化工原理习题

第一部分 概念题示例与分析一、填空题2-1 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将 ，在空气中的沉降速度将 。

答案：下降，增大分析：由斯托克斯定律 μρρ18)(2g d u s t -= 对空气系统，s ρ 》ρ，故 u u u u t t '≈'对水系统，水的密度随温度的变化可忽略，故同样有u u u u t t '≈' 可见无论是气体还是液体，温度的改变主要是通过粘度变化来影响沉降速度。

气体粘度随温度升高而增加，故沉降速度下降；液体粘度随温度升高而减小，故沉降速度增大。

但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出，其他情况还需要具体分析。

2-2若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。

答案：增加；下降；不变分析：因沉降距离增加，故沉降时间将增加。

降尘室高度的增加使气体在降尘室内的流道截面增大，故气流速度下降。

生产能力的计算公式为：可见，降尘室的生产能力只决定于沉降面积和沉降速度而与降尘室的高度无关。

2-3 选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。

答案：气体处理量，分离效率，允许压降2-4 通常， 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行，悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。

答案：气固；液固2-5 沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。

沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。

答案：力场；密度；重力；离心2-6 阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度，由于这个速度是 阶段终了时颗粒相对于流体的速度 ，故又称为“终端速度”。

答案：等速；加速2-7 影响沉降速度的主要因素有① ；② ；③ ；答案：颗粒的体积浓度；器壁效应；颗粒形状2-8 降尘室通常只适合用于分离粒度大于 的粗颗粒，一般作为预除尘使用。

答案：50μm2-9 旋风分离器的总效率是指 ，粒级效率是指 。

答案：全部颗粒中被分离下来的质量分率；各种粒度被分离下来的质量分率2-10实现过滤操作的外力可以是 、 或 。

答案：重力；压强差；惯性离心力2-11工业上常用的过滤介质主要有① ，② ，③ 。

答案：织物介质；堆积介质；多孔固体介质2-12 在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 。

答案：滤饼层；过滤介质2-13 离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。

它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由 而产生的。

答案： 设备本身旋转2-14 一降尘室长8m ，宽4m ，高1.5m ，中间装有14块隔板，隔板间距为0.1m 。

现颗粒最小直径为12μm ，其沉降速度为0.02 m/s ，欲将最小直径的颗粒全部沉降下来， 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s 。

答案：分析：由降尘室的分离条件可知 6.102.01.08max =⨯==t u H L u m/s2-15 当进气口气速一定时，旋风分离器的直径越大，其分离因数越 ；转速一定的离心分离机随着转鼓直径的增大其分离因数越 。

答案：下降；增加分析：一般小颗粒沉降才考虑离心沉降，而小颗粒沉降一般都处于斯托克斯定律区，故分离因数为对旋风分离器，当进口气速一定时，由上式可知Kc 与R 成反比。

对转速一定的离心机，T u 与R 成正比，分离因数可写成gR Kc 2ω= 可见Kc 与R 成正比。

2–16 用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量 ，生产能力 。

答案：增加；不变分析：由恒压过滤方程 θ222KA VVe V =+可知滤液量随过滤时间的增大而增加。

而间歇过滤机的生产能力 DW V T V Q θθθ++== 可知生产能力只与操作周期有关。

2–17 转筒真空过滤机，转速为n(r/min)，转鼓表面积为A ，转鼓的沉浸度为,ϕ则过滤周期为 (min)，在一个过滤周期中过滤时间为 (min)，过滤面积为 。

答案：n 1；nϕ；A 2–18 在恒压操作一个周期中，已知过滤时间为θ，获得的滤液量为V ，现仅将过滤压差增加2倍，则过滤时间变为 (设滤饼不可压缩，且介质阻力不计)。

答案：3θ分析：由恒压过滤方程所以=∆=θ222pA k V 常数 所以 31''=∆∆=p p θθ 2–19 含尘气体在某降尘室停留时间为6s 时，可使直径为80m μ尘粒的70%得以沉降下来。

现将生产能力提高1倍（气速乃在正常操作的允许范围内），则该直径颗粒可分离的百分率为 。

答案：35%分析：—般尘粒在气体中的分布是均匀的，对于直径小于能够100%被沉降下来的最小粒径的颗粒来说，它能够被分离的百分数等于它在停留时间内的沉降距离与降尘室高度之比。

所以在原操作条件下，即在6s 的停留时间内，80m μ尘粒的沉降距离为降尘室高度的70%。

现生产能力提高1倍，其他条件不变，则气速增大1倍，停留时间减半，为3s 。

则该颗粒的沉降距离为原来的1/2，即为降尘室高度的27.0=35%，此即新工况下该颗粒可分离的百分率。

2—20 已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600h m /3，沉降室长、宽、高尺寸为L H b ⨯⨯=523⨯⨯,则其沉降速度为 s m /。

