時(shí)，（ 1）它們沉降速度的比值是多少？（ 2）若微粒直徑增加一倍在同溫度水中作自由沉降時(shí)，此時(shí)沉降速度的比值又為多少？ 解：（ 1）由附錄查出有關(guān)溫度下水的性質(zhì)： 20時(shí)，密度 =998 3/粘度 =10a s （ 1 分） 50時(shí)， =998 3/ =10a s （ 1 分） 881850(881850(18)(18)（ 3 分） （ 2）此 時(shí)， d=2d， s， ， 均相同；據(jù)18)(2 可得： 418)(18)(2(22/ （ 3 分） 習(xí)題 36： 擬采用底面積為 14 2m 的降沉室回收常壓爐氣中所含的球形固體顆粒。操作條件下氣體的密度為 ，粘度為 10s；固體的密度為3000 3/要求生產(chǎn)能力為 2.0 ，求理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑 。 解：（ 1）在該降塵室內(nèi)能完全分離出來的最小顆粒的沉降速度 （ 1 分）（ 2） 假設(shè)沉降在滯流區(qū)，則可用斯托克斯公式求 （ 3 分） )( 18 62/152/1m i n （ 3 分） 校核沉降流型 11 9 6 2 6m i n 故原假設(shè)正確，求出的 效。 （ 2 分） 習(xí)題 37： 若鉛微粒（1s=7800 3/ 和石英微粒（2s=2600 3/以同一沉降速度在（ 1）空氣中（ 2）水中作自由沉降，假設(shè)沉降在滯流區(qū)。分別求它們的直徑之比。取水的密度為 1000 3/ 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 解：（ 1）在空氣中作自由沉降，由于 空氣 s 故 空氣 可略， 即s- 空氣 s由斯托克斯公式可得 空空（ 1 分）設(shè)鉛微粒下標(biāo)為 1，石英微粒下 標(biāo)為 2。可得： 0 07 8 0 0空空（ 3 分） （ 2）在水中作自由沉降，可得： 0 02 6 0 01 0 0 07 8 0 0水水水水水水）（）（ （ 3 分） 習(xí)題 38： 用一多層降塵室以除去爐氣中的礦塵。礦塵最小粒徑為 8 m ，密度為4000 3/降塵室內(nèi)長 4.1 m ，寬 高 氣體溫度為 427，粘度為 10s， 密度為 ，若每小時(shí)的爐氣量為 2160 標(biāo)準(zhǔn) 3m 。試求降塵室內(nèi)的隔板間距及層數(shù)。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 解：（ 1）操作條件下爐氣處理量為： 272733 6 002 1 60s 3 （ 2 分） （ 2）假設(shè)沉降在滯流區(qū)，可求出 0 0()108(18 )(5262t （ 2 分） 而氣體水平通過速度 (（ 1 分） （ 3）層數(shù) n （ 2 分） （ 4）隔板間距 h 1( 可得： h （ 1 分） （ 5）核算顆粒沉降和氣體流動(dòng)是否都在滯流區(qū) 536 在滯流區(qū) （ 1 分） 故降塵室計(jì)算合理，結(jié)果有效。（ 1 分） 習(xí)題 39： 采用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器除去爐氣中的球形顆粒。要求旋風(fēng)分離器的生產(chǎn) 能力為 徑 D 為 宜的進(jìn)口氣速為 20m/s。爐氣的密度為 度為 10s（操作條件下的），固相 密度為 3000kg/（ 1）需要幾個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作；（ 2） 臨界粒徑 3）分割直徑 4）壓強(qiáng)降 P。