化工原理(1)+A+杨世芳

2．（13分）某列管式换热器由多根ф25mm×2.5mm的钢管组成，将流量为15吨/小时的苯由20℃加热到55℃，苯在管中流速为0.5m/s，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热容为1.76kJ/（kg•K），密度为858kg/m3，粘度0.52×10-3Pa•s,导热系数为0.148W/(m•K)，热损失、管壁及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝的对流传热系数为10kW/(m2•K)试求：
35
学 院：
化学化工学院
任课教师：
杨世芳
专业年级：
04化工
题
号
一
二
三
四
五
六
七
八
总分
阅卷
教师
得
分
……………………………………………………………………………………………………
得
分
一、填空题（每小题2分共20分）
1．一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应，原因
是。
2．在对流传热过程中，用饱和水蒸汽加热直管内空气，则总传热系数接近于
（2）因 >10000
介于0.7~120之间（2分）
故可用流体在圆形直管内强制湍流的传热系数的准数关联式计算: （2分）
总传热系数为 （2分）
(3)管数 根（2分）
平均温度差 ℃
传热面积
换热器管长 （3分）
3．（10分）
[解]
于是 （2分）
而气相主体中CO2的分压 （1分）
可见， ，故发生吸收现象。（2分）
（1）清水的实际用量(kg/h)及出塔吸收液的饱和度；（6分）
（2）塔径和塔高（m）。（7分）
注：传质单元数可用下式计算： ，式中：
课程考试试题参考答案及评分标准
课程名称：
化工原理（1）
（ A 卷）
考试方式：
（闭卷）
任课教师：
杨世芳
学 院：
化学化工学院
专业年级：
04化工
一、填空题（每小题2分，共20分）
1．变差 水的导热系数比石棉泥大 2分
2．空气 2分
3．翅片侧的对流传热面积提高翅片侧的流体的湍动程度2分
4．电磁波2分
5．前者为流体进出口温差后者为传热推动力2分
6．等摩尔逆流扩散单向扩散2分
7．比2分
9． 传质单元高度传质单元数2分
10．变大减小2分
二、（每小题2分，共10分）
(1)水蒸汽用量（kg/h）；（4分）
(2)换热器的总传热系数（以管外表面积为基准）；（4分）
(3)换热器所需管数n及单根管长度l。（5分）
3．（10分）在总压为101.3kPa及25ºC下，CO2分压为50.56kPa的CO2-空气混合气体与浓度0.01kmol/m3的CO2水溶液相溶液接触，试判断是发生吸收还是解吸？并计算以CO2的体积摩尔浓度差表示的总传质推动力。
另一方面若吸收设备一定完成相同的吸收任务其它条件相同故溶解度大相平衡常数小的所需吸收剂最小用量少实际吸收剂用量也少节省了吸收剂用量同时也降低了流体输送的动力消耗操作费用减低湖北大学20062007学年度第一学期课程考试试题纸第说明
课程考试试题纸
课程名称：
化工原理（1）
（A卷）
考试方式：
闭卷
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（C）气体混合物中各组分结晶能力的差异
（D）气体混合物中各组分密度的差异
4．在逆流吸收塔中，进行低浓度吸收，若进塔气体流增加而其他条件不变，则对于气膜膜控制系统，其出塔气相组成将。
(A)基本不变(B)增加(C)减少(D)不确定
5．吸收与传热过程的相似之处。
(A)总阻力为分阻力之和(B)推动力相同
(C)速率公式表达多样化(D)传递方向上存在总体流动
的对流给热系数。
3．翅片管是从两方面实现对传热过程的强化作用的，一是增大了；
