南京工业大学化工原理试题及答案.pdf

1 化工原理模拟试题（一）化工原理模拟试题（一） 一、选择题(20 分，每小题 2 分) 1离心泵的调节阀开大时， A吸入管路阻力损失不变B泵出口的压力减小 C泵入口的真空度减小D泵工作点的扬程升高 2 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数数值 A与光滑管一样B 只取决于 ReC 取决于相对粗糙度D与粗 3 已知 SO2水溶液在三种温度 t1、t2、t3下的亨利系数分别为 E1=0.0035atm、E2=0.011atm、 E3=0.00625atm，则_ _ At1t2Ct1t2Dt3空气） （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 3 （15 分）如图所示，用泵将水从贮槽 送至敞口高位槽， 两槽液面均恒定不变， 输送管路尺寸为833.5mm，泵的进出 口管道上分别安装有真空表和压力表， 真空表安装位置离贮槽的水面高度 H1 为 4.8m，压力表安装位置离贮槽的水面 高度 H2为 5m。当输水量为 36m3/h 时， 进水管道全部阻力损失为 1.96J/kg， 出水 管道全部阻力损失为 4.9J/kg，压力表读 数为 2.452105Pa，泵的效率为 70%， 水的密度为 1000kg/m3，试求： （1）两槽液面的高度差 H 为多少？ （2）泵所需的实际功率为多少 kW？ （3）真空表的读数为多少 kgf/cm2？ 4 （15 分）某填料吸收塔用含溶质0002 . 0 2 =x的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用 液气比 L/V=3，气体入口质量分数01. 0 1 =y回收率可达90 . 0 =。已知物系的平衡关系为 H H1 H2 3 y=2x。 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至00035. 0 2 =x，试求： （1）可溶组分的回收率下降至多少？ （2）液相出塔摩尔分数 1 x升高至多少？ 4 化工原理模拟试题（二）化工原理模拟试题（二） 一、填空题（20 分，每空 1 分） 1 流体流动的连续性方程是_；适用于圆形直管的不可压缩流 体流动的连续性方程是_。 2 由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻愈 _ ，其两侧的温差愈_。 3 一个工程大气压等于_Pa；等于_mmH2O 柱。 4 当地大气压为 745mmHg，侧得一容器内的绝对压强为 350mmHg，则真空度为 _mmHg；侧得另一容器内的表压强为 1360mmHg，则其绝对压强为 _mmHg。 5 离心泵的工作点是_曲线与_曲线的交点。 6 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的_倍； 如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的_倍。 7 气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是_，而表示传 质任务难易程度的一个量是_。 8 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括_和_。 9 一般来说，两组分的等分子反向扩散体现在_单元操作中，而 A 组份通过 B 组 份的单相扩散体现在_操作中。 10 间壁换热器管壁温度 tw接近_ ；总传热系数 K 的数值接近 _ 。 二、选择题（20 分，每题 2 分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失 hf所损失的是机械能中的 _项。 A 位能B 静压能C 总机械能D 动能 2 已知 q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为_。 A0.1:1B1.1:1C1: 1.1D1:1 3 某二元混合物，=3，全回流条件下n=0.3，则n-1=_。 A0.9B0.3C0.854D0.794 4 某液体在内经为 d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量通 过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的_倍。 A2B4C8D16 5离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生_。 A 气缚现象B 汽化现象C 气浮现象D 汽蚀现象 6 傅立叶定律是_的基本定律。 A对流传热B 热传导C 总传热D 冷凝 7 已知湿空气的下列参数，利用 H-I 图可以查得其它未知参数。 A(tw，t)B(I，tw)C(p，H)D (td，H) 5 8 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用_流程。 A 平流加料B 并流加料 C 逆流加料D 双效三体并流加料 9 在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量_。 A增大至原来的 2 倍B 增大至原来的 4 倍 C增大至原来的2倍D 增大至原来的 1.5 倍 10 一定流量的液体在一252.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m2 ；如流量与物性都不变，改用一192mm 的直管，则其将变为_。 A1259B1496C1585D1678 三、计算题（60 分，每题 15 分） 1 在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为 1000kmol/h，含苯 0.4，要求塔顶馏出液中含苯 0.9（以上均为摩尔分率） ，苯的回收率不 低于 90%，泡点进料，泡点回流。已知=2.5，取回流比为最小回流比的 1.5 倍。