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 解：對于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器， h=D/2， B=D/4， ， =8 （教材上冊 （ 1） 并聯(lián)旋風(fēng)分離器數(shù) n： 單臺(tái)旋風(fēng)分離器的生產(chǎn)能力為： ( =h B ui=2() 20=s（ 2 分） n=( = （ 1 分） （ 2）求臨界粒徑 =D/4=，代入下式： 5 （ 2 分） （ 3）分割直徑 550 （ 2 分） （ 4）壓強(qiáng)降 P i 1 2 0 02 )20( （ 2 分） 習(xí)題 40： 某淀粉廠的氣流干燥器 每小時(shí)送出 10000有淀粉的熱空氣，擬采用擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器收取其中的淀粉，要求壓強(qiáng)降不超過 1250選擇合適的型號。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 解：題中已規(guī)定采用擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，則其型號可由其生產(chǎn)能力表中來選。題中熱空氣的允許壓強(qiáng)降為 1250要進(jìn)行校正。 5 0 5 （ 2 分） 從教材上冊 3查出 5 號擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器（直徑為 D=525 1570壓強(qiáng)降下操作時(shí)，生產(chǎn)能力為 5000m3/0000m3/采用兩臺(tái)并聯(lián)。（也可采取其他的同樣合理的選擇）（ 4 分） 習(xí)題 41： 在恒定壓差下用尺寸為 的一個(gè)濾框（過濾面積為 某懸浮液進(jìn)行過濾。已測出過濾常數(shù) 104 26 濾餅體積與濾液體積之比為 介質(zhì)阻力可略，求 1、當(dāng)濾框充滿濾餅時(shí)可得多少濾液？ 2、所需過濾時(shí)間 。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 求濾液量 V 濾餅體積： 30 1 0 （ 2 分） 題給 濾液體積： 31 0 s （ 2 分） 求過濾時(shí)間 當(dāng)介質(zhì)阻力可略時(shí)， 22 （ 1 分） 04 )26 222 （ 3 分） 習(xí)題 42： 用板框壓濾機(jī)在 104壓差下過濾某種水懸浮液。要求每小時(shí)處理料漿 8測的 1液可得濾餅 濾方程式為： 242 105 （ 單位為 s）求過濾面積 A 恒壓過濾 常數(shù) K、 e 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 過濾面積 A 由題給： 32 7 8)1/( （ 3 分） 代入題給過濾方程： 2242 解出： A=3 分） 求過濾常數(shù) K、 e 把題給過濾方程與恒壓過濾方程 22 2 相比較，可得 K=5 10s； 2 故 （ 2 分） e/A= 23 /.0 1 分） 5105 )0 8 6 4 22 （ 1 分） 習(xí)題 43： 某板框式壓濾機(jī)，在表壓為 2 103以恒壓操作方式過濾某懸浮液， 2 小時(shí)后得濾液 10濾介質(zhì)阻力可略，求若操作時(shí)間縮短為 1 小時(shí)，其他情況不變，可得多少濾液？ 若表壓加倍，濾餅不可壓縮， 2 小時(shí)可得多少濾液？ 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 介質(zhì)阻力可略時(shí)，有 22 的恒壓過濾方程式，題給,2 21 其他情況不變，懸浮液不 變， p 不變，則有： 22221221 ; K、 A 不變，故有： 31212122122 （ 2 分） 因 p 改變，恒壓過濾方程為： 22 2 （ 1 分） 而 11221 2 22222 2 21 K、 A 不變（ 1 分） 可得： 3331212122122 （ 2 分） 習(xí)題 44： 某板框式壓濾機(jī)的過濾面積為 壓差 下以恒壓操作過濾一種懸浮液， 2 小時(shí)后得濾液 4質(zhì)阻力可略，濾餅不可壓縮，求：若過濾面積加倍，其他情況不變，可得多少濾液？若在原壓差下過濾 2 小時(shí)后用 多長洗滌時(shí)間？ 