化工原理期末考试试题及答案

40℃

t ℃q

2

1

3

45℃

80℃120℃

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1.05 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= 232.6和K 2= l16.8 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 ＝24.72 KW

CS 2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：Δt m ＝ （46－

）＝25.67℃

所需传热面积：A 冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝4.14m 2，（5分） 冷却段对数平均温差：Δtm ＝ （46－－5）＝16.45℃

（5分） 所需传热面积：A 冷却＝2.6/116.8×10＝1.35m 2， 冷凝、冷却共需传热面积：ΣA i ＝4.14＋1.35＝5.49m 2，

换热器实际传热面积为：A 0＝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Φ25×2.5mm 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1.76kJ/kg·K ,密度ρ为858kg/m 3，粘度μ为0.52×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148W/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） （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

×1.76×（55-20） =9.24×105 KJ/h

h kg r

Q q m 2.42421781024.951=⨯

== （4分） 2) K

苯侧的α： 10000165001052.058

.85.002.0Re 3

>=⨯⨯⨯==

-μρ

du

18

.6148.01052.01076.13

3=⨯⨯⨯==-λu c p p r 流体被加热，4.0=n

=834.3 w/m 2℃

基于外表面积：663

202583411000011

11121

20=⨯+=+

=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

.436004.916631000

1024.95⨯⨯⨯⨯=∴A m 2 nu

d q v 2

4

π

=

31

3600

5.002.04

858

10154

2

32

=⨯⨯⨯⨯⨯=

=

π

π

u

d q n v

(根)