化工原理试题及答案

化工原理试题与答案（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10kpa,当地大气压强为100kpa,则此容器的肯

定压强和表压强（以kpa计）分别为：（90kpa）和（TOkpa）。

2.热传导只发生在固体和（静止）的或（滞）流淌的流体中。

3.物体的汲取率越（大），其辐射实力越（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）所引起的沸点上升三部分组成。

6.一容器压力表读数为10kpa,当地大气压强为100kpa,则此容器的肯

定压强（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.物体的汲取率越大，其辐射实力越（大），所以黑体的辐射实力比灰体的

（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.对汲取操作有利的条件是：（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.精福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淌，而在每块塔板上呈匀

称的错流流淌。

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）与与物料的接

触方式都不变。

A.温度、焰值、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，下面邪种说法是正确的？（B）

A.平衡水肯定是自由水；B.平衡水肯定是结合水；C.自由水肯定是

结合水；D.自由水肯定是非结合水

6.当二组分液体混合物的相对挥发度为（C）时，不能用一般

精偏方法分别。当相对挥发度为（A）时，可以采纳精微方法

A.3.0；B.2.0；C,1.0；D.4.0

7.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.精馀用板式

塔，汲取用填料塔；C.精馀既可以用板式塔，又可以用填料塔；D.填料塔

可以避开液泛

8.物料的平衡水分肯定是（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.平衡水肯定是自由水；B.平衡水肯定是结合水；C.自由水肯定是

结合水；D.自由水肯定是非结合水。

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%=360M/°,管外/=12000W/nT油

品的比热容为L9KJ/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，忽视热损失和

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)该换热器能否满意生产任务？

解：

(1)换热器的热负荷？

Q=.CPC(GF)=15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s

(2)加热蒸汽的消耗量？

W„=Q/r=1995000/2205=904.8Kglh=0.25IKg/s

(3)总转热系数?

4)=1*4=12mm

dm=(d0-d,)/0(4/4)=(15-12)/。(15/12)=13.44〃〃〃

k=k=278.31V//«2*℃

0150.0015*151、

----------------1--------------------1-----------)

3600*1245*13.4412000

(4)该换热器能否满意生产任务？

S=〃=力=100*3.14*0.015*2=9.42＞假设逆流传热

A,M-M(130-20)-(130-90)_

口=力7=—^^20—=6A90.2C

In--In-------

Ar1130-90

Q=依加,“=278.3*9.42*69.2=1.814*1O'w=⑻.4碗

Q=19950004/lh=\995000*1000/3600=554160〃s=554160w=554.16hv

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

器不满意生产任务

2.在一连续精馀中分别苯、甲苯的混合，进料量为100kmol/h,原料液

中苯0.4,塔顶镭出液中苯的回收率为83.3%,塔底储出液中含苯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)微出液与釜残夜量

(2)塔釜产生的蒸汽量与塔顶回流的液体量。

(3)离开塔顶第一层理论板的液相组成

解：

(1)微出液与釜残夜量

F=D+W=>FXF=DXD+Wxw

〃=以=0.838

FXF

DXD=0.838&尸

(0.162&Q0.162*100*0.4-…

W=-------匕=---------------=648kmol/h

与01

D=F-W=100-64.8=352kmolIh

xD=0.952

(2)塔釜产生的蒸汽量与塔顶回流的液体量。

=

4皿=(而-)"”(Ng-七)当原料液位饱和液体进料时Q1Xq=XF

-

/?nijn=|--a(\-xr.)!(\-xF)\l(a-\)=[0.952/0.4~2.5*(1-0.952)/(I

0.4)]/⑵5-1)=1.453

R=37?minI」D=R=l=RD=3RnunD=3*1.453*35.2=153Ahnol/h

V'+W=L'=V'=L」W=L+^-W=153.4+l(X)-64.8=188.6b〃H//?

