化工原理习题

1、化工原理试卷班级_ 姓名_ 学号_ 成绩_一. 计算（69分）：1（20分）. 每小时将2104kg、45氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B（如图所示）， 管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为76mm4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90标准弯头。45氯苯的密度为1075 kgm-3，粘度为6.510-4 Pas。泵的效率为70%，求泵的轴功率。附：各局部阻力系数 全开闸阀 1 = 0.17 90标准弯头 2 = 0.75摩擦系数计算式 = 0.1( + )0.23 2

2、（16分）. 质量流量为7000kgh-1的常压空气，要求将其由20加热到85，选用108的饱和蒸汽作加热介质。若水蒸气的对流传热系数为110 4W(m2K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ(kgK)-1，导热系数为2.8510 -2W(mK)-1粘度为1.9810-5Pas，普兰特准数为0.7。现有一单程列管式换热器，装有25mm2.5mm钢管200根，长2m，此换热器能否完成上述传热任务？3（14分）. 某厂填料吸收塔，填料高10m，用清水洗去尾气中有害组分。在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0

3、.008。在工作范围内相平衡关系为。问： 该工况下气相总传质单元高度HOG为多少？ 因法定排放浓度YA,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？4（19分）.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。原料液组成为0.35（mol%,下同），该物系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。塔顶采出率为，精馏段操作线方程为，求： 提馏段操作线方程式； 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率EmV,1二. 选择题（11分）：1. 水以2ms-1的流速在35mm2.5mm钢管中流动，水的粘度为110-3Pas，密度为1000kgm-3,其流动类型为（ ）。

4、 A. 层流 B. 湍流 C. 无法确定2. 离心泵原来输送水时的流量为qV，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（ ）。A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 3. 装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa,出口压力表的读数为100kPa, 此设备进出口之间的绝对压强差为( )kPa。 A. 150 B. 50 C. 75 4. 在精馏塔中每一块塔板上（ ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 5. 某套管换热器由1084mm和552.5mm钢管组成，流体在环隙间流动，其当量直径为（ ）mm。

5、 A. 53 B. 45 C. 50 D. 586. 如左图安装的压差计，当拷克缓慢打开时，压差 计中的汞面将（ ）。A. 左低右高 B. 等高 C. 左高右低 D. 无法确定 7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t1降至t2，其相对湿度j（ ），绝对湿度H（ ），露点td（ ）。A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定8. 已知物料的临界含水量为0.2kg水/kg绝干物料，空气的干球温度为t，湿球温度为tw，露点为td 。现将该物料自含水量X1=0.45 kg水/kg绝干物料，干燥至X2= 0.1kg水/kg绝干物料,，则干燥物料表面温度q（ ） 。A. qtw B. q = t C

6、. q = td D. q = tw9. 设颗粒在stokes区沉降，当含尘气体温度升高后，降尘室的生产能力（ ）。A. 增大 B. 减小 C. 不变三. 填空题（20分）：1. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B，温度分布线如右上图（b）中所示，则A_B (填“”或 “”)，将_层材料放在里层时保温效果更好。2. 化工生产中最常用的载热体（加热剂）为 ，常用的冷却剂为 _ 。3. 采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T1/、加热蒸汽压力P不变，现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2/_，传热速率F_，总传热系数K_ ,传热平均温度差Tm_。4. 用纯水逆流吸收有害气体，

7、平衡关系为YA*=1.5XA，若进塔气体浓度为YA,1=0.1，要求尾气浓度为YA,2=0.01，拟用液气比qn,c/qn,B = 2，则出塔溶液浓度为XA,1= 。若改变液气比，溶液可能达到的最高浓度为 。 5. 在96 时,苯-甲苯的相对挥发度为2.44。在此温度下,纯苯的饱和蒸气压为160.5 kPa,则纯甲苯饱和蒸气压为 Pa。 6. 某一全回流操作的精馏塔，已知相对挥发度为2.45，若x2 = 0.35(mol%)，y3 = _ 。7. 将含3%（mol%,下同）CO2的空气与浓度为3.1210-5 CO2 的水溶液接触， 操作条件下的平衡关系为y*=1200x，那么将发生_过程。8

