6化工原理模擬試題

1、 化工原理模擬試題（一）選擇題（20分，每小題2分） 離心泵的調(diào)節(jié)閥開大時，吸入管路阻力損失不變 泵入口的真空度減小B泵出口的壓力減小D泵工作點的揚程升高2在完全湍流時（阻力平方區(qū)）A與光滑管一樣B3已知SO2水溶液在三種溫度E3=0.00625atm，則Atit2，粗糙管的摩擦系數(shù)數(shù)值只取決于Re C取決于相對粗糙度D與粗ti、t2、t3 下的亨利系數(shù)分別為 Ei=0.0035atm、E2=0011a?m、Ctlt2D!t； 空氣）（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲? （ 15分）如圖所示，用泵將水從貯槽 送至敞口高位槽，兩槽液面均恒定不變， 輸送管路尺寸為 83

2、X 3.5mm ,泵的進出 口管道上分別安裝有真空表和壓力表， 真空表安裝位置離貯槽的水面高度H1為4.8m，壓力表安裝位置離貯槽的水面 高度H2為5m。當輸水量為36m3/h時， 進水管道全部阻力損失為 1.96J/kg ,出水 管道全部阻力損失為 4.9J/kg，壓力表讀 數(shù)為2.452 X 105Pa,泵的效率為 70%, 水的密度為1000kg/m3,試求：（1）兩槽液面的高度差 H為多少？（2） 泵所需的實際功率為多少kW ？（3） 真空表的讀數(shù)為多少kgf/cm2?4 （ 15分）某填料吸收塔用含溶質(zhì)X20.0002的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分，采用液氣比L/V=3，氣體入口質(zhì)

3、量分數(shù)y10.01回收率可達0.90。已知物系的平衡關(guān)系為 y=2x 。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分數(shù)升至 x2 0.00035 ，試求：1)可溶組分的回收率 下降至多少？液相出塔摩爾分數(shù) x1 升高至多少？化工原理模擬試題（二）一、填空題（ 20 分，每空1 分）；適用于圓形直管的不可壓縮流流體流動的連續(xù)性方程是體流動的連續(xù)性方程是由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)越大，則該壁面的熱阻愈 ，其兩側(cè)的溫差愈mmH 2O 柱。一個工程大氣壓等于 Pa;等于當?shù)卮髿鈮簽?745mmHg ， 側(cè)得一容器內(nèi)的絕對壓 強為 350mmHg， 則 真空度為 mmHg ; 側(cè) 得 另 一

4、容 器 內(nèi) 的 表 壓 強 為 1360mmHg ， 則 其 絕 對 壓 強 為 mmHg 。離心泵的工作點是曲線與曲線的交點。流體在圓形管道中作層流流動，如果只將流速增加一倍，則阻力損失為原來的如果只將管徑增加一倍而流速不變，則阻力損失為原來的倍；倍。氣體吸收計算中，表示設備（填料）效能高低的一個量是質(zhì)任務難易程度的一個量是 ，而表示傳恒定干燥條件下的干燥速率曲線一般包括一般來說，兩組分的等分子反向擴散體現(xiàn)在 份的單相擴散體現(xiàn)在 操作中。單元操作中，而 A 組份通過 B 組10 間壁換熱器管壁溫度 tw 接近；總傳熱系數(shù) K 的數(shù)值接近二、選擇題（ 20 分，每題 2 分）流體流動時的摩擦阻

5、力損失 hf 所損失的是機械能中的項。A 位能B 靜壓能C 總機械能D 動能已知 q=1.1 ，則加料液中液體量與總加料量之比為A 0.1: 1B 1.1:1C 1: 1.1D 1: 1某二元混合物，03，全回流條件下X n=0.3，則yn-1 =A 0.9B 0.3C 0.854D 0.794某液體在內(nèi)經(jīng)為 do的水平管路中穩(wěn)定流動，其平均流速為U0,當它以相同的體積流量通D 16過等長的內(nèi)徑為d2（d2=do/2）的管子時，其流速為原來的 倍。A 2 B 4 C 8離心泵開動之前必須充滿被輸送的流體是為了防止發(fā)生A 氣縛現(xiàn)象B 汽化現(xiàn)象氣浮現(xiàn)象 D汽蝕現(xiàn)象傅立葉定律是的基本定律。A 對流傳

6、熱B 熱傳導總傳熱冷凝7 已知濕空氣的下列參數(shù)，利用H-I 圖可以查得其它未知參數(shù)。A （tw， t）B （I ， tw ）為蒸發(fā)某種粘度隨濃度和溫度變化C （p， H） D （td， H）? 大的溶液，應采用 _? _流程。A平流加料B并流加料C逆流加料9在恒壓過濾時，如介質(zhì)阻力不計,A P增大至原來的2倍D雙效三體并流加料過濾壓差增大一倍時同一時刻所得濾液量B增大至原查的4倍c增大至原來的J2倍D增大至原來的1.5倍10 一定流量的液體在一a=1000W/m2?C;如流量與物性都不變,A 1259 B 1496C 1585D 167825 X 2.5mm的直管內(nèi)作湍流流動，其對流傳熱系數(shù)

7、改用一19 X 2mr的直管，則其a將變?yōu)槿⒂嬎泐}(60分，每題15 分)在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱。進料量為1000kmol/h，含苯0.4,要求塔頂餾出液中含苯0.9 (以上均為摩爾分率)，苯的回收率不低于90%，泡點進料，泡點回流。已知a=2.5，取回流比為最小回流比的1.5倍。求：(1)塔頂產(chǎn)品量D、塔底殘液量 W及?成Xw； (2)最小回流比；(3)精餾段操作線方程；(4) 從與塔釜相鄰的塔扳上下降的液相組成為多少？在一單程列管式換熱器中，欲用水將15000kg/h的煤油從140C冷卻到40 C,水的進、出口溫度分別為3? C和40C,兩流體

