化学工程基础试题(A)及答案

三、计算题（50 分）
1.（16 分） 解： （1）传热量 Q=m2Cp2(t2-t1)=4000/3600×1.86×(80-40) =82.67kW 加热蒸汽耗量 m1=Q/r=82.67/2168.1=0.0381kg/s=137.26 kg/h （2） i 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 d 已知=0.134W/(m·K)，管内径 d=0.05m， (2 分) (2 分)
A卷
《化学 工程基础 》试 题
专业班级 姓 学 名 号
装控专业
开课系室 考试日期
化学化工学院化学工程系
题
号
一
二
三
总分
得
分
阅卷人
一、填空与选择（每空一分，共 30 分）
1. 如图所示为间壁式换热器中冷、 热流体稳态传热过程的温 度分布情况。 该传热过程是由 、 、 串
联的热传递环节组成。由图分析可知α1 在 侧，如要强化传热过程应从
体，把反射率等于 1 的物 体。
6.如图，1 表面为半球面，2 表面为平面，两者构成一封闭体系，则角 系数 12 = ， 11 = 。 （注：A1=2A2） ， 。
7.蒸馏过程分离混合物的依据是 吸收过程分离混合物的依据是
8．已分析测得离开某精馏塔精馏段第 6、7（由塔顶数起）两块塔板的气液两相组成为： 0.62，0.70，0.75，0.82，试确定以下组成：x6= 9.以清水吸收氨气的过程属于 y6= x7= y7= 。 侧，
α2,控制热阻 侧入手。
2. 一 般 来 讲 ， 的导热系数次之， 的导热系数最小。 A.固体 3.在导热传热过程中，热阻与
的导热系数最大，
B.液体 、
C.气体 、 有关。 ，被
4.一卧式虹吸式再沸器，用水蒸汽加热气化某种液体，则水蒸汽应走 加热液体应走 A.管程 。 B.壳程
5.在辐射换热计算中，常把吸收率等于 1 的物体称为 体称为 体，把透过率等于 1 的物体称为
三、计算题（50 分）
1.（16 分）有一套管换热器内管为54×2mm、套管为116×4mm 的钢管，苯在内管中被 加热，进出口温度分别为 40℃、80℃，流量为 4000kg/h，苯在定性温度下的物性： =880kg/m3 ，Cp=1.86kJ/(kg·℃)，=0.39 mPa·s，=0.134W/(m·K)。环隙为 133.3℃的 饱和水蒸气冷凝，其汽化潜热为 2168.1kJ/kg，冷凝给热膜系数 11630W/（m2·℃） 。管壁 及管外污垢热阻忽略不计， 管内污垢热阻 Rsi=0.0002m2·℃/W (管内给热系数的计算公式：
(2 分)
2
t m
t 2 t1 80 40 71.4 C T t1 133.3 40 ln ln 133.3 80 T t2
(2 分)
A
Q 82670 1.68m 2 Kt m 689.7 71.4
(1 分)
2. （18 分）
解： （1）已知 F=500 kmol/h，xF=0.5, xD=0.9, xW=0.05 由物料衡算：F=D+W 即：500=D+W
1
都集中在这两层膜内； ③无论气、液两相主体中溶质的浓度是否达到相平衡，在相界面处，溶质在气、液 两相中的浓度关系认为达到平衡，即界面无阻力。 4. 答：内容：①恒摩尔气化：即精馏段：V1=V2=……Vn=V； 提馏段：V’1=V’2=……V’m=V’； ②恒摩尔溢流：即精馏段：L1=L2=……Ln=L； 提馏段：L’1=L’2=……L’m=L’。 应用条件：①各组分的摩尔汽化潜热相等； ②气液两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； ③塔设备保温良好，热损失可以忽略。
(2 分) （1 分） (2 分)
已知第一块板上升气相组成为：y1=xD=0.9 则第一块板下降液相组成为： x1 所以第二块板上升气相组成为：
y 2 0.677 x1 0.291 0.677 0.818 0.291 0.845
y1 0.9 0.818 ( 1) y1 2 0.9
∵为低浓度吸收 ∴(L/G)=0.0185/0.0124=1.49
（1 分）
x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 y2=y1(1-φ)=0.013(1-0.995)=0.000065
∵ Z＝HOG×NOG 而 NOG =(y1-y2)/Δym Δy1=y1-y1*=0.013-0.75×0.00868=0.006490 Δy2=y2-y2*=0.000065-0=0.000065 Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)
du i 0.023 d
0.8
Cp )。
0.4
试计算：(1) 加热蒸汽耗量(kg/h)； (2) 管内给热系数 αi， W/（m2·℃） ； (3) 所需传热面积(以内管外表面积为基准)m2； 2. （18 分）用连续精馏塔分离 A、B 两种物质的混合物(理想物系)，泡点进料，进料 量 F=500kmol/h， 进料中含 A 组分 50%(摩尔分数， 下同)， 要求塔顶产品中含 A 组分 90%， 塔底产品中含 A 组分 5%，操作回流比是最小回流比的 1.5 倍，塔顶为全凝器，泡点回 流，物系的相对挥发度为 α=2.0，恒摩尔流假定成立。 试求：(1) 塔顶、塔底产品摩尔流量 D、W； (2) 最小回流比 Rmin； (3) 离开第二块塔板的气相组成 y2。 3.（16 分）在直径为 0.8m 的填料塔中，用 1200kg.h-1 的清水吸收空气和 SO2 混合气中 ，要求回收率 99.5％，操 的 SO2，混合气量为 1000Nm3.h-1，混合气含 SO21.3％（体积） 作条件为 20℃、1atm， 平衡关系为 y*=0.75x，总体积传质系数 Kya＝0.055kmol.m-3.s-1， 求液体出口浓度和填料高度。
5. 12 =
6..混合液体中各组份挥发度的不同， 混合气体中各组份在液体溶剂中溶解度的不同 7. x6= 0.7 y6= 0.82 x7= 0.62 y7= 0.75 8. A 控制， 不变 ，NOG 将 A 侧， KG 增大 F kG
9. HOG 将
二、简答题（每小题 5 分，共 20 分）
1. 答： （1） 固定管板式：管束固定在管板上，管板分别焊接在壳体的两端，结构简单、造价 便宜，但管外难以机械清洗。另外，当管壁和壳壁的温差较大时，由于两者的热 膨胀不同，会产生较大的热应力，会损坏换热器，应做温度补偿。(2 分) （2） U 型管式：管子制成 U 型，U 型管的进出口分别安装在同一管板的两侧。每根管 子皆可自由伸缩，而与外壳无关。管程也不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的 流体。(1.5 分) （3） 浮头式：两端的管板有一端可以沿轴向自由浮动，可完全消除热应力，且整个管 束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，因此应用较多，但结构比较复杂，造价较 高。(1.5 分) 2. 答：对加热炉热效率的影响： α太小→O2 供应不足→燃料燃烧不充分→热效率η↓ α太大→烟气量↑→烟气带走的热量↑→热损失↑→η↓ →烟气中含氧量↑→炉管表面氧化↑→使用寿命↓ 所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。 3.答：①在汽液两流体相接触处有一稳定的相界面，在界面两侧各有一稳定的气膜和液 膜，膜内流体呈滞流状态，溶质以分子扩散的方式通过这两层膜； ②膜层以外的两相流体主体混合均匀，两相主体内浓度梯度皆为零，全部浓度变化

