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25×2.5mm，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46℃冷却到10℃，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·℃)；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。CS2冷凝和冷却时传热系数(以外外表积为基准)分别为K12=l16.8W/(m2·℃)，问此换热器是否适用1.解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝24.72KWCS2冷却的热负荷：Q冷凝＝250××〔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/h×(30-5)设冷却水进入冷却段的温度为tk××〔tk解之得：tk℃，则：〔5分〕46－30冷凝段对数平均温差：Δtm℃46－30ln×10－3×2，〔5分〕10－5冷却段对数平均温差：Δ℃10－5ln〔5分〕×10－3×2，冷凝、冷却共需传热面积：ΣAi2，换热器实际传热面积为：A0＝30×××3＝7.065>ΣAi，所以适宜使用。〔5分〕２．〔20分〕某列管换热器由多根Φ25×mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h由20℃加热到55℃m/s，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热容cpkJ/kg·K,密度ρ为858kg/m3，粘度μ×10-3Pa·s，导热系数λW/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α为10×104W/m2·K。试求：〔1〕水蒸汽用量〔kg/h〕；〔4分〕〔2〕总传热系数K〔以管外外表积为准〕；〔7分〕〔3〕换热器所需管子根数n及单根管子长度L。〔9分〕5．穿过三层平壁的稳定导热过程，如下图，试比拟第一层热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小：〔B〕。AR1>(R2+R3)BR1=R2+R3CR1<(R2+R3)D无法比拟6．在直径为d的圆管外包覆厚度为δ的保温层(导热系数为λ)，保温层外壁的对流传热系数为α。假设d<λ/α，则对单位管长而言〔C〕。A当δ=λ/α-d/2时，热损失最小；B当λ/α=d+2δ时，热损失最大；C当δ=λ/α-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，高为的降尘室中，颗粒的沉降速度为，气体通过降尘室的水平流速为，则颗粒能在降尘室别离的条件是〔3.D〕。ABCD2.解：1〕qm1热负荷=15×103××〔55-20〕×105KJ/h〔4分〕2)K苯侧的：流体被加热，=834.3w/m2℃基于外外表积：w/m2℃〔7分〕3〕L及n由传热根本方程：、℃m2(根)〔9分〕1．〔20分〕在常压精馏塔内别离某两组分理想溶液。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。在此题范围内，汽液平衡方程为：，汽相默弗里板效率为0.5。假设要求轻组分收率为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〕1.解：〔1〕由题给条件解得kmol/h由全塔物料衡算方程：联立得〔5分〕〔2〕先计算，由泡点进料由气液平衡方程精馏段操作线方程为〔