化工原理試題及答案-2023修改整理

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12月25日

一、填空題（共15空，每空2分，共30分）

1.一容器真空表讀數(shù)為10kpa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為100kpa，則此容器的肯定壓強(qiáng)和表壓強(qiáng)（以kpa計）分離為：（90kpa）和（-10kpa）。

2.熱傳導(dǎo)只發(fā)生在固體和（靜止）的或（滯）流淌的流體中。

3.物體的汲取率越（大），其輻射能力越（大）。（填大或?。?/p>

4.蒸發(fā)中以（二次蒸汽）是否再利用而分為單效或多效蒸發(fā)。

5.蒸發(fā)中的溫度差損失主要由溶液中的（不揮發(fā)溶質(zhì)）、液柱的（靜壓頭）和管路（阻力）所引起的沸點上升三部分組成。

6.一容器壓力表讀數(shù)為10kpa，當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)為100kpa，則此容器的肯定壓強(qiáng)（以kpa計）為：（90kpa）。

7.對于同種流體，自然對流時的對流傳熱系數(shù)比時的（?。＃ㄌ畲蠡蛐。?/p>

8.物體的汲取率越大，其輻射能力越（大），所以黑體的輻射能力比灰體的（大）。（填大或?。?/p>

9.蒸發(fā)操作所用的設(shè)備稱為（蒸發(fā)器）。

10.按二次蒸汽是否被利用，蒸發(fā)分為（單效蒸發(fā)）和（多效蒸發(fā)）。

二、挑選題（共5題，每題2分，共10分）

1.對汲取操作有利的條件是：（D）

A.操作溫度高、壓強(qiáng)高；

B.操作溫度高、壓強(qiáng)低；

C.操作溫度低、壓強(qiáng)低；

D.操作溫度低、壓強(qiáng)高

2.精餾塔內(nèi)上層塔板液相輕組分濃度較下層塔板（A），液相溫度較下層塔板（）

A.高，低；

B.低，高；

C.高，高；

D.低，低

3.（D）是塔內(nèi)氣液兩相總體上呈逆流流淌，而在每塊塔板上呈勻稱的錯流流淌。

A.板式塔的傳質(zhì)意圖；

B.板式塔的設(shè)計過程；

C.板式塔的恒摩爾流要求；

D.板式塔的設(shè)計意圖

4.恒定干燥條件是指濕空氣在干燥器內(nèi)的（C）及與物料的接觸方式都不變。

A.溫度、焓值、濕度；

B.流速、壓強(qiáng)、濕度；

C.流速、溫度、濕度；

D.溫度、濕度、壓強(qiáng)

5.對于濕物料的濕含量，下面哪種說法是正確的？（B）

A.平衡水一定是自由水；

B.平衡水一定是結(jié)合水；

C.自由水一定是結(jié)合水；

D.自由水一定是非結(jié)合水

6.當(dāng)二組分液體混合物的相對揮發(fā)度為（C）時，不能用一般精餾辦法分別。當(dāng)相對揮發(fā)度為（A）時，可以采納精餾辦法

A.3.0；

B.2.0；

C.1.0；

D.4.0

7.下述說法中錯誤的是（B）。

A.板式塔內(nèi)氣液逐級接觸，填料塔內(nèi)氣液延續(xù)接觸；B.精餾用板式塔，汲取用填料塔；C.精餾既可以用板式塔，又可以用填料塔；D.填料塔可以避開液泛

8.物料的平衡水分一定是（C）

A.非結(jié)合水分；

B.自由水分；

C.結(jié)合水分；

D.臨界水分

9.對于濕物料的濕含量，下面哪種說法是正確的？（B）

A.平衡水一定是自由水；

B.平衡水一定是結(jié)合水；

C.自由水一定是結(jié)合水；

D.自由水一定是非結(jié)合水。

三．計算題

1.在一列管換熱器中將15000kg/h油品從20攝氏度加熱到90攝氏度，油品走管內(nèi)管外，加熱介質(zhì)為130攝氏度的水蒸氣，換熱器有100根直徑1.5*15mm，長2m的鋼管構(gòu)成，管內(nèi)iα=36022/*wmc，管外0α=12000W/㎡油品的比熱容為1.9KJ/kg*℃，操作條件下的汽化潛熱為2205KJ/Kg，鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)45W/m*℃，若加熱所有冷凝后在飽和溫度下排出的，忽視熱損失和管壁的污垢熱阻。

