化工原理第三章习题及答案

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 3. 球形度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 D 2、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 B 3、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 D

4、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

Ｃ增大至原来的2倍 Ｄ增大至原来的1.5倍

C

5、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 C 6、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 B

7、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：______。 Ａ 转鼓本身 Ｂ 随转鼓转动的转动盘 Ｃ 与转动盘紧密接触的固定盘 Ｄ 分配头 D 8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为 ______。 A dp＝6V/A 此处V为非球形颗粒的体积，A为非球形颗粒的表面积 B dp＝(6V/)1/3 C dp＝(4V/)1/2 D dp＝(kV/)1/3

(k为系数与非球形颗粒的形状有关) B

9、在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指_________。 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50%分离出来的颗粒的直径

Ｄ 能保持滞流流型时的最大颗粒直径 C 10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。 Ａ 只与dp, p, ,uT, r, μ有关 Ｂ 只与 dp，p，uT，r 有关

Ｃ 只与 dp，p，uT，r ，g有关 Ｄ 只与 dp，p，uT， r ，k 有关 （题中 uT 气体的圆周速度， r 旋转半径， k 分离因数） A 11、降尘室没有以下优点______________。 Ａ 分离效率高 Ｂ 阻力小

Ｃ 结构简单 Ｄ 易于操作 A 12、降尘室的生产能力__________。

Ａ 只与沉降面积A和颗粒沉降速度uT有关 Ｂ 与 A ， uT 及降尘室高度H有关

Ｃ 只与沉降面积 A 有关

Ｄ 只与 uT 和 H 有关 A

13、回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计，其生产能力为5m3/h（滤液）。现将转速度降低一半，其他条件不变,则其生产能力应为____________。 A 5m3/h B 2.5m3/h

C 10m3/h D 3.54m3/h D

14、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子。除尘效率小于75％，宜选用 。 A 除尘气道 B 旋风分离器 C 离心机 D 电除尘器 B

15、等压过滤的滤液累积量q与过滤时间τ的关系为______________。

B 16、过滤基本方程是基于____________推导出来的。 A 滤液在过滤介质中呈湍流流动 B 滤液在过滤介质中呈层流流动 C 滤液在滤渣中呈湍流流动

D 滤液在滤渣中呈层流流动 D

17、一般而言，旋风分离器长、径比大及出入口截面小时，其效率 ，阻力 。 A 高 B 低 C 大 D 小 A

18、在板框过滤机中，如滤饼不可压缩，介质阻力不计，过滤时间增加一倍时，其过滤速率为原来的_____________。

A 2倍 B 1/2倍 C)1/2倍 D 4倍 C

19、在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为uT m/s，气体通过降尘室的水平流速为u m/s，则颗粒能在降尘室内分离的条件是：____。 A L/u＜H/uL B L/uT＜H/u

C L/uT≥H/u D L/u≥H/uT D 20、粒子沉降受到的流体阻力________。

Ａ 恒与沉降速度的平方成正比 Ｂ 与颗粒的表面积成正比

Ｃ 与颗粒的直径成正比 Ｄ 在滞流区与沉降速度的一次方成正比

D

21、板框压滤机中，最终的滤液流率是洗涤液流率的 _______。（ΔpE=Δpw，μ=μw） Ａ 一倍 Ｂ 一半 Ｃ 四倍 Ｄ 四分之一 C

22、球形度（形状系数）恒小于或等于1，此值越小，颗粒的形状离球形越远，球形度的定义式可写为______。

A =Vp/V ，V为非球形粒子的体积， Vp 为球形粒子的体积

B =Ap/A ，A为非球形粒子的表面积, Ap为与非球形粒子体积相同的球形粒子的表面积 C =ap/a ，a 为非球形粒子的比表面积, ap 为球形粒子的比表面积 D =6ap/(d) B

