化工原理习题及答案

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

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增大至原来的倍                  Ｄ增大至原来的倍  

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/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/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 Δ/Δq=3740q+200  则过滤常数K=    。   

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 Δ/Δq=3740q+200  则过滤常数qe=    。    

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 

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＝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

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                 。0.36m3/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

    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×× = 1.0 m2

                                                        （2分）

已知:   τ1 =  min   V1 = 0.15 m3   τ2 = 15 min     V2 = 0.20 m3

       ∵V2+2VVe = KA2τ                                     （4分）

    可得  +2× = K×12×       (1)

          +2× = K×12×15         (2)

    (1)、(2)式联立,解得  K = 0.0030 m2/min = ×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×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×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 =K×102×15  

∴K=×10-3 m2/min

又 Q= V/∑τ

 即 60=（15+τw+τD）

∴  τw+τD= min

                                                           （4分）

（2）V2=KA2τ        A2= V2/Kτ                            （4分）

（3）Q=60=×n （n-r/min） ∴ n=  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=。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   + 2× = KA2×10      (a)

 + 2× = KA2×20    (b)

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

                                                         （3分）

   又  A = 10×2× = 13.12m2

    过滤终了时,共得滤液量VE = × = 2.755 m3

由  + 2×× = ,∴tE =  min

                                                     （3分）

(2)  生产能力 = nVE /(tE+tw+t辅)

       = ×+45) =×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=。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=×2×38=49.86m2

Vc=××38=0.6233m2

                                                           （4分）

（2）洗涤时间

        （4分）

 （3）生产能力

              （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 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

                                          3分

                   3分

                        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）

A=××10×2=0.8m2

（2）                                                      （5分）

故生产能力为 （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）

      当分时

q=240L/M                                               

 V=240×0。1=24L         (5分)

（2）   

                                      (5分)