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类型:延南洞吻神,免费看 地区: 德国 年份:2020-07-13

剧情介绍

化工原理模拟试题(一)一、选择题(20分,每小题2分)1离心泵的调节阀开大时,A吸入管路阻力损失不变B泵出口的压力减小C泵入口的真空度减小D泵工作点的扬程升高2在完全湍流时(阻力平方区),粗糙管的摩擦系数λ数值A与光滑管一样B只取决于Re C取决于相对粗糙度D与粗3已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm,则___A t1<t2B t3>t2C t1>t2D t3<t14精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高,最恰当的说法是。A液相中易挥发组分进入汽相;B汽相中难挥发组分进入液相;C液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但其中易挥发组分较多;D液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。5实际生产中沸腾传热过程应维持在____区操作。A自然对流B强制对流C膜状沸腾D泡状沸腾6吸收塔的设计中,若填料性质及处理量(气体)一定,液气比增加,则传质推动力,传质单元数,传质单元高度,所需填料层高度。A增大B减小C不变D不能判断7已知湿空气的下列___参数,利用H-I图可以查得其它未知参数。A(p,H)B(t d,t)C(t w,t)D(I,t W)8精馏的操作线是直线,主要基于以下原因__。A恒摩尔流假定B理想物系C塔顶泡点回流D理论板假定9离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生____。A汽化现象B汽蚀现象C气缚现象D气浮现象10对于一定的干球温度的空气,当其相对湿度愈低时,则其湿球温度___。A愈高B愈低C不变D不一定二填空题(20分)1在滞流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比,在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比。2相对挥发度α=1,表示不能用分离,但能用分离。3流体在圆形直管中作滞流流动时,其速度分布是型曲线,其管中心最大流速为平均流速的倍,摩擦系数λ与Re的关系为。4离心泵的安装高度超过允许安装高度时会发生现象5导热系数的单位为,对流传热系数的单位为,总传热系数的单位为。6精馏操作的依据是,实现精馏操作的必要条件包括____和。7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括________阶段和_________阶段。8流体流动的连续性方程是____________;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为___________________。9对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统,吸收操作中温度不变,压力增加,可使相平衡常数______(增大、减小、不变),传质推动力______(增大、减小、不变),亨利系数______(增大、减小、不变)。10在1atm 下,不饱和湿空气温度为295K ,当加热到375K 时,相对湿度___,露点___。(增高、降低、不变)三计算题(60分)1(15分)用一精馏塔分离二元液体混合物,进料量100kmol/h ,易挥发组分x F =0.5,泡点进料,得塔顶产品x D =0.9,塔底釜液x W =0.05(皆摩尔分率),操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度α=2.25,塔顶为全凝器,求:(1)塔顶和塔底的产品量(kmol/h );(2)第一块塔板下降的液体组成x 1为多少;(3)写出提馏段操作线数值方程;(4)最小回流比。2(15分)在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(α水>>α空气)(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?3(15分)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为φ83×3.5mm ,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ,压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时,进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ,出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ,压力表读数为2.452×105Pa ,泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m 3,试求:(1)两槽液面的高度差H 为多少?(2)泵所需的实际功率为多少kW ?(3)真空表的读数为多少kgf/cm 2?4(15分)某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比L/V=3,气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。已知物系的平衡关系为HH 1H 2y=2x 。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至00035.02=′x ,试求:(1)可溶组分的回收率η′下降至多少?(2)液相出塔摩尔分数1x ′升高至多少?化工原理模拟试题(二)一、填空题(20分,每空1分)1流体流动的连续性方程是___________________________;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程是_______________________________。2由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数越大,则该壁面的热阻愈_________,其两侧的温差愈___________。3一个工程大气压等于___________Pa;等于____________mmH2O柱。4当地大气压为745mmHg,侧得一容器内的绝对压强为350mmHg,则真空度为_____________mmHg;侧得另一容器内的表压强为1360mmHg,则其绝对压强为___________mmHg。5离心泵的工作点是______________曲线与______________曲线的交点。6流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的______倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的_______倍。7气体吸收计算中,表示设备(填料)效能高低的一个量是_________________,而表示传质任务难易程度的一个量是______________________。8恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括_______________和___________。