化工原理试题~内容答案.doc
|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.4.0 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 =360 i ，管外=12000W/油品的比热容为1.9KJ/kg*，操作条件下的汽化潜热为 2 2 / * w m c 0 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？ =15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s 2 1 ( ) c PC Q WC t t （2）加热蒸汽的消耗量？ / 1995000 / 2205 904.8 / 0.251 / h W Q r Kg h Kg s （3）总转热系数？ 0 0 0 0 2 0 0 0 15 * 12 ( ) / ( / ) (15 12) / (15 /12) 13.44 1 1 278.3 / * 15 0.0015*15 1 1 ( ) ( ) 3600*12 45*13.44 12000 i m i i i i m d mm d mm d d d In d d In mm k k w m C d bd d kd |（4）该换热器能否满足生产任务？ 假设逆流传热 2 100*3.14*0.015*2 9.42 S n dl m 2 1 2 1 (130 20) (130 90) 69.2 130 20 130 90 m t t t C t In In t ' 5 278.3*9.42*69.2 1.814*10 181.4 1995000 / 1995000*1000 / 3600 554160 / 554160 554.16 m Q ks t w kw Q kj h j s w kw 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 0.838 0.838 (0.162 ) 0.162*100*0.4 64.8 / 0.1 100 64.8 35.2 / 0.952 F D W D F D F F w D F D W Fx Dx Wx Dx Fx Dx Fx Fx W kmol h x D F W kmol h x （2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。 当原料液位饱和液体进料时 q=1 min ( ) / ( ) D q q q R x y y x q F x x =0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)/(2.5-1)=1.453 min (1 ) / (1 ) / ( 1) D D F F x R x x x min 3 R R min / 3 3*1.453*35.2 153.4 / l D R l RD R D kmol h ' ' ' ' 153.4 100 64.8 188.6 / V W L V L W L F W kmol h （3）离开塔顶第一层理论板的液相组成 =0.952 =2.5 D x / 1 ( 1) y x x 0.952 D y x 0.952=2.5 =0.888 / (1 1.5 ) x x x|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 =1000*(1-0.08)=920kg/h 1 1 *(1 ) G G W 第一种解方法：=1000- 2 1 1 2(1 ) / (1 ) 920 / (1 0.2) 938.8 / G G W W kg h 1 2 W G G 938.8=61.2kg/h=0.017kg/s 第二种解方法：1 1 1 / (1 ) X W W 2 2 2 / (1 ) X W W 1 2 ( ) W G x x 代入数据解得 W=61.2kg/h （2）新鲜空气的消耗量。 2 1 / ( ) 61.2*(0.022 0.009) 4707.7 / L W H H kg h 新鲜空气消耗量： ' 1 (1 ) 4707.7*(1 0.009) 4750 / L L H kg 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 40 / 78 0.44 40 / 78 60 / 92 F x 釜残液组成 2 / 78 0.0235 2 / 78 98 / 92 W x 原料液的平均摩尔质量 0.44*78 0.56*92 85.8 F M 依题意知 / 0.971 D F x x D F 所以 0.971*175*0.44 D x D 全塔物料衡算 或 175 D W F D W F x x x D W F 0.0235 175*0.44 D x D W 联立式 a、式 b、式 c，解得 ， ， 80.0 / D kmol h 95.0 / W kmol h 0.935 D x |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 ，换热器的传热量为 m Q S K t =1.25*1.9*10 (120-40)=190kW 1 2 ( ) h ph Q W c T T 3 1-4型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即 2 1 2 1 (120 32) (40 15) ' 50 120 32 ln ln 40 15 m t t t C t t 温度差校正系数为： 1 2 2 1 120 40 4.17 32 15 T T R t t 2 1 1 1 32 15 0.162 120 15 t t P T t 由图4-17（a）中查得： ，所以 ' 0.89 t m t ' 0.89*50 44.5 m t m t t C 故 3 2 190*10 9.1 470*44.5 m Q S m K t 6.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 kJ/kg,温度T=143.4 603.61 w h C 50kPa:蒸汽的焓H =2644.3kJ/kg,汽化热r =2304.5,温度T =81.2 ' ' ' C （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 kJ/kg 0 1 0.2 (1 ) 5400(1 ) 3240 0.5 x W F x 由图5-14查出60 时20%NaOH水溶液的焓、126 时50%NaOH水溶液的焓分别为 C C kJ/kg， =620 kJ/kg 0 210 h 1 h 用式5-11a求加热蒸汽消耗量，即 =4102 kJ/kg 1 0 ' ( ) 3240*2644.3 (5400 3240)*620 5400*210 2318.5 WH F W h Fh D r 4102 1.266 3240 D e W 传热面积 0 0 m Q S K t kJ/kg=2437kW 3 4102*2138.5 8772*10 Q Dr 2 2 0 1560 / ( * ) 1.56 / ( * ) K W m C kW m C 143.4 126 17.4 m t C 所以 2 0 2437 89.78 1.56*17.4 S m 取20%的安全系数。则 2 0 1.2*89.78 107.7 S m （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kJ/kg 0 1 0 ' ( ) 3240*2304.5 5400*3.4(126 60) 4058 ' 2138.5 p Wr Fc t t D r 4058 1.252 3240 e 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30 时： C kJ/kg 3240*2304.5 5400*3.4(126 30) 4316 2138.5 D 4316 1.332 3240 e 原料液为126 时： C kJ/kg 3240*2304.5 5400*3.4(126 126) 3492 2138.5 D 3492 1.078 3240 e
