沉降预过滤复习题答案
第二章 非均相物系分离
一、填空题
1. 球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。
沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。
2. 在滞留区，球形颗粒的沉降速度t u 与其直径的______次方成正比；而在湍流区，t u 与其直径的______次方成正比。
3. 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
4. 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
5. 在规定的沉降速度t u 条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而与其__________________无关。
6. 除去气流中尘粒的设备类型有__________、___________、__________等。
7. 过滤常数K 是由__________及___________决定的常数；而介质常数e q 与e θ是反映________________的常数。
8. 工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有__________与___________；吸滤型连续操作过滤机有________________。
9. 根据分离方式（或功能），离心机可分为__________、________和___________三种基本类型；而据分离因数的大小，离心机可分为__________、________和___________。
10. 过滤操作有________和___________两种典型方式。
二、选择题
1. 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（ ）。
（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
2. 含尘气体通过长4m ，宽3m ，高1m 的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s ，则降尘室的生产能力为（ ）。
（A ）3m 3/s （B ）1m 3/s
（C ）0.75m 3/s （D ）6m 3/s
3. 某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（）。
（A ）增加一倍 （B ）为原来的1/2
（C ）不变 （D ）不确定
4. 粒径分别为16m μ和8m μ的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，沉降在滞流区，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（）。
（A ）2 （B ）4
（C ）1 （D ）1/2
5. 以下表达式中正确的是（）。
（A ） 过滤速率与过滤面积A 的平方成正比
（B ） 过滤速率与过滤面积A 成正比
（C ） 过滤速率与所得滤液体积V 成正比
（D ） 过滤速率与虚拟滤液体积e V 成正比
6. 在转筒真空过滤机上过滤某种悬浮液，若将转筒转速n 提高一倍，其他条件保持不变，则生产能力将为原来的（）。
（A ）2倍 （B ）2倍
（C ）4倍 （D ）1/2
7. 球形颗粒在静止流体中自由沉降，当在10-4 （A ）斯托克斯公式 （B ）艾仑公式 （C ）牛顿公式 三、判断 1. 球形颗粒在静止流体中作自由沉降时，其沉降速度t u 可用斯托克斯公式计算。 （ ） 2. 过滤操作属于定态操作。（ ） 3. 粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数。（ ） 4．球形微粒在静止流体中作自由沉降，计算其沉降速度t u 时，必须采用试差法，而且这是唯一的方法。（ ） 5．提高离心机分离因数c K 的基本途径是增加转鼓的转速。（ ） 6．在降尘室里，颗粒可被分离的必要条件是颗粒的沉降时间t θ应大于或等于气体在室内的停留时间θ。（ ） 7．离心沉降速度r u 与重力沉降速度t u 的主要区别之一是r u 不是定值，而t u 则是恒定的。（ ） 8．连续过滤机中进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机中也多为恒压过滤。（ ） 四、简答题 1．球形颗粒在静止流体中作重力沉降时都受到哪些力的作用？它们的作用方向如何？ 2．简述评价旋风分离器性能的主要指标。 3．影响旋风分离器性能最主要的因素可归纳为哪两大类？为什么工业上广泛采用旋风分离器组操作？ 4．简述选择旋风分离器的主要依据。 5．简述何谓饼层过滤？其适用何种悬浮液？ 6．何谓膜过滤？它又可分为哪两类？ 7．简述工业上对过滤介质的要求及常用的过滤介质种类。 8．简述提高连续过滤机生产能力的措施。 9．何谓过滤机的生产能力？写出间歇过滤机生产能力的计算式。 五、计算题 1．用落球法测定某液体的粘度（落球粘度计），将待测液体置于玻璃容器中测得直径为 6.35mm 的钢球在此液体内沉降200mm 所需的时间为 7.32 s ,已知钢球的密度为7900 3/m kg ，液体的密度为1300 3/m kg 。试计算液体的粘度。 2．密度为1850 3/m kg 的固体颗粒，在50℃和20℃水中，按斯托克斯定律作自由沉降时， （1）它们沉降速度的比值是多少？（2）若微粒直径增加一倍在同温度水中作自由沉降时，此时沉降速度的比值又为多少？ 3．拟采用底面积为142m 的降沉室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。操作条件下气体的密度为0.753/m kg ，粘度为2.6×10-5Pa ?s ；固体的密度为30003/m kg ；要求生产能力为2.0s m /3，求理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径min d 。 4．若铅微粒（1s ρ=78003/m kg ） 和石英微粒（2s ρ=26003/m kg ）以同一沉降速度在（1）空气中（2）水中作自由沉降，假设沉降在滞流区。分别求它们的直径之比。取水的密度为10003/m kg 。 5．用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m μ，密度为40003/m kg 。降尘室内长4.1m ，宽1.8m ，高4.2m ，气体温度为427℃，粘度为3.4×10-5Pa ·s ，密度为0.53/m kg ，若每小时的炉气量为2160标准3 m 。试求降尘室内的隔板间距及层数。 6．采用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。要求旋风分离器的生产能力为2.0m 3，直径D 为0.4m ，适宜的进口气速为20m/s 。炉气的密度为0.75kg/m 3，粘度为2.6×10-5Pa ·s （操作条件下的），固相密度为3000kg/m 3，求（1）需要几个旋风分离器并联操作；（2） 临界粒径d c ；（3）分割直径d 50；（4）压强降ΔP 。 7．某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m 3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1250pa 已知气体密度为1.0Kg/m 3,试选择合适的型号。 8．在恒定压差下用尺寸为mm 25635635??的一个滤框（过滤面积为0.806m 2）对某悬浮液进行过滤。已测出过滤常数s m K /10426-?=滤饼体积与滤液体积之比为0.1，设介质阻力可略，求1、当滤框充满滤饼时可得多少滤液？ 2、所需过滤时间θ。 9．用板框压滤机在9.81×104pa 恒压差下过滤某种水悬浮液。要求每小时处理料浆8m 3。已测的1m 3滤液可得滤饼0.1m 3,过滤方程式为： θ242105A V V -?=+（θ单位为s ）求①过滤面积A ②恒压过滤常数K 、q e 、θ e 10．某板框式压滤机，在表压为2×101.33×103pa 下以恒压操作方式过滤某悬浮液，2小时后得滤液10m 3；过滤介质阻力可略，求①若操作时间缩短为1小时，其他情况不变，可得多少滤液？ ②若表压加倍，滤饼不可压缩，2小时可得多少滤液？ 11．某板框式压滤机的过滤面积为0.2m 2，在压差atm p 5.1=?下以恒压操作过滤一种悬浮 液，2小时后得滤液4m 3,介质阻力可略，滤饼不可压缩，求：①若过滤面积加倍，其他情况不变，可得多少滤液？②若在原压差下过滤2小时后用0.5m 3的水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？ 12．用板框式压滤机在 2.95×105pa 的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号为BMS20/635-25，共26个框。