化工原理复习-习题.docx

一、选择、填空传热1、在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（ B ）。A. 蒸汽 B. 空气 C. 蒸汽与空气的平均值 2、在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走 ；易结垢的流体走 ；高压流体走 ；有腐蚀性的流体走 ；粘度大或流量小的流体走 。壳程，管程，管程，管程，壳程3、边长为a的正方体内部，底面对其余5面的角系数为 ，其余5面对底面的角系数为 。1，0.24、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应 ，主要原因是 ，受潮后使保温层材料导热系数 。降低，水的导热系数大于保温材料的导热系数， 增大。蒸馏1、精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比（ A）A 增加 B 不变 C 不确定 D减小2、若进料量、进料组成、进料热状况都不变，要提高xD，可采用（C ）A、减小回流比 B、增加提馏段理论板数C、增加精馏段理论板数 D、塔釜保温良好3、在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度 ，但气相组成 液相组成，而两相的量可根据 来确定。相等大于 杠杆规则4、双组分溶液的相对挥发度是溶液中 的挥发度对的挥发度之比，若=1表示 。物系的值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈 对角线。易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离，远离5、在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为 ，其作用是 ；加料板以下的塔段（包括加料板）称为 ，其作用是 。精馏段，提浓上升蒸汽中易挥发组分，提馏段，提浓下降液体中难挥发组分6、精馏过程回流比R的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为。 R= L/D，全回流，Rmin 吸收1、在下列吸收过程中，属于气膜控制的过程是 。 (A) 水吸收氧； (B) 水吸收氢；(C) 水吸收氨； (D) 水吸收二氧化碳。2、在低浓度难溶气体的逆流吸收塔中，若其他条件不变而入塔液体量增加，则此塔的液相传质单元数NOL将_，而气相总传质单元数NOG将_，气体出口浓度ya将_。 减少，不变，降低。3、在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分，其液气比L/V为2.7，平衡关系为Y=1.5X。若溶质的回收率为90%，则操作液气比与最小液气比之比值为 2。4、含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于 中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数Kya值将 ；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将 ，溶质A的吸收率将 ；若系统的总压强升高，则亨利系数E将 ，相平衡常数将 。液相，增大，减小，增大，减小，减小5、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为 气体，该吸收过程为 控制。难溶，液膜控制6、在逆流操作的填料吸收塔中，若吸收因子A=0.5，气液相平衡关系为y=2x，塔底气相进料中y1=0.5，当填料层高h=，塔底液相浓度为 。0.25二、简答(1)传热简答1、简要叙述传热实验中以饱和水蒸汽为热介质，测定管内空气对流传热系数的基本原理。2、简述黑体辐射基本定律的名称及物理意义？3、简述换热器选用和设计步骤。4、传热过程的强化途径 (1)增大传热面积A：重点从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积，如采用螺旋管、波纹管、翅片管等(2)增大平均温差tm：温度一般由生产工艺条件所规定，可调范围有限，尽可能逆流操作(3)增大总传热系数K：提高流速及流体的扰动程度、采用相变、较大的流体、减小厚、防止垢和及时清除垢层、应首先考虑减小控制热阻 (2)吸收简答1、简述双膜理论的基本论点(1)相接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一很薄的有效层流膜层，溶质以分子扩散方式通过此两膜层。(2)界面上的气、液两相呈平衡。(3)在膜层以外的气、液两相主体区无传质阻力，即浓度梯度(或分压梯度)为零。(3)精馏简答1、简述在定压下，苯甲苯混和液的txy图中的两条曲线和三个区域的名称。 图中有两条曲线：下方曲线为tx线，称为饱和液体线或泡点线；上方曲线为ty线，称为饱和蒸气线或露点线。两条曲线将txy图分成三个区域：饱和液体线以下区域称为液相区；饱和蒸气线以上区域称为过热蒸气区；两曲线之间的区域称为气、液共存区。2、写出实际生产中加入精馏塔的原料的五种热状况及它们的q值。 答：原料的五种热状况为：（1）冷液进料，q1（2）饱和液体进料，又称泡点进料，q1。（3）气、液混合物进料，q01。（4）饱和蒸气进料，又称露点进料，q0。（5）过热蒸气进料，q0。（1分）3、什么时全塔效率ET？在精馏设计中ET如何确定？全塔效率ET又称总塔板效率，是指一定分离任务下，所需理论塔板数NT和实际板数NP的比值。在精馏设计中，由于影响ET的因素非常复杂，故一般用经验或半经验公式估算，也可采用生产实际或经验数据。4、恒摩尔流假定的内容：（1）恒摩尔汽化 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板上升的汽相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。（2）恒摩尔溢流 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板下降的液相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。成立的条件：组分的摩尔汽化潜热相同。