求：(1) 塔顶产品量 D、塔底残液量 W 及组成 xw；(2) 最小回流比；(3) 精馏段操作线方程； （4） 从与塔釜相邻的塔扳上下降的液相组成为多少？ 2 在一单程列管式换热器中，欲用水将 15000kg/h 的煤油从 140冷却到 40，水的进、 出 口温度分别为 30和 40，两流体逆流流动。煤油的平均比热容为 2.3kJ/(kg)，水 的平均比热容为 4.187 kJ/(kg)。若换热器的总传热系数为 300W/(m2)，试求： （1） 冷却水的流量； （2）换热器的对数平均温度差tm； （3）换热器的传热面积 S。 3 在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 5%（体积）的空气氨混合气中的氨，已知混合 气量为 2826m3/h（标准状况） ，气体空塔速度为 1m/s，平衡关系为 Y=1.2X，以摩尔比为 推动力的气相体积总传质系数 KYa=180kmol/m3h，吸收剂用量为最小用量的 1.4 倍，要 求吸收率为 98%，试求： （1）溶液的出口浓度 X1（摩尔比） ； （2）气相总传质单元高度 HOG； （3）气相总传质单元数 NOG； 4 用离心泵把 20的水从储槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本 题附图所示。管路的直径均为76mm2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为 24.66103Pa； 水流经吸入管与排出管 （不包括喷头） 的能量损失可分别按= 2 1 , 2uhf与 = 2 2, 10uhf计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流速 m/s。排水管与喷 头连接处的压强为 98.07103Pa（表压） 。试求： （1）水在管内的流速 u； （2）泵的有效功 率； （3）已知泵的效率为 60%，求操作条件下泵的轴功率。 6 化工原理模拟试题（三）化工原理模拟试题（三） 一、选择题(20 分，每小题 2 分) 1 用一气蚀余量为 3m 的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体，若泵前管路的全部流动阻 力为 1.5m 液柱，则此泵的安装位置必须。 A 高于塔底液面 4.5m 的上方B 高于塔底液面 1.5m 的上方 C 低于塔底液面 4.5m 的下方D 低于塔底液面 3.0m 的下方 2 过滤基本方程式是基于推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈层流流动 C 滤液在滤渣中呈湍流流动D 滤液在介质中呈层流流动 3 在完全湍流时（阻力平方区） ，粗糙管的摩擦系数数值。 A 只取决于 ReB 与光滑管一样 C 取决于相对粗糙度D 与粗糙度无关 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 物性影响B 流动状态 C 对流传热D 自然对流影响 5 实际生产中沸腾传热过程应维持在区操作。 A 自然对流B 强制对流 C 膜状沸腾D 泡状沸腾 6 已知 SO2水溶液在三种温度 t1、t2、t3下的亨利系数分别为 E1=0.00625atm、E2=0.011atm、 E3=0.0035atm，则。 A t3t2B t1t2C t1t2D t3t1 7 已知湿空气的下列参数，利用 H-I 图可以查得其它未知参数。 A (p,H)B (td,t)C (tw,t)D (I,tW) 8 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因。 A 恒摩尔流假定B 理想物系 C 塔顶泡点回流D 理论板假定 9 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生。 A 汽化现象B 汽蚀现象C 气缚现象D 气浮现象 10 对于一定的干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，则其湿球温度。 A 愈高B 愈低C 不变D 不一定 二 填空题（20 分，每空 1 分） 1 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗 粒直径的次方成正比。 2 对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，在吸收操作中温度不变，压力增加，可使相 平衡常数，传质推动力。 （增大、减小、不变） 3 离心泵的工作点是曲线与曲线的交点。 4 水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的倍； 管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。 （设条件改变后 仍在湍流范围） 5 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1b2b3，导热系数12 7 3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 6 分离任务要求一定，当回流比一定时，在五种进料状况中，进料的 q 值最大，分离 所需的总理论板数。 7 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括阶段 和阶段。 8 流体流动的连续性方程是；适用于圆形直管的不可压缩流体流 动的连续性方程为。 9 流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的倍；如 果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的倍。 10 在 1atm 下，不饱和湿空气温度为 295K，当加热到 375K 时，相对湿度，露点 。