现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m 2/s ，q e =0.023m 3/m 2，且1m 3滤液可得滤饼0.020m 3求：① 滤饼充满滤框所需的过滤时间。②若洗涤时间为0.793h ，每批操作的辅助时间为15min ，则过滤机的生产能力为多少？ 13．现用一台GP5-1.75型转筒真空过滤机（转鼓直径为1.75m ，长度0.98m ，过滤面积5m 2，浸没角120o ）在66.7Kpa 真空度下过滤某种悬浮液。已知过滤常数K=5.15×10-6m 2/s ，每获得1m 3滤液可得0.66m 3滤饼，过滤介质阻力忽略，滤饼不可压缩，转鼓转速为1r/min 求过滤机的生产能力及转筒表面的滤饼厚度。 14．密度为2400Kg/m 3的球形粒子在20℃的空气中作自由沉降。求①服从斯托克斯定律的最大颗粒直径；②服从牛顿定律的最小颗粒直径。已查出20℃空气的密度为1.205Kg/m 3。粘度为1.81×10-5pa.s 15．拟在9.81×103Pa 的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r 为1.33×1010 1/m 2，滤饼体积与滤液体积之比v 为0.333m 3/m 3，滤液的粘度μ为1.0×10-3Pa.S ；且过滤介质阻力可略，求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m 3滤液所需的过滤时间θ，（2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？ 16．拟用标准型旋风分离器除去炉气中的球形颗粒。已选定分离器直径D=0.4m ，固相密度为3000Kg/m 3，气相密度为0.674 Kg/m 3，粘度为 3.8×10-5Pa.S ；操作条件下的气体量为1200m 3/h ，对于标准型旋风分离器h=D/2，B=D/4，Ne 取5，ξ=8，且简化假设取μT =μi 。求：（1）离心分离因数Kc ，（2）临界粒径d c ，（3）分割粒径d 50，（4）压强降ΔP 。 17．已知某板框压滤机过滤某种滤浆的恒压过滤方程式为：θ4210504.0-?=+q q （θ单位为S ） 求：（1）过滤常数K ，e q 及θe 。 （2）若要在30min 内得到5m 3滤液（滤饼正好充满滤框），则需框内每边长为810mm 的滤框多少个？ 18．用转筒真空过滤机过滤某种悬浮液，料浆处理量为25m 3/h ，已知滤饼体积与滤液体积之比为0.08，转筒浸没度为1/3，过滤面积为2.11m 2，现测得过滤常数K 为8×10-4m 2/s ，过滤介质阻力可略。求此过滤机的转速n 。 标准答案及评分标准 一、填空题 1．加速运动 等速运动 等速运动 （每个空1分，共3分） 2． 2 1/2 （每个空1分，共2分） 3．气体在室内的停留时间θ应≥颗粒的沉降时间t θ。(2分) 滞流 （1分） 4. 降尘室底面积 (2分) 高度 （1分） （共3分） 5. 降尘室 惯性除尘 旋风分离器 （每个空1分，共3分） 6. 物料特定 过滤压强差 过滤介质阻力大小 （每个空1分，共3分） 7. 板框压滤机 加压叶滤机 转筒真空过滤机 （每个空1分，共3分） 8. 过滤式沉降式分离式常速离心机高速离心机超高速离心机 （每个空1分，共6分） 9. 恒压过滤恒速过滤（每个空1分，共2分） 二、选择 1. (D) （2分） 2. (A) （2分） 3. (C)（2分） 4. (B) （2分） 5. (A) （2分） 6. (B) （2分） 7. (A) （2分） 三、判断 1. (×) （1分） 2. (×) （1分） 3. (√) （1分） 4. (×) （1分） 5. (√) （1分） 6. (×) （1分） 7. (√) （1分）8. (√) （1分） 四、简答 1. 答：球形颗粒在静止流体中作重力沉降时，将受到三个力的作用，即重力、浮力与阻力。（2分） 作用方向是重力向下，其余两个力向上。（2分）（共4分） 2. 答：在满足气体处理量（即生产能力）的前提下，评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离效率及气体经过旋风分离器的压强降。（3分） 3. 答：影响旋风分离器性能的因素是多方面的，其中最主要的因素可归纳为物系性质与操作条件两大类。（2分） 因为对于同一结构型式的旋风分离器来说，减少尺寸有利于分离，所以当气体处理量很大，又要求较高的分离效果时，常采用旋风分离器组操作。 （3分） （共5分） 4. 答：主要依据有三个方面： （1）含尘气体的处理量（或生产能力）（1分） （2）允许的压强降。（1分） （3）要求达到的分离效率。（1分） （共3分） 5. 答：饼层过滤是指固体物质沉降于过滤介质表面而形成滤饼层的操作。 （2分） 它适用于处理固体含量较高（固相体积分数约在1%以上）的悬浮液。（2分） （共4分） 6. 答：膜过滤是利用膜孔隙的选择透过性进行两相分离的技术。（2分） 它又可分为微孔过滤和超滤两类。（2分）（共4分） 7. 答：对过滤介质的要求是：它应具有流动阻力小和足够的机械强度，同时还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。（3分） 种类有：织物介质、堆积介质、多孔固体介质及多孔膜。（2分）（共5分） 8. 答：措施有：适当提高转速n和浸没度 ，加大过滤常数K(增大真空度或降低滤液粘度) 等。 （每个措施1分，共3分） 9. 答：过滤机的生产能力通常是指单位时间内获得的滤液量，也有按滤饼产量或滤饼中固体物料的产量来计算的。（3分） 过滤机生产能力Q 的计算式： ()D w V T V Q θθθ++==/3600/3600 h m /3 (2分) （共5分） 五、计算题 1. 解：（1）钢球的沉降速度s m h u t /2732.032.71000 200 ===θ （1分） （2）假设沉降在滞留区，则可用斯托克斯公式计算： μρρ18)(2g d u s t -= S Pa u g d t s ?=??-?=-=-309.502732 .01881.9)13007900()1035.6(18)(232ρρμ （3分） （3）核算流型： 104248.0309.51300 02732.01035.6Re 3<=???==-μρ t du t 故假设成立，求出的μ有效。（2分） 2. 解：（1）由附录查出有关温度下水的性质： 20℃时，密度ρ=998 3/m kg ，粘度μ=1.005×10-3 Pa ·s （1分） 50℃时，ρ=998 3/m kg ，μ=0.5494×10-3 Pa ·s （1分） 84.110005.118)9881850(105494.018)9881850(18)(18)(3 23 220202505022050=??- ??-=?-?-=--?? g d g d g d g d u u s s t t μρρμρρ （3分） （2）此时，d ′=2d ，ρs ，ρ，μ均相同；据μρρ18)(2g d u s t -=可得： 418)(18))(2(22/ =--=μ ρρμ ρρg d g d u u s s t t （3分） 3. 解：（1）在该降尘室内能完全分离出来的最小颗粒的沉降速度t u 为： s m bl V u s t /1429.014 0.2=== （1分） （2） 假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求m i n d 。 （3分） m m g u d s t μρρμ7.47107.47]81 .930001429.0106.218[])(18[62/152/1min =?=????≈-=-- （3分） 校核沉降流型 11965.010 6.275.01429.010 7.47Re 56min <=????==--μρ t u d t 故原假设正确，求出的min d 有效。 （2分） 4. 解：（1）在空气中作自由沉降，由于ρ空气 《s ρ 故ρ空气可略， 即s ρ -ρ空气≈s ρ 由斯托克斯公式可得 g u 18d s t ）（空空ρρμ-= （1分）设铅微粒下标为1，石英微粒下标为2。可得： 73.12600 7800u 18u 18211t 2t 12===??=s s s s g g d d ρρρμρμ空空 （3分） （2）在水中作自由沉降，可得： 06.21000 260010007800u 18u 18211t 2t 12=--=--=?-?-=水水水水水水）（）（ρρρρρρμρρμs s s s g g d d （3分） 5. 解：（1）操作条件下炉气处理量为： s m V /54.1273 42727336002160s 3=+?= （2分） （2）假设沉降在滞流区，可求出u t s m g s /101.410 4.31881.9) 5.04000()108(18)(d u 35262t ---?=???-??=-=μρρ（2分） 而气体水平通过速度s m bH v u s /20.0)2.48.1/(54.1/=?== （1分） （3）层数n 50151110 1.41.48.154.113=-=-???