化工原理期末考试试题及答案

1．（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长 3 m、管径由25×2.5 mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2 饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS2 走管外，其流量为250 kg／h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为 1.05 kJ ／（kg·℃ ）；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS2 冷凝和冷却时传热系数（以外表面积为基准）分别为K1= 232.6和K2= l16.8 W/（m2·℃），问此换热器是否适用?

1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72

KW CS2冷却的热负荷：Q 冷凝＝250×1.05×（46－10）＝9450kJ/h ＝2.6 KW 总热负荷Q 为：Q＝24.7＋2.63＝27.3 KW

冷却水用量q m2 为：q m2＝27.3 ＝0.261kg/s＝940kg/h

4.187×（30-5）

设冷却水进入冷却段的温度为t k，则有：0.261×4.187×（t k－

5）＝2.6KW 解之得：t k＝7.38℃，则：（5 分）

冷凝段对数平均温差：Δ t m＝（46－30）－（46－7.38）

＝25.67℃ ln46 －30

46－7.38

所需传热面积： A 冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝

4.14m2，（5 分）

冷却段对数平均温差：Δ tm＝（46－7.38）－（10－5）＝

16.45℃ ln 46－7.38 （5 分）10－5

所需传热面积： A 冷却＝ 2.6/116.8×10－3×16.45＝

1.35m2，

冷凝、冷却共需传热面积：Σ A i＝4.14＋ 1.35＝5.49m2，

换热器实际传热面积为：A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065＞ΣA i ，所以适宜使用。（5分）

２．（20 分）某列管换热器由多根Φ 25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h 由20℃加热到55℃, 苯在管中的流速为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cp为1.76 kJ/kg ·K,密度ρ 为858kg/m3，粘度μ为0.52 ×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148 W/m·K，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数α 为10×104

W/m2·K。试求：

（1）水蒸汽用量（kg/h ）；（4分）

（2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7 分）

（3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。（9 分）

5．穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层热阻R1 与第二、

三层热阻R2 、R3 的大小：

（ B ）。

A R 1 ＞（R 2+R3 ）

B R 1 =R2 +R3

C R1 ＜（ R 2 + R 3）

D 无法比较40℃

/ 4

6．在直径为d的圆管外包覆厚度为δ的保温层（导热系数为λ ），保温层外壁的对流传热系数为α。若d<λ/ α，则对单位管长而言

（ C ）。

A 当δ =λ/ α-d/2 时，热损失最小；

B 当λ / α=d+2δ时，热损失最大；

C 当δ =λ /α-d/2 时，热损失最大；

D 包上保温层后热损失总比原来不包时小。

3.在长为Lm，高为H m的降尘室中，颗粒的沉降速度为ut，气体通过降尘室的水平流速为u，则颗粒能在降尘室分离的条件是（ 3. D ）。

A L m /u H m /u t

C L m /u t H m /u

2.解：1)q m1

2) K

（7 分）

3）L 及n

L m/u t H m /u L m /u H m /u t

热负荷

q m1 q m2 c p2(t 2 t1)

=15×103×1.76×(55-

20) =9.24×105 KJ/h

5

Q 9.24 10

r 2178 424.2kg h

4 分）

苯侧的

p r

Re du

c p u

0.02 0.5 8.58

3

0.52 10 3

16500 10000

33

1.76 103 0.52 10 3

0.148

0.8 0.4

0.023 Re 0.8

Pr

0.4

d

=834.3 w/m 2℃6.18 流体被加热

基于外表面积：1

1 d1

2 d2

1

663

1 1 25

10000 834 20

w/m 2℃

由传热基本方程：Q KA t m

(130 20) (130 55) t m 130 20

ln

130 55

9.24 105 1000

A 4.24

663 91.4 3600 91.4

Q

K t m

20 分）在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。 进料组成为 0.5 （摩尔分率，下

同），馏出液组成为 顶采用全凝器，泡点

回流，操作回流比为最小回流比的 为 98％，试计算： （1）釜残液组成；（ 5 分）

（2）精馏段操作线方程；（ 5 分）

（3）从塔顶向下第一层实际板下降的液相组成。（ 10 分）

1. 解：（ 1）由题给条件

解得 kmol/h 由全塔物料衡算方程：

联立得

（5 分）

（ 2）先计算 ，由

泡点进料 由气液平衡方程

精馏段操作线方程为

（ 5 分）

（3）由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为

（1）

q v

d 2nu

4 q v d 2u

4

3 15 103

858

31

d 0Ln

0.022 0.5 3600

4 4.24

1.82m

0.025 31

9分）

已知进料量为

100kmol/h

，

汽液平衡方程为： ，汽相默弗里板效率为 0.5 。若要求轻组分收率 1．