8、. 已知某物料在25的平衡曲线。设含水量X=0.4kg水/(kg绝干) 的该物料与 = 65% 的空气接触，其X* = 0.07kg水/（kg绝干）。当空气的 = 100%时，X* = 0.27 kg水/（kg绝干）。则物料自由水分量为_， 结合水分量为_，非结合水分量为_。9. 某过滤机的滤布阻力可以忽略不计，在恒压下过滤 秒，得滤液Vm3；若在同一压强下继续过滤 秒，共得滤液_m3。10. 从某矿石焙烧炉出口的含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘，气体流量为1000m3h-1，含尘量为10gm-3，此时总除尘效率为90%，其中50%由降尘室除去。现气体流量增加为1100 m

9、3h-1，降尘室除尘量_ 。 (增加、减小、不变、不定)。11. 如图为一干燥速率曲线。在其它条件不变情况下，试在图中作出增大空气相对湿度后的干燥速率曲线。化工原理试卷答案一、(20分)计算题：1. 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面（2分）p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1 0 （1分）p2 = 101.3kPa（绝压）z2 = 15m （1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （2分） （1分）=1.178m （1分）=0.4717m （2分）=23.83m （1分）Ne = HeqVrg = 23.83 5.168 10-3 1075 9.8

10、1 = 1.30 103W （2分）Na = （2分）2. （16分）解： （2分）= 48.44C （2分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分） K = 88.5Wm-2K-1 （1分） （1分）A实 = npd外l = 200 p 0.025 2 = 31.42m2 （2分） 1.1 能完成上述传热任务。 （2分）3. （14分）解：（1） （2分） （2分） （2分）或 DYA,1 = YA,1 mXA,1 = 0.02 1.5 0.008 = 810-3 （1分） DYA,2 = YA,2 mXA,2 = 0.004 （1分） （2分） （2分） （2分）(2)

11、 其他条件不变，YA,2变，则NOG不变 （2分） （2分） H/ = HOG NOG = 3.61 4.66 = 16.82m （1分） DH = 16.82 10 = 6.82 m （1分） 4. （19分）解：（1） R = 3 （2分） xd = 0.8 （2分） xw = 0.05 （2分） Q qn,D = 0.4 100 = 40kmolh-1 （1分） qn,W = qn,F - qn,D = 100 40 = 60 kmolh-1 （1分） qn,V = ( R + 1) qn,D = (3 + 1 ) 40 = 160 kmolh-1 （1分）d = 0 qn,V/ = q

12、n,V - qn,F = 160 100 = 60 kmolh-1 （1分） qn,L/ = qn,L = qn,V - qn,D = 160 40 = 120 kmolh-1 （1分）提馏段操作线方程： = 2xm 0.05 （2分）(2) （2分） y2 = 0.75 0.7 + 0.2 = 0.725 （1分） y1 = 0.8 （1分） （2分）二、（11分）选择题（每小题各一分）1. (B) 2. (C) 3.(A) 4.(C) 5.(B) 6.(B) 7.(C) (B) (C) 8.(A) 9.(B) 三、（20分）填空题（每个空各一分）1. _ _ _ _。*答案* 5 4 3

13、2 16. 列管换热器，在壳程设置折流挡板的目的是_。*答案* 增大壳程流体的湍动程度， 强化对流传热，提高值，支承管子7. 对于间壁式换热器：m1Cp1 (T1-T2) =m2Cp2 (t2-t1)=K.A.tm等式成立的条件是_、_、_。*答案* 稳定传热 无热损失 无相变化8. 在确定列管换热器冷热流体的流径时， 一般来说，蒸汽走管_； 易结垢的流体走管_；高压流体走管_；有腐蚀性流体走管_；粘度大或流量小的流体走管_。*答案* 外 内 内 内 外9. 用冷却水将一定量的热流体由100冷却到40，冷却水初温为15，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案是令冷却水终温为30，方案是令

14、冷却水终温为35，则用水量 W1W2，所需传热面积A1A2。*答案* 大于， 小于10. 对流传热中格拉斯霍夫准数式为, 它反映了。*答案* G32t/2, 由温差引起的流体受热时,流体自然对流对给热系数的影响。11. 举出五种间壁式换热器； ； ；。提高间壁式换热器传热系数的主要方法是。*答案* 夹套式， 蛇管式，套管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式等任选五种。 提高传热系数的主要途径是提高流体流速，增强人工扰动；防止结垢，及时清除污垢。12. 如图所示为间壁式换热器中冷流体B与热流体A的稳态传热 过程的温度分布曲线，该传热过程是由_、_和_三个串联的热传递环节组成，由图分析可知:1_2，