23、“在一般过滤操作中，实际上起到主要介质作用的是滤饼层而不是过滤介质本身”，“滤渣就是滤饼”则_______。

Ａ 这两种说法都对 Ｂ 两种说法都不对

Ｃ 只有第一种说法正确 Ｄ 只有第二种说法正确 A 24、旋风分离器的总的分离效率是指 __________。 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 D 25、降尘室的生产能力由________决定。 A 降尘室的高度和长度 B 降尘室的高度

C 降尘室的底面积 D 降尘室的体积 C

26、在板框过滤机中，如滤饼不可压缩，介质阻力不计，黏度增加一倍时，对同一q值，过滤速率为原来的 _____________。

A 2倍 B 1/2倍 C 1/2倍 D 4倍 B 27、回转真空过滤机洗涤速率与最终过滤速率之比为（ ）。

A l B 1/2 C 1/4 D 1/3 A 28、以下说法是正确的（ ）。

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 滤速率与滤液体积成正比 D 过滤速率与滤布阻力成反比 B 29、板框压滤机中（ ）。

A 框有两种不同的构造 B 板有两种不同的构造

C 框和板都有两种不同的构造 D 板和框都只有一种构造 B 30、助滤剂应具有以下性质（ ）。

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 B 三、填空题（每题2分）

1、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℃升至50℃，则其沉降速度将 。 下降

2、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关。 长度 宽度

3、降尘室的生产能力与降尘室的 无关。 高度

4、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 。增加一倍 5、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，气流速度 。减少一倍 6、在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，生产能力 。不变 7、在滞流(层流)区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。 2 8、在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。1/2 9、在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。 滤饼

10、过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩，则恒速过滤过程中滤液体积由Vl增多至V2=2Vl时，则操作压差由ΔPl增大至ΔP2= 。 2ΔPl

11、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S，qe为Ve/S，Ve为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为Ve时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤时，测得 ΔΔq=3740q+200 则过滤常数K= 。 0.000535

12、已知q为单位过滤面积所得滤液体积V/S，qe为Ve/S，Ve为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为Ve时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力)，在恒压过滤时，测得 ΔΔq=3740q+200 则过滤常数qe= 。 0.0535

13、最常见的间歇式过滤机有 和 。 板框过滤机 叶滤机 14、在一套板框过滤机中，板有 种构造，框 种构造。 2 1

15、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，则在每一框中，滤液穿过厚度为 。框的厚度

16、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，在洗涤时，洗涤液穿过厚度为 。 框厚度之半

17、板框过滤机在过滤阶段结束的瞬间，设框已充满，在洗涤时，洗涤液穿过的滤布面积等于 。 框的内面积

18、旋风分离器性能的好坏，主要以 来衡量。 临界粒径的大小 19、离心分离设备的分离因数定义式为Kc= 。 uT2/gR （或ur/ut） 20、当介质阻力不计时，回转真空过滤机的生产能力与转速的 次方成正比。1/2

21、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/，此处V为 。 一个操作循环中得到的滤液体积

22、间歇过滤机的生产能力可写为Q=V/，此处表示一个操作循环所需的 。总时间 23、一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是否正确？

不正确的

24、一个过滤操作周期中，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是否正确？ 不正确的

25、一个过滤操作周期中，过滤时间有一个 值。 最适宜

26、一个过滤操作周期中，最适宜的过滤时间指的是此时过滤机生产能力 。最大

27、对不可压缩性滤饼dV/d正比于ΔP的 次方，对可压缩滤饼dV/d正比于ΔP的 次方。 1 1-s 二分之一

29、对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼不可压缩，则过滤速率增大为原来的 倍。对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的 倍。 4 4

30、转鼓沉浸度是 与 的比值(1) 转鼓浸沉的表面积 转鼓的总表面积

31、按ψ＝Ap/A定义的球形度（此处下标p代表球形粒子），最大值为＿＿＿ 。 越小则颗粒形状与球形相差越＿＿＿。 1 大

32、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中，最常见的有 和 。将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中，最常见的为 。离心过滤 离心沉降 离心机

