《化工原理》第十章 气液传质设备1讲

化工原理陈敏恒第三版上册答案【篇一：化工原理答案第三版思考题陈敏恒】lass=txt>传质是体系中由于物质浓度不均匀而发生的质量转移过程。

3.在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。

5. 根据双膜理论两相间的传质阻力主要集中在相界面两侧的液膜和气膜中，增加气液两相主体的湍流程度，传质速率将增大。

8、操作中精馏塔，保持f,q,xf,d不变，（1）若采用回流比r小于最小回流比rmin，则xd减小，xw增大（2）若r增大，则xd增大, xw减小 ,l/v增大。

9、连续精馏塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态f,xf,q不变，则l/v变小，xd变小，xw变小。

10、精馏塔设计时采用的参数f,q,xf,d,xd,r均为定值，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量增大，塔内实际上升蒸汽量增大，精馏段液汽比增大，所需理论板数减小。

11、某精馏塔的设计任务：原料为f,xf，要求塔顶为xd，塔底为xw，设计时若已定的塔釜上升蒸汽量v’不变，加料热状况由原来的饱和蒸汽改为饱和液体加料，则所需理论板数nt 增加，精馏段上升蒸汽量v 减少，精馏段下降液体量l 减少，提馏段下降液体量l’　不变。

（增加、不变、减少）不变，增大xf,，则：d 12、操作中的精馏塔，保持f,q，xd,xw,v’，变大,r变小,l/v变小（变大、变小、不变、不确定）1.何种情况下一般选择萃取分离而不选用蒸馏分离?萃取原理: 原理利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度互不相溶的溶剂中的不同，用一种溶剂(溶解度大的）不同，用一种溶剂(溶解度大的）把溶质从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，再用分液将它们分离开来。

分液将它们分离开来再用分液将它们分离开来。

萃取适用于微溶的物质跟溶剂分离,蒸馏原理：利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，给液体混合物加热，使其中的某一组分变成蒸气再给液体混合物加热，冷凝成液体，从而达到分离提纯的目的。

10.2 课后习题详解（一）习题板式塔10-1 某筛板塔在常压下以苯-甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。

今测得由第9、第10两块板（自上向下数）下降的液相组成分别为0.652与0.489（均为苯的摩尔分数）。

试求第10块板的默弗里湿板效率。

解：已知：常压苯-甲苯系统，，求：第十块板的默弗里板效率E MV全回流下，y n＋1＝x n∴y11＝x10＝0.489 y10＝x9＝0.653苯-甲苯系统α＝2.4810-2 甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成X F＝0.40，塔顶产品组成为0.90，塔釜残液组成为0.05（均为甲醇的摩尔分数），常压操作。

试用0’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。

解：已知：常压，甲醇-水系统，x f＝0.4，x D＝0.9，x w＝0.05，求：用O´connell关联图估计E T由教材附录相平衡数据查得再查t＝80℃时，汽液共存查O，connell关联图得10-3 一板式吸收塔用NaOH水溶液吸收氯气。

氯气的摩尔分数为2％，要求出塔摩尔分数低于0.002％。

各块塔板的默弗里板效率均为50％，不计液沫夹带，求此塔应有多少块实际板。

NaOH溶液与氯气发生不可逆化学反应，可设相平衡常数m＝0。

解：已知：求：∵m＝0每板逐推得实际板数为10。

10-4 某厂常压操作下的甲苯-邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。

经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h，液相流量为9.2m3/h。

试用弗尔的泛点关联图以估计塔径。

有关物性数据：气相密度为3.85kg/m3，液相密度为770kg/m3．液体的表面张力为17.5mN/m。

根据经验选取板间距为450mm、泛点百分率为80％，单流型塔板，溢流堰长度为75％塔径。

解：已知：P＝101.3kPa，甲苯-邻二甲苯系统，，求：用弗尔泛点关联图估计塔径查弗尔泛点关联图，得由教材图10-40查得圆整取D＝1.2m此时泛点半分率填料塔10-5 某填料精馏塔用以分离氯仿-1，1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成x D＝8.05×10-3，残液组成x w＝8.65×10-4（均为1，1-二氯乙烷的摩尔分数）。

