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3m、管徑由25X2.5mm,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250kg/h,其冷凝潛熱為356kJ/kg,液體CS的比熱為1.05kJ/（kgC）；水走管內(nèi)與CS成總體逆流流動，冷卻水進出口溫度分別為5c和30Co已知CS冷凝和冷卻時傳熱系數(shù)（以外表面積為基準）分別為K產(chǎn)232.6和氏=116.8W/（mC）,問此換熱器是否適用？1.解：CS冷凝的熱負荷：Q冷凝=250X356=89000kJ/h=24.72KWCS冷卻的熱負荷：Q冷凝=250X1.05X(4610

2、)=9450kJ/h=2.6KW總熱負荷Q為：Q=24.7+2.63=27.3KW冷卻水用量qm2為：qm2=27.3=0.261kg/s=940kg/h4.187X(30-5)設冷卻水進入冷卻段的溫度為tk,則有：0.261X4.187X(tk-5)=2.6KW解之彳導:tk=7.38C,則：(5分)冷凝段對數(shù)平均溫差：Atm=(4630)(467.38)=25.67C1n463046-7.38所需傳熱面積：A冷凝=24.7/232.6X103X25.67=4.14m：(5分)冷卻段對數(shù)平均溫差：Atm=(46-7.38)(105)=16.45Cln467.38(5分)10-5所需傳熱面積：

3、A冷卻=2.6/116.8X103X16.45=1.35m：冷凝、冷卻共需傳熱面積：2A=4.14+1.35=5.49m2,換熱器實際傳熱面積為：A=30X3.14X0.025X3=7.065>2A，所以適宜使用。（5分）2.（20分）某列管換熱器由多根25X2.5mm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0.5m/s,加熱劑為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1.76kJ/kgK,密度p為858kg/m3,粘度代為0.52X10-3Pas,導熱系數(shù)人為0.148W/m-K,熱損失、管壁熱阻及污垢熱阻均

4、忽略不計，蒸汽冷凝時的對流傳熱系數(shù)a為10X104W/mK。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）；（7分）（3）換熱器所需管子根數(shù)n及單根管子長度L。（9分）5 .穿過三層平壁的穩(wěn)定導熱過程，如圖所示，試比較第一層熱阻R與第二、三層熱阻R2、R的大?。海˙）0+120ctC<ARi>（R2+R）BR1=R2+R3T80cCRi<（R2+R3）D無法比較皮、45c6 .在直徑為d的圓管外包覆厚度為6的保溫層（導熱系數(shù)為入），保溫層外壁的對流傳熱系數(shù)為a。若d<X/a,則對單位管長而言（C）。A當6=入/a-d/2時，熱損失最小

5、；B當入/a=d+26時，熱損失最大；C當6=入/a-d/2時，熱損失最大；D包上保溫層后熱損失總比原來不包時小。7 .在長為Lm,高為Hm的降塵室中，顆粒的沉降速度為Ut,氣體通過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）0Lm/Ut Hm/ULm/U Hm/UtALm/UHm/UtLm/UtHm/U2.解：1) qmi熱負荷Q=15=9.24qm2Cp2(t2 tJX 103X 1.76 X (55-20)義 105 KJ/hml2) K苯側(cè)的Pr5Q 9.24 102178duRe 一CpU"gh(4分)0.02 0.5 8.58一 一 一 30.52 101

6、6500 10000331.76 100.52 100.1486.18流體被加熱，n0.4=834.3w/m基于外表面積:11 d12 d 2166312510000 834 20w/m2 c(7分)3)由傳熱基本方程：Q KA 口、QK tmtm(130 20) (130 55)91.41305559.241051000,4.2466391.43600qvn2d nu4qv4d I315 10858312 0.022 0.5 36004(根)4.24L1.82mAdoLn0.02531（9分）1. （20分）在常壓精儲塔內(nèi)分離某兩組分理想溶液。已知進料量為100kmol/h,進料組成為0.5

7、（摩爾分率，下同），儲出液組成為0.98,進料為泡點進料；塔頂采用全凝器，泡點回流，操作回流比為最小回流比的1.8倍。在本題范圍內(nèi)，汽液平衡方程為：產(chǎn)0.5取+CM3,汽相默弗里板效率為0.5。若要求輕組分收率為98%,試計算：（1）釜殘液組成；（5分）（2）精微段操作線方程；（5分）（3）從塔頂向下第一層實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：第_Fkp-PxD=100x0.5-50xQ,gS聯(lián)立得”公Q知-如,（5分）（2）先計算凡由,由泡點進料；.由氣液平衡方程精微段操作線方程為R42.1230.9SV-¥-+-K升RTR+12.123工逐*1（5分）（3）由汽相