化工原理2相关习题详解

1、1化工原理2相关习题详解在一60X3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数入=0.07W/mC,外层为20mm的石棉层，其平均导热系数A=0.15W/mC。现用热电偶测得管内壁温度为500C，最外层表面温度为80C，管壁的导热系数入=45W/mC。试求每米管长的热损失及两保温层相交界面的温度。解5】每米许心的热损張r_=0.0532=0.O26!)inr=0.03+0.01=0.()7ni003I.0.07r-0,02G5+0.0035=0.03m1.003In-In+In450.02650.070.03r.=0.U7-U.02li,INhi031.3.07

2、1.0.09L45h0.0265+07703+150.0721C空气冷却器，空气在管外横向流过，对流传热系数为80W/(m2K)；冷却水在管内流过，对流传热系数为5000W/(m2K)。冷却管为Q25X2.5mm的钢管，其导热系数为45W/(mK)。(不考虑污垢热阻)求该状态下的总传热系数；若将管外对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？K二1524W/(in?K)(3)若将管内对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？K=7&8W/(m2K)=V2+(心“丿附刃+他/)(1/两)若将传热系数改为85则，解答如下：EARTHWORM0.0025x0.02545:工

3、0.022山歸二6030=30。3.在套管换热器中用冷水将1OOC的热水冷却到60C，冷水温度从20C升至3OC。试求在XI00%=12%IlJIL-II.45X0JJ22J)这种温度条件下，逆流和并流时的平均温差。：2.5传热系数增加的仃分率=结论：在冷热流体的初、差较井流的大。在一单壳程，双管程的管壳式换热器中，冷流体温度从20C升至60C,热流体温度从90C升至70C。试求在这种温度条件下，冷热流体进行热交换时的平均温差。在逆流套管换热器中用油加热冷水，传热面积15.8m2。油流量2.85kg/s,进口温度110C；水流量0.667kg/s,进口温度35C。油和水的平均热容分别为1.9k

4、J/(kgC)、4.18kJ/(kgC)，换热器传热系数K=320W/(m2C)。求水的出口温度及换热量。S：本测I一用73优计算-2.85X1900-5415W/V吧硼0一7X41&X27邀训/X故朮冷流体)为最-卜热容量流4沖=炖：-n5415，叫，“如和闵净流体为域小殖容量流率流体，故由枠敕率定真式得匸=-=0.T、7解得川的出LI加度为/2=0.73(10-S5)+-35越眈换热器的由热九爲Q=-/.=067：41S0(89.8-S5)=l52.8kW.27BB04-27得e-o北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上下表面的哪一面结霜，为什么？答：霜会结在树叶的上表面。因为

5、清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于0C,而地球表面的温度一般在0C以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以下表面树叶温度更高，而上表面温度可能会低于零度，从而容易结霜。对于放置在室外的冷库，从减少冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳的颜色应涂成深色还是浅色？答：浅色。要减少冷量损失，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外界释放热量。因此冷库应取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线较多。关于传热系数K下述说法中错误的是(C)。A、传热过程中总传热系数K与对流给热系数和管壁的热阻都有关；B、总传热系数K随着所取的传热面不同而

6、异；C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D、要提高K值，应从降低最大热阻着手。9吸收率大于等于1的物体称为黑体(X)在一套管换热器用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.0Kg/s,比热为2.0KJ/(KgK),走内管(卩25X2.5mm),从150C降温至100C。冷却水走套管环隙，从20C升温至60C,水的比热为4.0KJ/(KgK)。(1)已知溶液一侧的对流传热系数为1000W/m2K，冷却水一侧的以流传热系数为500W/m2，忽略管壁和污垢的热阻，求以传热外表面积为基准的总传热系数K(W/(m2)和冷却水的用量(Kg/h)。(2)计算传热面积和管长。溶液放热=m

7、sCpAT=l.4X2X1OSX(Lo(MtH)=L-ixiowlZKrt/fajdj)+l/arO.025/(1160XO.00)+1/930=2.15XID-K(M6-lff/iDEC冷却水用量ms1=Q/Cp1(t2-11)=1.4X1074180(60-25)=0.9b7Kg/5=3-l-15K/hAtD=：a50-60)-(100-25)/ln(150-60)/100-25)=82.3匸AQ/(KnAtm)=L4XLtf/(464X82.3)=3.6?msl=W(TTdn)=3.67/(nX0.025)=46.7m12在压强为101.3kPa、20C时，稀溶液的气液相平衡关系为，现有

