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化工原理下册第三章 蒸馏和吸收塔设备习题解答1．解： 由于设计类题目并不一定有“标准答案”，此处的解仅供参考 （1） 精馏段塔取板间距0.45T H m =，又知总板效率0.6T E =，则实际塔板数 /6/0.610P T T N N E ===精馏段塔高100.4545T T Z N H =⋅=⨯= (2) 塔径下降液体的平均流量 311.8/36000.00328/SL m s == 上升蒸汽的平均流量314600/3600 4.05/S V m s ==11220.00328801.5()()0.02154.05 1.13S L S V L V ρρ=⨯=取板上液层高度 0.07l h m = 则 0.450.070.38T l H h m -=-=由以上数据查史密斯关联图，得200.078C =液体表面张力 20.1/mN m σ=，故C 值不需校正 C =C 20=0.078 极限空塔气速max 0.078 2.07/m s μ===取安全系数为0.7，则空塔气速 0.7 2.07 1.45/m s μ=⨯= 塔径1.87D m ===根据塔径标准圆态，取D =2.0m实际空塔气速 224/4 4.05/3.142 1.29/S V D m s μπ==⨯⨯= （3） 溢流装置选用单溢流弓形降液管，取溢流延堰长 0.6550.6552 1.31l D m ==⨯=则 25211.8 6.03(1.31)n W L l -==因/0.655W l D =，查取材图3－8知液流收缩系数E =1.02则堰上液层高度 232.8411.81.02()0.013100 1.31ow h m=⨯⨯=溢流堰高 0.070.0130.0w l o w h h h m =-=-= 降液管底隙高度 0.0060.0570.0060.051o w h h m =-=-=按0.65wl D =，，查取材图(3－10)，得0.122dw D =，0.07f T A A =则降液管宽度 0.1220.122 2.00.d w Dm ==⨯= 降液管截面积 223.140.070.07(2.0)0.224f T A A m ==⨯⨯=验算液体在降液管内的停留时间：0.220.4530.250.00328f T S A H s s L θ⨯===>（4） 塔板布量因塔径较大，故采用分块式塔板。
第三章非均相物系分离混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。
例如：互溶溶液及混合气体物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。
例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液不互溶液体构成的乳浊液液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相物系分散相分散物质处于分散状态的物质如：分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡连续相分散相介质包围着分散相物质且处于连续状态的流体如：气态非均相物系中的气体液态非均相物系中的连续液体分离机械分离沉降过滤不同的物理性质连续相与分散相发生相对运动的方式分散相和连续相3.1 沉降分离原理及设备•3.1.1 颗粒相对于流体的运动•一、颗粒的特性（大小和形状）• 1.球形颗粒—尺寸由直径d 确定•36d V π=•体积2ds π=•表面积dV S 6==α•比表面积2.非球形颗粒•用形状（球形度）和大小参数当量直径描述•（1）球形度：表示颗粒形状和球形的差异p S S s =φs φ——S ，与之等体积球体表面积；——Sp ，颗粒表面积对于球形颗粒，φs =1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs 值愈低。
（2）当量直径d e ①体积当量直径36P e V d π=•②比表面积当量直径体积表面积比表面积二、球形颗粒的自由沉降沉降在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
作用力重力惯性离心力重力沉降离心沉降球形颗粒的自由沉降设颗粒的密度为ρs ，直径为d，流体的密度为ρ，重力gd F s g ρπ36=浮力gd F b ρπ36=而阻力随着颗粒与流体间的相对运动速度而变，可仿照流体流动阻力的计算式写为：22u A F d ρξ=24dA π=对球形颗粒2422ud F d ρπξ⋅⋅=∴maF F F d b g =--a d ud g d g d s s ρπρπξρπρπ3223362466=--(a)颗粒开始沉降的瞬间，速度u =0，因此阻力F d =0，a→max 颗粒开始沉降后，u ↑→F d ↑；u →u t 时，a=0。
第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑ 2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm.2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C o 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d mμ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 P a·s。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯假设合理。
化工原理课后习题1.某设备上真空表的读数为×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×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= ×103 Pa ×103 Pa=×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - ×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 760mm 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×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×× ×××103 Nσ螺= ×103×××nP油≤ σ螺得n ≥取 n min= 7至少需要7个螺钉3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附图所示。
测得R1 = 400 mm ，R2= 50 mm，指示液为水银。
为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3 = 50 mm。
试求A﹑B两处的表压强。
