化学工程基础试题A及答案.pdf

学础试题学础试题化工程基 化工程基 专业班级 装控专业 姓 名 学 号 开课系室 化学化工学院化学工程系 考试日期 题 号 一 二 三 总分 得 分 阅卷人 A 卷 1 一、填空与选择（每空一分，共一、填空与选择（每空一分，共 30 分） 分） 1. 如图所示为间壁式换热器中冷、 热流体稳态传热过程的温 度分布情况。 该传热过程是由 、 、 串 联的热传递环节组成。由图分析可知1 2,控制热阻 在 侧，如要强化传热过程应从 侧入手。 2.一般来讲， 的导热系数最大， 的导热系数次之， 的导热系数最小。 A.固体 B.液体 C.气体 3.在导热传热过程中，热阻与 、 、 有关。 4.一卧式虹吸式再沸器，用水蒸汽加热气化某种液体，则水蒸汽应走 ，被 加热液体应走 。 A.管程 B.壳程 5.在辐射换热计算中，常把吸收率等于 1 的物体称为 体，把反射率等于 1 的物 体称为 体，把透过率等于 1 的物体称为 体。 6.如图，1 表面为半球面，2 表面为平面，两者构成一封闭体系，则角 系数 12 = ， 11 = 。 （注：A1=2A2） 7.蒸馏过程分离混合物的依据是 ， 吸收过程分离混合物的依据是 。 8已分析测得离开某精馏塔精馏段第 6、7（由塔顶数起）两块塔板的气液两相组成为： 0.62，0.70，0.75，0.82，试确定以下组成：x6= y6= x7= y7= 。 9.以清水吸收氨气的过程属于 控制，其传质阻力主要集中在 侧， 总传质系数与分传质系数之间的关系为 KG kG。 A.气膜 B.液膜 C.双膜 D. E. F. 10对一定操作条件下的填料吸收塔，如填料层增高一些，则塔的 HOG将 ， NOG将 。 2 二、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 二、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1. 试列举常见列管换热器的名称及其应用特点。 2. 分析过剩空气系数对加热炉效率的影响。 3.双膜理论的基本论点。 4.恒摩尔流假定的内容及成立的条件。 三、计算题（50 分） 三、计算题（50 分） 1.（16 分）有一套管换热器内管为542mm、套管为1164mm 的钢管，苯在内管中被 加热，进出口温度分别为 40、80，流量为 4000kg/h，苯在定性温度下的物性： =880kg/m 3 ，Cp=1.86kJ/(kg)，=0.39 mPas，=0.134W/(mK)。环隙为 133.3的 饱和水蒸气冷凝，其汽化潜热为 2168.1kJ/kg，冷凝给热膜系数 11630W/（m 2） 。管壁 及管外污垢热阻忽略不计， 管内污垢热阻 Rsi=0.0002m 2/W (管内给热系数的计算公式： 4 . 0 8 . 0 023. 0 p i C du d )。 试计算：(1) 加热蒸汽耗量(kg/h)； (2) 管内给热系数 i， W/（m 2） ； (3) 所需传热面积(以内管外表面积为基准)m 2； 2. （18 分）用连续精馏塔分离 A、B 两种物质的混合物(理想物系)，泡点进料，进料 量F=500kmol/h， 进料中含A组分50%(摩尔分数， 下同)， 要求塔顶产品中含A组分 90%， 塔底产品中含 A 组分 5%，操作回流比是最小回流比的 1.5 倍，塔顶为全凝器，泡点回 流，物系的相对挥发度为 =2.0，恒摩尔流假定成立。 试求：(1) 塔顶、塔底产品摩尔流量 D、W； (2) 最小回流比 Rmin； (3) 离开第二块塔板的气相组成 y2。 3.（16 分）在直径为 0.8m 的填料塔中，用 1200kg.h -1的清水吸收空气和 SO 2混合气中 的 SO2，混合气量为 1000Nm 3.h-1，混合气含 SO 21.3（体积） ，要求回收率 99.5，操 作条件为 20、1atm， 平衡关系为 y *=0.75x，总体积传质系数 K ya0.055kmol.m -3.s-1， 求液体出口浓度和填料高度。 学础试题学础试题化工程基答案 化工程基答案 专业班级 装控专业 姓 名 学 号 开课系室 化学化工学院化学工程系 考试日期 题 号 一 二 三 总分 得 分 阅卷人 A 卷 1 一、填空与选择（每空一分，共 30 分） 一、填空与选择（每空一分，共 30 分） 1. 对流 、 导热 、 对流。1 2， 烟气 侧， 烟气 侧 2. 固定管板 式、 浮头 式和 U 型管式 ， 膨胀节 、 浮头 和 U 型管 3. B ， A 4. 黑 体， 白 体， 透明 体 5. 12 = 0.5 ， 11 = 0.5 6混合液体中各组份挥发度的不同， 混合气体中各组份在液体溶剂中溶解度的不同 7. x6= 0.7 y6= 0.82 x7= 0.62 y7= 0.75 8. A 控制， A 侧， KG F kG 9. HOG将 不变 ，NOG将 增大 二、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 二、简答题（每小题 5 分，共 20 分） 1. 答： （1） 固定管板式：管束固定在管板上，管板分别焊接在壳体的两端，结构简单、造价 便宜，但管外难以机械清洗。另外，当管壁和壳壁的温差较大时，由于两者的热 膨胀不同，会产生较大的热应力，会损坏换热器，应做温度补偿。