化工原理期末考试试题及答案

1、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 X 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46C冷却到10C, 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/（kgC ）；水走管内与CS2成总体逆流流动， 冷却水进出口温度分别为5C和30C。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表 面积为基准）分别为Ki= 232.6和K2= 116.8 W/（m2 C ），问此换热器是否适用？1. 解：CS2冷凝的热负荷：Q 冷凝=250 X 356= 89000kJ/h= 24

2、.72 KWCS 冷却的热负荷：Q 冷凝=250X 1.05X （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 qm2 为：qm2=27.3= 0.261kg/s= 940kg/h4.187X （30-5）设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：0.261X 4.187X （tk 5） = 2.6KW 解之得：tk = 7.38C，贝U： （5分）冷凝段对数平均温差： tm=（46 30） （46 7.38） = 25.67Cln 46 3046 7.38所需传热面积：A 冷凝=24.7/232.6X 10 3X

3、25.67= 4.14m2, （5分）冷却段对数平均温差： tm=（46 7.38） （ 10 5）=16.45Cln 46 7.38（5 分）10 52所需传热面积：A 冷却=2.6/116.8X 10 3X 16.45= 1.35m，冷凝、冷却共需传热面积：工Ai = 4.14+ 1.35= 5.49m2，换热器实际传热面积为：A0= 30X 3.14X 0.025X 3= 7.0652 Ai，所 以适宜使用。（5分）2. （ 20分）某列管换热器由多根 25X 2.5m m的钢管组成，将流量为15X 103kg/h 由20C加热到55C ,苯在管中的流速为0.5m/s，加热剂为130C的

4、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p 为858kg/m3,粘度 卩为0.52 X 10-3Pa- s，导热系数 入为0.148W/mK,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a为10X 104w/mk。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Lo（ 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40C三层热阻R2、R的大小：(B )oA R1 (R 2+R ) B R 1 =R

5、2 +R3C R1 ( R 2 + Ra) D 无法比较6. 在直径为d的圆管外包覆厚度为S的保温层(导热系数为入)，保温层外壁的 对流传热系数为a。若d入/ a，则对单位管长而言(C )。A当S = X / a -d/2时，热损失最小；B 当入/ a =d+2S时，热损失最大； C当3 =入/ a -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。Ut，气体通过降尘室3. 在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为的水平流速为U，则颗粒能在降尘室分离的条件是3. D )。A Lm / U Hm / UtLm/UtHm/UC Lm / Ut Hm / uLm/U Hm/Ut

6、2. 解：1) qmi热负荷qm1= qm/ Cp2(t2 5)=15X 103x 1.76X( 55-20)5 =9.24X 10 KJ/h59.24 102178= 424.2kg h(4 分)2) KRedu苯侧的：0 02 疋 0 5 城 8 5805 警=16500100000.52 10CpU Pr3_31.76 100.52 106.18流体被加热，n = .40.1480.80.4=0.023 Re Prd=834.3 w/m0.1480.80.4= 0.023165006.180.022C基于外表面积:11 .丄d：0： 2 d216631125+x 1000083420w/

7、m 2C(7分)3) L 及 n由传热基本方程：(130_20)_(130_55),130-20 In 130-559.2101000A4.24663 汉 91.4 汉 3600-91.4qvqvd2nu4n =兀，2d u4315 10858=31A -二do Ln兀2 0.022 0.5 360044.24L =二 0.025 31二 1.82m（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0.5 (摩尔分率，下同)，馏出液组成为 0.98，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 1.8倍。在本题

8、范围内，汽液平衡方程为：.一，汽相默弗里板效率为0.5 o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)1.解：（1）由题给条件Ay力=-X100% = SS% -400% = 98%100 xo J解得kmol/h由全塔物料衡算方程：F 二 DW- Dx D * JKt 甫_ Fxf - Dxd JDOxOJ-JOxO.98 _nnX BF二（5分）(3) 从塔顶向下第一层实际板下降的液相组成。(10分)联立得 (2) 先计算一，由= 儿泡点进料1:由气液平衡方程=0.58x143=0.58x0.5+0.43=0.720 .72- .05只 瞌=11x1.182=2.128精馏段操作线方程为R xn _ 21280.98V X + x +(5分)严L 陆+0.313(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汨化 (1)塔顶为