33、在Stokes区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比；在牛顿区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比。 2 1/2

28、对恒压过滤，介质阻力可以忽略时，过滤量增大一倍，则过滤速率为原来的 。

34、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

35、含尘气体通过长为4m，宽为3m，高为1m的除尘室，已知颗粒的沉降速度为0.03m/s，则该除尘室的生产能力为 m四、问答题（每题3分）

1、影响回转真空过滤机生产能力的因素有哪些？（过滤介质阻力可忽略）

当过滤介质阻力可忽略时

3s。0.36m3/s

QKA2n K2p/r

可见，影响因素有：转筒的转速、浸没度、转筒尺寸、操作压强及处理物料的浓度及特性。 2、有一旋风分离器，在正常的速度和阻力的范围内操作，但除尘效率不够满意，现在仓库里还有一个完全相同的旋风分离器，有人建议将这台备用的旋风分离器与正在用的那一台一起并联使用，问这种措施能否提高除尘效率？为什么？

不行。因为速度降低，离心惯性力减小，使除尘效率下降。

3、恒压过滤时，如加大操作压力或提高滤浆温度，过滤速率会发生什么变化？为什么？

由dq/dt=Δp/［rΦμ(q+qe)］知,加大操作压力，过滤速率变大。提高滤浆温度，使滤液黏度降低，过滤速率增大。

4、临界直径dc 及分割直径d50 ，可以表示旋风分离器的分离性能，回答 dc 与d50 的含义是什么？

dc旋风分离器的分离分离颗粒最小直径; d50分离效率50%时颗粒直径 5、由过滤基本方程dq/dt=Δp/［rΦμ(q+qe)分析影响过滤速率的因素

影响过滤速率的因素有：①物性参数，包括悬浮液的性质（φ、μ）及滤饼特性（r）；②操作参数Δp；③设备参数qe

6、试说明滤饼比阻的意义

比阻r表示滤饼对过滤速率的影响，其数值的大小反映滤液通过滤饼层的难易程度。 五、计算题（每题10分）

1、某板框过滤机框空的长、宽、厚为250mm×250mm×20mm,框数为8, 以此过滤机恒压过滤某悬浮液,测得过滤时间为8.75min与15min时的滤液量分别为0.15m3及0.20m3，试计算过滤常数K。 解：

过滤面积A = 8×2×0.25×0.25 = 1.0 m2

（2分） 已知: τ1 = 8.75 min V1 = 0.15 m3 τ2 = 15 min V2 = 0.20 m3

∵V2+2VVe = KA2τ （4分） 可得 0.152+2×0.15Ve = K×12×8.75 (1) 0.202+2×0.20Ve = K×12×15 (2)

(1)、(2)式联立,解得 K = 0.0030 m2/min = 5.0×10-5 m2/s （4分）

2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液，过滤面积10m2，操作压差1.96×105 Pa。每一循环过滤15min得滤液2.91m3。过滤介质阻力不计。

(1) 该机生产能力为4.8m3/h滤液，求洗涤、装拆总共需要的时间及过滤常数K。 (2) 若压差降至9.81×104Pa，过滤时间及过滤量不变，其他条件不变，需多大过滤面积？

设滤饼不可压缩。

(3)如改用回转真空过滤机，转一圈得滤液0.2m3，转速为多少才可以维持生产能力不变？ 解： (1) ∵V2=KA2τ 即 2.912=K×102×15 ∴K=5.65×10-3 m2/min 又 Q= V/∑τ

即 4.8/60=2.91/（15+τw+τD） ∴ τw+τD=21.4 min

（4分） （2）V2=KA2τ A2= V2/Kτ （4分） （3）Q=4.8/60=0.2×n （n-r/min） ∴ n=0.4 r/min （2分）

3、用某叶滤机恒压过滤钛白水悬浮液。滤叶每侧过滤面积为(0.81)2m2,共10只滤叶。测得:过滤10min得滤液1.31m3；再过滤10min共得滤液1.905m3。已知滤饼与滤液体积比n=0.1。试问:(1)过滤至滤饼厚为21mm即停止,过滤时间是多少

