化工原理期末考试试题及答案
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40℃t ℃q 213
45℃
80℃
120℃
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CS 2饱和蒸汽,从饱和温度46℃冷却到10℃,CS 2走管外,其流量为250 kg /h ,其冷凝潜热为356 kJ/kg ,液体CS 2的比热为1.05 kJ /(kg ·℃);水走管内与CS 2成总体逆流流动,冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS 2冷凝和冷却时传热系数(以外表面积为基准)分别为K 1= 232.6和K 2= l16.8 W/(m 2·℃),问此换热器是否适用?
1. 解:CS 2冷凝的热负荷:Q 冷凝=250×356=89000kJ/h =24.72 KW
CS 2冷却的热负荷:Q 冷凝=250×1.05×(46-10)=9450kJ/h =2.6 KW
总热负荷Q 为:Q =24.7+2.63=27.3 KW
冷却水用量q m2为:q m2= 27.3 =0.261kg/s =940kg/h
4.187×(30-5)
设冷却水进入冷却段的温度为t k ,则有:0.261×4.187×(t k -5)=2.6KW
解之得:t k =7.38℃,则:(5分)
冷凝段对数平均温差:Δt m = (46-30
)=25.67℃ ln 所需传热面积:A 冷凝=24.7/232.6×10-3×25.67=4.14m 2,(5分)
冷却段对数平均温差:Δtm = (46--5)=16.45℃
ln (5分) 所需传热面积:A 冷却=2.6/116.8×10-3×16.45=1.35m 2,
冷凝、冷却共需传热面积:ΣA i =4.14+1.35=5.49m 2,
换热器实际传热面积为:A 0=30×3.14×0.025×3=7.065>ΣA i ,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/m 3,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10×104 W/m 2·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R 1与第二、
三层热阻 R 2 、R 3 的大小:( B )。 A R 1 >(R 2+R 3 ) B R 1 =R 2 +R 3 C R 1 <( R 2 + R 3) 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m L ,高为m H 的降尘室中,颗粒的沉降速度为t u ,气体通过降尘室的水平流速为
u ,则颗粒能在降尘室分离的条件是( 3. D )。 A
t m m u H u L //〈 B u H u L m t m //〈 C u H u L m t m //≥ D t m m u H u L //≥
2. 解:1)q m1
热负荷 )(1222t t c q p m Q -*= =15×103×1.76×(55-20)
=9.24×105 KJ/h
h kg r
Q q m 2.42421781024.951=⨯== (4分) 2) K
苯侧的α: 10000165001052.058.85.002.0Re 3>=⨯⨯⨯==-μρ
du
18.6148.01052.01076.13
3=⨯⨯⨯==-λu c p p r 流体被加热,
4.0=n 4
.08.04.08.018.61650002.0148.0023.0Pr Re 023.0⨯⨯==∴d λα =834.3 w/m 2℃
基于外表面积:6632025834110000111112120=⨯+=+=d d K ααw/m 2℃ (7分)
3)L 及n
由传热基本方程:m t KA Q ∆=、
m t K Q A ∆= 4.915513020130ln )55130()20130(=-----=
∆m t ℃ 24.436004.9166310001024.95⨯⨯⨯⨯=∴A m 2
nu d q v 24π= 313600
5.002.0485810154232=⨯⨯⨯⨯⨯==ππu d q n v (根)
Ln d A 0π= m L 82.131025.024.4=⨯⨯=π (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)