u
V W / 4000 / 3600 / 880 0.643m / s 2 A 0.785d 0.785 0.05 2
du
(2 分) （1 分） (1 分)
Re

Cp

0.05 0.643 880 72543.6 0.39 10 3
1.86 10 3 0.39 10 3 Pr 5.413 0.134
＝0.0124/(0.785×0.8×0.8×0.055)=0.449(m) ∴Z＝9.266×0.449=4.2m
（1 分）
4
x D y e 0.9 0.667 1.395 y e xe 0.667 0.5
(3) R=1.5Rmin=1.5×1.395=2.093
精馏段操作线方程为：
y n 1
R 1 2.093 0.9 xn xD xn 0.677 xn 0.291 R 1 R 1 3.093 3.093
2
A卷
《化学 工程基础 》试 题 答案
专业班级 姓 学 名 号
装控专业
开课系室 考试日期
化学化工学院化学工程系
题
号
一
二
三
总分
得
分
阅卷人
一、填空与选择（每空一分，共 30 分）
1. 对流 、 导热 2. 固定管板 3. 4. B 黑 ， 体， 0.5 、 对流。α1 《 α2， 烟气 侧， 、 烟气 浮头 侧 和 U 型管 式、 浮头 A 白 ， 11 = 体， 0.5 透明 体 式和 U 型管式 ， 膨胀节
（2 分） （2 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分） （2 分）
=(0.006490-0.000065)/ln(0.006490/0.000065) =0.001396
∴NOG=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266 （1 分） （2 分）
HOG ＝Ｇ/（ＫyaΩ）
(2 分)
3.
解：已知：D=0.8m ,
LS =1200kg.h-1, x2=0
G=1000Nm3.h-1
y1=0.013
φ=0.995
y*=0.75x
K ya = 0.055kmol.m-3.s-1 Ls =1200/(3600×18)=0.0185 kmol/s
（1 分）
3
G =1000/(22.4×3600)=0.0124kmol/s
控制，其传质阻力主要集中在 kG。 D.> E.< F.≈
总传质系数与分传质系数之间的关系为 KG A.气膜 B.液膜 C.双膜
10．对一定操作条件下的填料吸收塔，如填料层增高一些，则塔的 HOG 将 NOG 将 。
，
1
二、简答题（每小题 5 分，共 20 分）
1. 试列举常见列管换热器的名称及其应用特点。 2. 分析过剩空气系数对加热炉效率的影响。 3.双膜理论的基本论点。 4.恒摩尔流假定的内容及成立的条件。
d 0.05
0.134 i 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 0.023 72543.6 0.85.4130.4 937W /( m 2 K ) (1 分)
（3） Q KAt m （2 分）
d d 1 1 54 1 54 0 Rsi 0 0.0002 0.00145m 2 K / W d i 937 50 11630 50 K0 i di 0 K0=689.7W/(m2·K)
FxF=DxD+WxW
(2 分)
500×0.5=D×0.9+W×0.05 D=264.7 kmol/h
ye
Байду номын сангаас(2 分) (3 分) (3 分) (1 分)
解得：W=235.3kmol/h
(2)泡点进料：q=1, xe=xF=0.5
Rmin
x e 2 0.5 0.667 1 ( 1) xe 1 1 0.5