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 原工況下的過濾常數(shù) K 為：（介質(zhì)阻力可略） )( 222 222 （ 2 分） 過濾面積加倍，其他情況不變可得濾液量： 3222 0 02)K( （ 2 分） 求洗滌時(shí)間w 對于板框壓濾機(jī)，)(8)(2（ 2 分） 因介質(zhì)阻力可略，故 ,題給 入后可得： （ 2 分） 習(xí)題 45： 用板框式壓濾機(jī)在 105壓強(qiáng)差下，過濾某種懸浮液。過濾機(jī)的型號為 35 26個(gè) 框。現(xiàn)已測得操作條件下的過濾常數(shù) K=10s， 1液可得濾餅 ： 濾餅充滿濾框所需的過濾時(shí)間。若洗滌時(shí)間為 批操作的輔助時(shí)間為 15過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為多少？ 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 過濾時(shí)間 過濾面積為： 22 3 （ 1 分） 濾餅體積為： 32 2 6 3 （ 1 分） 濾液體積為： 62.0 s （ 1 分） 而 q=V/A= （ 1 分） 過濾時(shí)間 sK e 3 7 0 2 2 422 （ 2 分） 生產(chǎn)能力 Q 操作周期 T=Q+D=3700+3600+15 60=7455s （ 1 分） Q /（ 1 分） 習(xí)題 46： 現(xiàn)用一臺(tái) 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)（轉(zhuǎn)鼓直徑為 度 濾面積 5沒角 120o）在 空度下過濾某種懸浮液。已知過濾常數(shù)K=10s，每獲得 1液可得 餅，過濾介質(zhì)阻力忽略，濾餅不可壓縮，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為 1r/過濾機(jī)的生產(chǎn)能力及轉(zhuǎn)筒表面的濾餅厚度。 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) （ 1） 生產(chǎn)能力 Q 轉(zhuǎn)筒過濾面積 （ 1 分） 轉(zhuǎn)筒浸沒度31360120 （ 1 分） 介質(zhì)阻力可忽略時(shí)，可用下式計(jì)算 Q： Q 54 6 5 26 （ 2 分） （ 2）求濾餅厚度 L 轉(zhuǎn)筒每轉(zhuǎn)一周獲得的濾液量為： 305 （ 1 分） 30 3 6 0 4 6 7.0 （ 1 分） 厚度 s （ 1 分） 習(xí)題 47： 密度為 2400Kg/球形粒子在 20的空氣中作自由沉降。 求服從斯托克斯定律的最大顆粒直徑；服從牛頓定律的最小顆粒直徑。已查出 20空氣的密度為 度為 案與評分標(biāo)準(zhǔn) 服從斯托克斯定律的最大顆粒直徑，服從滯流沉降區(qū)的上限值 K= （ 1 分） 由 312m a x)( s 可得 3125312 （ ） 服從牛頓定律的最小顆粒直徑 ,服從牛頓定律的下限值 K=（ 1 分） 同理可得： 3125 （ ） 習(xí)題 48： 擬在 103恒定壓強(qiáng)差下過濾懸浮液。濾餅為不可壓縮，其比阻 1010 1/餅體積與濾液體積之比 v 為 液的粘度 過濾介質(zhì)阻力可略，求：（ 1）每平方米過濾面積上獲得 ，（ 2）若將此過濾時(shí)間延長一倍可以再獲得多少濾液？ 答案與評分標(biāo)準(zhǔn) 解：（ 1）求 由題給條件可得，單位面積上所得濾液量 q = 1 分） 求 K， 題給 濾餅為不可壓縮，則 S=0， r = r=常數(shù)，代入已知量則： S /3103 311 (3分 ) 求 當(dāng)過濾介質(zhì)可略時(shí)， q2=有 0 22 （ ） 過濾時(shí)間加倍時(shí)，增加的濾液量 1 65 0 822 （ 1 分） 233 / （ ） 增加的濾液量為： 23 / 即每平方米過濾面積上將再得 液。 （ 2 分） 習(xí)題 49： 擬用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器除去爐氣中的球形顆粒。已選定分離器直徑 D=相密度為 3000Kg/相密度為 g