9一般来说,两组分的等分子反向扩散体现在__________单元操作中,而A组份通过B组份的单相扩散体现在__________操作中。10间壁换热器管壁温度t w接近_______________;总传热系数K的数值接近________________________。二、选择题(20分,每题2分)1流体流动时的摩擦阻力损失h f所损失的是机械能中的_____项。A位能B静压能C总机械能D动能2已知q=1.1,则加料液中液体量与总加料量之比为__________。A0.1:1B 1.1:1C1:1.1D1:13某二元混合物,α=3,全回流条件下ⅹn=0.3,则Уn-1=_______。A0.9B0.3C0.854D0.7944某液体在内经为d0的水平管路中稳定流动,其平均流速为u0,当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时,其流速为原来的______倍。A2B4C8D165离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生____。A气缚现象B汽化现象C气浮现象D汽蚀现象6傅立叶定律是_____的基本定律。A对流传热B热传导C总传热D冷凝7已知湿空气的下列___参数,利用H-I图可以查得其它未知参数。A(t w,t)B(I,t w)C(p,H)D(t d,H)8为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液,应采用_____流程。A 平流加料B 并流加料C 逆流加料D 双效三体并流加料9在恒压过滤时,如介质阻力不计,过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。A 增大至原来的2倍B 增大至原来的4倍C增大至原来的2倍D 增大至原来的1.5倍10一定流量的液体在一Φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动,其对流传热系数αi =1000W/m 2•℃;如流量与物性都不变,改用一Φ19×2mm 的直管,则其α将变为______。A1259B1496C1585D1678三、计算题(60分,每题15分)1在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h ,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知α=2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。求:(1)塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;(2)最小回流比;(3)精馏段操作线方程;(4)从与塔釜相邻的塔扳上下降的液相组成为多少?2在一单程列管式换热器中,欲用水将15000kg/h 的煤油从140℃冷却到40℃,水的进、出口温度分别为30℃和40℃,两流体逆流流动。煤油的平均比热容为2.3kJ/(kg•℃),水的平均比热容为4.187kJ/(kg•℃)。若换热器的总传热系数为300W/(m 2•℃),试求:(1)冷却水的流量;(2)换热器的对数平均温度差Δt m ;(3)换热器的传热面积S 。3在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气—氨混合气中的氨,已知混合气量为2826m 3/h (标准状况),气体空塔速度为1m/s ,平衡关系为Y=1.2X ,以摩尔比为推动力的气相体积总传质系数K Ya =180kmol/m 3·h ,吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X 1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度H OG ;(3)气相总传质单元数N OG ;4用离心泵把20℃的水从储槽送至水洗塔顶部,槽内水位维持恒定。各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Φ76mm×2.5mm ,在操作条件下,泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa ;水流经吸入管与排出管(不包括喷头)的能量损失可分别按∑=21,2u hf 与∑=22,10u hf 计算,由于管径不变,故式中u 为吸入或排出管的流速m/s 。排水管与喷头连接处的压强为98.07×103Pa (表压)。试求:(1)水在管内的流速u ;(2)泵的有效功率;(3)已知泵的效率为60%,求操作条件下泵的轴功率。化工原理模拟试题(三)一、选择题(20分,每小题2分)1用一气蚀余量为3m 的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体,若泵前管路的全部流动阻力为1.5m 液柱,则此泵的安装位置必须__。A 高于塔底液面4.5m 的上方B 高于塔底液面1.5m 的上方C 低于塔底液面4.5m 的下方D 低于塔底液面3.0m 的下方2过滤基本方程式是基于____推导出来的。A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈层流流动C 滤液在滤渣中呈湍流流动D 滤液在介质中呈层流流动3在完全湍流时(阻力平方区),粗糙管的摩擦系数λ数值____。A 只取决于Re B 与光滑管一样C 取决于相对粗糙度D 与粗糙度无关4对流传热系数关联式中普兰特准数是表示____的准数。A 物性影响B 流动状态C 对流传热D 自然对流影响5实际生产中沸腾传热过程应维持在____区操作。A 自然对流B 强制对流C 膜状沸腾D 泡状沸腾6已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1=0.00625atm、E 2=0.011atm、E 3=0.0035atm,则___。A t 3>t 2B t 1<t 2C t 1>t 2D t 3>t 17已知湿空气的下列___参数,利用H-I 图可以查得其它未知参数。A (p,H)B (t d ,t)C (t w ,t)D (I,t W )8精馏的操作线是直线,主要基于以下原因__。A 恒摩尔流假定B 理想物系C 塔顶泡点回流D 理论板假定9离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生____。A 汽化现象B 汽蚀现象C 气缚现象D 气浮现象10对于一定的干球温度的空气,当其相对湿度愈低时,则其湿球温度___。A 愈高B 愈低C 不变D 不一定二填空题(20分,每空1分)1在滞流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比,在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比。2对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统,在吸收操作中温度不变,压力增加,可使相平衡常数___,传质推动力___。(增大、减小、不变)3离心泵的工作点是_____曲线与_______曲线的交点。4水在管内作湍流流动,若流速提高到原来的2倍,则其对流传热系数约为原来的__倍;管径改为原来的1/2而流量相同,则其对流传热系数约为原来的__倍。(设条件改变后仍在湍流范围)5厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b 1>b 2>b 3,导热系数λ1﹤λ2﹤λ3,在稳定传热过程中,各层的热阻______,各层导热速率______。