新版化工原理习题答案第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解
化工原理 第三章 非均相分离试题及答案
化工原理考试题及答案第三章非均相分离姓名____________班级____________学号_____________成绩______________一、填空题：1.（2分）悬浮液属液态非均相物系，其中分散内相是指_____________；分散外相是指______________________________。
***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2.（3分）悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。
当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。
***答案*** 重力、阻力、浮力代数和为零沉降速度3.（2分）自由沉降是 ___________________________________ 。
***答案*** 沉降过程颗粒互不干扰的沉降4.（2分）当微粒在介质中作自由沉降时，若粒子沉降的Rep相同时，球形度越大的微粒，介质阻力系数越________ 。
球形粒子的球形度为_________ 。
***答案*** 小 15.（2分）沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在 _________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。
***答案*** 重离心沉积6.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_______________ 。
滞流沉降时，其阻力系数=____________.***答案*** 粒子所受合力的代数和为零 24/ Rep7.（2分）降尘宝做成多层的目的是____________________________________ 。
***答案*** 增大沉降面积，提高生产能力。
8.（3分）气体的净制按操作原理可分为________________________________________________________.旋风分离器属_________________ 。
新版化工原理习题答案第三章-非均相混合物分离及固体流态化-题解
第三章非均相混合物分离及固体流态化1.颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m\直径为0.04 mm的球形石英顆粒在20 °C空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m;,，球形度 0 = 0.6的非球形颗粒在20 £清水中的沉降速度为0. 1 m/ s,颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m\克径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/n?的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s,液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：18“查附录 20 °C 空气 p = 1.2O5kg/m\ //= 1.81 x IO'5Pa • s ,所以，“,=¥的吧:鵲眷吟9%沖276m方核算流型:=1.205X0.1276X004X10-=034<11.81X10'5所以,原假设正确，沉降速度为0. 1276 m/so（2）采用摩擦数群法4xl.81xl0-5 (2650-1.205)x9.81 $3x1.20 宁 xOf依0 = 0.6, ^Re"1 =431.9,查出：Re x =^A = o.3,所以:」O.3xl.81xlO-5in5 *d、= ------------- = 4.506 x 10 m = 45屮nc 1.205x0」(3)假设为滞流沉降，得：1/ = --------⑻，其中u{ = h/0 =0.15/7.32 m/s = 0.02(M9 m/s将已知数据代入上式得：J）.00635'（7900J 600）5lp a s = 6.757Pa.s 18x0.02049核算流型n odu. 0.00635 x 0.02049 x 1600 n AOAO t -Re =匕_- = ----------------------- = 0.03081 < 1// 6.7572.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m,宽5 m,高4.2 m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m\气体的处理量为3000 （标准）m7h o试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
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第 3 章 非均相物系的分离和固体流态化
一、填空题 1．影响颗粒沉降速度的因素如下：颗粒的因素、介质的因素、环境因素、设备因素。 就颗粒的因素而言有以下几方面： 、 、 、 等。[四川大学 2008 研] 【答案】尺寸 形状 密度 是否变形 【解析】影响颗粒沉降速度的因素包括以下几个方面：①颗粒的因素：包括尺寸、形 状、密度、是否变形等；②介质的因素：包括流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等； ③环境因素：包括温度（影响 、 ）、压力、颗粒的浓度（浓度达到一定程度使发生干扰 沉降等）；④设备因素：包括体现为壁效用。
答：由公式： dV KA2 dQ 2(V V )