=-=-t s u b v n （2分） （4）隔板间距h h n H )1(+= 可得：m m n H h 082.051 2.41==+= （1分） （5）核算颗粒沉降和气体流动是否都在滞流区 ① 1108.4104.35.0101.4108Re 4536 ----μρt du t 在滞流区 （1分） ② m h b bh de 157.0082 .08.1082.08.122=+??=+= （1分） 气体流动的Re 为： 200046210 4.3 5.020.0157.0Re 5<=???==-μρ u d e 在滞流区。 故降尘室计算合理，结果有效。（1分） 6. 解：对于标准型旋风分离器，h=D/2，B=D/4，Ne=5，ξ=8 （教材上册P125） （1） 并联旋风分离器数n ： 单台旋风分离器的生产能力为： (Vs)单=h ·B ·u i =i u D D 4 2(0.42/8)×20=0.40m 3/s （2分） n=Vs/ (Vs)单 =2.0/0.40=5 （1分） （2）求临界粒径d c B=D/4=0.4/4=0.1m ，Ne=5，代入下式： m m u e N B d i s c μπρπμ98.41098.420300051.0106.29965=?=??????==-- （2分） （3）分割直径d 50 m m u D i s μρρμ554.310554.320 30004.0106.227.0)(27.0d 6550=?=???≈-≈-- （2分） （4）压强降ΔP Pa u p i 12002 )20(75.0822 2 =??=?=?ρξ （2分） 7. 解：题中已规定采用扩散式旋风分离器，则其型号可由其生产能力表中来选。题中热空气的允许压强降为1250pa,需要进行校正。 pa p p 15000 .12.112502 .1''=?=??=?ρ （2分） 从教材上册P131表3-3中查出5号扩散式旋风分离器（直径为D=525mm ）在1570pa 的压强降下操作时，生产能力为5000m 3/h 现在要达到10000m 3/h 的生产能力，可采用两台并联。（也可采取其他的同样合理的选择）（4分） 8 ① 求滤液量V 滤饼体积：30101.01025.0635.0635.0m V S =???=（2分） 题给1.0=ν 滤液体积：3101.01.00101.0/m V V s == =ν （2分） ② 求过滤时间θ 当介质阻力可略时，θ22KA V = （1分） h s KA V 09.17.3925) 806.0(104)101.0(262 22==??==-θ （3分） 9. ① 过滤面积A 由题给：1.0=ν 3273.7)1.01/(8)1/(m V V F =+=+=ν（3分） 代入题给过滤方程： 22428.117.603600105273.7)273.7(A A =→??=+- 解出：A=5.782m 3（3分） ② 求过滤常数K 、q e 、θ e 把题给过滤方程与恒压过滤方程θ222KA VV V e =+相比较，可得 K=5×10-4m 3/s ； 2V e =1m 3； 故V e =0.5m 3 （2分） q e=V e /A= 23/0865.0782.55.0m m = （1分） s K q e e 1510 5)0865.0(/422 =?==-θ （1分） 10. ① 介质阻力可略时，有θ22KA V =的恒压过滤方程式，题给h h 1,221==θθ其 他情况不变，悬浮液不变，p ?不变，则有： 22221221;θθKA V KA V == K 、A 不变，故有： 312121221 2207.72110m V V V V ===→→=θθθθ（2分） ② 因 p ?改变，恒压过滤方程为：p KA V ??=θ222（1分） 而112212p KA V ??=θ 222222p KA V ??=θ 21θθ= K 、A 不变（1分） 可得： 33312121221221.14241010 33.10121033.101410m P P V V P P V V ==????=??=→→??=（2分） 11. 原工况下的过滤常数K 为：（介质阻力可略） s m A V K /1056.536002)2.0()0.4()/(2222 2 2-?=??==θ （2分） ① 过滤面积加倍，其他情况不变可得滤液量： 32220.836002)2.02(1056.5)A K(m V =????='='-θ （2分） ② 求洗涤时间w θ w w w d dv V )(θ θ=对于板框压滤机，)(8)(2 e w V V KA d dv +=θ （ 2分） 因介质阻力可略，故V e =0,题给V w =0.5m 3 代入后可得： h s w 2719420 .48) 2.0(1056.55.022≈=???=-θ （ 2分） 12. ① . 过滤时间θ 过滤面积为：2298.2026)635.0(2m A =??= （ 1分） 滤饼体积为：32262.026025.0)635.0(m V s =??= （ 1分） 滤液体积为：310.13020.0/262.0m v V V s === （ 1分） 而q=V/A=13.10/20.98=0.624m 3/m 2 （ 1分） 过滤时间s K qq q e 370010 13.1023.0624.0)624.0(2422=??+==-θ（ 2分） ② 生产能力Q 操作周期T=Q+Q w +Q D =3700+0.793×3600+15×60=7455s （ 1分） Q h m T V /33.6745510.133********=?== （ 1分） 13 （1）生产能力Q ①转筒过滤面积339.598.075.114.3m D A =??== π （1分） ②转筒浸没度3 1360120=??=? （1分） ③介质阻力可忽略时，可用下式计算Q ： Q h m n K A /28.313 110 15.539.546546526=????==-?（ 2分） （2）求滤饼厚度L ①转筒每转一周获得的滤液量为： 305467.060 28.360m Q V === （ 1分） ②303608.066.005467.0m Vv V s =?== （ 1分） ③厚度mm m A V L s 7.61069.639.503608.03≈?=== - （ 1分） 14. ① 服从斯托克斯定律的最大颗粒直径，服从滞流沉降区的上限值 K=2.62 （1分） 由3 12max )(?? ????-=μρρρg d K s 可得 d max =m m g s μμρρρ20.591020.5981.9205.12400)1081.1(62.2)(62 .2631253 12=?=?????????=??????--- （3.5分） ②服从牛顿定律的最小颗粒直径,服从牛顿定律的下限值K=69.1 （1分） 同理可得： d min =m m μ156110561.181.9205.12400)1081.1(1.6933 125=?=???? ?????-- （1.5分） 15. 解：（1）求θ ① 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q =1.5m 3/m 2 （1分） ② 求K ，题给滤饼为不可压缩，则S=0，r = r`=常数，代入已知量则： s m r p r p p k K S S /1043.4333.01033.1100.11081.92222231033 11----?=??????=?=?=?=νμνμ (3分) ③求θ 当过滤介质可略时，q 2 =k θ，则有s k q 5081043.45.132 2=?==-θ （1.5分） 过滤时间加倍时，增加的滤液量 ① s 101650822=?=='θθ （1分） ②233/12.210161043.4m m k q =??='='-θ （1.5分） ③ 增加的滤液量为：23/62.05.112.2m m q q =-=-' 即每平方米过滤面积上将再得0.62m 3 滤液。 （2分） 16. 解：（1）求Kc ① 22 202.08 4.0842m D D D hB ===?= （1分） ② s m hB Vs u i /67.1602 .03600/1200=== （1分） ③6.14181 .92.0)67.16(2 2=?==Rg u Kc T (1分) （2）求d c m m u Ne B q d i s c μπρπμ6.6106.667 .16300054/4.0108.3965=?=??????==-- （2分） （3）求d 50 m m u D d i s μρρμ71.41071.427.067 .16)674.03000(4.0108.3)(27.06550=?=??-??=-≈-- （2分） （4）求ΔP Pa u P i 2.7492 674.0)67.16(8222 =??=??=?ρξ (2分) 17. 解：（1）求过滤常数K ，q e 及θe 。 ①恒压过滤方程式为：θK qq q e =+22（1分）把此式与题给的方程式进行比较可得 到：K=5×10-4m 2/s （1分）而2e q =0.04 e q =0.02m 3/m 2（1分） ② 求 θe 。 s K q e e 8.0105)02.0(/42 2 =?