8、逆流流動。煤油的平彇比熱容為 2.sk ? /(kg ?C ),水 的平均比熱容為4.187 kJ/(kg ?C )。若換熱器的總傳熱系數(shù)為 300W/(m2?c )，試求：(1) 冷卻水的流量；(2)換熱器的對數(shù)平均溫度差 t (3)換熱器的傳熱面積 S。在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 氣量為2826m3/h (標準狀況) 推動力的氣相體積總傳質(zhì)系數(shù) 求吸收率為98%，試求：(1)Hog; ( 3)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)5% (體積)的空氣一氨混合氣中的氨，已知混合 ，氣體空塔速度為1m/s，平衡關(guān)系為 Y=1.2X，以摩爾比為KYa=180kmol/m溶液的出口濃度 X1 (摩爾比)；Nog

9、;3 h,吸收劑用量為最小用量的1.4倍，要(2)氣相總傳質(zhì)單元高度各部分相對位置如本泵入口處真空表的讀數(shù)為用離心泵把20 C的水從儲槽送至水洗塔頂部，槽內(nèi)水位維持恒定。 題附圖所示。管路的直徑均為76mm( 2.5mm，在操作條件下,24.66 X03Pa；水流經(jīng)吸入管與排出管(不包括噴頭)的能量損失可分別按hf,1 2u與hf,210u2計算，由于管徑不變，故式中 U為吸入或排出管的流速 m/s。排水管與噴頭連接處的壓強為 98.07 103Pa (表壓)。試求：(1 )水在管內(nèi)的流速U; (2)泵的有效功 率；已知泵的效率為 60%，求操作條件下泵的軸功率。化工原理模擬試題（三）一、 選

10、擇題 （20 分，每小題 2 分 ）1用一氣蝕余量為 3m的離心泵輸送處于沸騰狀態(tài)下的塔底液體，若泵前管路的全部流動阻 力為1.5m液柱，則此泵的安裝位置必須。A 高于塔底液面 4.5m 的上方 B 高于塔底液面 1.5m 的上方C 低于塔底液面 4.5m 的下方D 低于塔底液面 3.0m 的下方2過濾基本方程式是基于A 濾液在介質(zhì)中呈湍流流動C 濾液在濾渣中呈湍流流動在完全湍流時（阻力平方區(qū)）A 只取決于 ReBC 取決于相對粗糙度推導出來的。對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準數(shù)是表示A 物性影響B(tài)C 對流傳熱D5實際生產(chǎn)中沸騰傳熱過程應維持在A 自然對流BC 膜狀沸騰D6 已知 SO2 水溶液在

11、三種溫度E3=0.0035atm ，則A t 3 t 2B t7已知濕空氣的下列_A （p,H） B （tB 濾液在濾渣中呈層流流動D 濾液在介質(zhì)中呈層流流動 粗糙管的摩擦系數(shù)入數(shù)值 與光滑管一樣 與粗糙度無關(guān) 的準數(shù)。 流動狀態(tài) 自然對流影響 區(qū)操作。 強制對流 泡狀沸騰t 1 、t 2、t 3 下的亨利系數(shù)分別為E1=0.00625atm 、 E2=0.011atm 、C t參數(shù)，利用d,t)C (t1 t 2 D t3 t 1H-I 圖可以查得其它未知參數(shù)。 t) D (I,tW)8精餾的擭作線是直線，主要基于以下原因。A 恒摩爾流假定 （ B理想物系C 塔頂泡點回流 （ D理論板假定離

12、心泵開動之前必須充滿被輸送的流體是為了防止發(fā)生。A 汽化現(xiàn)象 B 汽蝕現(xiàn)象 C 氣縛現(xiàn)象 D 氣浮現(xiàn)象對于一定的干球溫度的空氣，當其相對濕度愈低時則其濕球溫度愈低A 愈高 B 愈低 C 不變 ? D 不一定 二 填空題（ 20 分，每空 1 分）1在滯流區(qū)，顆粒的沉降速度與顆粒直徑的次方成正比，在湍流區(qū)顆粒的沉降速度與顆 粒直徑的次方成正比。2 對于接近常壓的低濃度溶質(zhì)的氣液平衡系統(tǒng)，在吸收操作中溫度不變，壓力增加，可使相平衡常數(shù)，傳質(zhì)推動力。（增大、減小、不變）3離心泵的工作點是曲線與曲線的交點。4水在管內(nèi)作湍流流動，若流速提高到原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的倍；管徑改為原來的1/2

13、而流量相同，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的倍。（設條件改變后仍在湍流范圍）b1 b2 b3,導熱系數(shù)入1 t2D 1678xa=0.6，相應的泡點為t1，與之相平At1=t2B精餾操作時，若 流，則塔頂產(chǎn)品組成A 變小BD 不確定F、D、XF、q、R、加料板位置都不變，而將塔頂泡點回流改為冷回 XD變化為變大tlt2已知SO2水溶液在三種溫度E3=0.00625atm，則C 不變D 不確定t1、t2、t3下的亨利系數(shù)分別為Ei=0.0035atm、E2=0.011atm、At1t2Ct1t2Dt3t1(7)逆流操作的吸收塔，當吸收因素A 空氣） （ 4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？

14、變?yōu)槎嗌伲?（ 20分）某填料吸收塔進塔混合氣體中含苯5% （體積百分數(shù)），其余為惰性氣體。吸收塔操作壓強為780mmHg，溫度為25 C，進塔混合氣體流量為1000m3/h，苯回收率為95%。吸收劑為不含苯的煤油，煤油耗用量為最小用量的1.5倍。氣液逆流流動，系統(tǒng)平衡關(guān)系為Y=0.14X （式中丫、X均為摩爾比），氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)為 Kya=125kmol/m 3 h，煤油的平 均分子量為170kg/kmol，塔徑為0.6m。試求：（1）煤油的耗用量為多少 kg/h ？ （ 2）煤油出 塔濃度X1為多少？（ 3）填料層高度為多少 m ?（4）吸收塔每小時回收多少 kmol苯？ （ 5） 欲