可知增大压力，K 值增大；提高温度，K 值增大，过滤速度增大。 dV 由压力温度滤 dQ
饼的比阻，过滤饼体积比及过滤面积有关。
2．设计一实验流程（画出其实验流程示意图），并写出简要实验步骤，完成如下实验 内容：
（1）进行恒压过滤常数的测定。 （2）进行滤饼的压缩性指数 s 和物料常数 k 的测定。[天津大学 2002 研] 答：简要实验步骤如下： （1）做好准备工作，启动系统。 （2）进行过滤滤液体积和过滤时间关系曲线的测定。 （3）改变过滤压差，再进行不同压差下过滤滤液体积和过滤时间关系曲线的测定， 至少测定 3 条曲线。 （4）关闭系统，复原装置并清扫卫生。 实验流程示意图如图 3-1 所示。
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4．从地下开采出来的原油由油、水、气组成，如图 3-2 所示为一原油连续计量装置
的示意图，其原理是将原油中的油、水、气分离后用各自的流量计分别测定其流量（计量），
然后再将油、水、气汇合一起流向下游。具体工艺如下；原油首先切向进入一旋风分离器，
化工原理第三章习题及参考答案
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ϕ3. 球形度s4. 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dcD2、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 B3、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D4、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倍倍Ｄ增大至原来的1.5倍C5、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 C6、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B7、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ＢＣ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ8A d p＝6V/A此处V为非球形颗粒的体积，AB d p＝(6V/π)1/3(9、在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指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。
，u T，r有关p，u T，r，k有关pA。
A有关TA13。
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/hB 2.5m3/hC 10m3/hD 3.54m3/h D14、要除去气体中含有的5μ～50μ的粒子。
除尘效率小于75％，宜选用。
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根据 d50 = 0.27[μD/u t（ρs- ρ）]1/2计算颗粒的分割粒径∴ d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρu i2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VV e= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积 V3=？则需先求Ve和K。
⑴虚拟滤液体积Ve由过滤方程式 V2 + 2VV e= KA2θ过滤5min得滤液1L（1×10-3）2 + 2×10-3 V e= KA2×5 ①过滤10min得滤液1.6L（1.6×10-3）2 + 2×1.6×10-3 V e= KA2×10 ②由①②式可以得到虚拟滤液体积V e= 0.7×10-3 KA2= 0.396⑵过滤15分钟假设过滤15分钟得滤液V'V'2 + 2V'V e= KA2θ'V'2 + 2×0.7×10-3V'= 5×0.396V' = 2.073×10-3∴再过滤5min得滤液△V = 2.073×10-3 -1.6×10-3 = 0.473×10-3 m3=0.473L8.以小型板框压滤机对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤实验，测得数据列于本题附表。
化工原理第三章习题及参考答案
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ϕ3.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D2、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B3、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D4、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倍倍Ｄ增大至原来的1.5倍C5、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C6、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B7、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：______。
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第3章非均相混合物分离及固体流态化1．某球形颗粒直径为40μm，密度为4000kg/m3。
在水中作重力沉降。