(2 分) （2） U 型管式：管子制成 U 型，U 型管的进出口分别安装在同一管板的两侧。每根管 子皆可自由伸缩，而与外壳无关。管程也不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的 流体。(1.5 分) （3） 浮头式：两端的管板有一端可以沿轴向自由浮动，可完全消除热应力，且整个管 束可从壳体中抽出，便于清洗和检修，因此应用较多，但结构比较复杂，造价较 高。(1.5 分) 2. 答：对加热炉热效率的影响： 太小O2供应不足燃料燃烧不充分热效率 太大烟气量烟气带走的热量热损失 烟气中含氧量炉管表面氧化使用寿命 所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。 3.答：在汽液两流体相接触处有一稳定的相界面，在界面两侧各有一稳定的气膜和液 膜，膜内流体呈滞流状态，溶质以分子扩散的方式通过这两层膜； 膜层以外的两相流体主体混合均匀，两相主体内浓度梯度皆为零，全部浓度变化 2 都集中在这两层膜内； 无论气、液两相主体中溶质的浓度是否达到相平衡，在相界面处，溶质在气、液 两相中的浓度关系认为达到平衡，即界面无阻力。 4. 答：内容：恒摩尔气化：即精馏段：V1=V2=Vn=V； 提馏段：V1=V2=Vm=V； 恒摩尔溢流：即精馏段：L1=L2=Ln=L； 提馏段：L1=L2=Lm=L。 应用条件：各组分的摩尔汽化潜热相等； 气液两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； 塔设备保温良好，热损失可以忽略。 三、计算题（50 分） 三、计算题（50 分） 1.（16 分） 解： （1）传热量 Q=m2Cp2(t2-t1)=4000/36001.86(80-40) =82.67kW (2 分) 加热蒸汽耗量 m1=Q/r=82.67/2168.1=0.0381kg/s=137.26 kg/h (2 分) （2） 4 . 08 . 0 PrRe023. 0 d i 已知=0.134W/(mK)，管内径 d=0.05m， sm d W A V u/643. 0 05. 0785. 0 880/3600/4000 785. 0 / 22 (2 分) 6 .72543 1039. 0 880643. 005. 0 Re 3 du （1分） 413. 5 134. 0 1039. 01086. 1 Pr 33 p C (1 分) )/(937413. 56 .72543 05. 0 134. 0 023. 0PrRe023. 0 24 . 08 . 04 . 08 . 0 KmW d i (1 分) （3） m tKAQ （2 分） WKm d d R d d K i si ii /00145. 0 50 54 0002. 0 11630 1 50937 5411 20 0 0 0 K0=689.7W/(m2K) (2 分) 3 C tT tT tt tm 4 .71 803 .133 403 .133 ln 4080 ln 2 1 12 (2 分) 2 68. 1 4 .717 .689 82670 m tK Q A m (1 分) 2. （18分） 解： （1）已知F=500 kmol/h，xF=0.5, xD=0.9, xW=0.05 由物料衡算：F=D+W FxF=DxD+WxW (2 分) 即：500=D+W 5000.5=D0.9+W0.05 解得：W=235.3kmol/h D=264.7 kmol/h (2 分) (2)泡点进料：q=1, xe=xF=0.5 667. 0 5 . 011 5 . 02 ) 1(1 e e e x x y (3 分) 395. 1 5 . 0667. 0 667. 09 . 0 min ee eD xy yx R (3 分) (3) R=1.5Rmin=1.51.395=2.093 (1 分) 精馏段操作线方程为： 291. 0677. 0 093. 3 9 . 0 093. 3 093. 2 1 1 1 1 nnDnn xxx R x R R y (2 分) 已知第一块板上升气相组成为：y1=xD=0.9 （1分） 则第一块板下降液相组成为：818. 0 9 . 02 9 . 0 ) 1( 1 1 1 y y x (2 分) 所以第二块板上升气相组成为： 845. 0291. 0818. 0677. 0291. 0677. 0 12 xy (2 分) 3. 解：已知：D=0.8m , LS =1200kg.h -1, G=1000Nm3.h-1 y1=0.013 =0.995 x2=0 y*=0.75x K ya = 0.055kmol.m -3.s-1 Ls =1200/(360018)=0.0185 kmol/s （1分） 4 G =1000/(22.43600)=0.0124kmol/s （1分） 为低浓度吸收 (L/G)=0.0185/0.0124=1.49 x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 （2分） y2=y1(1-)=0.013(1-0.995)=0.000065 （2分） ZHOGNOG （1分） 而NOG =(y1-y2)/ym （1分） y1=y1-y1 *=0.013-0.750.00868=0.006490 （1