15、提高回收率可采用哪些措施？并說明理由。（ 20分）在一常壓精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱。進料量為1000kmol/h，含苯0.4，要求塔頂餾出液中含苯0.9 （以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90%，泡點進料，泡點回流。已知=2.5，取回流比為最小回流比的1.5倍。試求：（1）塔頂產(chǎn)品量D、塔底殘液量 W及組成xw； （2）最小回流比；（3）精餾段操作線方 程；（4）提餾段操作線方程；（5）若改用飽和蒸汽進料，仍用（4）中所用回流比，所需理論板數(shù)為多少4 化工原理傳熱部分模擬試題及答案一填空在傳熱實驗中用飽和水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于 空氣側(cè)的對流傳熱

16、系數(shù)，而壁溫接近于 飽和水蒸汽側(cè)流體的溫度值。熱傳導的基本定律是傅立葉定廠。間壁換熱器中總傳熱系數(shù) K的數(shù)值接近于熱阻大(大、小)一側(cè)的 值。間壁換熱器管壁溫度tW接近于 值 大 (大、小)一側(cè)的流體溫度。由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈小，則該壁面的熱阻愈 大(大、小), 其兩側(cè)的溫差愈大(大、小)。由多層等厚平壁構(gòu)成的導熱壁面中，所用材料的導熱系數(shù)愈大，則該壁面的熱阻愈小 ，其兩側(cè)的溫差愈小 。在無相變的對流傳熱過程中，熱阻主要集中在少熱阻的最有效措施是提高流體湍動程度滯離層內(nèi)(或熱邊界層內(nèi))，減消除列管式換熱器溫差應力常用的方法有三種，即在殼體上加式 或 U管式結(jié)構(gòu)；

17、翅片管換熱器安裝翅片的目的是增加面積，增強流體的湍動程度以提高傳熱系數(shù)。 厚度不同的三種材料構(gòu)成三層平壁，各層接觸良好，已知b1b2b3,導熱系數(shù)1 2 R 2 R 3,各層導熱速率 Q = Q 2 = Q物體輻射能力的大小與黑度 成正比，還與溫度的四次方寫出三種循環(huán)型蒸發(fā)器的名稱中央循環(huán)管式、 懸筐式膨脹節(jié)采用浮頭(8)(9)在大容積沸騰時液體沸騰曲線包括_自然對流 、泡核沸騰泡核沸騰三個階段。實際操作應控制在 加而 增加 。傳熱的基本方式有傳導3o成正比。_、 外加熱式 。 和 膜狀沸騰O在這一階段內(nèi)，傳熱系數(shù)隨著溫度差的增對流 和輻射三種。熱傳導的基本定律是傅立葉定律其表達式為dQ= -

18、 dsOn水在管內(nèi)作湍流流動，若使流速提高到原來的2倍，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的1.74 倍；管徑改為原來的1/2而流量相同，則其對流傳熱系數(shù)約為原來的3.48倍。(設條件改變后仍在湍流范圍)導熱系數(shù)的單位為 W/ ( mC)總傳熱系數(shù)的單位為二、選擇1已知當溫度為T的黑度。A大于2某一套管換熱器，,對流傳熱系數(shù)的單位為W/(mc)W/（ mc）時，耐火磚的輻射能力大于鋁板的輻射能力，則鋁的黑度B 等于C不能確定D 小于管間用飽和水蒸氣加熱管內(nèi)空氣(空氣在管內(nèi)作湍流流動)，使空氣溫2倍，若要保持空氣進出口溫度不變，則度由20C升至80C，現(xiàn)需空氣流量增加為原來的 此時的傳熱溫差應為原來的A倍

19、。A 1.149 B 1.743 一定流量的液體在一 如流量與物性都不變，改用AAC 2 D不定25 X 2.5mm的直管內(nèi)作湍流流動， 其對流傳熱系數(shù)i=1000W/m- C； 19X 2mm的直管，則其 將變?yōu)?D1259 B 1496 C 1585 D 1678對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式中普蘭特準數(shù)是表示_C的準數(shù)。對流傳熱 B 流動狀態(tài) C 物性影響 D自然對流影響 5在蒸氣一空氣間壁換熱過程中，為強化傳熱，下列方案中的B在工程上可行。A提高蒸氣流速B提高空氣流速C采用過熱蒸氣以提高蒸氣溫度D在蒸氣一側(cè)管壁加裝翅片，增加冷凝面積6在兩灰體間進行輻射傳熱，兩灰體的溫度差為50C，現(xiàn)因某種原因，兩

20、者的溫度各升高100C，則此時的輻射傳熱量與原來的輻射傳熱量相比，應該A 減小B 增大C 不變原料液沸點進料，加熱蒸汽的溫75.4 C,則溶液的沸點升高為7在單效蒸發(fā)器中，將某水溶液從 14%連續(xù)濃縮至30% , 度為96.2C,有效傳熱溫差為 11.2C,二次蒸氣的溫度為D C。D 9.6B流程。D雙效三體并流加料A 11.2B 20.8C 858為蒸發(fā)某種粘度隨濃度和溫度變化較大的溶液，應采用A并流加料B逆流加料C平流加料已知：Ro球體半徑，m; To三、計算球體表面的恒定溫度，C； qo1試推導出表示具有內(nèi)部熱源的實心球體的溫度分布公式。每單位球體體積在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生熱量，J/（m3