试求（1）该颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？（2）直径为80μm的该类颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？（3）直径为40μm的该类颗粒在50℃的水中沉降速度为多少？（4）与直径为40μm的球形颗粒同体积的立方体颗粒在20℃水中的沉降速度为多少？解：（1）20℃时水的黏度为1×10－3Pa·S。
假设颗粒沉降运动处在层流区，用Stokes 公式计算沉降速度如下：校核沉降运动是否处在层流区：所以，该颗粒沉降运动的确处在层流区，以上计算有效。
（2）颗粒直径加倍而其他条件均不变。
假定此时沉降运动仍处于层流区，由Stokes公式可知：，于是：校核沉降运动是否处在层流区：由于颗粒雷诺数正比于颗粒直径与沉降速度的乘积，故所以，该颗粒沉降运动仍处在层流区，以上计算有效。
（3）50℃时水的黏度为0.549×10－3Pa·S，密度ρ＝988kg/m3。
假设沉降运动处在层流区，由Stokes公式可知：校核沉降运动是否处在层流区：所以，该颗粒沉降运动的确处在层流区，以上计算有效。
（4）因该立方体颗粒与上述球形颗粒体积相等，故该颗粒的当量直径与球形颗粒相同，de＝40μm。
立方体颗粒的边长为：立方体颗粒的形状系数为：为求立方体颗粒沉降速度表达式，列该颗粒受力平衡方程式如下：式中，A指立方体颗粒的最大投影面积：由试差法求沉降速度，设沉降速度u t＝0.0018m/s．则颗粒雷诺数：根据形状系数0.807可得再设u t＝0.00164m/s，则查得，故近两次计算结果接近，试差结束，沉降速度为0.00161m/s。
2．采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。
降尘室底面积为10m2，高1.6m。
操作条件下气体密度为0.5kg/m3，黏度为2.0×10－5Pa·S，颗粒密度为3000kg/m3。
化工原理：(含答案)第三章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴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°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①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 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2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3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．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⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 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5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
化工原理作业答案
3．已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa ，乙地区的平均大气压力为101.33 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。
若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=⨯-⨯（2）真空表读数真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=⨯-⨯ 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。
读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。
试求A 、B 两点的表压力。
解：（1）A 点的压力()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。
已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为1.0133⨯105 Pa 。
流体密度为800 kg/m 3。
精馏塔进口处的塔内压力为1.21⨯105 Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ⨯4 mm ，进料量为20 m 3/h 。
料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。
解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。
反应器液面上方保持25.9×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。
管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。
化工原理考试题及答案
银川大学