(增高、降低、不变) 三 计算题（60 分） 1 (15 分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平 均相对挥发度为 2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为 200kmol/h，进料组成为 0.4（摩尔 分率） ， 回流比为6， 塔顶馏出液中苯的回收率为0.97， 塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。 试求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成； （2）精馏段操作线方程；(3)回流比与最小回 流的比值； （4）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为 0.6，全凝器液 相组成为 0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成？ 2（15 分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 6m，直径为252mm。冷却水在管内流过， 并从 17C 被加热到 37C。流量为 1.25kg/s，温度为 72C 的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同 温度的液体，烃蒸汽的冷凝潜热为 315KJ/Kg。已测得：蒸汽冷凝传热系数0=800w/（m 2 C） ，管内侧热阻为外侧热阻的 40%，污垢热阻为管内侧热阻的 70%。计算时可忽略管壁热 阻及热损失。水的比热为 4.18KJ/（KgC） 。试计算： （1）冷却水用量； （2）换热管的 总根数。 （传热面积以外表面为基准） 。 3 （15 分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m，其中压力表之后的管路长度为 80m， 管路摩擦系数为 0.03，管路内径为 0.05m， 水的密度为 1000Kg/m 3，泵的效率为 0.85， 输水量为 15m 3/h。求： （1）整个管路的阻 力损失，J/Kg； （2）泵轴功率，Kw； （3）压力表的读数，Pa。 4 （15 分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的 有害组分 A.已知操作条件下气相总传质单元 高度为 1.5m，进塔混合气组成为 0.04（A 的摩尔分率，下同） ，出塔尾气组成为 0.0066， 出塔水溶液浓度为 0.0134，操作条件下平衡关系为 Y=2.5X。试求： （1）液气比为最小液 气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度 降至 0.0033，求出此时填料层高度？ H=20m H1=2m 8 化工原理模拟试题（四）化工原理模拟试题（四） 一、选择题（20 分，每题 2 分） 1 流体流动时的摩擦阻力损失 hf所损失的是机械能中的 _项。 A 位能B 静压能C 总机械能D 动能 2 离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生_。 A 气缚现象B 汽化现象C 气浮现象D 汽蚀现象 3 某液体在内经为 d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量通 过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，其流速为原来的_倍。 A2B4C8D16 4 过滤基本方程式是基于推导出来的。 A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈湍流流动 C 滤液在介质中呈层流流动D 滤液在滤渣中呈层流流动 5 在蒸气空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的_在工程上可行。 A提高蒸气流速B 提高空气流速 C采用过热蒸气以提高蒸气温度 D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6 已知 q=1.1，则加料液中液体量与总加料量之比为_。 A0.1:1B1.1:1C1: 1.1D1:1 7 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因。 A 理论板假定B 理想物系 C 恒摩尔流假定D 塔顶泡点回流 8 物料的平衡水分一定是_。 A非结合水分B自由水分C结合水分D 临界水分 9 傅立叶定律是_的基本定律。 A对流传热B 热传导C 总传热D 冷凝 10 精馏中引入回流， 下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高， 最恰当的方法是_。 A 液相中易挥发组分进入汽相 B 汽相中难挥发组分进入液相 C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但易挥发组分较多 D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生 二 填空题（20 分，每空 1 分） 1 在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗 粒直径的次方成正比。 2 相对挥发度=1，表示不能用分离，但能用 9 分离。 3 流体在管内作湍流流动时（不是阻力平方区） ，其摩擦系数随和而变。完全 湍流（阻力平方区）时，粗糙管的摩擦系数数值只取决于。 4 水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的倍； 管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。 （设条件改变后 仍在湍流范围） 5 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位 为。 