21、h）；球體材料的導熱系數(shù)，J/（m h C）。解:球體積V 4r3球表面積A 4 r2根據(jù)傅立葉熱傳導公式:4 -r33qoA0dro4 r2dtdr所以rdrdt積分上式得:TToq。R,rdrrq。T dt（TTo)6qt(Ro2r2)直徑為 25X 2mm水以0.7m/s的流速在管內(nèi)2 一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長為3m流過，并從17C被加熱到37C。流量為1.25kg/s、溫度為72C烴的飽和蒸氣在管外冷凝成 同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱為 315kJ/kg。已測得：蒸氣冷凝傳熱系數(shù) 管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的 40%污垢熱阻又為管內(nèi)側(cè)熱阻的 的傳熱面積（外表面為基準）；（2）換熱管的總根

22、數(shù)； 管壁熱阻及熱損失，水的比熱為4.18kJ/（kg -C ）解： （1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準）由題意知，水以0.7m/s的流速在管內(nèi)流過，欲求70%試核算：（1）（3）換熱器的管程數(shù)。0=800W/（m -C ）,換熱器每程提供計算時可忽略,S;S,需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。 兩流體交換的熱量為：Whh 1.25 315394kwWcCpc(t2 tj， Cpc 4.18kJ/kg單管內(nèi)水的流量為:Wc1-d2u4每程所需管子數(shù)為:取每程管子數(shù)為20,3944.18 (371770.785 0.0212W d 19.5W

23、c10.2423則每程所能提供的傳熱外表面積為:3dol nj0.02520 34.713kg / s0.710000.2423kg/s4.71m2(2)換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。由題給數(shù)據(jù),t1o.4 盒)0.4 丄)otmt2ItrInt2(72 17)In士72 37(72 37)44.25 C則任務所需的傳熱外表面積為:換熱管總根數(shù)為:SoSoKoQtmdoIndol3940.4762 44.2518.7mn 80(2)換熱器的管程數(shù)。由題意管程數(shù)為：Nt 4ni3在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進口溫度分別為20 C和110C。在換熱器使用

24、的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45C和40C，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38C，試求：（1）空氣出口溫度為多少？（ 2）總傳熱系數(shù)為原來的多少倍？（ 3）若使冷卻水加大一 倍，空氣流量及兩流體進口溫度不變，冷熱流體的出口溫度各為多少？（ 卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?解：使用初期使用一年后水空氣冷110 C40110T245 C2038C 20（1）空氣出口溫度T2題意可得：使用初期WcCpc(t2t1)WhC ph(TiT2)KStm(1)使用一年后2WcC pc(t2t1)WhC ph(T1 T2

25、)KS tm(2)兩式相比（2）/（ 1），得(110 T2)/(11040)(3820)則：T2 =59.6 C（2）總傳熱系數(shù)K /Ktm(Tjt2 ) (T2 tj65tm方程式/（1）式，得:T1 t2InT2 t1(110 38) (59.2In 辺 38 59.620（3）冷熱流體的出口溫度一年后(38 20)(45 20)t2 及 T2QWcCpc(t2tjQ2WcCp c(t2tj方程（4）式/ （ 3），得:20 ,65 In2034.2 C20)54.238.239.6 in亙7254.2 C39.6%0.50%WhCph仃1WhCp h(T1T2)T2)K S tmK S

26、 tm整理前半式的方程又因由等比定理整理得,聯(lián)立(5 )和110 T2110空氣，59.62(t220) K(110 t2)(T220)38 20K 54.2ln3T220t239.6K 空氣，(110 T2) (t20.179T220)110 59.6 9ln3T22041.4542t2153 T2(6)，可得:/空 1154.2(110t2)(T220)110 t2ln T220t229.4 C ,T257.5 C(4)冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌?tm(11029.4)(57.5 20)11029.4In57.5 2080乞竺 56.3 C80.6ln37.556

27、m1.04有一蒸汽加熱器,熱方：為飽和蒸汽冷凝,T=100 C；冷方：為生垢液體升溫,t120 C ,t260 C。(1)在測試中，維持以上溫度條件不變，發(fā)現(xiàn)蒸汽凝液流量，在清洗前后之比為a那些是控制熱阻？管程宜走那一方流體？簡述理由；b清洗前，污垢熱阻約為該時總熱阻的多少分數(shù)？在操作中，若要求改為維持該加熱器的熱負荷不變。問：隨著污垢的增加，蒸汽的溫度和生垢液體的流量，是否都能達到要求？簡述理由(定性分析) 冷方流型為湍流、面積基準和物性變化可不考慮以及清洗后的垢阻為零。(1) a垢層是主要控制熱阻，其次是垢層對液體的給熱過程，因傳熱過程的傳熱量取便于清洗，便于增大流速，可能減少垢層沉積在管

28、1 : 2。問:調(diào)節(jié)飽和注： 解： 決于熱阻大的一方。管程宜走生垢液體，子表面上，飽和蒸汽宜在管間(殼程)走，因流速對飽和蒸汽冷凝給熱系數(shù)幾乎無影響，而 飽和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在殼程流動易于及時排除冷凝水和不凝性氣體。b維持A, tm不變時:清洗前傳熱量Q Wh KA tm(1)清洗后傳熱量Q 2Wh KAtm(2)(1)式與(2)式比較得:K 2K清洗前后總熱阻的差值是污垢熱阻RsRs1 1 1K 2K 2K50%所以會使出口溫度下降。只有調(diào)節(jié)飽和蒸汽的溫度來增加tm ,使其滿足熱負荷的要求。假設垢層熱阻的增加，使其換熱量減少一半， 溫度提高到160 C即可滿足要求。假設垢層的生

29、成，其傳熱面積的變化忽略不計，而傳熱系數(shù)下降一半，則推動力 1602016060丄卄八120增加一倍，(換熱量再減少即不能操作)，這時蒸汽的tm這樣即可滿足其換熱器的熱負荷不變。5有一換熱器，管內(nèi)通90 C的熱流體，膜系數(shù)21為1100w/ m C ,管外有某種液體沸騰,沸點為50C，膜系數(shù)22為 5800w/m C。試求以下兩種情況下的壁溫：(1)管壁清潔無垢；(2)外側(cè)有污垢產(chǎn)生，污垢熱阻為0.005 m2C /w解：忽略管壁熱阻，并假設壁溫為Tw(1)當壁很薄時，根據(jù)壁兩側(cè)的對流傳熱方程式可得:T Tw1Tw t90 Tw1Tw 501110058001k(2)在操作中，調(diào)節(jié)生垢液體流量