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***答案*** √ 16.（2 分）物料在离心机内进行分离时，其离心加速度与重力加速度的比值，称为离心分 离因数。 （ ） ***答案*** √ 17.（2 分）滤渣的比阻越大，说明越容易过滤。 （ ） ***答案*** × 18.（2 分）恒压过滤时过滤速率随过程的进行不断下降。 （ ） ***答案*** √ 19.（2 分）袋滤器可用于除去含微粒直径小至 1μm 的湿气体的净制。 （ ） ***答案*** × 20.（2 分）欲提高降尘室的生产能力一倍，应将降尘室的高度增加一倍。 （ ） ***答案*** × 四、问答题： 1.（8 分）为什么工业上气体的除尘常放在冷却之后进行？而在悬浮液的过滤分离中，滤浆 却不宜在冷却后才进行过滤？ ***答案*** 由沉降公式 u=d(ρ－ρ)g/(18μ)可见，U与μ成反比，对于气体温度升, 高其粘度增大，温度下降，粘度减少。所以对气体的除尘常放在冷却后进行，这样可增大沉 降速度 U。而悬浮液的过滤，过滤速率为 dv/(Adq)=△P/(rμL)，即粘度为过滤阻力。当 悬浮液的温度降低时，粘度却增大，为提高过滤速率，所以不宜冷却后过滤。 2.（8 分）试分析提高过滤速率的因素？ ***答案*** 过滤速率为 dv/Adθ=△P/rμL 推动力/阻力提高过滤速率的方法有： （1）提高推动力△P，即增加液柱压力 ； 增大悬浮液上面压力 ； 在过滤介质下面抽真空。 （2）降低阻力，即提高温度使粘度下降；适当控制滤渣厚度；必要时可加助滤剂。 3.（8 分） 影响重力沉降速度的主要因素是什么？为了增大沉降速度以提高除尘器的生产 能力，你认为可以采取什么措施？ ***答案*** 由重力沉降式 U=d(ρs-ρ)g/(18μ)可见， 影响重力沉降速度 U的主要是 d 和 μ（U∝d，U∝1/μ，为提高 U，在条件允许的情况下，可用湿法增大颗粒直径。 这样可大大增大 U，较可行的办法是让含尘气体先冷却，使其粘度下降，也可使 U增大。 4.（8 分）为什么旋风分离器的直径 D 不宜太大？当处理的含尘气体量大时，采用旋风分高 器除尘，要达到工业要求的分离效果，应采取什么措施？ ***答案*** 旋风分离器的临界直径 d=(9μB/πNUρ)，可见 D↑时，B 也↑（B=D/4） ， 此时 d也↑，则分离效率 η↑，为提高分离效率，不宜采用 D 太大的分离器。为果气体 处理大时，可采用几个小直径的旋风分离器并联操作，这样则可达到要求的分离效果。 5.（8 分）为什么板框压滤机洗涤速率近似等于过滤终了时过滤速率的四分之一倍？ ***答案*** 由于洗涤液通过两层过滤介质和整层滤渣层的厚度， 而过滤终了时滤液只通过一层过滤 介质和滤渣层厚度的一半， 即洗涤液流动距离比滤液长 1 倍， 其阻力也就大 1 倍， 故 （dv/dq)w 就慢了 0.5 倍；又因洗涤液的流通面积此滤液的流通面积少 1 倍，这样（dv/dq)w 又慢了 0.5。基于上述两个原因，故当洗涤压差与过滤终了时压差相同时，且洗涤液的粘度与滤液
非均相混合物分离及固体流态化习题答案
第三章 非均相混合物分离及固体流态化1．颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m 3，直径为0.04 mm 的球形石英颗粒在20 ℃空气中自由沉降，沉降速度是多少（2）密度为2 650 kg/m 3，球形度6.0=φ的非球形颗粒在20 ℃清水中的沉降速度为0.1 m/ s ，颗粒的等体积当量直径是多少（3）密度为7 900 kg/m 3，直径为6.35 mm 的钢球在密度为1 600 kg/m 3的液体中沉降150 mm 所需的时间为 s ，液体的黏度是多少解：（1）假设为滞流沉降，则：2s t ()18d u ρρμ-=查附录20 ℃空气31.205kg/m ρ=，s Pa 1081.15⋅⨯=-μ，所以，()()()m 1276.0s m 1081.11881.9205.126501004.018523s 2t =⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρg d u 核算流型：3t 51.2050.12760.04100.3411.8110du Re ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 所以，原假设正确，沉降速度为0.1276 m/s 。
（2）采用摩擦数群法()()s 123t 523434 1.81102650 1.2059.81431.93 1.2050.1g Re u μρρξρ---=⨯⨯-⨯==⨯⨯依6.0=φ，9.431Re1=-ξ，查出：t et 0.3u d Re ρμ==，所以： 55e 0.3 1.8110 4.50610m 45μm 1.2050.1d --⨯⨯==⨯=⨯（3）假设为滞流沉降，得：2s t()18d g u ρρμ-=其中 s m 02049.0m 32.15.0t ===θh u 将已知数据代入上式得：()s Pa 757.6s Pa 02049.01881.91600790000635.02⋅=⋅⨯⨯-=μ核算流型 t 0.006350.0204916000.0308116.757du Re ρμ⨯⨯===< 2．用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m ，宽5 m ，高4.2 m ，固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m 3。
化工原理课后习题解答 天津大学出版社
一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。
化工原理期末考试第三章练习题及答案
第三章 非均相物系分离一、填空1．描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为 球形度 ， 当量直径 。
2．固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有 重力 ， 浮力 ， 阻力力。
固体颗粒的自由沉降分为 加速 阶段、 匀速 阶段。
3．降尘室的设计原则是 气体的停留时间 大于等于颗粒的沉降时间。
4．理论上降尘室的生产能力与 底面积 和 沉降速度 有关，而与 高度 无关。
5．过滤方式主要有 饼层过滤 、 深床过滤 、 膜过滤 。
6．板框过滤机由810mm ×810 mm ×25 mm 的20个框组成，则其过滤面积为 。