汽、液相接触时由于温度不同而传递的显热可以忽略。塔的保温良好，热损失可以忽略。三、计算(1)传热计算1、现有两台单壳程单管程的传热面积均为 A=20m2的列管式空气加热器，每台加热器均由64根573.5mm钢管组成，壳程为170的饱和水蒸气冷凝（冷凝潜热为2054kJ/kg），空气入口温度t1=30，流量为2.5kg/s，以湍流方式通过管内。（该传热过程的控制热阻在空气侧）。（1）若两台换热器并联使用，通过每台换热器的空气流量均等，此时空气的对流传热系数为38W/(m2K)，求空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量为多少？（2）若两台换热器串联使用，问此时空气的出口温度t2及水蒸气的总冷凝量为多少？假设空气的物性不随温度及压力而变化，视为常数，cp=1kJ/(kgK)。忽略热损失。2、某车间需将流率为30m3/h、浓度为10的NaOH水溶液由20预热至60，溶液走管程，然后加入压强为19.62kPa（表压）的反应器内。加热介质为127的饱和蒸汽。碱液管全部采用直径为763mm的钢管。当阀门全开时，管路、换热器及所有局部阻力的当量长度之和为330m。摩擦阻力系数可取为定值0.02。该车间库存一台两管程列管换热器，其规格为：列管尺寸：252mm长度： 3m总管数： 72根操作条件下，NaOH水溶液的物性常数为：密度=1100kg/m3，导热系数=0.58W/(m)，比热Cp=3.77kJ/(kg)，粘度=1.5cP。蒸汽冷凝传热系数为1104W/(m2)，该侧污垢热阻为0.0003m2/W，忽略管壁和热损失。试求：库存换热器能否满足传热任务；3、有一列管换热器，装有252.5mm的钢管200根，管长为2m。要求将质量流量2700kg/h的常压空气于管程由20加热至90；选用108的饱和水蒸气于壳程饱和冷凝加热空气。若水蒸气的冷凝传热系数为10000W/(m2K)，管壁及两侧污垢热阻、换热器的热损失均可忽略不计。试求：（1）空气侧的对流传热系数，W/(m2K)；（2）换热器的总传热系数（以管外表面为基准），W/(m2K)；（3）通过计算说明该换热器能否满足要求？（4）计算说明管壁温度接近哪一侧流体的温度；（5）讨论强化该传热过程的主要途径，并举例计算说明。已知空气的物性数据为：比热Cp=1kJ/kg，粘度=0.02cP，导热系数=0.028 W/(mK)。4、一单管程列管式换热器，采用110的饱和水蒸气冷凝加热管内呈湍流流动的某低粘度液体，管内液体的进出口温度分别为t1=80.0，t2=90.0，经测得管外冷凝传热系数为5000 W/(m2)，管内对流系数为1500 W/(m2)。若将换热器由单管程改为双管程，而其它操作条件不变。试求：（1）改造后换热器的总传热系数；（2）改造后管程流体的出口温度。（假设在操作温度范围内流体的物性参数为常数，管外冷凝传热系数不变，忽略管壁热阻及可能的污垢热阻。）5、一传热面积为30m2的列管式换热器中，用120的饱和蒸汽冷凝，将某气体从30加热到80，该气体走管内，流量为5000m3/h，密度为1kg/m3（均按入口状态计），比热为1kJ/kgK。（1）估算此换热器的传热系数。（2）若被加热气体量减少50%，并可近似认为被加热气体的密度、比热等物性参数保持不变，估算在加热蒸汽压力和被加热气体入口温度不变的条件下，该气体出口温度变为多少？6、(2)精馏计算1、在连续精馏塔中分离含苯50（质量百分数，下同）的苯甲苯混和液。要求馏出液组成为98，釜残液组成为1（均为苯的组成）。求：甲苯的回收率。2、在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n的气相组成yn1为0.75，从该板流出的液相组成xn为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度 为2.5，求：（1）从该板上升的蒸气组成yn；（2）流入该板的液相组成xn1；（3）回流比R。3、某连续操作精馏塔，分离苯甲苯混和液，原料中含苯45，馏出液中含苯95，残液中含甲苯95（以上均为摩尔分数）。塔顶全凝器每小时全凝28000kg蒸汽，液体在泡点下回流。提馏段回流液量为470kmol/h，原料液于泡点进料。求：（1）釜残液和馏出液的流量（W和D）；（2）回流比R4、在一常压连续精馏塔中，分离某两组分理想溶液。原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。操作回流比为最小回流比的1.5倍，进料热状况参数q为1.2。操作条件下物系的平均相对挥发度 为2；塔顶采用全凝那，计算精馏段自塔顶向下的第二层理论板上升蒸汽的组成y2。5、在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n的气相组成yn1为0.75，从该板流出的液相组成xn为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度 为2.5，求：（1）从该板上升的蒸气组成yn；（2）流入该板的液相组成xn1；（3）回流比R。(3)吸收计算1、拟在常压吸收塔中用清水吸收空气中的氨，已知入塔空气中氨气含量为1.3%（体积百分比），要求氨的回收率为99%，已知塔内操作气流密度为180kmol/(m2h)，实际用水量为最小用水量的1.5倍，操作条件下的气液平衡关系可表示为y=1.2x，气体体积总传质系数Kya为360 kmol/(m3h)。因为气、液相浓度都很小，可近似认为气、液流密度均为常数，且X=x，Y=y，计算填料层高度。2、在填料层高度为 4m的常压逆流吸收塔内，用清水吸收空气中的氨。已知入塔空气中含氨 5%（体积%），实际液气比为 0.98，又已知在该塔操作条件下，氨水系统的平衡关系为y=mx（m为常数；x、y分别为液、气相中氨的摩尔分率），且测得与含氨 1.77%（体积%）的混合气充分接触后的水中氨的浓度为18.89g/1000g水。求：（1）该填料塔的气相总传质单元高度，m；（2）现水温上升，其它操作条件不变，试分析气、液相出塔浓度如何变化？3、在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨 5%（体积）的空气-氨混合气中的氨，已知混合气量为2826m3/h（标准状况），气体空塔速度为1m/s（标准状况），平衡关系为ye=1.2x，气相总体积传质系数Kya为180.0 kmol/(m3h)，吸收剂用量为