二是。
4．辐射是一种以传递热量的方式。
5． 和 二式中的 的区别为
。
6．扩散适合于描述精馏过程；扩散适合于描述吸收过程。
7．难溶气体的吸收过程属于控制过程，提高吸收速率的有效措施是提高
相流体的流速和湍动程度。
8．吸收因素可表示为它在X-Y图的几何意义是
已知在操作条件下，亨利系数E=1.66×105kN/m2，水溶液的密度可取1000kg/m3，水的相对分子质量为18。
4．（13分）在逆流操作的填料塔中，用清水吸收焦炉气中的氨，氨的浓度为8g/标准m3，混合气体的处理量为4500标准m3/h。氨的回收率为95%，吸收剂的用量为最小吸收剂用量的1.5倍。操作压强为101.33kPa、温度为30ºC，在操作条件下气液平衡关系为Y=1.2X。气相体积吸收系数 =0.06kmol/(m3·s)，空塔气速为1.2m/s，试求：
得
分
三、分析题（每小题12分，共24分）
1．试分析对流传热过程的影响因素。
2．试从降低吸收过程总费用的角度分析吸收剂的选择。
得
分
四、计算题（46分）
1．（10分）在外径为140mm的蒸汽管道外包扎一层保温材料，以减少热损失。蒸汽管外壁温度为180ºC，保温层外表面温度不高于40ºC。保温材料的导热系数λ与温度t的关系为λ=0.1+0.0002t（W/(m•ºC)）。若要求每米管长的热损失Q/L不大于200W/m，试求保温层的厚度和保温层中的温度分布。
D B A C A
三、（每小题12分，共24分）
1．（每条3分，共12分）
（1）流动状况；（2）引起流动的原因；（3）流体的性质；
（4）传热面的情况。
2.（12分）吸收剂对溶质的溶解性与吸收的操作费用和设备费用密切相关。吸收剂溶解度大，吸收剂对溶质的吸收能力强，相平衡常数小，当吸收处理气量和溶质含量一定时，采用相同的吸收剂用量，完成一定的吸收率，溶解度大的吸收剂所需吸收塔填料层高度低，故设备费用低；另一方面，若吸收设备一定，完成相同的吸收任务，其它条件相同，因 ，故溶解度大（相平衡常数小）的所需吸收剂最小用量少，实际吸收剂用量也少，节省了吸收剂用量，同时也降低了流体输送的动力消耗，操作费用减低，也减少了解吸过程设备负荷。另外，要求吸收剂溶解度对温度大变化敏感，可降低解吸过程的能耗。
（C）热流体进、出口温度差
（D）流体温度和壁面温度差
2．若管壁热阻和污垢热阻可忽略，当传热两侧的对流传热系数相差较大时，K值总是接近于。
（A）较大的α值（B）较小的α值
（C）两侧α的平均值（D）不确定
3．吸收操作的依据是。
（A）气体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度的差异
（B）气体混合物中各组分挥发能力的差异
以液相摩尔浓度表示的总传质推动力
（5分）
4．（13分）
[解]（1）用水量
（1分）
所以
（3分）
出塔液体的饱和度
（2分）
（2）塔径和塔高
塔径 （2分）
（1分）
（2分）
（2分）
。
9．在吸收设计中，的大小反映了吸收塔设备效能的高低；
反映了吸收过程的难易程度。
10．吸收剂用量增大，会使吸收操作线斜率，因而使完成同样吸收任务所需的填料层高度。
得
分
二、选择题（每小题2分共10分）
1．换热器中任一截面上的对流传热速率=系数×推动力，其中推动力是指。
（A）两流体的温度差
（B）冷流体进、出口温度差
四、计算题（46分）
1.（10分）
[解]由题意可知： ℃， ℃
℃）（2分）
（1）保温层厚度
由多层壁计算公式得：
（2分）
解得
故保温层厚度 （2分）
（2）保温层中温度分布
设保温层半径r处，温度为t，代入公式可得：
，
解上式并整理得： （4分）
2．（13分）
[解]（1）加热冷流体苯所需热量Q为：
由热量衡算可得水蒸汽用量为 （4分）