化工原理期末考试试题及答案

化工原理期末考试试题及答案1.（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长3m、管径由25X2.5mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2饱和蒸汽，从饱和温度46C冷却到10C,CS2走管外，其流量为250kg/h,其冷凝潜热为356kJ/kg，液体CS2的比热为1.05kJ/（kg「C）；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5C和30C。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表面积为基准）分别为Ki=232.6和K2=116.8W/（m2C），问此换热器是否适用？1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝=250X356=89000kJ/h=24.72KWCS冷却的热负荷：Q冷凝=250X1.05X（46-10）=9450kJ/h=2.6KW总热负荷Q为：Q=24.7+2.63=27.3KW冷却水用量qm2为：qm2=27.3=0.261kg/s=940kg/h4.187X（30-5）设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：0.261X4.187X（tk—5）=2.6KW解之得：tk=7.38C，贝U：（5分）冷凝段对数平均温差：△tm=（46—30）—（46—7.38）=25.67Cln46—3046—7.38所需传热面积：A冷凝=24.7/232.6X10—3X25.67=4.14m2,（5分）冷却段对数平均温差：△tm=（46—7.38）—（10—5）=16.45Cln46—7.38（5分）10—52所需传热面积：A冷却=2.6/116.8X10—3X16.45=1.35m，冷凝、冷却共需传热面积：工Ai=4.14+1.35=5.49m2，换热器实际传热面积为：A0=30X3.14X0.025X3=7.0652Ai，所以适宜使用。（5分）2.（20分）某列管换热器由多根①25X2.5mm的钢管组成，将流量为15X103kg/h由20C加热到55C,苯在管中的流速为0.5m/s，加热剂为130C的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热容cp为1.76kJ/kg•K,密度p为858kg/m3,粘度卩为0.52X10-3Pa-s，导热系数入为0.148W/m・K,热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数a为10X104w/m・K。试求：（1）水蒸汽用量（kg/h）;（4分）（2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7分）（3）换热器所需管子根数n及单根管子长度Lo（9分）5.穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层热阻R1与第三层热阻R2、R的大小：(B)oAR1(R2+R)BR1=R2+R3CR1D无法比较40C6.在直径为d的圆管外包覆厚度为S的保温层(导热系数为入)，保温层外壁的对流传热系数为a。若d＜入/a，则对单位管长而言(C)。A当S=X/a-d/2时，热损失最小；B当入/a=d+2S时，热损失最大；C当3=入/a-d/2时，热损失最大；D包上保温层后热损失总比原来不包时小。3.在长为Lm，高为Hm的降尘室中，颗粒的沉降速度为2)KUt，气体通过降尘室的水平流速为U，则颗粒能在降尘室分离的条件是3.D)。ALm/UHm/UtLm/UtHm/UCLm/Ut—Hm/uLm/U—Hm/Ut2.解：1)qmi热负荷qm1=qm/Cp2(t25)=15X103x1.76X(55-20)5=9.24X10KJ/h59.24102178=424.2kgh(4分)Redu£苯侧的〉：002疋05城85805警=16500100000.5210CpUPr3_31.76100.5210__6.18流体被加热，n=°.40.1480.80.4=0.023—RePrd=834.3w/m0.1480.80.4=0.023165006.180.022°C基于外表面积:11.丄d：0：2d216631125-----+----x——w/m2C(7分)3)L及n由传热基本方程：(130_20)_(130_55),130-20In130-559.2^10^1000A4.24663汉91.4汉3600-91.41.(20分)在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料量为100kmol/h,进料组成为0.5(摩尔分率，下同)，馏出液组成为0.98，进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.8倍。在本题范围内，汽液平衡方程为：.「一’■''，汽相默弗里板效率为0.5o若要求轻组分收率为98%，试计算：(1)釜残液组成；(5分)(2)精馏段操作线方程；(5分)(3)从塔顶向下第一层实际板下降的液相组成。(10分)联立得'(2)先计算‘―一，由□=■儿泡点进料1:由气液平衡方程=0.58x^143=0.58x0.5+0.43=0.720.72-.05只瞌=11x1.182=2.128精馏段操作线方程为Rxn_21280.98V----X+--------------x+-------(5分)严［L陆+0.313(3)由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为qvqvd2nu4n=兀，2du431510858=31A-二doLn兀2—0.0220.5360044.24L=二0.02531二1.82m（9分）1.解：（1）由题给条件Ay力=—^-X100%=SS%-^^-400%=98%100xoJ解得kmol/h由全塔物料衡算方程：F二DW-DxD*JKt甫_FXF-DXDJDOXOJ-JOXO.98_NN^XBF---------------------------------------------二（5汨化(1)塔顶为全凝器I:由气液平衡方程，得II〔一'•--二（2）由精馏段操作线方程，得1：■---'i1…I（3）将（2）、（3）式代入（1）式，得O.QS-jp.aSxpQ.313）_o（1）38^+043）-（0.68^+0313）'U解得…（10分）