化工原理期末考試試題及答案

1、1. (20分)有立式列管式換熱器，具規(guī)格如下：管數(shù)30根、管長(zhǎng)3 mn管徑由25x mm 為單管程。今擬采用此換熱器冷凝冷卻 CS飽和蒸汽，從飽和溫度 46c冷卻到10C, CS 走管外，其流量為250 kg/h,其冷凝潛熱為356 kJ/kg ,液體CS的比熱為kJ /(kg C)； 水走管內(nèi)與CS成總體逆流流動(dòng)，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為 5c和30C。已知CS冷凝和冷 卻時(shí)傳熱系數(shù)(以外表面積為基準(zhǔn))分別為Ki=和K= W/(m 2 C),問(wèn)此換熱器是否適用？1.解：CS冷凝的熱負(fù)荷：Q冷凝= 250X 356= 89000kJ/h = KWCS冷卻的熱負(fù)荷：Q冷凝=250XX (4610

2、) = 9450kJ/h = KW總熱負(fù)荷Q為：Q= + = KW冷卻水用量qm2為：qm2= s = 940kg/hX (30-5)設(shè)冷卻水進(jìn)入冷卻段的溫度為tk,則有：XX ( tk-5)=解之得：tk=C,則：(5分)冷凝段對(duì)數(shù)平均溫差：A tm=(46 30) (46) = C46 30 ln所需傳熱面積：A冷凝=x 10 3X = , (5分)冷卻段對(duì)數(shù)平均溫差：A tm=(46) (105) = C46-ln(5 分)所需傳熱面積：A冷卻=X 10- 3X = ,冷凝、冷卻共需傳熱面積：2 A = + = ,換熱器實(shí)際傳熱面積為：A = 30XX X3=>2A ,所以適宜使用

3、。（5分）2. （20分）某列管換熱器由多根25X的鋼管組成，將流量為15X103kg/h由20c加熱 到55C,苯在管中的流速為s,力口熱劑為130c的飽和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潛熱為 2178kJ/kg ,苯的比熱容cp為kg K,密度p為858kg/m3,粘度 以為x 10-3Pa-s,導(dǎo)熱系 數(shù)人為m-K,熱損失、管壁熱阻及污垢熱阻均忽略不計(jì)，蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)a為 10X 104 W/m2 - K。試求：（1）水蒸汽用量（kg/h ） ; （4分）（2）總傳熱系數(shù)K （以管外表面積為準(zhǔn)）；（7分）（3）換熱器所需管子根數(shù)n及單根管子長(zhǎng)度L。（9分）5.穿過(guò)三層平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)

4、程，如Ri與第二、三層熱阻R2A Ri >(R2+R ) B R、R的大小:1 =R2 +R3C Ri <( R 2 + R3) D無(wú)法比較6.在直徑為d的圓管外包覆厚度為6的保溫層（導(dǎo)熱系數(shù)為入），保溫層外壁的對(duì)流傳熱 系數(shù)為a。若d<入/ a ,則對(duì)單位管長(zhǎng)而言（C ）。A當(dāng)6 =入/ a -d/2時(shí)，熱損失最??；B 當(dāng)入/ a =d+26時(shí)，熱損失最大；C當(dāng)6 =入/ a-d/2時(shí)，熱損失最大；D 包上保溫層后熱損失總比原來(lái)不包時(shí)小。3.在長(zhǎng)為L(zhǎng)m,高為Hm的降塵室中，顆粒的沉降速度為ut,氣體通過(guò)降塵室的水平流速 為u ,則顆粒能在降塵室分離的條件是（3. D ）Lm

5、/U Hm/UtLm/Ut Hm/UC2.Lm/Ut Hm/UDLm/U Hm/Ut解：1） qmi熱負(fù)荷 Q qm2 Cp2（t2ti）=15X 103XX （ 55-20）=義 105 KJ/h5Q 9.24 10 qm1r 2178424.2kg h（4分）2） KRedu0.02 0.5 8.58苯側(cè)的0.52 10165001000033cpu1.76 100.52 10pr 6.180.148流體被加熱，n 0.42c=w/mK1166311 d11125基于外表回積：02 d 210000 83420w/m C（7分）3） L 及 n由傳熱基本方程：Q KA tm> K t

6、mtm(130 20) (130 55),130 20In130 5591.4_ _ 59.24 101000 ,A 4.24663 91.4 36001 2qv d nu4n qv15 103 8583122d2u 0.022 0.5 3600 44(根)A d0LnL : 1.82m0.025 31(9分)1. （20分）在常壓精儲(chǔ)塔內(nèi)分離某兩組分理想溶液。已知進(jìn)料量為100kmol/h,進(jìn)料組成為（摩爾分率，下同），儲(chǔ)出液組成為，進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料；塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，操作回流比為最小回流比的倍。在本題范圍內(nèi)，汽液平衡方程為：="5利十口中,汽相默弗里板效率為。若要求輕組分收率為 98%,試計(jì)算：（1）釜?dú)堃航M成；（5分）（2）精微段操作線方程；（5分）（3）從塔頂向下第一層實(shí)際板下降的液相組成。（10分）1 .解：（1）由題給條件解得匚”二kmol/h由全塔物料衡算方程:取X口 ,100x0.5-i0x0.98 _n小 聯(lián)立得匹一 八Q （5分）（2）先計(jì)算4m ,由泡點(diǎn)進(jìn)料： ".由氣液平衡方程精儲(chǔ)段操作線方程為R 霽以 2.1280.98y = $ + - A +R-l RT 22>12.逐 +1 （5 分）（3）由