第六章传热问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。

问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。

问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。

问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。

问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。

问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。

问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。

以免设备烧毁。

问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。

问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。

问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。

问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。

问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。

问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。

将刚烧开的水同时充满两壶。

实测发现，陶壶内的水温下降比银壶中的快，这是为什么答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。

问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。

问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。

问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。

用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。

若现欲增加50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行答16．可行。

化⼯原理-第10章-⽓液传质设备化⼯原理-第10章-⽓液传质设备知识要点⽤于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收(解吸)塔。

通称⽓液传质设备。

本章应重点掌握板式塔和填料塔的基本结构、流体⼒学与传质特性（包括板式塔的负荷性能图)。

1. 概述⾼径⽐很⼤的设备叫塔器。

蒸馏与吸收作为分离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于⽓液两相间的传质过程，有共同的特点可在同样的设备中进⾏操作。

(1) 塔设备设计的基本原则①使⽓液两相充分接触，以提供尽可能⼤的传质⾯积和传质系数，接触后两相⼜能及时完善分离。

②在塔内⽓液两相最⼤限度地接近逆流，以提供最⼤的传质推动⼒。

(2) ⽓液传质设备的分类①按结构分为板式塔和填料塔②按⽓液接触情况分为逐级式与微分式通常板式塔为逐级接触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。

2. 板式塔(1) 板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每⼀块塔板上呈均匀的错流接触。

(2) 筛孔塔板的构造①筛孔——塔板上的⽓体通道，筛孔直径通常为3~8mm 。

②溢流堰——为保证塔板上有液体。

③降液管——液体⾃上层塔板流⾄下层塔板的通道。

(3) 筛板上的⽓液接触状态筛板上的⽓液接触状态有⿎泡接触、泡沫接触、喷射接触，⽐较见表10-1。

表10-1 ⽓液接触状态⽐较项⽬⿎泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态孔速很低较⾼⾼两相接触⾯⽓泡表⾯液膜液滴外表⾯两相接触量少多多传质阻⼒较⼤⼩⼩传质效率低⾼⾼连续相液体液体⽓体分散相⽓体⽓体液体适⽤物系重轻σσ<(正系统)重轻σσ>(负系统)⼯业上经常采⽤的两种接触状态是泡沫接触与喷射接触。

由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。

(4) ⽓体通过塔板的压降包括塔板本⾝的⼲板阻⼒(即板上各部件所造成的局部阻⼒)、⽓体克服板上充⽓液层的静压⼒所产⽣的压⼒降、⽓体克服液体表⾯张⼒所产⽣的压⼒降(⼀般较⼩，可忽略不计)。

(5) 筛板塔内⽓液两相的⾮理想流动①空间上的反向流动(与主体流动⽅向相反的液体或⽓体的流动)：液沫夹带与⽓泡夹带。

化工原理
习题解答
张浩勤，陆美娟，谭翎燕，张婕
前言
张浩勤、陆美娟主编的高职高专“十一五”规划教材《化工原理》，曾荣获第九届中国石油和化学工业优秀教材一等奖，多年来为众多院校选用，受到广大师生的喜爱，在国内有广泛的影响。

应广大读者的要求，特编写该书的习题解答，为使用本教材的广大师生提供方便。

为了节约篇幅，习题解答没有将
教材原题录入，所以本习题解答必须和原教材一起使用。

另外，和该套教材配套的《化工原理学习指导》已经出版，相信会对读者在理解概念、掌握知识方面有所帮助，欢迎使用。

本书由郑州大学化工原理教研室编写。

主要参加编写人员有张浩勤、陆美娟、谭翎燕和张婕。

感谢众多院校同仁提供的帮助。

编者
2009.9
目录
第0章绪论0-1---0-3
第一章流体流动1-1---1-12
第二章液体输送机械2-1---2-4
第三章非均相混合物的分离3-1---3-5
第四章传热4-1---4-22
第五章蒸发5-1---5-4
第六章吸收6-1---6-20 第七章蒸馏7-1---7-17 第八章气液传质设备8-1---8-7 第九章干燥9-1---9-9 第十章液-液萃取10-1---10-9 第十一章膜分离技术11-1---11-2。