7．板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率E d dV )(θ为0.04s m /3，先采用横穿洗涤法洗涤10min ，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率W d dV )(θ为 0.01 s m /3，所消耗的洗水的体积为 6 3m 。
9．用38个635mm ×635 mm ×25 mm 的框构成的板框过滤机过滤某悬浮液，操作条件下的恒压过滤方程为：θ4210306.0-⨯=+q q ，式中q 的单位s m /3，θ的单位是秒。
则过滤常数K= ，e V = 。
10．流体通过固体颗粒床层时，当气体大于 临界速度 速度、小于 颗粒带出 速度时，固体颗粒床层为流化床。
11．流化床的两种流化形式为 、 。
12．流化床的不正常现象有 腾涌 、 沟流 。
13. 气力输送按气流压力分类，可分为 吸引式 和 压送式 。
按气流中固相浓度分类，可分为 稀相输送 和 密相输送 。
二、选择1.颗粒的球形度越 ② ， 说明颗粒越接近于球形。
①接近0 ②接近 1 ③ 大2. 在重力场中，微小颗粒的沉降速度与 ④ 无关。
①颗粒的几何形状 ， ②颗粒的几何尺寸 ， ③流体与颗粒的密度 ④流体流速3.处于理想流化床的流化床阶段，随着气速的增大，床层高度： ① ，床层压降③ 。
化工原理课后答案(中国石化出版社) 第3章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离1.混合煤粉颗粒群的筛分数据如下表2. 3.0.7，3/h ，4.为0.8m 压强为5． 解：20假 ()()()s m g d u S t 3626210524.7101.181881.9205.12500101018---⨯=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=μρρ 校验11003.5101.18205.110524.71010Re 3636<⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==----μρt du p 在斯托克斯区假设成立，即颗粒的沉降速度为s m 310524.7-⨯6.求直径为1mm ，密度为2600kg/m 3的玻璃球在20℃水中的沉降速度。
解：20℃水的物性32.998m kg =ρ，S mPa ⋅=005.1μ假设沉降在斯托克斯区：()()()s m g d u S t 8686.010005.11881.92.9982600101183232=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=--μρρ 校2.9988686.01013⨯⨯⨯-ρt du假 s m147校在用课本提供的 u 即26885.0则 s m u t 1529.0= 校验9.15110005.12.9981529.0101Re 33=⨯⨯⨯⨯==--μρt du在阿仑区假设成立，即颗粒的沉降速度为s m 147.07.用落球法测定油品的粘度。
今将直径为6.25mm 、密度为7900kg/m 3的钢球置于密度为880kg/m 3的油内，并测得该钢球在6.35s 的时间内下降25cm 的距离。
试计算此油的粘度。
解：s m u t 0394.035.610252=⨯=- 假设沉降在斯托克斯区：()ρρ2gd u S t -=则S校假8.用高，粉尘的密度为解：对假 ()()m g u d S t 4310606.181.9779.02000111.11053.218 18--⨯=⨯-⨯⨯⨯=-=ρρμ 校验1495.51053.2779.0111.110606.1Re 54>=⨯⨯⨯⨯==--μρt du假设不成立，再假设在阿仑区：()29.043.071.014.178.0ρμρρ-=s t d u()()()m u d S s t414.171.029.043.0514.171.029.043.010077.2 2.998260078.0779.01053.2111.178.0--⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⨯⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ρρρμ校验105.71053.2779.0111.110077.2Re 54=⨯⨯⨯⨯==--μρt du在阿仑区假设成立，即颗粒的临界直径为m μ77.20。
化工原理作业答案
第一章 流体流动流体的重要性质2．若将密度为830 kg/ m 3的油与密度为710 kg/ m 3的油各60 kg 混在一起，试求混合油的密度。
设混合油为理想溶液。
解： ()kg 120kg 606021t =+=+=m m m331221121t m 157.0m7106083060=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=+=ρρm m V V V 33t t m m kg 33.764m kg 157.0120===V m ρ 流体静力学4．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。
在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为[]（绝压）Pa 10813.1Pa )0.15.9(81.9960103.10133⨯=-⨯⨯+⨯=+=gh p p ρ 作用在孔盖上的总力为N 10627.3N 76.04π103.10110813.1)(4233a ⨯⨯⨯⨯⨯-=＝）－＝（A p p F每个螺钉所受力为N 10093.6N 014.04π105.39321⨯=÷⨯⨯=F因此()（个）695.5N 10093.610627.3341≈=⨯⨯==F F n5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。
读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80习题5附图习题4附图mm ，指示液为水银。