6 分离任务要求一定，当回流比一定时，在五种进料状况中，进料的 q 值最大，分离 所需的总理论板数。 7 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括阶段 和阶段。 8 流体流动的连续性方程是；适用于圆形直管的不可压缩流体流 动的连续性方程为。 9 易溶气体溶液上方的分压，难溶气体溶液上方的分压，只要组份 在气相中的分压液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 10 在 1atm 下，不饱和湿空气温度为 295K，当加热到 375K 时，相对湿度，露点 。(增高、降低、不变) 三 计算题（60 分） 1 (15 分) 一精馏塔， 原料液组成为 0.5 （摩尔分率） ， 饱和蒸气进料， 原料处理量为 100kmol/h， 塔顶、塔底产品量各为 50kmol/h 。已知精馏段操作线程为 y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气 加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1）塔顶、塔底产品组成； （2）全凝器中每小时冷凝蒸气量； （3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量 （4）若全塔平均=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率 Eml=0.6，求离开塔顶第二块塔板的 气相组成。 2（15 分）有一换热器，管内通 90的热流体，膜系数 1 为 1100Cmw 2 /，管外有某种 液体沸腾，沸点为 50，膜系数 2 为 5800Cmw 2 /。试求以下两种情况下的壁温： （1） 管壁清洁无垢 ； （2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005wCm/ 2 3 （15 分）如本题附图所示，用泵 2 将储槽 1 中密度为 1200kg/m3 的溶液送到蒸发器 3 内，储槽内液面维持恒定，其上方压强为 101.33103Pa。 蒸发器上部的蒸发室内操作 压强为 200mmHg（真空度） 。蒸发器进料口 高于储槽内的液面 15m， 输送管道的直径为 68mm4mm，送料量为 20m3/h，溶液流 经全部管道的能量损失为 120J/kg，试求： 10 （1）泵的出口管路中流体的流速； （2）泵的有效功率； （3）若泵的效率为 65%，求泵的 轴功率。 4 （15 分）有一填料吸收塔，在 28及 101.3kPa，用清水吸收 200m3/h 氨-空气混合气中的 氨，使其含量由 5%降低到 0.04%（均为摩尔%） 。填料塔直径为 0.8m，填料层体积为 3 m3， 平衡关系为 Y=1.4X，已知 Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的 80% 时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大 10%，该塔能否使用？ （注：在此条件下不会发生液泛） 11 化工原理模拟试题（五）化工原理模拟试题（五） 一（16 分）选择题（每题只许选一个答案） （1）孔板流量计的孔流系数 C0当 Re增大时，其值。 A总在增大B先减小，后保持为定值C总在减小D不定 （2）某液体在内径为 d0的水平管路中稳定流动，其平均流速为 u0，当它以相同的体积流量 通过等长的内径为 d2(d2=d0/2)的管子时，若流体为层流，则压降p 为原来的倍。 A4B8C16D32 （3） 一定流量的液体在一252.5mm 的直管内作湍流流动， 其对流传热系数i=1000W/m2 ；如流量与物性都不变，改用一192mm 的直管，则其将变为。 A1259B1496C1585D1678 （4）某二元混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成 xA=0.6，相应的泡点为 t1，与之相平 衡的汽相组成 yA=0.7，相应的露点为 t2，则_ At1=t2Bt1t2D不确定 （5）精馏操作时，若 F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回 流，则塔顶产品组成 xD变化为_ A变小B变大C不变D不确定 （6） 已知 SO2水溶液在三种温度 t1、 t2、 t3下的亨利系数分别为 E1=0.0035atm、 E2=0.011atm、 E3=0.00625atm，则_ At1t2Ct1t2Dt3空气） （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 3 （20 分）某填料吸收塔进塔混合气体中含苯 5%（体积百分数） ，其余为惰性气体。吸收 塔操作压强为 780mmHg，温度为 25，进塔混合气体流量为 1000m3/h，苯回收率为 95%。 吸收剂为不含苯的煤油，煤油耗用量为最小用量的 1.5 倍。气液逆流流动，系统平衡关系为 Y=0.14X（式中 Y、X 均为摩尔比） ，气相体积总传质系数为 Kya=125kmol/m3h，煤油的平 均分子量为 170kg/kmol，塔径为 0.6m。试求： （1）煤油的耗用量为多少 kg/h？（2）煤油出 塔浓度 X1为多少？（3）填料层高度为多少 m？（4）吸收塔每小时回收多少 kmol 苯？（5） 欲提高回收率可采用哪些措施？并说明理由。 4 （20 分）在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。 进料量为 1000kmol/h，含苯 0.4，要求塔顶馏出液中含苯 0.9（以上均为摩尔分率） ，苯的回 收率不低于 90%，泡点进料，泡点回流。已知=2.5，取回流比为最小回流比的 1.5 倍。