第10章气液传质设备一、选择题1．以下参数中，属于板式塔结构参数的是（）；属于操作参数的是（）。

A．板间距B．孔数C．孔速D．板上清液层高度【答案】AB；CD2．设计筛板塔时，若改变某一结构参数，会引起负荷性能图的变化。

下面叙述中正确的一组是（）。

A．板间距降低，使雾沫夹带线上移B．板间距降低，使液泛线下移C．塔径增大，使液泛线下移D．降液管面积增加，使雾沫夹带线下移【答案】D3．塔板上设置入口安定区的目的是（），设置出口安定区的目的是（）。

A．防止气体进入降液管B．避免严重的液沫夹带C．防止越堰液体的气体夹带量过大D．避免板上液流不均匀【答案】A；C4．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。

A．填料特性B．液体特性C．气相负荷D．液相负荷【答案】AB；ABCD5．用填料吸收塔分离某气体混合物，以下说法正确的是（）。

A．气液两相流动参数相同，填料因子增大，液泛气速减小B．气液两相流动参数相同，填料因子减小，液泛气速减小C．填料因子相同，气液两相流动参数增大，液泛气速减小D．填料因子相同，气液两相流动参数减小，液泛气速减小【答案】AC6．以下说法正确的是（）。

A．等板高度是指分离效果相当于1m填料的塔板数B．填料塔操作时出现液泛对传质无影响C．填料层内气体的流动一般处于层流状态D．液泛条件下单位高度填料层的压降只取决于填料种类和物系性质二、填空题1．在传质设备中，塔板上的气液两相之间可能的接触状态有：______、______和______。

板式塔操作的转相点是指______。

【答案】鼓泡；泡沫；喷射；由泡沫状态转为喷射状态的临界点2．在设计或研制新型气液传质设备时，要求设备具有______ 、______、______。

【答案】传质效率高；生产能力大；操作弹性宽；塔板压降小；结构简单（以上答案中任选三个）3．对逆流操作的填料塔，液体自塔______部进入，在填料表面呈______状流下。

10 气液传质设备10.1 板式塔10.1.1 概述板式塔是一种应用极为广泛的气液传质设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中按一定间距水平设置的若干塔板所组成。

如图10-1所示，板式塔正常工作时，液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出；气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上液层时，两相接触进行传质。

为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具有以下两方面的功能：①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。

由吸收章可知，当气液两相进、出塔设备的浓度一定时，两相逆流接触时的平均传质推动力最大。

在板式塔内，各块塔板正是按两相逆流的原则组合起来的。

但是，在每块塔板上，由于气液两相的剧烈搅动，是不可能达到充分的逆流流动的。

为获得尽可能大的传质推动力，目前在塔板设计中只能采用错流流动的方式，即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层。

由此可见，除保证气液两相在塔板上有充分的接触之外，板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。

10.1.2 筛板上的气液接触状态塔板上气液两相的接触状态是决定板上两相流流体力学及传质和传热规律的重要因素。

如图片3-8所示，当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现四种不同的接触状态。

（1）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。

由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。

（2）蜂窝状接触状态随着气速的增加，气泡的数量不断增加。

当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。

气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。

10.1 复习笔记一、板式塔1．概述（1）板式塔的功能①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。

板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。

（2）筛孔塔板的构造①塔板上的气体通道——筛孔为保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流。

塔板上均匀地开有一定数量的供气体自下而上流动的通道。

图10-1 板式塔结构简图筛孔塔板的气体通道最为简单，它是在塔板上均匀地冲出或钻出许多圆形小孔供气体上升之用。

这些圆形小孔称为筛孔。

上升的气体经筛孔分散后穿过板上液层，造成两相间的密切接触与传质。

筛孔的直径通常是3～8mm，但直径为12～25mm的大孔径筛板也应用得相当普遍。

②溢流堰为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面，塔板上必须贮有一定量的液体。

为此，在塔板的出口端设有溢流堰。

③降液管作为液体自上层塔板流至下层塔板的通道，每块塔板通常附有一个降液管。

图10-2 筛板塔的构造在塔板上的流动更为均匀，当采用圆形溢流管时，仍需设置平直溢流堰。

同理，在圆形降液管的出口附近也应设置堰板，称为入口堰。

2．筛板上的气液接触状态实验观察发现，气体通过筛孔的速度不同，两相在塔板上的接触状态亦不同。

如图10-3所示，气液两相在塔板上的接触情况可大致分为三种状态。

图10-3 塔板上的气液接触状态（1）鼓泡接触状态当孔速很低时，通过筛孔的气流断裂成气泡在板上液层中浮升，塔板上两相呈鼓泡接触状态。

（2）泡沫接触状态随着孔速的增加，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片并且不断发生合并与破裂。