为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。
试求A 、B 两点的表压力。
解：（1）A 点的压力()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=gR gR p ρρ（2）B 点的压力()（表）Pa 107.836Pa 5.081.91360010165.1441汞A B ⨯=⨯⨯+⨯=+=gR p p ρ8. 密度为1800 kg/m 3的某液体经一内径为60 mm 的管道输送到某处，若其平均流速为0.8 m/s ，求该液体的体积流量（m 3/h ）、质量流量（kg/s ）和质量通量[kg/(m 2·s)]。
化工原理——非均相物系的分离习题及答案
化工原理——非均相物系的分离习题及答案第三章非均相物系的分离一、选择与填空1、在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。
2、在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。
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3、过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。
A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈湍流流动C 滤液在介质中呈层流流动D 滤液在滤渣中呈层流流动4、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5、叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为（）。
A 1/2B 1/4C 1/3D 16、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（）。
CA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7、在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间____，气流速度____，生产能力____。
8、沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响____。
9、一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。
若空气温度由20℃提高至50℃，则其沉降速度将____。
10、含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s，则降尘室的最大生产能力为____m3/s。
11、根据过滤基本方程式（说明提高过滤机生产能力的措施是（最少写出三条）____、____、____。
12、以下说法中正确的是（）A． B. C. D.13、在板框压滤机中，若过滤压力差增加一倍，则过滤速率变为原来的___倍，生产能力为___倍。
（过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩）14、恒压过滤某种悬浮液（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），已知10min单位过滤面积上得滤液0.1m3。
化工原理第3章课后习题参考答案
第三章非均相物系的分离和固体流态化3. 在底面积为40m²的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m³/h，固体的密度ρs=3600kg/m³，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m³，粘度为3.4×10-5Pa•s。
试求理论上完全除去的最小颗粒直径。
解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。
需根据沉降速度求。
1）沉降速度可根据生产能力计算ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。
沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。
（参考教材P148）。
假设气体流处在滞流区则可以按ut = d2（ρs- ρ）g/18μ进行计算∴dmin2 = 18μ/（ρs- ρ）g ·ut可以得到dmin= 0.175×10-4 m=17.53）核算Ret = dminutρ/μ< 1 ，符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径d = 0.175×10-4 m = 17.5 μm5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m³，气体流量为1000m³/h，粘度为3.6×10-5Pa•s密度为0.674kg/m³，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。
解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2(1) 临界直径根据dc = [9μB/(πNeρsui )]1/2 计算颗粒的临界直径其中：μ=3.6×10-5Pa•s；B = D/4=0.1m；Ne = 5；ρs=2300kg/m³；将以上各参数代入，可得dc = *9μB/(πNeρsui )+1/2 = *9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)+1/2= 8.04×10-6 m = 8.04 μm（2）分割粒径根据d50 = 0.27[μD/ut（ρs- ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径∴d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρui2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min 时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。