试 求： （1）塔顶产品量 D、塔底残液量 W 及组成 xw； （2）最小回流比； （3）精馏段操作线方 程； （4）提馏段操作线方程； （5）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理 论板数为多少 H H1 H2 13 化工原理化工原理传热部分模拟试题及答案模拟试题及答案 一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于空气侧的对流传热 系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数 K 的数值接近于热阻大 （大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW接近于值大（大、小）一侧的流体温度。 由 多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大 （大、 小）， 其两侧的温差愈大（大、小） 。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小，其两侧的温差愈小。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内）， 减 少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头 式或U 管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程 度以提高传热系数。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知 b1b2b3，导热系数1 R2R3，各层导热速率 Q1=Q2=Q3。 (7) 物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾 三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增 加而增加。 (10)传热的基本方式有 传导、对流和辐射 三种。热传导的基本定律是_傅立叶定律_ 其表达式为_dQ= -ds n t _。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的 2 倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74倍；管径改为原来的 1/2 而流量相同，则其对流传热系数约为原来的3.48 倍。 （设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为W/ （m）， 对流传热系数的单位为W/ （m 2 ）， 总传热系数的单位为W/（m 2） 。 二、选择 1已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度D耐火砖 的黑度。 A大于B等于C不能确定D小于 2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） ，使空气温 度由 20升至 80，现需空气流量增加为原来的 2 倍，若要保持空气进出口温度不变，则 此时的传热温差应为原来的A倍。 A1.149B1.74C2D不定 3 一定流量的液体在一252.5mm 的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m 2； 如流量与物性都不变，改用一192mm 的直管，则其将变为D。 A1259B1496C1585D1678 4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示C的准数。 A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响 14 5 在蒸气空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的B在工程上可行。 A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一 侧管壁加装翅片，增加冷凝面积 6在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为 50，现因某种原因，两者的温度各升高 100，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该B。 A减小B增大C不变 7在单效蒸发器中，将某水溶液从 14%连续浓缩至 30%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温 度为 96.2，有效传热温差为 11.2，二次蒸气的温度为 75.4，则溶液的沸点升高为D 。 A11.2B20.8C85D9.6 8为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用B流程。 A并流加料B逆流加料C平流加料D双效三体并流加料 三、计算 1 试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知： o R球体半径，m； o T 球体表面的恒定温度， ； o q每单位球体体积在单位时间内所产生热量，)/( 3 hmJ； o 球体材料的导热系数，)/(ChmJ 。 解：球体积 3 3 4 rV=，球表面积 2 4rA= 根据傅立叶热传导公式： dr dt r dr dt Aqr ooo 23 4 3 4 = 所以dt q rdr o o 3 = 积分上式得： = oo T T o o R r dt q rdr 3 )( 3 )( 2 1 22 o o o o TT q rR= )( 6 22 rR q TT o o o o += 2 一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为 3m，直径为252mm。水以 0.7m/s 的流速在管内 流过，并从 17被加热到 37。