答案：分析：由 s V =T U A得 s m A Vs U t /067.0353600/3600=⨯== 2-21 对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的距离w L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为 ，洗涤速率（W d dV )θ和终了时的过滤速率E d dV )(θ的定量关系为 。

答案：A A w 21=；L L w 2=; (W d dV )θ=E d dV )(41θ分析：由板框过滤机的结构及操作原理，可知该装置的洗涤方式属横穿洗涤法。

故洗涤面积为过滤面积的1/2,洗涤路径为2倍滤液路径。

再过滤基本方程rLp A d dV μθ∆=(略去介质阻力) 显然洗涤速率为终了过滤速率的1/4。

2-22 对叶滤机,洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为_______,洗水走过的距离W L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为________,洗涤速率(W d dV )θ与过滤终了时的过滤速率（E d dV )θ的定量关系为_______。

答案：A A W =； L L W =；E W d dV d dV )()(θθ= 分析：由叶滤机的结构及操作原理,可知洗涤液所走途径就是过滤终了时滤液所走的途径，属置换洗涤法。

2-23 在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4m,切向速度为15m/s 。

当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数C K 为 答案：57分析：5781.94.01522=⨯===Rg u u u K T t r C 2-24 为过滤某种悬浮液，按生产任务要求，经计算应用选用一台BMS 30-635/25型板框压滤机（框内边长635mm ，过滤面积30m 2，框厚25mm ）。

现有一台过滤机是BMS 30-635/45型的，除框厚45mm 外，其他规格与前者相同，问能否用该过滤机代替原选用型号的过滤机 。

答案：不能分析：过滤机的选择主要取决于生产任务。

所用滤框尺寸及数量必须同时满足两个要求：一是具有所需的过滤面积；二是恰能容纳一个操作循环所形成的滤饼。

上述两个过滤机过滤面积相同，但框厚不同，故不能互相代用。

2 – 25 在恒速过滤过程中，当滤液体积增大1 倍则操作压差将增大 。

设介质阻力可忽略，滤饼为不可压缩。

答案：1 倍。

分析：由过滤基本方程及题给条件，有)(2e q q K d dq +=θ =常数 得恒速过滤方程 θθS e p k K qq q -∆==+122因为 0=e q 0=s 所以 p k q ∆=θ2 或 p kA V∆=θ22由题意有 122V V = 122θθ=所以 1212212)(p p V V ∆∆=θθ 故 22412==∆∆p p 2 – 26 若介质阻力可以忽略，对恒压过滤，滤液量增大1 倍，则过滤速率将 。

答案：减小1 倍分析：由过滤基本方程 )(22e V V K A d dV +=θ 由题知 0=e V 122V V = 所以 1122)(2122)(θθd dV V K A d dV =⨯⨯= 2 – 27 转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤液量就越 ，形成的滤饼厚度越 ，过滤阻力越 。

答案：大；少；薄；小分析：由转筒真空过滤机的生产能力n K Q ϕ465= ( 忽略介质阻力)可知转速增大使生产能力提高，但同时每转一周所需时间将减少，每周过滤时间也相应减少，致使每周所获滤液量减少，滤饼变薄，阻力变小。

2 – 28 重力沉降速度随着颗粒直径的增加而 。

答案：增大分析：由沉降速度的计算公式 ρζρρ3)(4-=s t gd u 对一定的物系，t u 与d 及ζ有关。

已知除湍流区ζ与d 无关外，其他情况ζ将随d 的增加而下降，所以t u 随d 的增加而增大。

二、单项选择题2 – 29 一密度为7800 3/m kg 的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在C 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）。

⋅A 4000s mPa ⋅； ⋅B 40s mPa ⋅； ⋅C s Pa ⋅⋅8233； ⋅D s mPa ⋅3382答案：D分析：由题意知斯托克斯定律适用，则根据题给条件可列出下式1184000)10007800(18)12007800(22⨯⨯-='-g d g d μ 解出 μ'=3382s mPa ⋅ 此法常用来测粘度。

2-30 用板框式过滤机进行恒压过滤，若介质阻力可忽略不计，过滤20min 可得滤液83m ，若再过滤20min 可再得滤液 。

3m ； 3m ； 3m ； 3m 答案:C分析:由恒压过滤方程 由题知 ,0=Ve 则有 θ22KA V= 将m in 201=θ 318m V =代入, 得 20822=KA 则m in 402=θ时 32223.1140208m KA V =⨯==θ 则 3123.583.11m V V =-=-应注意恒压过滤方程中V 、θ是指从初始()起点0态计得的累积量。

2-31 在一个过滤周期中，为了达到最大生产能力 。

A ．过滤时间应大于辅助时间；B ．过滤时间应小于辅助时间。

C ．过滤时间应等于辅助时间D ．过滤加洗涤所需时间等于1/2周期。

答案：D分析：对于最佳周期，应有2—32 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m μ30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 。