分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a–a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。
解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示a–a′处 P A+ ρg gh1= ρ水gR3+ ρ水银ɡR2由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记即：P A= ×103×× + ×103××= ×103 Pab-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1P B= ×103×× + ×103=×103Pa4. 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。
第三章化工原理-修订版-天津大学-第三章 机械分离和固体流态化1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。
习题1附表解：颗粒平均直径的计算 由11ia i G d d G=∑2204080130110(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.2956030151050.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053=⨯+++++++++++++++++++ ）2.905=(1/mm)由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm. 2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：max 57.4d m μ===min 1513d m μ==3. 在底面积为40 m 2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 Pa·s 。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
解：同P 151.例3-3在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600s t V u m s bl ===⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。
min17.5d um ===核算沉降流型：6min 517.5100.025 1.06R 0.0231210t et d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯ 假设合理。
第三章 机械分离均相混合物：物系内部各处物料性质均匀且不存在相界面。
非均相混合物：物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧物料性质截然不同。
连续相 (分散介质) ：处于连续状态且包围着分散相的物质分散相(分散物质)：处于分散状态、分散于流体中的物质第二节 沉降分离沉降：在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差异，使之发生相对运动而实现分离的过程。
重力沉降：分离效率低，可分离较大颗粒离心沉降：分离效率高，可分离较小颗粒一 重力沉降原理（一）自由沉降1、沉降速度受力：重力、浮力、阻（曳）力加速阶段、等速阶段沉降速度u 0：等速阶段中颗粒相对与流体的运动速度。
u 0∝ d, ρs , 1/ξ2、阻力系数ξ(1) 滞流区或斯托克斯(stokes)区（10 –4＜R e0<0.3）——斯托克斯公式 (2) 过渡区或阿伦定律区（Allen ）（2＜R e0<500）——阿伦公式(3) 滞流区或牛顿区（Nuton ）（500＜R e0 ＜ 2×105）——牛顿公式(4) R e0 > 2×105，ξ急剧↓，R e0（二）干扰沉降影响沉降速度的因素1）颗粒的体积浓度2）器壁效应3）颗粒形状的影响式中S －球形颗粒的表面积S p －等体积非球形颗粒的表面积球形颗粒φs=1；颗粒形状与球形的差异愈大，φs 值愈低；对于非球形颗粒，φs 愈小，阻力系数ξ愈大。
（三）沉降速度的计算（四）分级沉降含有两种直径不同(密度相同)或密度不同（粒径相同）的混合物，可用分级沉降方法加以分离。
0u =0e 00(R ),Re du f ρζμ==024R e ζ=()2018s d u ρρμ-=0.618.5R e t ξ=0u =0.44ξ=0u =0.1ξ≈s p S S ϕ=球形度二、重力沉降分离设备（一）降尘室：处理含尘气体1、降尘室的结构2、降尘室的生产能力Vs定义：降尘室所处理的含尘气体的体积流量，m3/s。
化工原理第三章习题及答案Last updated on the afternoon of January 3, 2021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 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：______。
化工原理塔设备化工原理塔设备是化学工程领域中常用的一种设备，它在化工过程中起到重要的作用。
本文将介绍化工原理塔设备的概念、工作原理、结构特点以及在化工过程中的应用。
一、概念化工原理塔设备是一种用于进行化学反应、质量传递和能量传递的装置，通过将气体和液体在塔内进行充分接触和混合，以实现物质组分的分离、纯化、浓缩等目的。
二、工作原理化工原理塔设备通常由填料、塔板、进出料口以及塔体等部分组成。
其工作原理是利用在填料或塔板上形成的气、液两相之间的接触和传质。
在化工过程中，气体和液体从塔体的不同位置进入塔内，通过填料或塔板上的分布器均匀分布，使两相在垂直方向上进行接触。
在接触的过程中，气体中的组分会向液体中传质，而液体中的组分也会向气体中传质，从而实现物质的分离和混合。
三、结构特点1. 塔体结构坚固可靠，能承受较大的压力和温度。
2. 塔体内部设有填料或塔板，提供充分的接触面积，增加物质传质的效果。
3. 塔体内设置进出料口，方便操作和控制物料的进出。
4. 塔设备通常还配备有反应器、加热器、冷凝器等辅助设备，以满足具体工艺要求。
四、应用领域化工原理塔设备广泛应用于石油、化工、冶金、环保等行业，其具体应用包括以下几个方面：1. 分离和纯化：通过塔设备进行物质的分离和纯化，如提取、萃取、蒸馏等过程。
2. 吸收和吸附：利用塔设备进行气体或液体中某种成分的吸收和吸附，如气体脱硫、催化剂的吸附等过程。
3. 气体的解吸和混合：通过塔设备对气体进行解吸和混合，如净化气体、制备特定气体混合物等过程。
4. 反应过程：在塔设备中进行化学反应，如催化剂反应、氧化反应等过程。
总结：化工原理塔设备是一种重要的化学工程设备，通过将气体和液体在塔内进行接触和传质，实现物质的分离、纯化、浓缩等目的。
其具有结构坚固、操作方便等特点，在石油、化工、冶金等行业中有着广泛的应用。
在化工原理塔设备的设计和使用过程中，需要充分考虑工艺要求和安全性，以确保其正常运行和达到预期的效果。