15、控制热阻应在_侧，因此若强化该传热过程，应从_侧着手。*答案*对流 热传导 对流 12 A A13. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_，折流挡板的形状有_，_等。*答案* 提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高, 园缺形（弓形）,园盘和环形二.选择题1. 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时: （1）传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) （2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) （3）壁温 A 增大B 略有减小 C 基本不变 ( )*答案* （1） A （2） A （3） B2.

16、列管换热器管程常用流速范围为：一般液体( ),气体( )。 A. 0.53m.s-1 B. 315m.s-1 C. 530m.s-1*答案* A. C.3. 翅片管换热器的翅片应安装在( )。 A. 小的一侧 B. 大的一侧 C. 管内 D. 管外*答案* A4. 在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为1、2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管长度增大一倍,其它条件不变,问出口水温2应( )。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定*答案* A mc(t2-t1）=KAtm mc(t2-t1）=KdL（T-

17、t1）-（T-t2）/ln(T-t1）/（T-t2） 上式可简化为 mc/Kd =L/ln（T-t1）/（T-t2）此等式左边为定值，则右边也应为定值，当L增大一倍，ln（T-t1）/（T-t2） 也增大一倍，而T，t1均恒定，故t2必增大三.判断题1. 凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。( )*答案* 2. 在稳态传热中，凡热阻大处其温差也大。( )*答案* 3. 流体流动时，滞流内层的粘度是对流传热的主要控制因素。（ ）*答案* 4. 传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温度的四次方之差成正比。（ ）*答案* 5. 导热系数和给热系数都是物质的属性之一。（

18、）*答案* 6. 热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（ ）*答案* 7. 换热器的平均传热温度差，是指热流体进出口的平均温度与冷流体进出口的平均温度的差值。（ ）*答案* 8. 多层平面壁稳态热传导时，推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒数之和。（ ）*答案* 9. 当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变 。（ ）*答案*10. 在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器（ ）*答案* 四.问答题1. 试述对流传热的机理?*答案*热流体流过管道时

19、, 在湍流主体中,流体剧烈拢动,形成漩涡, 使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。 2. 强化传热过程应采取哪些途径?*答案* 根据K.A.tm方程, 指任一个K、A、tm都能提高强化传热 (1) 增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；(2)增大传热温差tm可采用逆流

20、操作,因为当T1，T2，t1，t2四个温度一定时，逆流传热温差tm最大； (3)提高传热系数K由 K1/（1/11/2（j/j） 提高、降低j,都能强化传热,要提高由单层改为多层,或在壳程中增设档板，对于蛇管中,加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体。3. 换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？*答案*由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失，即产生散热损失。为了减少散热损失，一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较

21、小的绝热材料），使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。4. 传导传热,对流传热和辐射传热,三者之间有何不同?*答案* 传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发生相对位移来传递热量, 辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。5. 有一高温炉，炉内温度高达1000以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。*答案* 炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传

22、到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。6. 有一高温炉，炉内温度高达1000以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。*答案*炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热，将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：（1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；（2）并联、串联的联合传热同时存在。五.

23、计算题1. 某平面炉壁，由绝热砖和普通砖组成，已知绝热砖厚度b1 200mm，导热系数10.2w.m-1.K-1,普通砖外侧温度t350,普通砖导热系数2=0.7w.m-1.K-1周围大气温度t=20。炉壁外侧对大气的综合对流传热系数为20w.m-1.K-1,试问: 1)单位面积炉外壁的热损失是多少? 2)如果t1800,求t2及b2；*答案* （1） Q/A1 （t3 -t）T （t3 -t） 20（5020）600w.m-2 （2） (1 /1)（t1 -t2 ） t2 1 /1 t1 6000.2/0.2800200 (2 /2) （t2 -t3 ） 2 (2 /)（t2 -t3 ）0.