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第三章非均相混合物分离及固体流态化1.颗粒在流体中做自由沉降，试计算（1）密度为2 650 kg/m\直径为0.04 mm的球形石英顆粒在20 °C空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为2 650 kg/m;,，球形度 0 = 0.6的非球形颗粒在20 £清水中的沉降速度为0. 1 m/ s,颗粒的等体积当量直径是多少？（3）密度为7 900 kg/m\克径为6.35 mm的钢球在密度为1 600 kg/n?的液体中沉降150 mm所需的时间为7.32 s,液体的黏度是多少？解：（1）假设为滞流沉降，则：18“查附录 20 °C 空气 p = 1.2O5kg/m\ //= 1.81 x IO'5Pa • s ,所以，“,=¥的吧:鵲眷吟9%沖276m方核算流型:=1.205X0.1276X004X10-=034<11.81X10'5所以,原假设正确，沉降速度为0. 1276 m/so（2）采用摩擦数群法4xl.81xl0-5 (2650-1.205)x9.81 $3x1.20 宁 xOf依0 = 0.6, ^Re"1 =431.9,查出：Re x =^A = o.3,所以:」O.3xl.81xlO-5in5 *d、= ------------- = 4.506 x 10 m = 45屮nc 1.205x0」(3)假设为滞流沉降，得：1/ = --------⑻，其中u{ = h/0 =0.15/7.32 m/s = 0.02(M9 m/s将已知数据代入上式得：J）.00635'（7900J 600）5lp a s = 6.757Pa.s 18x0.02049核算流型n odu. 0.00635 x 0.02049 x 1600 n AOAO t -Re =匕_- = ----------------------- = 0.03081 < 1// 6.7572.用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长5 m,宽5 m,高4.2 m,固体杂质为球形颗粒，密度为3000 kg/m\气体的处理量为3000 （标准）m7h o试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
(1) 若操作在20 t 下进行，操作条件下的气体密度为1. 06 kg/m ：i,黏度为1.8X10"Pa ・s 。
(2) 若操作在420 °C 下进行，操作条件下的气体密度为0. 5 kg/m 3,黏度为3. 3X10沖a ・s 。
解：(1)在降尘室能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为： =% = 1bl3000 x273 + 20=3600x5x5 m/s = 0.03577 m/s设沉降在斯托克斯区，则：d=匹匚=JlSxl.SxlO-xO^ = 1 985x 10.5m = 19 8 y (p -p)g V (3000-1.06)x9.81核算流型：A=1.985X I0-X ().03577X 1.06=00418<1“ 1.8X10-5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为1・985乂105叭 (2)计算过程与(1)相同。
完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为:设沉降在斯托克斯区•则:核算流型:■呱p _ 4・ 132 xlCT'x0.0846x0.5 一~^一 3.3xlO-5原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为4. 132X10 4。
3. 对2题中的降尘室与含尘气体，在427 X ：下操作，若需除去的最小颗粒粒径为10 um, 试确定降尘室隔板的间距及层数。
解：取隔板间距为力，令L_h_ " 叫则 h = —(1) u3000 273 + 427 --- x ---------亠=—m/s = 0.1017 m/sbH5x4.21 ,10 um 尘粒的沉降速度店(只-p)g _ (10x10町 x(3OOO-O ・5)x9・8118// _ 18x3.31xIO-53000 x273 + 420~~273- 3600x5x5m/s = 0.0846 m/s =4」32x105 = 41.32pm=0.0529 < 1m/s = 4.954 x 1(T‘ m/s /18X 3.3X I0-5X 0.0846]/ (3000-0.5)x9.81由(1)式计算力••• h = -^― x 4.954 x IO'3 m = 0.244m 0.1017H 4 2层数n = —= —^ = 17.2 取 18 层h0.244z H 4.2 心“ h =—=——m = 0.233m18 18核算颗粒沉降雷诺数：10x10^x4.954x10^x0.5 * “7,核算流体流型:4.在双锥分级器用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进行分离。
操作温度下水的密度^=996. 9 kg/m\黏度“ =0.897 3X10" P沪s。
固体颗粒为棱长0.08〜0. 7mm的正方体。
已知：方铅矿密度砂=7 500 kg/n?,石英矿密度p尸2 650 kg/n?。