流量为 1.25kg/s、温度为 72烃的饱和蒸气在管外冷凝成 同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为 315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数0=800W/(m 2 )，管内侧热阻为外侧的 40%，污垢热阻又为管内侧热阻的 70%，试核算： （1）换热器每程 提供的传热面积（外表面为基准） ； （2）换热管的总根数； （3）换热器的管程数。计算时可 忽略管壁热阻及热损失，水的比热为 4.18kJ/(kg) 解：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准） ，S1； 由题意知，水以 0.7m/s 的流速在管内流过，欲求 S1，需先知道每程的管子数，每程的 15 管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。 两流体交换的热量为： kwrWQ hh 39431525 . 1 = 又)( 12 ttCWQ pcc =，CkgkJCpc =/18 . 4 ， 则skg ttC Q W pc c /713.4 )1737(18.4 394 )( 12 = = = 单管内水的流量为：skgudWc/2423 . 0 10007 . 0021. 0785 . 0 4 22 1 = 每程所需管子数为： 5 . 19 2423 . 0 713 . 4 1 1 = c c W W n 取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为： 2 11 71 . 4 320025 . 0 lnmdS o = (2) 换热管的总根数； 由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。 moo tSKQ= 由题给数据， CmW K ooo o = + = + = 2 / 2 . 476 ) 800 1 4 . 07 . 0 800 1 4 . 0 800 1 ( 1 ) 1 4 . 07 . 0 1 4 . 0 1 ( 1 C t t tt tm= = =25.44 3772 1772 ln )3772()1772( ln 2 1 21 则任务所需的传热外表面积为： 2 7 . 18 25.444762 . 0 394 m tK Q S mo o = = = ln oo dS= 换热管总根数为：4 .79 3025 . 0 7 . 18 = = ld S n o o 取80=n (2)换热器的管程数。 16 由题意管程数为：4 1 = n n Nt 3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为 20和 110。在 换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为 45和 40，使用一年后，由于污垢 热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至 38，试 求： （1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一 倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水空气） （4） 冷 却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ 解：使用初期使用一年后 11040110 2 T 45203820 （1）空气出口温度 2 T 题意可得：使用初期 mphhpcc tKSTTCWttCWQ=)()( 2112 （1） 使用一年后 mphhpcc tKSTTCWttCWQ=)()(2 2112 （2） 两式相比（2）/（1） ，得 )2045( )2038( )40110( )110( 2 = T 则： 2 T=59.6 （2）总传热系数KK / Ct C tT tT tTtT t m m = = = = = = 2 . 54 6 . 39 72 ln 6 . 3972 20 6 . 59 38110 ln )202 .59()38110( 2 . 34 20 65 ln 2065 ln )()( 12 21 1221 方程(2)式/(1)式，得： 2 . 38 2 . 54 )2045( )2038( = K K 故%50 . 0 = K K （3）冷热流体的出口温度 22 Tt 及 一年后 mphhpcc tSKTTCWttCWQ=)()( 2112 （3） mphhpcc tSKTTCWttCWQ = = = )()(2 2112 （4） 方程（4）式/（3） ，得： 17 20 110 ln )20()110( 2 . 54 1 2038 )20(2 6 . 59110 110 2 2 2222 = = T t Tt K KtT 整理前半式的方程 22 179 . 0 6 .39Tt = （5） 又因 空气水 ， 空气 K，故1 空 空 K K 由等比定理 20 110 ln )20()110( 2 . 54 1 9 6 . 59110 )20()110( 2 2 2222 = T t TttT 则 2 . 54 4 . 41 20 110 ln 2 2 = T t 整理得， 22 153Tt = （6） 联立（5）和（6） ，可得：Ct= 4 . 29 2 ，CT= 5 . 57 2 （4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？ Ctm= = = 3 . 56 5 . 37 6 . 80 ln 5 . 37 6 . 80 20 5 . 57 4 . 29110 ln )20 5 . 57()4 .29110( 则04. 1 2 . 54 3 .56 = = m m t t Q Q 4有一蒸汽加热器， 热方： 为饱和蒸汽冷凝， T=100； 冷方： 为生垢液体升温，Ct= 20 1 ， Ct= 60 2 。 (1) 在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为 1：2。 