30、，企圖減少垢層厚度來增加換熱量，是不能滿足的，因為 生垢液體以為湍流，再增加流量時，所增加的換熱量決不能與所需要的熱量相當，這時Tw 56.4(2)同理T Tw1Tw1-R0290 Tw11100Tw 501 0.005 5800Tw 84 C由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。150 C降至80C ;殼程冷6流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過，溫度由卻用水，進口溫度為15C，出口溫度為65 C,與氣體作逆流流動，兩者均處于湍流。已知氣體側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)遠小于冷卻水側(cè)的對流傳熱膜系數(shù)，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計，氣體平均比熱為1.02kJ/kg

31、 C ,水的比熱為4.17kJ/kg C ,不計溫度變化對比 熱的影響，試求：（1）冷卻水用量；（2）如冷卻水進口溫度上升為20C，仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度，此時對數(shù)平均溫差為多少？（3）此時的出口水溫將為多少？ （ 4）此時的冷卻水用量為多少？解：（1）冷卻水用量；WcC pc(t2 ti)WhCph 仃1T2)Wc 4.17(6515)2000 1.02(15080)685kg/h（2）如冷卻水進口溫度上升為 溫差為多少？20 C,仍用原設備達到相同的氣體冷卻程度，此時對數(shù)平均WcCpc(t2 tj WhCph(T1 T2) KSi tmi Si tm(1)新情況WcCp c(t2

32、t1 ) WhCph (T1 T2 )K Si tmi Si tmt260空氣,K(150空氣，換熱器與氣體的情況未變,Si Si，65)(80 15)2tm(150 t2 )(80 20)h/ t2 2,對新情況下的熱量進行衡算,W 4.17故t m tm75 C210 t22則tm用算術(shù)平均值合適）(6020)2000 1.02 (15080)Wc 856kg/h7在套管換熱器中用120 C的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，比熱容為1.9kJ/（kg -C ），溫度從30 C升至60 C。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1 X104W/（m -C ），換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱

33、阻為4X 10-4nf -C /W,忽略管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為54 X 2mm的鋼管，有效長度為12m=試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg ）; （2）管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù)i ; （3）當苯的流量增加50%但其他條件維持不變時，苯的出口溫度為若干？ （4）若想維持苯的出口溫度仍為 60 C應采取哪些措施？作出定量計算。解：（1 ）飽和蒸汽流量；Q Whr WcCpc(t2 tj 4000 1.9 (60 30)2.28 1 05kJ/hWhQ 2.丄 103.4kg/h2204(2)管內(nèi)苯的對流傳熱系數(shù)i ;QWcCp c(t2ti)KoSot K

34、 S(T t1)(T t2) t mK o Sol3T t2St2t1oSo 亍;lnT t2整理得lnTt1t2KoSoWcCpc(1)SodoL0.054 122.036m2Tln-T11t2ln120 600.4055Ko0.4055 4000 1.936002.0360.4205kw/(m2 C)Ko-Rsiodododiidi(2)420.510000104蘭旦50 i50585w/(m2 C)(3)苯的流量增加50%苯的出口溫度為若干(1.5)0.8 i(1.5)08585809.1w/(m2 C)將其代入(2)式得Ko535.7w/(m2 C)代入(1)式得30120ln120

35、t2535.7 2.036 36000.34444000 1.5 1.9 1000解得t256.2 C(4)若想維持苯的出口溫度仍為 60C應采取哪些措施？作出定量計算。由(1)式得(a) 將管子加長,ln120 600-4055 證c 0.4055So5 4000 匸9 10002.4m23600 535.7LSo/( do) 2.4/(0.054 ) 14.15m（b） 提高加熱蒸氣壓強（溫度）,T 30535.7 2.036 3600門“，In 0.3444T 604000 1.5 1.9 1000解得 T 133 C8 一廢熱鍋爐，由 25X 2鍋爐鋼管組成，管外為水沸騰，溫度為 22

36、7C，管內(nèi)走合成轉(zhuǎn)化 氣，溫度由575C下降到472C。已知轉(zhuǎn)化氣一側(cè)i=300W/m- K,水側(cè)o=10000W/n2 K,鋼的導熱系數(shù)為45W/nr K,若忽略污垢熱阻，試求：(1)以內(nèi)壁面為基準的總傳熱系數(shù)K; 單位面積上的熱負荷 q(W/nf);管內(nèi)壁溫度Tw及管外壁溫度Ti；500 C左右仍可使用鋼管做換熱試以計算結(jié)果說明為什么廢熱鍋爐中轉(zhuǎn)化氣溫度高達 管。解: (1)所以KiKi1 b 蟲didm0d 00.002 0.0210.021300450.02310000 0.025289.2W/m2 KKiSi tm(3) 管內(nèi)壁溫度因為由上述方程可解出Ki tm 289.284880

37、.2W/m2（575 227）附2 227）289.2 293.5Tw及管外壁溫度575472Tw21Si575 47221300 21ln5Z47222784.9kW/m2TiTWTiTj 22710S0TwTwTi0.00245 23T 227110000 25Tw 237.8 C ,Ti234.2 C(4 )由計算結(jié)果可知，鋼管的內(nèi)外壁溫度接近水側(cè)沸騰的溫度，即接近于熱阻小的一側(cè)流體的溫度。盡管廢熱鍋爐中轉(zhuǎn)化氣溫度高達500 C左右，而鋼管的溫度小于238 C,故仍可在此高溫下使用鋼管做換熱管。若管壁溫度不變?yōu)?50K，水的進出口溫度分別為則水的出口溫度變?yōu)槎啻螅縯2= ?9水以一定流速

