化工原理期末考试试题及答案

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25×2.5 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46℃冷却到10℃，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／(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＝250×356＝89000kJ/h＝24.72 KW

CS2冷却的热负荷：Q冷凝＝250×1.05×（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/h 4.187×(30-5)

设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：0.261×4.187×（tk－5）＝2.6KW 解之得：tk＝7.38℃，则：（5分）

冷凝段对数平均温差：Δtm＝ （46－30）－（46－7.38）＝25.67℃

46－30 ln 46－7.38 所需传热面积：A冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝4.14m2，（5分） 冷却段对数平均温差：Δtm＝ （46－7.38）－（10－5）＝16.45℃

46－7.38 （5分） ln 10－5 所需传热面积：A冷却＝2.6/116.8×10－3×16.45＝1.35m2， 冷凝、冷却共需传热面积：ΣAi＝4.14＋1.35＝5.49m2，

换热器实际传热面积为：A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065>ΣAi ，所以适宜使用。（5分） ２．（20分）某列管换热器由多根Φ25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/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1.76kJ/kg·K,密度ρ为858kg/m3，粘度μ为0.52×10-3Pa·s，导热系数λ为0.148W/m·K，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α为10×104 W/m2·K。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、三层热阻 R2 、R3 的大小：（ B ）。 t℃120℃ A R1 >(R2+R3 ) B R1 =R2 +R3 80℃ C R1 <( R2 + R3) D无法比较 45℃1q240℃36． 在直径为d的圆管外包覆厚度为δ的保温层(导热系数为λ)，保温层外壁的对流传热系数为α。若d<λ/α，则对单位管长而言（ C ）。

A 当δ=λ/α-d/2时，热损失最小； B 当λ/α=d+2δ时，热损失最大；

C 当δ=λ/α-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. 在长为速为

uLm，高为

Hm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

，则颗粒能在降尘室分离的条件是（ 3. D ）。

Lm/u?Hm/utA C

B

Lm/ut?Hm/u

Lm/ut?Hm/u D

Lm/u?Hm/ut

2. 解：1）qm1

m22热负荷

3

=15×10×1.76×（55-20） =9.24×105 KJ/h

510Q9.24????424.2kgqh （4分） 2178 m1r

Q?q?cp2(t?t1) 2) K

0.02?0.5?8.58?16500?10000?3?0.52?10 苯侧的?：

cpu1.76?103?0.52?10?3pr???6.18?0.148 流体被加热，n?0.4

=834.3 w/m2℃

11K???663112511d1????0?2d21000083420 基于外表面积：w/m2℃

Re??du? （7分）

3）L及n

QA?K?tm 由传热基本方程：Q?KA?tm、

?tm?

(130?20)?(130?55)?91.4130?20ln130?55℃

9.24?105?1000?A?4.24663?91.4?3600 m2 qv??4n?dnu2qv?4?215?103?858

du?4?31?0.02?0.5?36002(根)

4.24?1.82mA??d0Ln ??0.025?31 （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。在本题范围内，汽液平衡方程为：

L?，汽相默弗里板效率为0.5。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）

（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 （2）先计算

，由

泡点进料 由气液平衡方程

精馏段操作线方程为

（5分）

（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

（1）

塔顶为全凝器

由气液平衡方程，得 （2）

由精馏段操作线方程，得 （3）

将（2）、（3）式代入（1）式，得 解得

（10分）

（5分）