问： a那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由； b清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？ (2) 在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。问：随着污垢的增加，调节饱和 蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析） 。 注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。 解：(1)a 垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取 决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体，便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管 子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响， 而 饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。 b维持 m tA,不变时： 清洗前传热量 mh tKAWQ=（1） 18 清洗后传热量 mh tAKWQ=2（2） （1）式与（2）式比较得：KK2= 清洗前后总热阻的差值是污垢热阻 s R KKKKK Rs 2 1 2 1111 = = 所以505 . 0 1 2 1 = K K R Rs 总 % (2) 在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为 生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时 会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加 m t，使其满足热负荷的要求。 假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半， （换热量再减少即不能操作） ，这时蒸汽的 温度提高到 160即可满足要求。 假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力 120 2 6016020160 = + = m t增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。 5 有一换热器，管内通 90的热流体，膜系数 1 为 1100Cmw 2 /，管外有某种液体沸腾， 沸点为 50，膜系数 2 为 5800Cmw 2 /。试求以下两种情况下的壁温： （1）管壁清洁无 垢 ； （2）外侧有污垢产生，污垢热阻为 0.005wCm/ 2 解：忽略管壁热阻，并假设壁温为 w T （1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得： 21 11 tTTT ww = 5800 1 50 1100 1 90 = ww TT 则CTw= 4 . 56 （2）同理 0 21 11 R tTTT ww + = 005 . 0 5800 1 50 1100 1 90 + = ww TT 则CTw= 84 由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。 6流量为 2000kg/h 的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由 150降至 80；壳程冷 却用水，进口温度为 15，出口温度为 65，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知 19 气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数， 管壁热阻、 污垢热阻和热损失 均可忽略不计，气体平均比热为 1.02kJ/kg，水的比热为 4.17kJ/kg，不计温度变化对比 热的影响，试求： （1）冷却水用量； （2）如冷却水进口温度上升为 20，仍用原设备达到 相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4） 此 时的冷却水用量为多少？ 解： （1）冷却水用量； )()( 2112 TTCWttCWQ phhpcc = )80150(02 . 1 2000)1565(17 . 4 = c WQ hkgWc/685= （2）如冷却水进口温度上升为 20，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均 温差为多少？ 原 情 况 miimiphhpcc tStKSTTCWttCWQ=)()( 2112 (1) 新情况 miimiphhpcc tStSKTTCWttCWQ=)()( 2112 (2) 因 空气水 ， 空气 K， 换热器与气体的情况未变， 则QQ= ii = ii SS=，故 mm tt= Ctm= + =75 2 )1580()65150( 2 210 2 )2080()150( 22 tt tm = + = 则Ct=60 2 ，（ 21 tt1。漂流因数可表示为 BM P P ，它反映由于总 体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。 7 在填料塔中用清水吸收混合气中 HCl，当水量减少时气相总传质单元数 NOG增加。 8 一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精流单元操作中，而 A 组份通过 B 组份 的单相扩散体现在吸收操作中。 