==-θ （1分） （2）求所需滤框数n ①求q 将θ=30×60 S 代入过滤方程式： 603010504.042???=+-q q ；整理得：09.004.02=-+q q ，解方程得 232/9289.02 )9.0(14)04.0(04.0m m q =-??-+-= （3分） ②求A 。 因A V q =故2383.59289.05m q V A ===（1分） ③求n 因A=2nb 2 1.4) 81.0(2383.5222=?== b A n （个），取5个。（1分） 18. 解：（1）Q ，（生产能力） h m v Q /15.2308 .01251253=+=+= （1分） （2）求n ①当介质阻力可略时，n K A Q ?465= 代入已知量Q ，A ，ψ，K ，可得： n ????=-3/110811.246515.234 （2分） ②解n 。 n ???=-210633.115.98115.23，即n ?=02.1615.23 解出min /088.2)445.1(2r n == （2分） 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 ()(.)()./..11 2 2 223 34 5449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ --??-???==??=? ???????????? 验算 .Re ..45 4101790．835 =24824110 p 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 ()/2 18t p p u d g ρρμ=- 由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ--= pw pa d d = 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 .961pw pa d 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。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,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=?===??,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区 () .()(.) ./.2626 9811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ ---??-= ==?? 验算..Re .66 101000111000505221810pc t d u ρ μ --???= == 沉降与过滤一章习题及答案 一、选择题 1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流20℃水密度998.2 kg/m 3粘度为100.5×10-5 Pa ·s ）。A ?A 4000 mPa ·s ； ?B 40 mPa ·s ； ?C 33.82 Pa ·s ； ?D 3382 mPa ·s 2、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，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D A ．m μ302?； B 。m μ32/1?； C 。m μ30； D 。m μ302? 3、降尘室的生产能力取决于 。 B A ．沉降面积和降尘室高度； B ．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C ．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D ．降尘室的宽度和高度。 4、降尘室的特点是 。D A ． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B ． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C ． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D ． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A ．颗粒的几何尺寸 B ．颗粒与流体的密度 C ．流体的水平流速； D ．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C A ．旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C A ．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B ．尺寸大，则分离效率高，且压降小； C ．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D ．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 B A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； D.1/2倍 10、助滤剂应具有以下性质 。B A. 颗粒均匀、柔软、可压缩; B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C. 粒度分布广、坚硬、不可压缩; D. 颗粒均匀、可压缩、易变形 11、助滤剂的作用是 。B A ． 降低滤液粘度，减少流动阻力； B ． 形成疏松饼层，使滤液得以畅流； C ． 帮助介质拦截固体颗粒； D ． 使得滤饼密实并具有一定的刚性 12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 。B A ．面积大，处理量大； B ．面积小，处理量大； C ．压差小，处理量小； D ．压差大，面积小 13、以下说法是正确的 。B A. 过滤速率与A(过滤面积)成正比; B. 过滤速率与A 2成正比; C. 过滤速率与滤液体积成正比; D. 过滤速率与滤布阻力成反比 14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量 。 第三章沉降与过滤 本章学习目的 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。 本章应掌握的内容 a沉降分离（包括重力沉降和离心沉降）的原理、过程计算、旋风分离器的选型。 b过滤操作的原理、过滤基本方程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。 3.1 概述 混合物：均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。例：混合气体、溶液。 非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。 许多化工生产过程中，要求分离非均相物系。含尘和含雾的气体，属于气态非均相物系。悬浮液、乳浊液及泡沫液等属于液态非均相物系。 非均相物系 分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。 连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的物质。含尘气体中的气体、悬浮液中的液体。 均相混合物：吸收、蒸馏。 非均相混合物：分散相、连续相物理性质不同(ρ不同)→机械方法：沉降、过滤。 非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2）净制分散介质 本章将简要地介绍重力沉降、离心沉降及过滤等分离法的操作原理及设备。 3.2 重力沉降 沉降(settling)：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。 重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。 3.2.1 颗粒与流体相对运动时所受的阻力 球形颗粒的自由沉降 自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中充分地分散颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下的沉降。 将表面光滑、刚性的球形颗粒置于静止的流体中。 颗粒：ρ P 、d P 、m 流体：ρ、μ、ρ P ＞ρ 颗粒与流体的的相对运动速度(相对于流体的降落速度)：u 一、名词解释题（每题3分）： 1.生化需氧量：表示在有氧的情况下，由于微生物的活动，可降解的有机物稳定化所需的氧量 2.化学需氧量：表示利用化学氧化剂氧化有机物所需的氧量。 3.沉淀：是固液分离或液液分离的过程，在重力作用下，依靠悬浮颗粒或液滴与水的密度差进行分离。 