(3)离开塔顶第一层理论板的液相组成

xD-0.952y=czx/[l+(a-l)x]y=xD=0.952a=2.5

0.952=2.5x/(l+1.5x)x=0.888

3.一连续干燥器中，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,绝干气的簇新空气经预热器

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)簇新空气的消耗量。

解：

(1)水分蒸发量

G=G,*(1-W；)=1000*(1-0.08)=920kg/h

第一种解方法：

G?=G«-叱)/(1一%)=920/(1-0.2)=938.8依/万W=Gt-G2=1000-

938.8=61.2kg/h=0.017kg/s

其次种解方法：

X,=W]/(iW])X2=W2/(1W2)W=G(X|x2)

代入数据解得W=61.2kg/h

(2)簇新空气的消耗量。

L=W/(”2-M)=61.2*(0.022-0.009)=4707.7依!h

簇新空气消耗量：

L=L(\+Hl)=4707.7*(1+0.009)=4750依/h

4.每小时将•15000kg含苯40%(质量分数下同)和甲苯60%的溶液，在

连续精馈塔中进行分别，要求釜残夜中含苯不高于2%,塔顶偏出液中苯的回

收率为97.1%.(pl71-4)

(1)求出储出液和釜残液的流量与组成以与摩尔流量与摩尔分数表

zj\o

解：苯的摩尔质量为78,甲苯的摩尔质量为92

40/78

进料组成超==0.44

40/78+60/92

2/78

釜残液组成A=0.0235

2/78+98/92

原料液的平均摩尔质量例〃=0.44举7X+0.56*92=85.8

依题意知2/死=0.971

所以Q=0.971*175*0.44

全塔物料衡算。+的=尸=175D、+VV=F或。、+0.0235VV=175*0.44

联立式a、式b、式c,解得

D=SO.Ohnol/h>W=95.0h?u)l/h,xD=0.935

5.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

流淌，进口温度为15℃,出口温度为32℃,。热油在壳方流淌，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/（门?*℃）,试求换热器的传热而

积。（p2364-8）

解：换热器传热面积可依据总传热速率方程求得，即5=旦，换热器

KA。

的传热量为

3

Q=Whcph(Tx-T2)^\.25*1.9*10(120-40)=190kW

1-4型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即

绝*(12032)(4015)

=50℃

in毁

A.40-15

温度差校正系数为：/?=3二1=担士”=4.17P=X=±13=0.162

32—15T.—t.120—15

Ar1II

由图4T7(a)中查得：％加」=0.89,所以

\t,n=cP®'=0.89*50=44.5℃

6.在单效蒸发器中将每小时5400kg、20%Na0H水溶液浓缩至50虬原料

液温度为60℃,平均比热容为3.4KJ/(kg*C),加热蒸汽与二次蒸汽的肯

定压强分别为400KPa与50KPa,操作条件下溶液的沸点为126°C,总传热

2

系数为Ka=1560W/(KJ/(m*℃)o加热蒸汽的冷凝饱和水在饱和温度下解

除。热损失忽视不计。试求

(1)考虑浓缩热时①加热蒸汽消耗量与单位蒸汽消耗量②传热而枳

(2)忽视浓缩热时①加热蒸汽消耗量与单位蒸汽消耗量②若原料液的

温度改为30℃与126℃,分别求一项。(p3105-3)

解：从附录分别查出加热蒸汽、二次蒸汽与冷凝水的有关参数如下

400kPa:蒸汽的熔11=2742.IkJ/kg,汽化热厂2138.5kJ/kg

冷凝水的焰心-603.61kj/kg,温度T=143.4p

50kPa:蒸汽的焰H'=2644.3kJ/kg,汽化热尸=2304.5,温度「=81.2℃

(1)考虑浓缩热时

①加热蒸汽消耗量与单位蒸汽消耗量

蒸发量W=尸(1一区)=5400(1-丝)=3240kj/kg

%0.5

由图5-14查出60。。时20%Na0H水溶液的焰、126。。时50%Na0H水溶液

的焰分别为

%=210kj/kg,4=620kj/kg

用式5Tla求加热蒸汽消耗量，即

WH'+(F-W)h~F%_3240*2644.3+(5400-3240)*620-5400*210

LJ—]—=4102

2318.5

kj/kg

D4102

e——-------=1.2oo

W3240

②传热面积

5检

。=4102*2138.5:8772*105kJ/kg=2437kW

Ko=1560W/(病*。。)=1.564W/(m2*℃)