9 板式塔的类型有泡罩塔 、 浮阀塔、 筛板塔 （说出三种） ；板式塔从总体上看汽液 两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 10 分子扩散中菲克定律的表达式为_ dz dC DJ A ABA =，气相中的分子扩散系数 D 随温度升高而_增大_（增大、减小），随压力增加而_减小_（增大、减小） 。 12 易溶气体溶液上方的分压小，难溶气体溶液上方的分压大， 只要组份在气相中的分压大于液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进 行。 13 压力减小,温度升高,将有利于解吸的进行 ；吸收因素 A= L/mV,当 A1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔顶 达到平衡。 14 某低浓度气体吸收过程， 已知相平衡常数 m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为 kya=2 10 -4kmol/m3.s, k xa=0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜控制，约 100%；该气体为易溶气体。 二、选择 1根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B。 A 大于液相传质分系数B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数D 近似等于气相传质分系数 2单向扩散中飘流因子A。 A1Bt2Ct1t2Dt3t2D不确定 4 某二元混合物，进料量为 100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶 xD不小于 0.9，则塔顶最大 产量为_B_。 A60kmol/hB66.7kmol/hC90kmol/hD不能定 5 精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶 产品组成xD变化为_B_ A变小B变大C不变D不确定 6在一二元连续精馏塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔 53 顶温度A，塔顶低沸点组分浓度B，塔底温度C，塔底低沸点组分浓度 A。 A升高B下降C不变D不确定 7某二元混合物，=3，全回流条件下xn=0.3，则yn-1=_B_。 A0.9B0.3C0.854D0.794 8 某二元混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成 xA=0.4，相应的泡点为 t1，气相组成为 yA=0.4，相应的露点组成为 t2，则B。 At1=t2Bt1t2D不能判断 9 某二元混合物，=3，全回流条件下 xn=0.3，则 yn-1=D A0.9B0.3C0.854D0.794 10 精馏的操作线是直线，主要基于以下原因D。 A理论板假定B理想物系 C塔顶泡点回流D恒摩尔流假设 11 某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的 措施是B。 A塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷 B筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作 C塔板脱落，理论板数减少，应停工检修 D降液管折断，气体短路，需更换降液管 12 板式塔中操作弹性最大的是B。 A 筛板塔B 浮阀塔C泡罩塔 13 下列命题中不正确的为A。 A 上升气速过大会引起漏液B 上升气速过大会引起液泛C 上升气速过大 会使塔板效率下降D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带 14 二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化B。 A 平衡线B 操作线与 q 线C 平衡线与操作线D 平衡线与 q 线 15 下列情况D不是诱发降液管液泛的原因。 A 液、气负荷过大B 过量雾沫夹带C 塔板间距过小D 过量漏液 三、计算 1 某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。气相作产品，液相作回 流，参见附图。塔顶产品组成为：全凝时为 D x，分凝时为 0 y。设该系统符合恒摩尔流的假 定，试推导此时的精馏段操作线方程。 解：由精馏段一截面与塔顶（包括分凝器在内）作物料衡算。 0 DyLxVy+=，若回流比为 R 则 0 1 1 1 y R x R R y V D x V L y + + + =+=y1 对于全凝时xD 精馏段操作线 D x R x R R y 1 1 1+ + + = 可知：当选用的回流比一致，且 0 yxD=时两种情况的操作线完全一致。在xy图上 重合，分凝器相当于一块理论板。 1 2 yo 分凝器 54 2 用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量 100kmol/h，易挥发组分 xF=0.5，泡点进料，得 塔顶产品 xD=0.9，塔底釜液 xW=0.05（皆摩尔分率） ，操作回流比 R=1.61，该物系平均相对 挥发度=2.25，塔顶为全凝器，求： (5) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h） ； (6) 第一块塔板下降的液体组成 x1为多少； (7) 写出提馏段操作线数值方程； (8) 最小回流比。 解： （1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h） ； F=D+W=100（1） 505 . 010005 . 0 9 . 0=+ F FxWD（2） 上述两式联立求解得W=47.06kmol/hD=52.94kmol/h （2）第一块塔板下降的液体组成 x1为多少； 因塔顶为全凝器， 1 1 1 ) 1(1x x yxD + = 80. 0 9 . 025 . 1 25 . 2 9 . 0 ) 1( 1 1 1