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 252.5 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 46冷却到 10，CS2 走管外，其流量为 250 kgh，其冷凝潜热为 356 kJ/kg，液体 CS2的比热为 1.05 kJ（kg ）；水走管内与 CS2成总体逆流流动， 冷却水进出口温度分别为 5和 30。已知 CS2 冷凝和冷却时传热系数 （以外表 面积为基准 ）分别为 K1= 232.6和 K2= l16.8 W/（m2），问此换热器是否适用 ?1. 解：CS2冷凝的热负荷： Q冷凝 25035689000kJ/h

2、24.72 KW CS2冷却的热负荷：Q 冷凝2501.05（4610）9450kJ/h2.6 KW 总热负荷 Q 为：Q24.72.6327.3 KW冷却水用量 qm2 为：qm227.3 0.261kg/s940kg/h4.187（30-5）设冷却水进入冷却段的温度为 tk，则有：0.2614.187（ tk5）2.6KW 解之得： tk7.38，则：（5 分）冷凝段对数平均温差： tm （ 4630）（467.38）25.67 ln 46 30467.38所需传热面积： A 冷凝24.7/232.610325.674.14m2，（5 分）冷却段对数平均温差： tm （46 7.38）（1

3、05）16.45 ln 467.38 （5 分） 105所需传热面积： A 冷却 2.6/116.810316.451.35m2，冷凝、冷却共需传热面积： Ai4.14 1.355.49m2，换热器实际传热面积为： A0 303.140.02537.065Ai ，所 以适宜使用。（5分）（20 分）某列管换热器由多根 252.5mm的钢管组成，将流量为 15103kg/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1.76 kJ/kg K,密度 为858kg/m3，粘度 为 0.52

4、 10-3Pas，导热系数 为 0.148 W/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 为 10104W/m2K。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R1 与第二、40/ 4三层热阻 R2 、R3 的大小：（ B ）。A R 1 （R 2+R3 ） B R 1 =R2 +R3C R1 （ R 2 + R 3） D 无法比较6在直径为 d的圆管外包覆厚度为的保温层 （导热系数为 ） ，

5、保温层外壁的 对流传热系数为。若 d/ ，则对单位管长而言（ C ）。A 当 =/ -d/2 时，热损失最小； B 当 / =d+2时，热损失最大； C 当 = /-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 Lm，高为 H m的降尘室中，颗粒的沉降速度为 ut ，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 ）。Lm/ut Hm /uLm /u H m /utA Lm /u Hm /utC Lm /ut Hm /u2. 解： 1)qm1热负荷qm1qm2 cp2(t 2 t1)=151031.76(55-20) =9.241

6、05 KJ/h5Q 9.24 10r 2178424.2kg h4 分）2) K苯侧的prRe ducpu0.02 0.5 8.5830.52 10 316500 10000331.76 103 0.52 10 30.1480.8 0.40.023 Re0.8 Pr0.4d=834.3 w/m 26.18 流体被加热， n 0.40.148 0.8 0.40.02316500 0.8 6.180.40.02基于外表面积：11 d12 d216631 1 2510000 834 20w/m 2（7 分）3）L 及 n由传热基本方程： Q KA tm(130 20) (130 55)tm130 2

7、0ln130 559.24 105 1000A 4.24663 91.4 360091.4QK tmqvd 2nu4qvd2u4315 103 85831d0Ln0.022 0.5 360044.241.82m0.025 319分）已知进料量为100kmol/h ，0.98 ，进料为泡点进料；塔1.8 倍。在本题范围内，汽液平衡方程为：，汽相默弗里板效率为 0.5 。若要求轻组分收率120 分）在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。 进料组成为 0.5 （摩尔分率，下同），馏出液组成为 顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的 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