化工原理试题及答案

化工原理试题及答案(绝密请勿到处宣扬)12月25日一、填空题（共15空，每空2分，共30分）1.一容器真空表读数为10kpa，当地大气压强为100kpa，则此容器的绝对压强和表压强（以kpa计）分别为：（90kpa）和（-10kpa）。2.热传导只发生在固体和（静止）的或（滞）流动的流体中。3.物体的吸收率越（大），其辐射能力越（大）。（填大或小）4.蒸发中以（二次蒸汽）是否再利用而分为单效或多效蒸发。5.蒸发中的温度差损失主要由溶液中的（不挥发溶质）、液柱的（静压头）和管路（阻力）所引起的沸点升高三部分组成。6.一容器压力表读数为10kpa，当地大气压强为100kpa，则此容器的绝对压强（以kpa计）为：（90kpa）。7.对于同种流体，自然对流时的对流传热系数比时的（小）。（填大或小）8.物体的吸收率越大，其辐射能力越（大），所以黑体的辐射能力比灰体的（大）。（填大或小）9.蒸发操作所用的设备称为（蒸发器）。10.按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为（单效蒸发）和（多效蒸发）。二、选择题（共5题，每题2分，共10分）1.对吸收操作有利的条件是：（D）A.操作温度高、压强高；B.操作温度高、压强低；C.操作温度低、压强低；D.操作温度低、压强高2.精馏塔内上层塔板液相轻组分浓度较下层塔板（A），液相温度较下层塔板（）A.高，低；B.低，高；C.高，高；D.低，低3.（D）是塔内气液两相总体上呈逆流流动，而在每块塔板上呈均匀的错流流动。A.板式塔的传质意图；B.板式塔的设计过程；C.板式塔的恒摩尔流要求；D.板式塔的设计意图4.恒定干燥条件是指湿空气在干燥器内的（C）及与物料的接触方式都不变。A.温度、焓值、湿度；B.流速、压强、湿度；C.流速、温度、湿度；D.温度、湿度、压强5.对于湿物料的湿含量，下面哪种说法是正确的？（B）A.平衡水一定是自由水；B.平衡水一定是结合水；C.自由水一定是结合水；D.自由水一定是非结合水6.当二组分液体混合物的相对挥发度为（C）时，不能用普通精馏方法分离。当相对挥发度为（A）时，可以采用精馏方法A.3.0；B.2.0；C.1.0；D.4.07.下述说法中错误的是（B）。A.板式塔内气液逐级接触，填料塔内气液连续接触；B.精馏用板式塔，吸收用填料塔；C.精馏既可以用板式塔，又可以用填料塔；D.填料塔可以避免液泛8.物料的平衡水分一定是（C）A.非结合水分；B.自由水分；C.结合水分；D.临界水分9.对于湿物料的湿含量，下面哪种说法是正确的？（B）A.平衡水一定是自由水；B.平衡水一定是结合水；C.自由水一定是结合水；D.自由水一定是非结合水。三．计算题1.在一列管换热器中将15000kg/h油品从20摄氏度加热到90摄氏度，油品走管内管外，加热介质为130摄氏度的水蒸气，换热器有100根直径1.5*15mm，长2m的钢管构成，管内i=36022/*wmc，管外0=12000W/㎡油品的比热容为1.9KJ/kg*℃，操作条件下的汽化潜热为2205KJ/Kg，钢管的导热系数45W/m*℃，若加热全部冷凝后在饱和温度下排出的，忽略热损失和管壁的污垢热阻。（1）换热器的热负荷？（2）加热蒸汽的消耗量？（3）总转热系数？（4）该换热器能否满足生产任务？解：（1）换热器的热负荷？21()cPCQWCtt=15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s（2）加热蒸汽的消耗量？/1995000/2205904.8/0.251/hWQrKghKgs（3）总转热系数？0000200015*12()/(/)(1512)/(15/12)13.4411278.3/*150.0015*1511()()3600*1245*13.4412000imiiiimdmmdmmdddInddInmmkkwmCdbddkd（4）该换热器能否满足生产任务？2100*3.14*0.015*29.42Sndlm假设逆流传热2121(13020)(13090)69.21302013090mtttCtInInt'5278.3*9.42*69.21.814*10181.41995000/1995000*1000/3600554160/554160554.16mQkstwkwQkjhjswkw因此换热器最大传热效率Q小于实际所需的传热效率Q，所以此换热器不满足生产任务2．在一连续精馏中分离苯、甲苯的混合，进料量为100kmol/h，原料液中苯0.4，塔顶馏出液中苯的回收率为83.3%，塔底馏出液中含苯0.1（以上均为摩尔分数），原料液为饱和液体进料，笨甲苯的相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的3倍，塔底为主凝器，。（1）馏出液及釜残夜量（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。（3）离开塔顶第一层理论板的液相组成解：（1）馏出液及釜残夜量0.8380.838(0.162)0.162*100*0.464.8/0.110064.835.2/0.952FDWDFDFFwDFDWFxDxWxDxFxDxFxFxWkmolhxDFWkmolhx（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。min()/()DqqqRxyyx当原料液位饱和液体进料时q=1qFxxmin[(1)/(1)]/(1)DDFFxRxxx=[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）离开塔顶第一层理论板的液相组成Dx=0.952/[1(1)]yxx0.952Dyx=2.50.952=2.5/(11.5)xxx=0.8883.