38、在直管中作湍流流動, 290K及295K，若水的流速增加一倍, 解：求聽=2,以知 tw350K ,t1290K ,t2295K ,水湍流流動，需對水側(cè)作熱量恒算可求t2。一般情況，水的進出口溫差小于10 C，那么溫度對物性參數(shù)影響較小,因此可以認為水的物性參數(shù)保持不變。由題意知，流速改變前:Q WcCpc(t2 t1)WcCpc(295 290) S tm(1)流速改變后:Q2WcC pc(t2 t1)2WcCp c(t2290) Stm(2)流速改變前350K &350K流速改變后350K350K290K295K290Kt2因物性參數(shù)不變，則:tmtm(350 290)(350 295)2

39、57.5 C(350 290)(350 t2)410 t220.023(d)0.8(亙 r4di()0.8u(1) / ( 2),并將各參數(shù)帶入，可得：20.81.742(t2 290)1.7457.5410 t22t2294.4K420K降到370K，10現(xiàn)有一逆流冷卻器，用冷水冷卻油，使油溫從出口溫度為310K。設油和水的流率、進口溫度保持不變，將冷卻器長度增加一倍(其它尺 寸不變)，求油及水的出口溫度。水進口溫度為285K，解:420K370Ktm(420 301)(370 285)97.5310K對體系進行熱量恒算,285KWoC po(420370) WwCp w(310285) K

40、S tm所以,WoKS tmCpo(420 370)空 9Z 1.95 竺C po50C po(1)WwKSC pw97.5(310 285)3.9空C pw(2)冷卻器長度增加一倍后,420Kt2T2假設:tm1352T2 t2所以,(1) = (3)WoCpo (420 T2)WwCpw(t2285) 2KS tmWo2KS tmCpo(420 T2)2KS tmWwCp w(t2 285)1-95=(1l3.9=(135 T2 t2)t2285解（5）和（6）方程，得:T2 =341.74Kt1420KSC poKSCpw324.1395.87(135 T2 t2)(420 t2)(35

41、0 T2 t2)(t2 285)t2 =324.13Kt2341.74 285tj t2 2 ,則tm用算術(shù)平均值合適。(4)(6)56.7411某工廠有一臺列管式換熱器， 每小時將一定量的氣體從 80C冷到60C,冷卻水溫度由 升到30C，氣體在管內(nèi)流過，冷卻水在管外與氣體成逆流。經(jīng)核算，該換熱器的傳熱系數(shù)20 C2K 40w/（m C），現(xiàn)生產(chǎn)需要氣體出口溫度更低,有人提出將一結(jié)構(gòu)及大小與已用一臺完全一樣的換熱器并聯(lián)使用， 氣體量與原一臺時相同， 出每個換熱器的溫度仍與原來的一樣。試計算：（1）只是分成相等的兩股送入，冷卻水進 此時氣體的出口溫度為多少？（2）兩285K臺換熱器應如何安排才

42、能把氣體冷卻到更低的溫度？設：氣體處理量與冷卻水進出口溫度都不變，忽略管壁與冷卻水熱阻， 氣體溫度改變引起的物性改變也忽略不計。解：一臺換熱器情況：所以tm(Ti t2) (T2 ti)(80 30)(6020)“ 45Q KS tm 40 S451800S又因氣體放出的熱量與冷卻水得到的熱量相等,所以:1800S20WgC pgSWgCg190(1)WgC pg(T1 T2) WgCp g(80 60) 20WgC pg兩臺相同換熱器并聯(lián)使用tm(Tit2)(T2 t1)(80 30) (T220)30 T2Wg 0.5Wg由于管間為水，管內(nèi)為氣體,故有 K氣膜控制AW；8 K 40A(Wg

43、 /2)0-8所以AWg0-8A(Wg/2)0.81(0.5)0840K40(0.5)0823tm 232S30T2223S(30WgCp g(80 T2)80 T223(30 T2)(2)聯(lián)立1)式和(2 )式解得:T257.6 C兩臺相同換熱器串聯(lián)使用時tm(Tl t2) (T2 ti)(8030)仃220)30 T240tm 402S30 T240S(30 T2)WgCp g(80 T2)SWgCg80 T240(30 T2)聯(lián)立（1）式和（3）式解得:T246.15 C因此兩臺串聯(lián)使用可使氣體出口溫度降低到更低。12某車間需要安裝一臺換熱器，60。加熱劑為127 C的飽和蒸汽。2mm長

44、度為3m總管數(shù)72根。將流量為30m/h、濃度為10%的NaOH水溶液由20 C預熱到 該車間現(xiàn)庫存一臺兩管程列管式換熱器，其規(guī)格為0 試問庫存的換熱器能否滿足傳熱任務？操作條件下，25 XNaOH溶液的物性參數(shù)為1100kg/m3;0.58w/m C;Cp 3.77kJ/kg C;1.5mPa s;蒸汽冷凝膜系數(shù)2 1 104w/m2 C鋼的導熱系數(shù)46.5w/m C污垢熱阻總和R 0.0003m2 C/w解：對庫存換熱器進行傳熱能力核算Ko So tm其中Son do(L 0.1)72 3.140.025 (3 0.1)16.4tm(Tt1)(T t2)l3T t2t2t1,T t1InT

45、 t26020c85.4 C ,127 20 ln127 60蒸汽冷凝宜走殼程，NaOH水溶液走管程。30求管內(nèi)NaOH水溶液一側(cè)的 1u 2 0.67m/s3600 0.785 0.0212 72/2Redu0.0210.67 1100PrCp1.5 10 333.77 101.5 1010300 1040.021143 600.583-9.75-(Re)0.8( Pr)0-4 d22560 w/m0.0230.580 80 40.023 (10300) (9.75) 0.021bd。Koo110000do0.0252560 0.021diO.。02 O.。250.0003 丄46.5 0.

