化工原理期末考试试题及答案.doc
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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℃。
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=l16.8W/（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＝24.72KW
CS2冷却的热负荷：
Q冷凝＝250×1.05×（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
4.187×（30-5）
设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：
0.261×4.187×（tk－5）＝2.6KW
解之得：
tk＝7.38℃，则：
（5分）
46－30
46－7.38
冷凝段对数平均温差：
Δtm＝（46－30）－（46－7.38）＝25.67℃
ln
所需传热面积：
A冷凝＝24.7/232.6×10－3×25.67＝4.14m2，（5分）
46－7.38
10－5
冷却段对数平均温差：
Δtm＝（46－7.38）－（10－5）＝16.45℃
ln（5分）
所需传热面积：
A冷却＝2.6/116.8×10－3×16.45＝1.35m2，
冷凝、冷却共需传热面积：
ΣAi＝4.14＋1.35＝5.49m2，
换热器实际传热面积为：
A0＝30×3.14×0.025×3＝7.065>ΣAi，所以适宜使用。
（5分）
２．（20分）某列管换热器由多根Φ25×2.5mm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ρ为858kg/m3，粘度μ为0.52×10-3Pa·s，导热系数λ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）。
AR1>（R2+R3）BR1=R2+R3
CR1<（R2+R3）D无法比较
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。
若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，则颗粒能在降尘室分离的条件是（3.D）。
AB
CD
2.解：
1）qm1
热负荷
=15×103×1.76×（55-20）
=9.24×105KJ/h
（4分）
2）K
苯侧的：
流体被加热，
=834.3w/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）
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