化工原理期末考試試題及答案

1．〔20分〕有立式列管式換熱器，其規(guī)格如下：管數(shù)30根、管長(zhǎng)3m、管徑由25×2.5mm，為單管程。今擬采用此換熱器冷凝冷卻CS2飽和蒸汽，從飽和溫度46℃冷卻到10℃，CS2走管外，其流量為250kg／h，其冷凝潛熱為356kJ/kg，液體CS2的比熱為1.05kJ／(kg·℃)；水走管內(nèi)與CS2成總體逆流流動(dòng)，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為5℃和30℃。CS2冷凝和冷卻時(shí)傳熱系數(shù)(以外外表積為基準(zhǔn))分別為K12=l16.8W/(m2·℃)，問(wèn)此換熱器是否適用1.解：CS2冷凝的熱負(fù)荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72KWCS2冷卻的熱負(fù)荷：Q冷凝＝250××〔46－10〕＝9450kJ/h＝2.6KW總熱負(fù)荷Q為：Q＝24.7＋2.63＝27.3KW冷卻水用量qm2為：qm2＝27.3＝0.261kg/s＝940kg/h×(30-5)設(shè)冷卻水進(jìn)入冷卻段的溫度為tk××〔tk解之得：tk℃，則：〔5分〕46－30冷凝段對(duì)數(shù)平均溫差：Δtm℃46－30ln×10－3×2，〔5分〕10－5冷卻段對(duì)數(shù)平均溫差：Δ℃10－5ln〔5分〕×10－3×2，冷凝、冷卻共需傳熱面積：ΣAi2，換熱器實(shí)際傳熱面積為：A0＝30×××3＝7.065>ΣAi，所以適宜使用。〔5分〕２．〔20分〕某列管換熱器由多根Φ25×mm的鋼管組成，將流量為15×103kg/h由20℃加熱到55℃m/s，加熱劑為130℃的飽和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潛熱為2178kJ/kg，苯的比熱容cpkJ/kg·K,密度ρ為858kg/m3，粘度μ×10-3Pa·s，導(dǎo)熱系數(shù)λW/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)α為10×104W/m2·K。試求：〔1〕水蒸汽用量〔kg/h〕；〔4分〕〔2〕總傳熱系數(shù)K〔以管外外表積為準(zhǔn)〕；〔7分〕〔3〕換熱器所需管子根數(shù)n及單根管子長(zhǎng)度L?！?分〕5．穿過(guò)三層平壁的穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程，如下圖，試比擬第一層熱阻R1與第二、三層熱阻R2、R3的大?。骸睟〕。AR1>(R2+R3)BR1=R2+R3CR1<(R2+R3)D無(wú)法比擬6．在直徑為d的圓管外包覆厚度為δ的保溫層(導(dǎo)熱系數(shù)為λ)，保溫層外壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為α。假設(shè)d<λ/α，則對(duì)單位管長(zhǎng)而言〔C〕。A當(dāng)δ=λ/α-d/2時(shí)，熱損失最??；B當(dāng)λ/α=d+2δ時(shí)，熱損失最大；C當(dāng)δ=λ/α-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，高為的降塵室中，顆粒的沉降速度為，氣體通過(guò)降塵室的水平流速為，則顆粒能在降塵室別離的條件是〔3.D〕。ABCD2.解：1〕qm1熱負(fù)荷=15×103××〔55-20〕×105KJ/h〔4分〕2)K苯側(cè)的：流體被加熱，=834.3w/m2℃基于外外表積：w/m2℃〔7分〕3〕L及n由傳熱根本方程：、℃m2(根)〔9分〕1．〔20分〕在常壓精餾塔內(nèi)別離某兩組分理想溶液。進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料組成為0.5〔摩爾分率，下同〕，餾出液組成為0.98，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1.8倍。在此題范圍內(nèi)，汽液平衡方程為：，汽相默弗里板效率為0.5。假設(shè)要求輕組分收率為98％，試計(jì)算：〔1〕釜?dú)堃航M成；〔5分〕〔2〕精餾段操作線方程；〔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kmol/h由全塔物料衡算方程：聯(lián)立得〔5分〕〔2〕先計(jì)算，由泡點(diǎn)進(jìn)料由氣液平衡方程精餾段操作線方程為〔