（1）換熱器的熱負(fù)荷？

（2）加熱蒸汽的消耗量？

（3）總轉(zhuǎn)熱系數(shù)？

（4）該換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)？

解：

（1）換熱器的熱負(fù)荷？

21()cPCQWCtt=-=15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s

（2）加熱蒸汽的消耗量？

/1995000/2205904.8/0.251/hWQrKghKgs====

（3）總轉(zhuǎn)熱系數(shù)？

00002000

15*12()/(/)(1512)/(15/12)13.4411278.3/*150.0015*1511()()3600*1245*13.4412000imiiiimdmmdmm

dddInddInmm

kkwmCdbddkdαα===-=-===

==?++++

（4）該換熱器能否滿足生產(chǎn)任務(wù)？

2100*3.14*0.015*29.42Sndlmπ===假設(shè)逆流傳熱

2121

(13020)(13090)69.21302022090mtttCtInInt?-??===??--?'5278.3*9.42*69.21.814*10181.41995000/1995000*1000/3600554160/554160554.16mQkstwkw

Qkjhjswkw

=?========因此換熱器最大傳熱效率Q小于實際所需的傳熱效率Q，所以此換熱器不滿足生產(chǎn)任務(wù)

2．在一延續(xù)精餾中分別苯、甲苯的混合，進(jìn)料量為100kmol/h，原料液中苯0.4，塔頂餾出液中苯的回收率為83.3%，塔底餾出液中含苯0.1（以上均為摩爾分?jǐn)?shù)），原料液為飽和液體進(jìn)料，笨甲苯的相對揮發(fā)度為2.5，回流比為最小回流比的3倍，塔底為主凝器，。

（1）餾出液及釜?dú)堃沽?/p>

（2）塔釜產(chǎn)生的蒸汽量及塔頂回流的液體量。

（3）離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成

解：

（1）餾出液及釜?dú)堃沽?/p>

0.8380.838(0.162)0.162*100*0.464.8/0.1

10064.835.2/0.952

FDW

DF

DF

FwDFDWFxDxWxDxFxDxFxFxWkmolhxDFWkmolh

xη=+?=+=======-=-==

（2）塔釜產(chǎn)生的蒸汽量及塔頂回流的液體量。

min()/()DqqqRxyyx=--當(dāng)原料液位飽和液體進(jìn)料時q=1qFxx=

min[

(1)/(1)]/(1)DDFF

xRxxxαα==[0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)]/(2.5-1)=1.453min3RR=min/33*1.453*35.2153.4/lDRlRDRDkmolh=?====

''''153.410064.8188.6/VWLVLWLFWkmolh+=?=-=+-=+-=

（3）離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成

Dx=0.952/[1(1)]yxxαα=+-0.952Dyx==α=2.5

0.952=2.5/(11.5)xx+x=0.888

3.一延續(xù)干燥器中，每小時處理濕物料1000kg經(jīng)干燥后物料含水量有8%降至2%（均為濕基）濕度為0.009kg水/kg，絕干氣的新奇空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入干燥器后空氣濕度為0.022kg水/kg絕干氣。

