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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。