4.化学沉淀法：是往水中投加某种化学药剂，使与水中的溶解物质发生互换反应，生成难溶于水的盐类， 形成沉渣，从而降低水中溶解物质的含量。 5.电解法：是应用电解的基本原理，使废水中有害物质，通过电解过程，在阳、阴极上分别发生氧化和 还原反应转化成为无害物质以实现废水净化的方法。 6.吸附：是一种物质附着在另一种物质表面上的过程，它可发生在气－液、气－固、液－固两相之间。 7.物理吸附：是吸附质与吸附剂之间的分子引力产生的吸附。 8.化学吸附：是吸附质与吸附剂之间由于化学键力发生了化学作用，使得化学性质改变。 9.膜分离法：是把一种特殊的半透膜将溶液隔开，使溶液中的某种溶质或者溶剂渗透出来，从而达到分 离溶质的目的。 10.污泥龄：是指每日新增的污泥平均停留在曝气池中的天数，也就是曝气池全部活性污泥平均更新一次 所需的时间，或工作着的活性污泥总量同每日排放的剩余污泥量的比值。 11.氧化沟：是一个具有封闭沟渠的活性污泥曝气池。 12.总充氧量：稳定条件下，单位时间内转移到曝气池的总氧量。 13.悬浮生长：在活性污泥法中，微生物形成絮状，悬浮在混合液中不停地与废水混合和接触。 14.生物膜反应器：利用生物膜净化废水的装置。 15.面积负荷率法：即单位面积每日能去除废水中的有机物等量。 16.活性污泥法：是以活性污泥来净化废水的生物处理方法。 17.活性污泥：充满微生物的絮状泥粒。 18.污泥负荷率：指的是单位活性污泥（微生物）量在单位时间内所能承受的有机物量。 19.污泥浓度：指曝气池中单位体积混合液所含悬浮固体的重量，常用表示。 20.污泥沉降比：指曝气池中混合液沉淀30后，沉淀污泥体积占混合液总体积的百分数。 21.污泥体积指数：简称污泥指数，是曝气池混合液经30沉淀后1g干污泥所占的湿污泥体积（以计）。 22.生物接触氧化法：是一个介于活性污泥法和生物滤池之间的处理方法，它兼具有这两种方法的优点。 23.厌氧流化床：当床内载体的膨胀率达到40～50％以上，载体处于流化状态。 24.厌氧生物法：在无分子氧条件下，通过兼性菌和厌氧菌的代谢作用降解污泥和废水中的有机污染物， 分解的最终产物主要是沼气，可作为能源。 25.重力浓缩法：利用重力将污泥中的固体与水分离而使污泥的含水率降低的方法。 26.扩散：污染物由高浓度处向低浓度处转移，称为扩散。 二、水污染控制工程选择题（每题2分）： 2、下列不属于水中杂质存在状态的是（ D ） A.悬浮物B胶体C溶解物D沉淀物 3、是指（ A ） A.总需氧量 4、下列说法不正确的是（ D ） A.可降解的有机物一部分被微生物氧化，一部分被微生物合成细胞 是微生物氧化有机物所消耗的氧量与微生物内源呼吸所消耗的氧量之和 C.可降解的有机物分解过程分碳化阶段和硝化阶段 是碳化所需氧量和硝化所需氧量之和 5、下列说法不正确的是（ C ） 测定通常采用K22O7和7为氧化剂 过滤、沉降方试题 一、填空题 1．非均相物系是指物系内部有明显的相界面存在，而界面两侧物质的性质是_______________ 。完全不同的 2．非均相物系一般有两相组成，其中一相称为__________另一相称为_________。 连续相，分散相 3．非均相物系的主要分离方法有____________、_____________、___________及_____________。沉降，过滤，离心分离，湿法分离 4．悬浮液是指由__________和_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）液体，固体 5．雾沫是指由连续相为__________和分散相为_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）气相，液相 6．乳浊液是指由__________和_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）液相，液相 7．沉降分离是依据分散介质与分散物质间的________ 差来分离的。密度 8．沉降器的生产能力与__________和________________正比，与__________无关。面积，颗粒的沉降速度，沉降高度 9．沉降分离的必要条件是_____________________________________________ 。 颗粒在沉降器中的停留时间大于或等于沉降时间 10．旋风分离器的操作是混合气体从筒体上部的________方向进入（径向或切向），________排出净化气体，_________间歇排灰（顶部或底部）。切向，顶部，底部 11.过滤方法有______________、______________和________________三种。饼 层过滤，深床过滤，动态过滤 12.常用的过滤介质有_____________、______________和_________________三 种。织物状，粒状，固体多孔 13.助滤剂的用途为__________________________________________________和 _________________________________________。在介质上首先架桥，在可压 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 ()(.)()./..1 12 2 2 2 3 3 4 5 449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--??-???==??=????????????? 验算 .Re ..45 4101790．835=248 24110p 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 ()/2 18t p p u d g ρρμ =-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ-- =pw pa d d = 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 .961 pw pa d 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 第一章流体流动练习题 第三章流体输送机械 考核要求 1、识记：流体输送机械的类型，容易A 2、理解：流体输送机械的作用，容易A 第四章沉降与过滤 考核要求 （一）非均相物系分离方法 1、识记：沉降、过滤概念，难度层次：容易A 2、理解：非均相物系分离方法含义，难度层次，中等偏易B （二）重力沉降 1、识记：（1）影响颗粒分离的首要因素，难度层次，中等偏易B （2）重力沉降设备类型及特点，难度层次, 中等偏难C 2、理解：影响重力沉降速度的因素，难度层次：中等偏难C 3、应用：斯托克斯公式，难度层次，中等偏难C （三）离心沉降 1、识记：（1）离心分离因数，难度层次：中等偏易B （2）离心沉降设备及特点，难度层次：中等偏难C 2、理解：离心沉降速度，难度层次：中等偏难C （四）过滤 1、识记:（1）过滤方式及各自特点，难度层次：容易A （2）过滤推动力，难度层次：中等偏易B (3）过滤设备类型及特点，难度层次：中等偏难C 2、理解：过滤速率及影响因素，难度层次：中等偏易B。 练习题 1 流体输送机械有哪些类型? 2流体输送机械的作用是什么? 3. 对流体输送机械的基本要求有哪些? 4. 非均相混合物系采用机械的方法分离利用了非均相混合物系什么特性来进行分离的?非均相混合物系通常采用机械的方法分离可分为哪几种? 5. 什么叫沉降, 什么叫过滤? 6.请写出层流区斯托克斯公式沉降速度公式. 7.影响颗粒分离的首要因素是什么?还有哪些因素也能影响颗粒分离? 8.影响重力沉降速度的因素? 9. 请简要叙述重力沉降设备类型及各自特点. 10.请写出颗粒与流体的相对运动处于层流区的离心沉降速度公式. 11.简要叙述离心分离因数 12.简要叙述离心沉降设备及特点 13.过滤方式有哪些? 14.影响过滤速率的因素? 15. 简要过滤设备类型及特点. 16.密度为2400kg/m3的球形石英颗粒,其直径为25um, 试求在20℃空气和水中中自由沉降 速度. 17.密度为2000kg/m3的烟灰球形颗粒在20摄氏度空气中,在层流沉降的最大颗粒直径是多 少? 18.密度为2400kg/m3的球形石英颗粒,其直径为20um, 在20℃空气和水中做旋转运动,旋转 的半径为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素. 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 ()(.)()./..11 2 2 223 34 5449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ --??-???==??=? ???????????? 验算 .Re ..45 4101790．