8、含氨摩尔分数为0.1的混合气体和含氨摩尔分数为0.05的稀氨水溶液，气液两相在上述条件下接触，判断氨在气液两相间传质的方向。成平衡的液相组成将其与实际组成比较，解：用相平衡关系确定与实际气相组成尹=0.094a:*=y/0.94x=0.05I.rm.If亠U或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成y=0.94x=O.Q4-x0_G50-047将其与实际组成比较：y=0.094=0.04713在压强为煮那、2雹时,CO2在水中的亨利系数为讐、：；0，现将含CO2摩尔分数为0.05的空气与CO2浓度为1.0X10-3kmol/m3的水溶液接触，问：1、判断传质方向；2、以分压差表示传质

9、推动力；3、计算逆流接触时空中CO2最低含量。解：片汽川血的分爪.为:卩于101.JXO.05kPH二二06kl.i闵为水溶液中m银度很任订以认为搐度和“寸相对分r质醫甘打水相阿听以落菠的总浓度如必=磊一Fm*=55,4kinol/mLW.水洛菠屮的摩尔分数为：i-Oxio-z，心55.4根据乎利富律.町得Cd的平術分H；為：pui=Ex=k66xl0 x1.8x1CO.-rr/rl的实血分H；划沁二5.OHkPa心IJU.-NJ断发!吸收过乩C0山II问液相专递(2)示的铁质处动力为:Ap=%-pih=(5r06-2.99)kP；i=2.07kPa根挖利足律和它气中皿分爪平衡的水涪菠摩尔分数

10、为E.66xlOs以浓度人士小的件质推动J为：Ac-(3,05x10-l,8x10-ix55.4kiinal/m-IOkmdfiyi*逆流接触吐出口冗休可以达到的极限浓及为讪冰落菠的气和平衡浓度Hiii仙的计算川知打水溶液平衡的气和H：汁圧为2.朋k际冈此牢气屮ca的降尔分数堆小.为:石主体浓度x=0.01，气相传质分系数_二2傅在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025,夜相NA=Ky(y-f)ky=2kmol/m，气相总传质系数Ky=1.5kmol/m2，则该处气液界面上气相浓度yi应为(B),平衡关系y=0.5x。(A)0.02(B)0.01(C)0.015(D)0.00515.总压为10

11、13kPa.温度为303KT用水吸收混合气中的氨，操作条件下的气液相平衝关系为y=1.2ChLo已知气相传质系数kSlxlOhcmol/O-m2),液相传质系数k5.33xl0-3kmolXsm2),并在塔的某一截面上测得氨的气相浓度为7=0-05,液相浓度为x=0.012.试计算传质速率及气液相界面的浓度。解：总传质系数为=?=4.74x1-m1)11m11.2%*禺5.31X10-4+5.33xl0-3与实际液相组成相平衡的气相组成为ye=mi=1.2x0.012=0.0144传质速率为NA=Kyy-ye)=4.74x10*(0.05-0.0144)=1.69x10mol/sm而-Yi)=

12、-%)y=mx5.31x10(005-筒=5.33xlO3g-0.012)Yt=1_20 xt16.在201,1atm下，用清水分离氨-空气的混合气体，混合气体中氨的分压为1013Pa，经吸收后氨的分压降为10芒Pa，混合气体的处理量为1450kg/h，操作条件下平衡关系为ye=0.755x。若适宜的吸收剂用量为最小用量的2倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。(假设空气摩尔质量为29g/mol)810kg/hx=0.01必几解；已知1330若混合气体中氨的分压为1330Pa，经吸收后氨的分压将为7Pa，混合气体的处理量为1020Kg/h,其它不变，则解答如下：102017在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇-空气混合气体中的甲醇蒸汽，在1atm,20C下进行操作，混合气体流量为1200m3/(m2h)，塔底处空塔气速为0.4m/s，混合气体中甲醇的浓度为64g甲醇/m3空气，甲醇回收率为95%,水的用量为1215kg/(m2h)，体积吸收总系数Kya=100kmol/(m3h),操作条件下气液平衡关系为y=1.1x。试计算所需的填料层高度。解：取lh及In?气体为基准：m/M100/48yb=0.0513“PV/RT101325/(8.314x300)ya=(1-/7)yb=(1-0.95)x0.0513=2.565x10TOC o 1-5 h z12001