（1）水分蒸發(fā)量

（2）新奇空氣的消耗量。

解：

（1）水分蒸發(fā)量

11*(1)GGW=-=1000*(1-0.08)=920kg/h

第一種解辦法：

2112(1)/(1)920/(10.2)938.8/GGWWkgh

=--=-=12WGG=-=1000-

938.8=61.2kg/h=0.017kg/s

其次種解辦法：

111/(1)XWW=-222/(1)XWW=-12()WGxx=-

代入數(shù)據(jù)解得W=61.2kg/h

（2）新奇空氣的消耗量。21/()61.2*(0.0220.009)4707.7/LWHHkgh=-=-=

新奇空氣消耗量：

'1(1)4707.7*(10.009)4750/LLHkgh=+=+=

4．每小時將15000kg含苯40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)下同）和甲苯60%的溶液，在延續(xù)精餾塔中舉行分別，要求釜?dú)堃怪泻讲桓哂?%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%.（p171-4）

（1）求出餾出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成以及摩爾流量及摩爾分?jǐn)?shù)表示。

解：苯的摩爾質(zhì)量為78，甲苯的摩爾質(zhì)量為92進(jìn)料組成40/780.4440/7860/92

Fx==+釜?dú)堃航M成2/780.02352/7898/92Wx=

=+原料液的平均摩爾質(zhì)量0.44*780.56*9285.8FM=+=

依題意知/0.971DFxxDF=

所以0.971*175*0.44DxD=

全塔物料衡算175DWF+==DWFxxxDWF+=或0.0235175*0.44DxDW+=

聯(lián)立式a、式b、式c，解得

80.0/Dkmolh=，95.0/Wkmolh=，0.935Dx=

5．在一單殼程、四管程管殼式換熱器中，用水冷卻熱油，冷水在管內(nèi)流淌，進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為32℃，。熱油在殼方流淌，進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為40℃，熱油流量為1.25kg/s，平均比熱容為1.9KJ/（kg*℃）。若傳熱的總傳熱系數(shù)為470W/（㎡*℃），試求換熱器的傳熱面積。(p2364-8)解：換熱器傳熱面積可按照總傳熱速率方程求得，即m

QSKt=?，換熱器的傳熱量為12()hphQWcTT=-=1.25*1.9*103(120-40)=190kW

1-4型管殼式換熱器的對數(shù)平均溫度差先按逆流計算，即

2121

(12032)(4015)'5012032lnln4015mtttCtt?-??===??--?溫度差校正系數(shù)為：1221120404.173215TTRtt--=

==--211132150.16212022ttPTt--===--由圖4-17（a）中查得：'0.89tmt???=，所以

'0.89*5044.5mtmttC???=?==?故3

2190*109.1470*44.5

mQSmKt===?6.在單效蒸發(fā)器中將每小時5400kg、20%NaOH水溶液濃縮至50%。原料液溫度為60℃，平均比熱容為3.4KJ/（kg*℃），加熱蒸汽與二次蒸汽的肯定壓強(qiáng)分離為400KPa及50KPa，操作條件下溶液的沸點為126℃，總傳熱系數(shù)為Kα=1560W/（KJ/（㎡*℃）。加熱蒸汽的冷凝飽和水在飽和溫度下排解。熱損失忽視不計。試求

（1）考慮濃縮熱時①加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽消耗量②傳熱面積

（2）忽視濃縮熱時①加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽消耗量②若原料液的溫度改為30℃及126℃，分離求一項。(p3105-3)

解：從附錄分離查出加熱蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有關(guān)參數(shù)如下

400kPa:蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg,汽化熱r=2138.5kJ/kg

冷凝水的焓603.61wh=kJ/kg,溫度T=143.4C?

50kPa:蒸汽的焓H'=2644.3kJ/kg,汽化熱r'=2304.5,溫度T'=81.2C?

（1）考慮濃縮熱時

①加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽消耗量蒸發(fā)量010.2(1)5400(1)32400.5

xWFx=-=-=kJ/kg由圖5-14查出60C?時20%NaOH水溶液的焓、126C?時50%NaOH水溶液的焓分離為

0210h=kJ/kg，1h=620kJ/kg

用式5-11a求加熱蒸汽消耗量，即

10'()3240*2644.3(54003240)*6205400*2102318.5WHFWhFhDr+--+--=

==4102kJ/kg41021.2663240

DeW===②傳熱面積00mQSKt=

?34102*2138.58772*10QDr===kJ/kg=2437kW