假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（1）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？（2）所得纯方铅矿粒的尺寸围。
解：（1）水的上升流速为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此, 水的上升流速应等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。
对于正方体颗粒，应先算出其当量直径和球形度。
设1代表棱长，仏代表一个颗粒的体积。
6/2用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度，即4dk(d-P)g3/4 x (8.685 x 1 (T4)' x (2650 - 996.9) x 996.9 x 9.813 x (0.8973 x IO'3)2已知衣二0・806,由图3-3查得加二70,则=70x0.8973x10-^ nVs=00?255nVs996.9 x 8.685 xlO-4(2hh、Re=^=J±h^l=2x5x0.233~~5233x0.1017x0.53.3X10"5= 686 <2100=17538所以水的上升流速应取为0. 07255 m/s 或略大于此值。
(2)纯方铅矿粒的尺寸围所得到的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等于 0. 07255 m/s 的粒子。
用摩擦数群法计算该粒子的当疑直径：4 x 0.8973 x IO'3(7500 - 996.9)x 9.813 x 996少 x (0.07255)'已知Q 二0.806,由图3-3查得斤$二30,则与此当量直径相对应的正方体棱长为所得纯方铅矿粒的棱长围为0.3〜0.7 mm 。
5. 用标准型旋风分离器处理含尘气体，气体流量为0.4m ：7s 、黏度为leXlO^Pa ・s 、 密度为0. 674 kg/m\气体中尘粒的密度为2 300 kg/nf 。
若分离器圆筒直径为0.4m, (1)试 估算其临界粒径、分割粒径及压力降。
(2)现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降不变， 旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？ (3)若要维持原来的分离效果(临 界粒径)，应采取什么措施？解：临界直径d,=型—y TiNepN B = dim » h = D/2 4 4 AB5将有关数据代入，得分割粒径为= 0.2011m = 3.722 xl0-4m■4m = 3x10 m式中0.4O.lx —2m/s = 20 m/s19x3.6x10*0」V 5X 20X 2300TTm = 6.698 x 10^ m = 6.698 x lOpun"27需羔磊严4.778 “g 4.77沁30 x 0.8973x10" 996.9x0.072553.722x1()7hB压强降为x0.674Pa = 1078.4Pa（2）△/力％不变—X —2 4. .0.56579x3.6x10 x=0.271 一m = 7.96 x 10" mV 3.14x5x2300x20所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋凤分离器尺寸需増大，同时临界粒径也会增大，分离效率降低。
（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径），可采用两台圆筒直径为0.4 m的族风分离器并联使用。
6.在实验室里用面积0.1m2的滤叶对某悬浮液进行恒压过滤实验,操作压力差为67 kPa,测得过滤5 min后得滤液1 L,再过滤5 min后，又得滤液0. 6 L。
试求，过滤常数K, V ,并写出恒压过滤方程式。
解：恒压过滤方程为：q2+2qq c = KO由实验数据知：q =5 min , q{ = = O.Olin Vnr1 1 0.1q = 10 min , q、= 0.016m 7m2将上两组数据代入上式得：(0.01)2+2(0.01)^c =5K (0.016)2+2(0.016)^ =10^解得q c = 0.007m 7m2K = 4.8x 10'5 nr / inin =8xl0~7 nr/s所以，恒压过滤方程为/+0・014q = 8xl(T7& (m7m\ s)或 V2+0.0014V=8xl0-9^ (m\ s)7.用10个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为635 mmX635 mmX25 mm0已知操作条件下过滤常数为7C = 2xlO-5m7s , q c =0.01m3/nr ,滤饼与滤液体积之比为厂0.06。
试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。
解：恒压过滤方程为+ 2</r/c = K6+0.02^ = 2x10^^V；. =I0x0.6352 x0.025m5 = 0.1008m3V=冬=0J008 m5 = ] 680m', A = 0.6352 x2x 10m2 = 8.0645m2v 0.06q = — =in 7m2 =0.208m7nrA 8.0645代入恒压过滤方程0.2082 +2x 0.01 x 0.208 = 2x 10" G得 & = 2317.2s = 39.52 min8.在0. 04 m2的过滤面积上以1 X10 'm7s的速率进行恒速过滤试验，测得过滤100 s 时，过滤压力差为3X10： Pa；过滤600 s时，过滤压力差为9X101 Pa0滤饼不可压缩。
今欲用框尺寸为635 mmX635 mmX60 mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。
过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到6X10* Pa时改为恒压操作。