835 =24824110 p 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 ()/2 18t p p u d g ρρμ=- 由此式得（下标w 表示水，a 表示空气） ()()22 18= p w pw p a pa t w a d d u g ρρρρμμ--= pw pa d d = 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 .961pw pa d 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 第三章沉降与过滤习题及答案 一、选择题 1、一密度为7800 kg∕m3的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20C水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为_________ （设沉降区为层流）D A. 4000 mPa? s； B. 40 mPa? s； C. 33.82 Pa ? s； D. 3382 mPa? S 3、降尘室的生产能力取决于________ 。 B A. 沉降面积和降尘室高度； B.沉降面积和能100%?去的最小颗粒的沉降 速度； C降尘室长度和能100%?去的最小颗粒的沉降速度；D.降尘室的宽度和高 度。 4、降尘室的特点是________ 。 D A. 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B. 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C. 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D. 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素_______ 无关。C A .颗粒的几何尺寸 B .颗粒与流体的密度 C .流体的水平流速； D.颗粒的形状 6在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 _________ 。C A.旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径； B.旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径；D.能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指_______ 。D A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率； B.颗粒群中最小粒子的分离效率； C. 不同粒级（直径范围）粒子分离效率之和； D.全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的___________ 。C A.尺寸大，则处理量大，但压降也大； B .尺寸大，则分离效率高，且压 降小； C.尺寸小，则处理量小，分离效率高； D .尺寸小，则分离效率差，且压降 大。 9、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的。B A. 1 倍； B. 2 倍； C. 倍； D.1/2 倍 10、助滤剂应具有以下性质_____ 。B A.颗粒均匀、柔软、可压缩； B.颗粒均匀、坚硬、不可压缩； C.粒度分布广、坚硬、不可压缩； D.颗粒均匀、可压缩、易变形 — 第三章沉降与过滤习题及答案 一、选择题 1、一密度为7800 kg/m3的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为（设沉降区为层流）。D mPa·s；mPa·s；Pa·s；mPa·s 3、降尘室的生产能力取决于。 B A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽度和高度。 》 4、降尘室的特点是。D A．结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B．结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C．结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D．结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关。C A．颗粒的几何尺寸 B．颗粒与流体的密度 / C．流体的水平流速； D．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指。C A.旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B.旋风分离器允许的最小直径; C.旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D.能保持滞流流型时的 最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指。D A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B.颗粒群中最小粒子的分离效率; C.不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D.全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的。C A．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B．尺寸大，则分离效率高，且压降小； C．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 ） 9、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的。 B A. 1倍； B. 2倍； C.倍； 2倍 10、助滤剂应具有以下性质。B 沉降习题 第三章沉降与过滤练习题 一、填空： 1、旋风分离器分离的是混合物，旋液分离器分离的是混合物， 它们都属于混合物。 2、过滤操作有两种方式过滤和过滤。 4、恒压过滤时，过滤速度随时间增加而，洗涤速率随时间增加而， 操作压差将随时间增加而。( A、增加B、减少C、不变) 5、板框压滤机的洗涤速率是过滤终了速率的倍，叶滤机的洗涤速率是过 滤终了速率的倍。 6、恒压过滤某悬浮液，过滤1小时得滤液10m3,，若不计介质阻力，再过滤2 小时可共得滤液m3。 8、离心分离因数Kc= ，其值大小表示性能。 二、计算 1、密度为1030 Kg/m3、直径为400μm的球形颗粒在150℃的热空气中降 落，求其沉降速度。(1.8m/s) 2、求直径为80μm的玻璃球在20℃水中等自由沉降速度，已知玻璃球的 密度2500 Kg/m3，水的密度为1000 Kg/m3，水在20℃时的黏度为0.001 Pas (5.23×10-3m/s) 3、密度为2500 Kg/m3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降， 求在这两种介质中沉降的颗粒直径之比值，假设沉降处于斯托克斯区。 (9.61) 4、一种测定粘度的仪器由一钢球及玻璃筒组成，测试时筒内充满被测液 体，记录钢球下落一定距离的时间，球的直径为6mm，下落距离为 200mm，测试一种糖浆时记下的时间间隔为7.32s，此糖浆密度为 1300Kg/m3，钢球的密度为7900 Kg/m3，求此糖浆的粘度。(4.74Pas) 5、直径为0.08mm，密度为2469 Kg/m3的玻璃球在温度300K和101.3kpa 的空气中沉降。计算自由沉降速度。另有球形闪锌矿颗粒，密度为1000 Kg/m3，同样在空气中沉降，若其自由沉降速度与上述玻璃球相同，计 算该颗粒的直径。(0.443m/s，6.05×10-5m) 沉降与过滤 第三章沉降与过滤 第一节沉降 教学目标: 了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法. 理解重力沉降和离心沉降的意义,掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式. 掌握重力沉降设备的结构和工作原理. 掌握碟片式离心机,高速管式离心机,旋风分离器,旋液分离器等离心分设被的结构,工作原理及使用方法. 教学重点: 碟片式离心机,高速管式离心机,旋风分离器等离心分设被的结构,工作原理及使用方法. 教学难点: 自由沉降速度的计算公式的应用. 教学内容: 一,颗粒的基本性质 非均相体系的不连续相常常是固体颗粒.由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒,且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同,所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺,因而有必要认识颗粒的性质. 1.