46、0231097Ko 1097w/m湍流流動，給熱系數(shù)2 50W / m K。不計垢層熱阻, C換熱器的傳熱速率Q KoSo tm 1097 16.4 85.41536kw該換熱器的熱負荷QlWcC PC。2 tJ 篤冊3.77 (60 20)1382kw因為所以庫存的換熱器能夠完成傳熱任務。另一種解法:由傳熱方程式求得完成傳熱任務所需要的傳熱面積為:同上，換熱器的熱負荷KoSoQKo tmQl 1382 kw1097w/m2 C， tm 85.4 C138214.75m2 1097 85.4該庫存換熱器所提供的傳熱面積的傳熱面積為:SoSo n do(L 0.1)72 3.14 0.025 (

47、30.1)16.4因為 So So所以庫存的換熱器能夠完成傳熱任務。13熱氣體在套管換熱器中用冷水冷卻，內(nèi)管為25mm 2.5mm鋼管，導熱系數(shù)45W/m K。冷水在管內(nèi)湍流流動，給熱系數(shù)22000W / m K，熱氣在環(huán)隙中試求:K有何變化？K有何變化?（1 ）管壁熱阻占總熱阻的百分數(shù)；（2）內(nèi)管中冷水流速提高一倍，總傳熱系數(shù)（3）內(nèi)隙中熱氣體流速提高一倍，總傳熱系數(shù)解：（1）K 丄d1 d1字1nd 2d1丄110.0250.022 450.022= 48.3W/m總熱阻丄K0.021m2管壁熱阻d1啤n O.。252 450.02= 6.2105m2 K/W10 5管壁熱阻分率為0.02

48、110 30.3%1 20.8增加增加手。15溫層0.8 u20.8 20000.02533.48 103K K 4948.30.0248.320.820.8323.48 10 W/m K16.2 10 5 5049.CW/m2 K1.3%5087.1W/m2需 6.2 10 52000K 828 69.6%87.182.1W/m2 KKK48.3由上可知，管壁熱阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，強化傳熱，應在小處著68mm 4mm的無縫鋼管，內(nèi)通過表壓為0.2Mpa的飽和蒸汽。管外包 30mm厚的保0.080W/（m K），該管設置于溫度t外20 C的大氣中，已知管內(nèi)壁與蒸汽的給熱系數(shù)15

49、000 W/（m2 K），保溫層外表面與大氣的給熱系數(shù)210W/(m2 K)。求蒸汽流經(jīng)每米管長的冷凝量W及保溫層外表面的溫度 tW解：每米管長的冷凝量d10.06820.0040.06m， d00.068md20.068 20.030.128m不計管壁熱阻K 31 d1d21d0-12=50000.1280.06業(yè)嚴丄12 0.08 0.068 10=1.65W/（m2 K）QK2A2仃 t外） K2 d2L（T t外）查 0.2MPa （表）下，飽和蒸汽 T 133.3 C , r 2168.1kJ/kgQlK2 d2仃 t外）=1.65 3.14 0.128 （133.3 20）75.1

50、W/mK275.1r 2168.1 1033.47Ql310 kg/m s 0.125kg/m hr（T t外）=2 （tWt外）tW0（T2t外)t外1.6510（133.3 20）2038.7 C16 一內(nèi)徑d10.34m的空心球形鋼殼容器，其內(nèi)壁表面溫度t138 C，外壁外面用100 C熱水加熱。鋼殼的導熱系數(shù)45 W/(m2 C)，熱水對外壁的給熱系數(shù)500W /(m2 C)，試計算鋼殼厚度是多少mm時傳熱速率Qmax達最大值？最大傳熱速率是多少？解：對于所傳熱量有Q R _Am其中，t 100 3862 C，r r1，Am 4 r(推導而得)rr1R -4 rr1當R最小時必有Qma

51、xdR 1 dr12 455000.18mr r10.18 0.17 0.01m10mmQmax620.011.13410 W11.3(kW)24 45 0.18 0.17 3.14500 4 3.14 0.182化工原理吸收部分模擬試題及答案一、填空1氣體吸收計算中，表示設備（填料）效能高低的一個量是任務難易程度的一個量是傳質(zhì)單元數(shù)。2在傳質(zhì)理論中有代表性的三個模型分別為雙膜理論理論。3如果板式塔設計不合理或操作不當，可能產(chǎn)生等不正?，F(xiàn)象，使塔無法工作。4在吸收塔某處，氣相主體濃度y=0.025，液相主體濃度x=0.01，ky=2kmol/m2也,氣相傳質(zhì)總 Ky=1.5kmol/m 2 -

52、h，則該處氣液界面上氣相濃度 平衡關(guān)系y=0.5x。5逆流操作的吸收塔，當吸收因素A1。漂流因數(shù)可表示為，它反映 由于總HCI，當水量減少時氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 精流單元操作中，而Nog 增力口 。A組份通過B組份體流動使傳質(zhì)速率比單純分子擴散增加的比率。7在填料塔中用清水吸收混合氣中8 一般來說，兩組份的等分子反相擴散體現(xiàn)在 的單相擴散體現(xiàn)在 吸收 操作中。9板式塔的類型有 泡罩塔、浮閥塔 兩相呈逆流接觸，在板上汽液兩相呈篩板塔（說出三種）；板式塔從總體上看汽液 錯流接觸。10分子擴散中菲克定律的表達式為Ja Dab 些dz，氣相中的分子擴散系數(shù)D隨溫度升高而增大（增大、減?。S壓力增加而 減

