化工原理试题及答案(2)

;.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10 kpa ，当地大气压强为100 kpa，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10 kpa，当地大气压强为100 kpa，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=360 w2/ m2 *c ，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？qwc cpc (t2t1 )=15000*1.9*(90-20)=1995000kj/h=554.17kj/s（ 2）加热蒸汽的消耗量？whq / r1995000 / 2205904.8kg / h0.251kg / s（ 3）总转热系数？d 015mm * di12mmdm(d 0di ) /in( d0/ di )(1512) /in (15 /12)13.44mmkk11278.3w / m2 *c0d0bd01150.0015*151()()i dikdm03600*1245*13.4412000（ 4）该换热器能否满足生产任务？sndl100*3.14*0.015*29.42m2 假设逆流传热tmt2t1int 2(13020)(13090)69.2 cin 13020t113090qks tm278.3*9.42*69.21.814*10 5 w181.4kwq1995000kj / h1995000*1000 / 3600554160 j / s554160w554.16kw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fdwfxfdx dwxwdx dfx f0.838dx dw0.838fxf(0.162 fx f )0.162*100*0.464.8kmol / hxwdfw0.110064.835.2kmol / hxd0.952（ 2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。rmin( xdyq ) / ( yqxq ) 当原料液位饱和液体进料时q=1xqx fr xd(1x) / (1x) / (1)=0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)/(2.5-1)=1.453minrx f3rmindfl / drlrd3rmin d3*1.453*35.2153.4kmol / hv wl v l wlfw153.410064.8188.6kmol / h（ 3）离开塔顶第一层理论板的液相组成xd =0.952yx /1(1)xyxd0.952=2.50.952=2.5 x / (11.5x)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gg1 *(1第一种解方法：w1 ) =1000*(1-0.08)=920kg/hg2g1(1w1 ) / (1w2 )920 / (10.2)938.8kg / hwg1g2=1000-938.8=61.2kg/h=0.017kg/s第二种解方法：x1w1/ (1w1)x 2w2/ (1w2 )wg( x1x2 )代入数据解得w=61.2kg/h（ 2）新鲜空气的消耗量。lw / ( h 2h 1)61.2*(0.0220.009)4707.7 kg / h新鲜空气消耗量：ll (1h 1 )4707.7*(10.009)4750kg / h4. 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%. （ p17 1-4）（ 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 xf40 / 780.4440 / 7860 / 92釜残液组成xw2 / 780.02352 / 7898 / 92原料液的平均摩尔质量m f0.44*780.56*9285.8d依题意知 dx/ fx0.971fd所以 dx0.971*175*0.44全塔物料衡算dwf175dxwxfx或 dx0.0235w175*0.44dwfd联立式 a、式 b、式 c，解得d80.0kmol / h ， w95.0kmol / h， xd0.9355. 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。 (p236 4-8)解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即sqkt m，换热器的传热量为qwh cph(t1t2) =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t m t 2t1lnt 2(12032)(4015)ln 1203250 ct1温度差校正系数为：rt1t2t2173215pt2t1t1t132150.16212015由图 4-17 （ a）中查得：ttm 0.89 ，所以t mt故 sq ktmtm 0.89*5044.5 c190*10 39.1m2470*44.56. 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 3.4 kj/（ 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k =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）考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量传热面积（ 2）忽略浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量若原料液的温度改为30及126， 分别求一项。 (p310 5-3)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hw603.61kj/kg,温度 t=143.4c50kpa: 蒸汽的焓h=2644.3kj/kg,汽化热 r =2304.5, 温度 t =81.2c（ 1）考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量蒸发量wf (1x0 )5400(1x10.2)32400.5kj/kg由图 5-14 查出 60c 时 20%naoh水溶液的焓、 126 c 时 50%naoh水溶液的焓分别为h0210 kj/kg， h1 =620 kj/kg用式 5-11a 求加热蒸汽消耗量，即dwh (fw)h1rfh03240*2644.3(54003240)*6205400*2102318.5=4102 kj/kged41021.266w3240传热面积sq0k 0tmqdr4102*2138.58772*10 3kj/kg=2437kwk 01560w/ ( m2 *c)1.56kw/ ( m2 *c )tm143.412617.4 c所以 s0243789.78m21.56*17.4取 20%的安全系数。则s1.2*89.78107.7m20（ 2）忽略浓缩热时忽略浓缩热时按式5-21 计算加热蒸汽消耗量。因忽略热损失，故式5-21 改为wr dfc p 0 (t1t0 )3240*2304.55400*3.4(12660)4058kj/kgr 2138.5e40581.2523240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。改变原料液温度时的情况原料液为 30c