化工原理期末考试试题及答案

化工原理期末考试试题

及答案

文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

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× mm ，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS 2饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS 2走管外，其流量为250 kg ／h ，其冷凝潜热为356 kJ/kg ，液体CS 2的比热为 kJ ／(kg ·℃)；水走管内与CS 2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS 2冷凝和冷却时传热系数(以外表面积为基准)分别为K 1= 和K 2= W/(m 2·℃)，问此换热器是否适用

1. 解：CS 2冷凝的热负荷：Q 冷凝＝250×356＝89000kJ/h ＝ KW

CS 2冷却的热负荷：Q 冷凝＝250××（46－10）＝9450kJ/h ＝ KW

总热负荷Q 为：Q ＝＋＝ KW

冷却水用量q m2为：q m2＝ ＝s ＝940kg/h

×(30-5)

设冷却水进入冷却段的温度为t k ，则有：××（t k －5）＝

解之得：t k ＝℃，则：（5分）

冷凝段对数平均温差：Δt m ＝ （46－30

ln 所需传热面积：A 冷凝＝×10－3×＝，（5分）

冷却段对数平均温差：Δtm ＝ （46－）－（

ln （5分） 所需传热面积：A 冷却＝×10－3×＝，

冷凝、冷却共需传热面积：ΣA i ＝＋＝，

换热器实际传热面积为：A 0＝30×××3＝>ΣA i ，所以适宜使用。（5分）

２．（20分）某列管换热器由多根Φ25×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kg·K ,密度ρ为858kg/m 3，粘度μ为×10-3Pa·s ，导热系数λ为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/m 2·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）

40℃t ℃q

21345℃

80℃

120℃

（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R 1与第二、三层热阻 R 2 、R 3 的大小：（ B ）。

A R 1 >(R 2+R 3 )

B R 1 =R 2 +R 3

C R 1 <( R 2 + R 3)

D 无法比较 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

m L ，高为m H 的降尘室中，颗粒的沉降速度为t u ，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

t m m u H u L //〈 B u H u L m t m //〈 C u H u L m t m //≥ D t m m u H u L //≥

2. 解：1）q m1

热负荷 )(1222t t c q p m Q -*=

=15×103××（55-20） =×105 KJ/h

h kg r

Q q m 2.42421781024.95

1=⨯== （4分） 2) K

苯侧的α： 10000165001052.058.85.002.0Re 3>=⨯⨯⨯==-μρdu

18.6148.01052.01076.13

3=⨯⨯⨯==-λu c p p r 流体被加热，4.0=n = w/m 2℃ 基于外表面积：6632025834110000111112120=⨯+=+=d d K ααw/m 2℃ （7分）

3）L 及n

由传热基本方程：m t KA Q ∆=、

m t K Q A ∆=

4.915513020130ln )55130()20130(=-----=

∆m t ℃

24.436004.9166310001024.95⨯⨯⨯⨯=∴A m 2

nu d q v 24π

=

3136005.002.0485810154232=⨯⨯⨯⨯⨯==ππ

u d q n v (根) Ln d A 0π= m L 82.131025.024.4=⨯⨯=π （9分）

1．（20分）在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料量为100kmol/h ，进料组成为（摩尔分率，下同），馏出液组成为，进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的倍。在本题范围内，汽液平衡方程为：

，汽相默弗里板效率为。若要求轻组分收率为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）

塔顶为全凝器

由气液平衡方程，得

（2）

由精馏段操作线方程，得

（3）

将（2）、（3）式代入（1）式，得