此时，板上液体大部分是以液膜的形式存在于气泡之间，仅在靠近塔板表面处才能看到少许清液。

这种接触状况称为泡沫接触状态。

在泡沫接触状态，液体仍为连续相，而气体仍为分散相。

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连续性假定假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。

拉格朗日法选定一个流体质点, 对其跟踪观察，描述其运动参数( 如位移、速度等) 与时间的关系。

欧拉法在固定空间位置上观察流体质点的运动情况，如空间各点的速度、压强、密度等，即直接描述各有关运动参数在空间各点的分布情况和随时间的变化。

轨线与流线轨线是同一流体质点在不同时间的位置连线，是拉格朗日法考察的结果。

流线是同一瞬间不同质点在速度方向上的连线，是欧拉法考察的结果。

系统与控制体系统是采用拉格朗日法考察流体的。

控制体是采用欧拉法考察流体的。

理想流体与实际流体的区别理想流体粘度为零，而实际流体粘度不为零。

粘性的物理本质分子间的引力和分子的热运动。

通常液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主。

气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主。

总势能流体的压强能与位能之和。

可压缩流体与不可压缩流体的区别流体的密度是否与压强有关。

有关的称为可压缩流体，无关的称为不可压缩流体。

伯努利方程的物理意义流体流动中的位能、压强能、动能之和保持不变。

平均流速流体的平均流速是以体积流量相同为原则的。

动能校正因子实际动能之平均值与平均速度之动能的比值。

均匀分布同一横截面上流体速度相同。

均匀流段各流线都是平行的直线并与截面垂直, 在定态流动条件下该截面上的流体没有加速度, 故沿该截面势能分布应服从静力学原理。

化工原理-第10章-气液传质设备知识要点用于蒸馏和吸收塔的塔器分别称为蒸馏塔和吸收(解吸)塔。

通称气液传质设备。

本章应重点掌握板式塔和填料塔的基本结构、流体力学与传质特性（包括板式塔的负荷性能图)。

1. 概述高径比很大的设备叫塔器。

蒸馏与吸收作为分离过程，基于不同的物理化学原理，但其均属于气液两相间的传质过程，有共同的特点可在同样的设备中进行操作。

(1) 塔设备设计的基本原则① 使气液两相充分接触，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离。

② 在塔内气液两相最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。

(2) 气液传质设备的分类① 按结构分为板式塔和填料塔② 按气液接触情况分为逐级式与微分式通常板式塔为逐级接触式塔器，填料塔为微分接触式塔器。

2. 板式塔(1) 板式塔的设计意图：总体上使两相呈逆流流动，每一块塔板上呈均匀的错流接触。

(2) 筛孔塔板的构造① 筛孔——塔板上的气体通道，筛孔直径通常为3~8mm 。

② 溢流堰——为保证塔板上有液体。

③ 降液管——液体自上层塔板流至下层塔板的通道。

(3) 筛板上的气液接触状态筛板上的气液接触状态有鼓泡接触、泡沫接触、喷射接触，比较见表10-1。

表10-1 气液接触状态比较项 目 鼓泡接触状态 泡沫接触状态 喷射接触状态 孔速很低 较高 高两相接触面 气泡表面 液膜 液滴外表面 两相接触量 少 多 多 传质阻力 较大 小 小 传质效率 低 高 高 连续相 液体 液体 气体 分散相 气体 气体液体适用物系重轻σσ<(正系统)重轻σσ>(负系统)工业上经常采用的两种接触状态是泡沫接触与喷射接触。

由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。

(4) 气体通过塔板的压降 包括塔板本身的干板阻力(即板上各部件所造成的局部阻力)、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、气体克服液体表面张力所产生的压力降(一般较小，可忽略不计)。