53、小（增大、減?。?2易溶氣體溶液上方的分壓小，難溶氣體溶液上方的分壓大，只要組份在氣相中的分壓大于液相中該組分的平衡分壓，吸收就會繼續(xù)進行。減小13壓力 減小 ， 溫度 升高 ， 將有利于解吸的進行；吸收因素 A=L/mV ,當A1時,對逆流操作的吸收塔 ，若填料層為無窮高時 ，氣液兩相將在塔頂達到平衡。kya=214某低濃度氣體吸收過程，已知相平衡常數(shù)m=1 ，氣膜和液膜體積吸收系數(shù)分別為X 10-4kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/mls,則該吸收過程及氣膜阻力占總阻力的百分數(shù)分別為 氣膜控制，約100% ;該氣體為易 溶氣體。二、選擇1根據(jù)雙膜理論，當被吸收組分在液

54、相中溶解度很小時，以液相濃度表示的總傳質(zhì)系數(shù)B_。B近似等于液相傳質(zhì)分系數(shù)D近似等于氣相傳質(zhì)分系數(shù)A大于液相傳質(zhì)分系數(shù)A。=1 D不一定3 在吸收塔某處，氣相主體濃度y=0.025，液相主體濃度x=0.01，氣相傳質(zhì)分系數(shù)ky=2kmol/m2 h，氣相傳質(zhì)總Ky=1.5kmol/m 2 h，則該處氣液界面上氣相濃度屮應為 B 。C小于氣相傳質(zhì)分系數(shù) 2單向擴散中飄流因子A 1 B 1 C平衡關(guān)系y=0.5x。A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005已知SQ水溶液在三種溫度 t1、t2、t3下的亨利系數(shù)分別為E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.0062

55、5atm，則A52、A6A7t 1t 2當吸收因素塔底 CC t 1t2 D tA1且填料為無窮高時,塔中部 D3t 1氣液兩相將在B 達到平衡。不確定對一定操作條件下的填料吸收塔， 增大 B 減小 C 吸收塔的設計中，若填料性質(zhì)及處理量（氣體）一定，液氣比增加，則傳質(zhì)推動力-,傳質(zhì)單元高度 C如將填料層增高一些，則塔的fG將 C , NoG將A 。不變D 不能判斷傳質(zhì)單元數(shù)BA增大8料塔中用清水吸收混合氣中Npg aA增加三、計算B 減小B減少，所需填料層咼度BC 不變D不能判斷NH,當水泵發(fā)生故障上水量減少時，氣相總傳質(zhì)單元數(shù)C不變D不確定1某填料塔用水吸收混合氣中丙酮蒸汽?；旌蠚饬魉贋?

56、V=16kol/ (h m )，操作壓力3P=l0l.3kPa。已知容積傳質(zhì)系數(shù) kya 64.6kmol/(h m )，kLa 16.6kmol /(h m3)，相平衡關(guān)系為Pa 4.62Ca （式中氣相分壓Pa的單位是kPa,3平衡濃度單位是 kmol /m ） o求:（ 1）容積總傳質(zhì)系數(shù) Kya及傳質(zhì)單元高度 H OG ；（2）液相阻力占總傳質(zhì)阻力的百分數(shù)。解:（1）由亨利定律P ExHc HCmy mxHCm/P4.62Cm101.30.0456cMkxadacM16.6cm kmol / h m30.0456Cm2.75 10 3h m3/kmol16.6Cm1Kya1m 133=

57、2.75 10 30.0182h m3/kmolky a kxa 64.6Kya54.9kmol/ hH OGV 16Kya54.90.291(m)（1）液相阻力占總阻力的百分數(shù)為:0.151 15.1%m/kxa 2.75 10 31/Kya0.01822低含量氣體逆流吸收，試證:N OG厶lnmV1 一Ly1y2式中y1y1y1e為塔底的吸收推動力;y2 y y2e為塔頂?shù)奈胀苿恿ΑＷC明：由物料衡算得:x X2 t(y y2)低濃度吸收YemxYemx2mVT(y2)Nogy1 dyy2 y ye1y2mV ,y mx2 (yY1 dy y2)Y1y2(1mV、T)y(1dymV(2mV

58、mx2)In,mV1 LY2mVy2 mx2Lmx2L(X1 X2)V(Y1Y2)mVy1mVmx2mx1NoglnJ_JmxLmVy2 mx2Y1亠ln1 mVy2L3某填料吸收塔用含溶質(zhì)X20.0002的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分，采用液氣比L/V=3，氣體入口質(zhì)量分數(shù)y10.01回收率可達0.90。已知物系的平衡關(guān)系為y=2x。今因解吸不良使吸收劑入口摩爾分數(shù)升至x20.00035，試求:(3)可溶組分的回收率下降至多少?（4）液相出塔摩爾分數(shù) x1升高至多少?解： （1）y2y1 (1)0.01 (10.9)0.001-m 2 0.667L/V 3OG1. 1、y1 mx1ln(1

59、 -)1 丄-AA y2 mx2-ln(1 0.667) O.。1 O.。002 20.6675.381 0.6670.001 0.0002 2當X2上升時，由于 H不變，Hog不變Nog H / Hog也不變，即15.38Eln(10.667)0.010.00035 20.667y 0.00035 2y 0.0013y1 y2y10.010.00130.010.87（5 ）物料衡算V(yi y2)L(XiX2)XiVL(y11 (0.01 0.0013y2) X20.00035 0.0032580%寸，該塔能10%該塔能否使用？（注：在此解：（1）丫10.051惰性氣體流量V0.052002

60、2.40.05263壽(1 0.05)X10.05263m1.40.03760.00041 0.00047.69kmol/hX10.80X10.03014有一填料吸收塔，在 28C及101.3kPa,用清水吸收200m3/h氨-空氣混合氣中的氨，使其 含量由5%筆低到0.04% （均為摩爾。填料塔直徑為0.8m，填料層體積為3 m3,平衡關(guān)系 為Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。問（1）出塔氨水濃度為出口最大濃度的 否使用？（ 2）若在上述操作條件下，將吸收劑用量增大 條件下不會發(fā)生液泛）Yi丫2YmX1Yi丫2X2mX10.0004丫1丫2丫2V(Y1 丫2)KYaYm該塔現(xiàn)有