颗粒的特性 按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒.如泥砂石子,无机物颗粒属于刚性颗粒.刚性颗粒变形系数很小,而细胞则是非刚性颗粒,其形状容易随外部空间条件的改变而改变.常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体.因这两类物质力学性质不同,所以在生产实际中应采用不同的分离方法. 如果按颗粒形状划分,则可分为球形颗粒和非球形颗粒.球形颗粒的体积为3——1 其表面积为 3——2 颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积,用符号表示,单位.其计算式为: 将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径,这个直径叫当量直径.在进行有关计算时,将代入相应的球形颗粒计算公式中即可.根据折算方法不同,当量直径的具体数值也不同.常见当量直径有: 体积当量直径de de= 3——3 表面积当量直径des des = 3——4 球形度形状系数φs= 3——5 2.颗粒群的特性 由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群.在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒,呈现出一个连续系列的分布,可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒. 1颗粒群的平均粒径 为便于对颗粒群的运动状态进行分析,根据统计学原理,计算颗粒平均粒径的公 沉降与过滤复习题 一、填空题 1. 降尘室与沉降槽均为流固分离设备，它们的生产能力与该设备的 _____________有关，而与_________无关。 2. 某降尘室高2m，宽2m，长5m，用于矿石焙烧炉的炉气除尘。矿尘密度为4500千克每立方米，其形状近于圆球，操作条件下气体流量为25 000立方米每小时，气体密度为0.6千克每立方米，粘度为s 3。则理论上能除去矿尘颗粒 10 ?-5 Pa? 的最小直径为_______μｍ。 3. 直径60μｍ，密度26003 kg，粘度为1厘泊的液体中 /m kg的颗粒在ρ=9983 /m 的沉降速度为_____________________。 4. 降尘室做成多层的目的是______________________。 5. 含尘气体在降尘室内除尘(尘粒均为球形且沉降在Stokes区),理论上能使流量为q V的气体颗粒直径dp≥50μm的颗粒100%的除去，现要求将同样气量中的 dp≥35μm的颗粒100%的除去，则降尘室的底面积应为原来的_________倍。 6. 颗粒在沉降过程中不受周围颗粒和器壁的影响，称为_________沉降。 7. 离心分离因数是指_________________; 8. 某旋风分离器的离心分离因数a=100，旋转半径R=0.25m,则切向速度 u=__________m/s。 T 9. 过滤操作的推动力是_________。 10. 悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 _________________________________。 11. 某板框压滤机的框的尺寸为：长×宽×厚=850×850×25mm，若该机有10块框，其过滤面积约为_______________m2。 12. 板框过滤机的洗涤压差若与最终过滤压差相同，洗涤液粘度与滤液粘度相近，且洗涤液用量为所得滤液的a倍(介质阻力忽略不计)。若滤液体积增大一倍，则过滤时间增大为原来的______________倍. 13. 某板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，则 (1)s=0,压差提高一倍，其它条件不变，τ′=_____________τ； (2)s=0.5,压差提高一倍，其它条件不变，τ′=_____________τ； (3)s=1,压差提高一倍，其它条件不变，τ′=_____________τ； (4)s=0,压差提高一倍，温度由20℃(μ=1mPa.s)升至40℃(μ=0.653mPa.s)， τ′=_____________τ。 14. 板框压滤机恒压过滤τ时间后，滤饼充满滤框，现用框厚减半的压滤机，同压差下过滤至满框，则所需过滤时间τ′=_______τ(忽略滤布阻力)。 15. 某叶滤机滤布阻力可忽略，恒压下过滤1h得滤液10m3，继续过滤1h,可再得滤液_____m3。若此时维持操作压差不变再用清水洗涤，Vw=2m3,已知滤液的粘度是水的4倍，则洗涤时间θw=_________h。 二、选择题 1. 拟采用一个降尘室和一个旋风分离器来除去某含尘气体中的灰尘，则较适合的安排是( )。 第5章 颗粒的沉降和流态化 【例1】 落球粘度计。使用光滑小球在粘性液体中的自由沉降测定液体的粘度。 现有密度为8010kg/m 3、直径0.16mm 的钢球置于密度为980 kg/m 3的某液体中，盛放液体的玻璃管内径为20mm 。测得小球的沉降速度为1.70mm/s ，试验温度为20℃，试计算此时液体的粘度。 测量是在距液面高度1/3的中段内进行的，从而免除小球初期的加速及管底对沉降的影响。当颗粒直径d 与容器直径D 之比d/D ＜0.1，雷诺数在斯托克斯定律区内时，器壁对沉降速度的影响可用下式修正： ? ?? ??+= D d u u t t 104.21' 式中u't 为颗粒的实际沉降速度；u t 为斯托克斯定律区的计算值。 解：3 2 3 1081021016.0---?=??=D d [] 3 3108104.211070.1104.21'--??+?=??? ?????? ??+=D d u u t t =1.73×10－ 3m/s 可得 ()()()32 321073.11881 .998080101016.018--???-?= -=t s u g d ρρμ =0.0567Pa ·s 校核颗粒雷诺数 Re t 3 331070.40567.09801070.11016.0'---?=????== μ ρ t du 上述计算有效。 【例2】 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的球形固体颗粒。降尘室底面积为10m 2，宽和高均为2m 。操作条件下，气体的密度为0.75kg/m 3，粘度为2.6×10－ 5Pa ·s ；固体的密度 为3000 kg/m 3；降尘室的生产能力为3 m 3/s 。试求：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；2）粒径为40μm 的颗粒的回收百分率；3）如欲完全回收直径为10μm 的尘粒，在原降尘室内需设置多少层水平隔板？ 解：1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径 在降尘室中能够完全被分离出来的最小颗粒的沉降速度为 3 .0103===bl V u s t m/s 由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Re t 无法计算，故需采用试差法。假设沉降在滞流区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即 ()μm 1.69m 1091.681.930003 .0106.2181855min =?=????=-= --g u d s t ρρμ 核算沉降流型 沉降与过滤习题 非均相分离 一、单选题 1．颗粒的沉降速度不是指（）。B (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2．自由沉降的意思是（）。D (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 3．在滞流区颗粒的沉降速度正比于（）。D -ρ）的1/2次方 (B)μ的零次方 (A)（ρ s (C)粒子直径的0.5次方 (D)粒子直径的平方 4．对于恒压过滤（）。D (A)滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的倍 (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倍 5．回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为（）。A (A) l (B)1/2 (C) 1/4 (D)1/3 6．以下说法是正确的（）。B (A)过滤速率与S(过滤面积)成正比 (B)过滤速率与S2成正比 (C)过滤速率与滤液体积成正比 (D)过滤速率与滤布阻力成反比 7．叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为（）。D (A) 1/2 (B)1/4 (C) 1/3 (D) l 8．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（）。C (A)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 9．恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量（）。C (A)增大至原来的2倍 (B)增大至原来的4倍 (C)增大至原来的倍 (D)增大至原来的1.5倍 过滤、沉降方试题库 一、填空题 1．非均相物系是指物系内部有明显的相界面存在，而界面两侧物质的性质是_______________ 。完全不同的 2．非均相物系一般有两相组成，其中一相称为__________另一相称为_________。 连续相，分散相 3．非均相物系的主要分离方法有____________、_____________、___________及_____________。沉降，过滤，离心分离，湿法分离 4．悬浮液是指由__________和_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）液体，固体 5．雾沫是指由连续相为__________和分散相为_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）气相，液相 6．乳浊液是指由__________和_________组成的混合物。（填液相、气相或固相）液相，液相 7．沉降分离是依据分散介质与分散物质间的________ 差来分离的。密度 8．沉降器的生产能力与__________和________________正比，与__________无关。面积，颗粒的沉降速度，沉降高度 9．沉降分离的必要条件是_____________________________________________ 。 颗粒在沉降器中的停留时间大于或等于沉降时间 10．旋风分离器的操作是混合气体从筒体上部的________方向进入（径向或切向），________排出净化气体，_________间歇排灰（顶部或底部）。切向，顶部，底部 11.过滤方法有______________、______________和________________三种。饼 层过滤，深床过滤，动态过滤 12.常用的过滤介质有_____________、______________和_________________三 种。织物状，粒状，固体多孔 13.助滤剂的用途为__________________________________________________和 _________________________________________。在介质上首先架桥，在可压缩滤饼中起支撑作用 沉降与过滤一章习题及答案 一、选择题 1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流）。D ?A 4000 mPa·s ； ?B 40 mPa·s ； ?C Pa·s ； ?D 3382 mPa·s 2、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，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。D A ．m μ302?； B 。m μ32/1?；C 。m μ30； D 。m μ302? 3、降尘室的生产能力取决于 。 B A ．沉降面积和降尘室高度； B ．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C ．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； D ．降尘室的宽度和高度。 4、降尘室的特点是 。D A ． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B ． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C ． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D ． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。C A ．颗粒的几何尺寸 B ．颗粒与流体的密度 C ．流体的水平流速； D ．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。C A. 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B. 旋风分离器允许的最小直径; C. 旋风分 离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指 。D A. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。C A ．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B ．尺寸大，则分离效率高，且压降小； C ．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D ．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 9、恒压过滤时， 如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的 。 B A. 1 倍； B. 2 倍； C.2倍； 2倍 10、助滤剂应具有以下性质 。B A. 颗粒均匀、柔软、可压缩; B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C. 粒度分布广、坚硬、不可压 沉降与过滤习题及答 案 Revised on November 25, 2020 第三章沉降与过滤习题及答案 一、选择题 1、一密度为7800 kg/m3的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为 在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为（设沉降区为层流）。D mPa·s；mPa·s；Pa·s；mPa·s 3、降尘室的生产能力取决于。 B A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度； C．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽 度和高度。 4、降尘室的特点是。D A．结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B．结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C．结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D．结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关。C A．颗粒的几何尺寸 B．颗粒与流体的密度 C．流体的水平流速； D．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指。C A.旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B.旋风分离器允许的最小直径; C.旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D.能保持滞流流型时的 最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指。D A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B.颗粒群中最小粒子的分离效率; C.不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D.全部颗粒中被分离下来的部分所 占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的。C A．尺寸大，则处理量大，但压降也大； B．尺寸大，则分离效率高，且压 降小； C．尺寸小，则处理量小，分离效率高； D．尺寸小，则分离效率差，且压 降大。 9、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加1倍，则过滤速率为原来的。 B A. 1倍； B. 2倍； C.倍； 2倍 10、助滤剂应具有以下性质。B A.颗粒均匀、柔软、可压缩; B.颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C.粒度分布广、 坚硬、不可压缩; D.颗粒均匀、可压缩、易变形 11、助滤剂的作用是。B A．降低滤液粘度，减少流动阻力； B．形成疏松饼层，使滤液得以畅流；化工原理第三章沉降与过滤课后习题及答案(1)
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