一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg经干燥后物料含水量有8%降至2%（均为湿基）湿度为0.009kg水/kg，绝干气的新鲜空气经预热器预热后进入干燥器后空气湿度为0.022kg水/kg绝干气。（1）水分蒸发量（2）新鲜空气的消耗量。解：（1）水分蒸发量11*(1)GGW=1000*(1-0.08)=920kg/h第一种解方法：2112 (1)/(1)920/(10.2)938.8/GGWWkgh12WGG=1000-938.8=61.2kg/h=0.017kg/s第二种解方法：111/(1)XWW222/(1)XWW12()WGxx代入数据解得W=61.2kg/h（2）新鲜空气的消耗量。21/()61.2*(0.0220.009)4707.7/LWHHkgh新鲜空气消耗量：'1(1)4707.7*(10.009)4750/LLHkgh4．每小时将15000kg含苯40%（质量分数下同）和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残夜中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%.（p171-4）（1）求出馏出液和釜残液的流量及组成以及摩尔流量及摩尔分数表示。解：苯的摩尔质量为78，甲苯的摩尔质量为92进料组成40/780.4440/7860/92Fx釜残液组成2/780.02352/7898/92Wx原料液的平均摩尔质量0.44*780.56*9285.8FM依题意知/0.971DFxxDF所以0.971*175*0.44DxD全塔物料衡算175DWFDWFxxxDWF或0.0235175*0.44DxDW联立式a、式b、式c，解得80.0/Dkmolh，95.0/Wkmolh，0.935Dx5．在一单壳程、四管程管壳式换热器中，用水冷却热油，冷水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃，。热油在壳方流动，进口温度为20℃，出口温度为40℃，热油流量为1.25kg/s，平均比热容为1.9KJ/（kg*℃）。若传热的总传热系数为470W/（㎡*℃），试求换热器的传热面积。(p2364-8)解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即mQSKt，换热器的传热量为12()hphQWcTT=1.25*1.9*103(120-40)=190kW1-4型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即2121(12032)(4015)'5012032lnln4015mtttCtt温度差校正系数为：1221120404.173215TTRtt211132150.16212015ttPTt由图4-17（a）中查得：'0.89tmt，所以'0.89*5044.5mtmttC故32190*109.1470*44.5mQSmKt6.在单效蒸发器中将每小时5400kg、20%NaOH水溶液浓缩至50%。原料液温度为60℃，平均比热容为3.4KJ/（kg*℃），加热蒸汽与二次蒸汽的绝对压强分别为400KPa及50KPa，操作条件下溶液的沸点为126℃，总传热系数为Kα=1560W/（KJ/（㎡*℃）。加热蒸汽的冷凝饱和水在饱和温度下排除。热损失忽略不计。试求（1）考虑浓缩热时①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量②传热面积（2）忽略浓缩热时①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量②若原料液的温度改为30℃及126℃，分别求一项。(p3105-3)解：从附录分别查出加热蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有关参数如下400kPa:蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg,汽化热r=2138.5kJ/kg冷凝水的焓603.61whkJ/kg,温度T=143.4C50kPa:蒸汽的焓H'=2644.3kJ/kg,汽化热r'=2304.5,温度T'=81.2C（1）考虑浓缩热时①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量蒸发量010.2(1)5400(1)32400.5xWFxkJ/kg由图5-14查出60C时20%NaOH水溶液的焓、126C时50%NaOH水溶液的焓分别为0210hkJ/kg，1h=620kJ/kg用式5-11a求加热蒸汽消耗量，即10'()3240*2644.3(54003240)*6205400*2102318.5WHFWhFhDr=4102kJ/kg41021.2663240DeW②传热面积00mQSKt34102*2138.58772*10QDrkJ/kg=2437kW2201560/(*)1.56/(*)KWmCkWmC143.412617.4mtC所以20243789.781.56*17.4Sm取20%的安全系数。则201.2*89.78107.7Sm（2）忽略浓缩热时①忽略浓缩热时按式5-21计算加热蒸汽消耗量。因忽略热损失，故式5-21改为010'()3240*2304.55400*3.4(12660)4058'2138.5pWrFcttDrkJ/kg40581.2523240e由此看出不考虑浓缩热时约少消耗1%的加热蒸汽。计算时如果缺乏溶液的焓浓数据，可先按不考虑浓缩热的式5-21计算，最后用适当的安全系数加以校正。②改变原料液温度时的情况原料液为30C时：3240*2304.55400*3.4(12630)43162138.5DkJ/kg43161.3323240e原料液为126C时：3240*2304.55400*3.4(126126)34922138.5DkJ/kg34921.0783240e