(2)若滤饼洗涤与辅助时间共45min,其生产能力是多少（以每小时得的滤饼体积计） 解：(1) ∵V2 + 2VVe = KA2t

由题意得 1.312 + 2×1.31Ve = KA2×10 (a)

1.9052 + 2×1.905Ve = KA2×20 (b)

(a)、(b)联立,解得 KA2= 0.2076 m6/min,Ve = 0.1374 m3

（3分） 又 A = 10×2×0.812 = 13.12m2

过滤终了时,共得滤液量VE = 13.12×0.021/0.1 = 2.755 m3

由 2.7552 + 2×2.755×0.1374 = 0.2076tE,∴tE = 40.2 min

（3分） (2) 生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅)

= 0.1×2.755/(40.2+45) =3.23×10-3 m3/min = 0.194 m3/h(滤饼)

（4分）

4、在3×105Pa的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行过滤实验，测得过滤常数K=5×10-5m2/s、qe=0.01m3/m2，又测得滤饼体积与滤液体积之比v=0.08。现拟用有38个框的BMY50/810-25型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕，以相当于滤液量1/10的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣、重装等全部辅助操作共需15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少（m3）滤饼计）。 解：（1）所需过滤时间

A=0.812×2×38=49.86m2 Vc=0.812×0.025×38=0.6233m2

（4分） （2）洗涤时间

1212q2qq0.156320.15630.01551s e5K510 0.10.156349.86/1.87410 （3）生产能力

3416s （4分）

Qc0.623336001.202m3（滤饼）/h （2分）

55141815605、用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。若在一个周期内共用去辅助时间30分钟，求： （1） 该机的生产能力

（2）若操作表压加倍，其它条件不变（物性，过滤面积，过滤时间与辅助时间），该机生产能力提高了多少？ 解：滤饼不洗涤 （1） 4分 （2） 6分

6、对某悬浮液进行恒压过滤。已知过滤时间为300s时，所得滤液体积为0.75m3，且过滤面积为1m2，恒压过滤常数K=5*10-3m2/s。若要再得滤液体积0.75m3，则又需过滤时间为多少？

解:由q22qeqK 3分

得2qeqKq2 3分 Kq251033000.752qe0.6252q20.75q22qeq1.5220.625158253 4分 K510V825300525s7、一小型板框压滤机有框10块，长宽各为0.2m，在2at（表压）下作恒压过滤共二小时滤框充满共得滤液160l，每次洗涤与装卸时间为1hr，若介质阻力可忽略不计，求：

(1)过虑常数K，洗涤速率。

(2)若表压增加一倍，其他条件不变，此时生产能力为若干？

解：（1） （5分）

A=0.2×0.2×10×2=0.8m2

（2） （5分） 故生产能力为 0.16/（1+1）=0.08m3/h

8、某板框压滤机的过滤面积为0.4 m2，在恒压下过滤某悬浮液，4hr后得滤液80 m3，过滤介质阻力可略去不计。

试求：①若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？ ②若其它情况不变，但操作时间缩短为2hr，可得多少滤液？

③若在原表压下过滤4hr后，再用5m3水洗涤滤饼，需多长洗涤时间？设滤液与水性质相近。 解：（1） （3分） （2） （3分） （3） （4分）

9、一小型板框过滤机，过滤面积为0．1m2 ，恒压过滤某一种悬浮液。得出下列过滤议程式：（q +10）

2

=250（θ+0．4）式中q以l/m2，θ以分钟计。

试求：（1）经过249．6分钟获得滤液量为多少？

（2）当操作压力加大1倍，设滤饼不可压缩同样用249．6分钟将得到多少滤液量。

解：（1）(q10)2250(0.4)

当249.6分时

2q=240L/M

V=240×0。1=24L

(5分)

（2）P2P, K2K

V343.50.134.3L (5分)