化工原理第三章习题与答案

化⼯原理第三章习题与答案第三章机械分离
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
r u d u t
s r 2
218)(?-=µρρ
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 d p＝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 d p＝(6V/)1/3
C d p＝(4V/)1/2
D d p＝(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d p, p, ,u T, r, µ有关Ｂ只与d p，p，u T，r有关
Ｃ只与d p，p，u T，r，g有关Ｄ只与d p，p，u T，r，k有关
（题中u T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u T有关
Ｂ与A，u T及降尘室⾼度H有关
Ｃ只与沉降⾯积A有关
Ｄ只与u T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L m，⾼为H m的降尘室中，颗粒的沉降速度为u T 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/u L
B L/u T＜H/u
C L/u T≥H/u
D L/u≥H/u T
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_______。

（Δp E=Δp w，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 =V p/V，V为⾮球形粒⼦的体积，V p为球形粒⼦的体积
B =A p/A，A为⾮球形粒⼦的表⾯积, A p为与⾮球形粒⼦体积相同的球形粒⼦的表⾯积
C =a p/a，a为⾮球形粒⼦的⽐表⾯积, a p为球形粒⼦的⽐表⾯积
D =6a p/(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V l增多⾄V2=2V l 时，则操作压差由ΔP l增⼤⾄ΔP2= 。

2ΔP l
11、已知q为单位过滤⾯积所得滤液体积V/S，q e为V e/S，V e为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为V e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Δt/Δq=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，q e为V e/S，V e为过滤介质的当量滤液体积(滤液体积为V e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Δt/Δq=3740q+200 则过滤常数q e= 。

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= 。

u T2/gR （或u r/u t）
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/St，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/St，此处St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/dt正⽐于ΔP的次⽅，对可压缩滤饼dV/dt正⽐于ΔP的次⽅。

1 1-s
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。

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＝A p/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
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 s m 3。

0.36m 3/s
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
2Q KA n ?= 2/K p r φµ=?
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d q /d t =Δp /［rΦµ(q +q e)］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d 50 ，可以表⽰旋风分离器的分离性能，回答
d c 与d 50 的含义是什么？
d c 旋风分离器的分离分离颗粒最⼩直径; d 50分离效率50%时颗粒直径
5、由过滤基本⽅程d q /d t =Δp /［rΦµ(q +q e)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q e
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0.15m 3及0.20m 3，试计算过滤常数K 。

解：
过滤⾯积A = 8×2×0.25×0.25 = 1.0 m 2
（2分）
已知: τ1 = 8.75 min V 1 = 0.15 m 3 τ2 = 15 min V 2 = 0.20 m 3
∵V 2+2VVe = KA 2τ（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 m 2/min = 5.0×10-5 m 2/s （4分）
2、以板框压滤机恒压过滤某悬浮液，过滤⾯积10m 2，操作压差1.96×105 Pa 。

每⼀循环过滤15min 得滤液2.91m 3。

过滤介质阻⼒不计。

(1) 该机⽣产能⼒为4.8m 3/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0.2m 3，转速为多少才可以维持⽣产能⼒不变？解： (1) ∵V 2=KA 2τ
即 2.912=K ×102×15
∴K =5.65×10-3 m 2/min
⼜ Q = V /∑τ
即 4.8/60=2.91/（15+τw +τD ）
∴τw +τD =21.4 min
（4分）
（2）V 2=KA 2τ A 2= V 2/Kτ（4分）
''2
14.1A K p
A A A m ∴∝∝?∴===∴==⽽
（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)2m 2,共10只滤叶。

测得:过滤10min 得滤液1.31m 3；再过滤10min 共得滤液1.905m 3。

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) ∵V 2 + 2VVe = KA 2t
由题意得 1.312 + 2×1.31Ve = KA 2×10 (a)
1.9052 + 2×1.905Ve = KA 2×20 (b)
(a)、(b)联⽴,解得 KA 2= 0.2076 m 6/min,Ve = 0.1374 m 3
（3分）
⼜ A = 10×2×0.812 = 13.12m 2
过滤终了时,共得滤液量V E = 13.12×0.021/0.1 = 2.755 m 3
由 2.7552 + 2×2.755×0.1374 = 0.2076t E ,∴t E = 40.2 min
（3分）
(2) ⽣产能⼒ = nV E /(t E +t w +t 辅)
= 0.1×2.755/(40.2+45) =3.23×10-3 m 3/min = 0.194 m 3/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=5×10-5m 2/s 、q e =0.01m 3/m 2，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（m 3）滤饼计）。

解：（1）所需过滤时间
A=0.812×2×38=49.86m 2
V c =0.812×0.025×38=0.6233m 2
320.62330.1563/0.0849.86
c V q m m vA =
==? ()()2251120.156320.15630.01551510e q qq s K θ-=+=+??=? （4分）
（2）洗涤时间
()()
553051049.86 1.87410/880.15630.01w dV KA m s d q q θ--===? ?++?? 3/0.1/1.87410W W W dV V V d θθ-??
==? ??? 30.10.156349.86/1.87410
416s -== （4分）（3）⽣产能⼒
30.62333600 1.2025514181560
c Q m ?==++?（滤饼）/h （2分）
5、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 4m 3 （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
36040.08/min 2030w D V Q m θθθ=
==+++ （2） 6分
22'2'211'2'
211
3
3,'' 1.4144 5.655.650.113/min 50V K A V K A V K V K K p
V V m Q m θθ
===∝∴∝==?===Q V
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0.75m 3，且过滤⾯积为1m 2，恒压过滤常数
K=5*10-3m2/s 。

若要再得滤液体积0.75m 3，则⼜需过滤时间为多少？
2:2e q q K θ+=解由q 3分
2
232
25103000.750.625220.75
e e q q K K q q θθ-=--??-∴===?得q q 3分 2232 1.520.62515825510
825300525e q q K s
θθ-++??===?=-=V q 4分
7、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） 2P at ?=
A=0.2×0.2×10×2=0.8m 2
222
32230.160.02/0.82
10.01/42W V KA K m h dv KA m h d V
θ
θ=∴===?= （2）（5分）
2P P '?=?Q
2K K '∴=
2
0.160.81K h θθ??''=
'=
故⽣产能⼒为 0.16/（1+1）=0.08m 3/h
8、某板框压滤机的过滤⾯积为0.4 m 2，在恒压下过滤某悬浮液，4hr 后得滤液80 m 3，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5m 3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）
2222222211
22222
3
20.8800.4160V KA V A V A V V m θ
==== （2）（3分）
2222804
V = 355.6V m = （3）（4分）
()2
2
26222801600/4
22211424E e
w w w E V KA m h dv KA KA d V V V V V h KA dv V d θθθθ===??== ?+??===???? ? ?????
9、⼀⼩型板框过滤机，过滤⾯积为0．1m 2 ，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/m 2，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）)4.0(250)10(2+=+θq
当6.249=θ分时
q=240L/M 2
V=240×0。

1=24L (5分)
（2）,2P P =' K K 2='
222502)4.06.249(2502)10(?=+?=+q 2/5.343m l q =
L V 3.341.05.343=?= (5分)。