24、7/600（20050）0.175m2. 在2大气压、293K下，60 m3.h-1的空气在套管换热器的内管被加热到353K，内管规格为573.5mm，试求管壁对空气的对流给热系数。已知：空气在定性温度t=323K时，物性数据如下： =1.9610-5Pa.s, =2.82610-2 w.m-1.K-1 Cp=1.017103 J.kg-1.K-1*答案* =0.023(/d)(dUp/) (Cp/) U=Vs/A=8.49 m.S-1 =W/V=PM/RT=2.19 kg.m-3 =0.023(2.82610-2/(0.05) 0.058.492.19/1.9610-50.8 1.01710

25、31.9610-5/2.82610-20.4 =62.27 w.m-2.K-1校验Re=0.058.492.19/（1.9610）=4743110000 故可用上述公式算3. 在内管为18010mm的套管换热器中,将流量为 3500kg.h-1的某液态烃从 100冷却到60,其平均比热为2.38kJ.kg-1.K-1,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40和50,平均比热为4.17kJ.kg-1K-1,基于传热外面积的总传热系数K0=1800w.m-2K-1, 设其值恒定,忽略热损失。试求：(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。*答案* 冷却水用量 h C

26、ph (T1 -T2 )c Cpc(t2 -t1 ) 35002.38(100-60)c 4.17(50-40) c 7990kg.h-1 t逆(50-20)/(50/20)32.75 t并(60-10)/(60/10)27.91 QKAtm Q79904.17(50-40)=3.332106kJ.h-1 A逆3.332105/(1800/1000)32.753600 1.57 (m2) 0 1.57 3.140.181.57 逆2.77(m )A并3.332106/(1800/1000)27.9136001.84 (m2) 3.140.18并1.84 并3.26 (m )4. 有一壁厚为10

27、mm的钢制平壁容器, 内盛80的恒温热水。水对内壁面的对流传热系数为240w.m-2.K。现在容器外表面复盖一层导热系数为0.16w.m-1.K-1 ,厚度为 50mm 的保温材料。保温层为10的空气所包围,外壁对空气的联合传热系数为10 w.m-1.K-1。试求： 1)每小时从每m2面积所损失的热量kJ.h-1.m-2; 2)容器内表面的温度T(钢材的导热系数为45w.m-1.K-1)*答案* 1.q=Ktm tm=80-10=70 K=1/(1/0+1/i+b1/1+b2/2) =1/(1/10+1/240+0.01/45+0.05/0.16) =2.399w.m-2.K-1 q=2.39

28、970=167.9w.m-2 每小时散热量 qh=3600168/1000=604.4kJ.m-2.h-12.q=i(80-T) 80-T=167.9/240=0.7 T=79.35. 某蒸汽管外包有两层厚度相等的绝热材料, 已知第二层的平均直径相当于第一层的平均直径的两倍, 而第二层的导热系数为第一层的二分之一。如将两层材料的位置调换, 则每米管长的热损失将如何变化?*答案* 由多层圆筒导热关系,不计钢管热阻,并设两层材料对换位置后,外侧壁温相同,均为t3 1（t1t3）/（2/1）/（21）（3/2）/（22） 1（t1t3）/（2/1）/（22）（3/2）/（21） 按题意：m22m1和

29、 2（1/2）1 故由m2（32）/（3/2） 2m1 2（21）/（2/1） 而 3221 故 （2/1）2（3/2） 由、代入下式：1/1（2/1）/（21）（3/2） /（22）/（2/1）/（22）（3/2）/（21）4/5, 即对换后热损失减少20。6. 水在一圆形直管内呈强制湍流时,若流量及物性均不变。现将管内径减半,则管内对流传热系数为原来的多少倍?*答案* /=(u 0.8d0.2)/(u0.8d 0.2) =(4u)0.8(2d)0.2/ (u0.8d 0.2) =(4)0.8(2)0.2=3.483, 根据:Nu=0.023Re0.8Pr0.3u=4u d=1/2d 答: 管内对流传热系数为原来的3.482倍。7. 流量为2000kg.h-1的某气体在列管式换热器的管程通过,温度由150降至80；壳程冷却用软水, 进口温度为15,出口温度为65,与气体作逆流流动。两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热系数远小于冷却水侧的对流传热系数。试求： 1冷却水用量； 2如进口水温上升为20,仍用原设备要达到相同的气体冷却程度,此时出口水温