化工原理期末考试试题及答案(4页).doc

-1（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长3 m、管径由25×2.5 mm，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250 kgh，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为1.05 kJ(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。已知CS2冷凝和冷却时传热系数(以外表面积为基准)分别为K1= 232.6和K2= l16.8 W/(m2·)，问此换热器是否适用?1. 解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝250×35689000kJ/h24.72 KWCS2冷却的热负荷：Q冷凝250×1.05×（4610）9450kJ/h2.6 KW总热负荷Q为：Q24.72.6327.3 KW冷却水用量qm2为：qm2 27.3 0.261kg/s940kg/h 4.187×(30-5)设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：0.261×4.187×（tk5）2.6KW解之得：tk7.38，则：（5分） 4630 467.38 冷凝段对数平均温差：tm （4630）（467.38）25.67 ln 所需传热面积：A冷凝24.7/232.6×103×25.674.14m2，（5分）467.38105 冷却段对数平均温差：tm （467.38）（105）16.45 ln （5分） 所需传热面积：A冷却2.6/116.8×103×16.451.35m2， 冷凝、冷却共需传热面积：Ai4.141.355.49m2， 换热器实际传热面积为：A030×3.14×0.025×37.065>Ai ，所以适宜使用。（5分）（20分）某列管换热器由多根25×2.5mm的钢管组成，将流量为15×103kg/h由20加热到55,苯在管中的流速为0.5m/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cp为1.76kJ/kg·K,密度为858kg/m3，粘度为0.52×10-3Pa·s，导热系数为0.148W/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为10×104 W/m2·K。试求：（1）水蒸汽用量（kg/h）；（4分）（2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（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，如图所示，试比较第一层热阻R1与第二、三层热阻 R2 、R3 的大小：（ B ）。 A R1 >(R2+R3 ) B R1 =R2 +R3 C R1 <( R2 + R3) D无法比较6 在直径为d的圆管外包覆厚度为的保温层(导热系数为)，保温层外壁的对流传热系数为。若d</，则对单位管长而言（ C ）。A 当=/-d/2时，热损失最小； B 当/=d+2时，热损失最大；C 当=/-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，则颗粒能在降尘室分离的条件是（ 3. D ）。A B C D 2. 解：1）qm1 热负荷 =15×103×1.76×（55-20） =9.24×105 KJ/h （4分） 2) K 苯侧的： 流体被加热， =834.3 w/m2 基于外表面积：w/m2 （7分）3）L及n 由传热基本方程：、 m2 (根) （9分）1（20分）在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料量为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。在本题范围内，汽液平衡方程为： ，汽相默弗里板效率为0.5。若要求轻组分收率为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（5分）（3）由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为（1）塔顶为全凝器 由气液平衡方程，得（2）由精馏段操作线方程，得（3）将（2）、（3）式代入（1）式，得解得 （10分）-第 4 页-