6分离任务要求一定,当回流比一定时,在五种进料状况中,___进料的q 值最大,分离所需的总理论板数___。7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括________阶段和_________阶段。8流体流动的连续性方程是____________;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为___________________。9流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的__倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的__倍。10在1atm 下,不饱和湿空气温度为295K,当加热到375K 时,相对湿度___,露点___。(增高、降低、不变)三计算题(60分)1(15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热,平均相对挥发度为2.47,饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h,进料组成为0.4(摩尔分率),回流比为6,塔顶馏出液中苯的回收率为0.97,塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求:(1)塔顶馏出液及塔釜采出液组成;(2)精馏段操作线方程;(3)回流比与最小回流的比值;(4)若全回流操作时,塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6,全凝器液相组成为0.98,求由塔顶第二块板上升的气相组成?2(15分)一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为6m,直径为φ25×2mm。冷却水在管内流过,并从17ºC 被加热到37ºC。流量为1.25kg/s,温度为72ºC 的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体,烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg。已测得:蒸汽冷凝传热系数α0=800w/(m 2·ºC),管内侧热阻为外侧热阻的40%,污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为4.18KJ/(Kg·ºC)。试计算:(1)冷却水用量;(2)换热管的总根数。(传热面积以外表面为基准)。3(15分)在如图所示的输水系统中,已知管路总长度(包括所有当量长度,下同)为100m,其中压力表之后的管路长度为80m,管路摩擦系数为0.03,管路内径为0.05m,水的密度为1000Kg/m 3,泵的效率为0.85,输水量为15m 3/h。求:(1)整个管路的阻力损失,J/Kg;(2)泵轴功率,Kw;(3)压力表的读数,Pa。4(15分)一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气组成为0.04(A 的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0066,出塔水溶液浓度为0.0134,操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求:(1)液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需填料层高度?(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求出此时填料层高度?H=20mH 1=2m化工原理模拟试题(四)一、选择题(20分,每题2分)1流体流动时的摩擦阻力损失h f所损失的是机械能中的_____项。A位能B静压能C总机械能D动能2离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生_____。A气缚现象B汽化现象C气浮现象D汽蚀现象3某液体在内经为d0的水平管路中稳定流动,其平均流速为u0,当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时,其流速为原来的______倍。A2B4C8D164过滤基本方程式是基于____推导出来的。A滤液在介质中呈湍流流动B滤液在滤渣中呈湍流流动C滤液在介质中呈层流流动D滤液在滤渣中呈层流流动5在蒸气—空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中的___________在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片,增加冷凝面积6已知q=1.1,则加料液中液体量与总加料量之比为__________。A0.1:1B 1.1:1C1:1.1D1:17精馏的操作线是直线,主要基于以下原因__。A理论板假定B理想物系C恒摩尔流假定D塔顶泡点回流8物料的平衡水分一定是_________。A非结合水分B自由水分C结合水分D临界水分9傅立叶定律是_____的基本定律。A对流传热B热传导C总传热D冷凝10精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高,最恰当的方法是________。A液相中易挥发组分进入汽相B汽相中难挥发组分进入液相C液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但易挥发组分较多D液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生二填空题(20分,每空1分)1在滞流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比,在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的__次方成正比。2相对挥发度α=1,表示不能用分离,但能用分离。3流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区),其摩擦系数λ随和而变。完全湍流(阻力平方区)时,粗糙管的摩擦系数数值只取决于。4水在管内作湍流流动,若流速提高到原来的2倍,则其对流传热系数约为原来的__倍;管径改为原来的1/2而流量相同,则其对流传热系数约为原来的__倍。(设条件改变后仍在湍流范围)5导热系数的单位为,对流传热系数的单位为,总传热系数的单位为。6分离任务要求一定,当回流比一定时,在五种进料状况中,___进料的q 值最大,分离所需的总理论板数___。7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括________阶段和_________阶段。8流体流动的连续性方程是____________;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为___________________。9易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上方的分压,只要组份在气相中的分压液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。10在1atm 下,不饱和湿空气温度为295K ,当加热到375K 时,相对湿度___,露点___。(增高、降低、不变)三计算题(60分)1(15分)一精馏塔,原料液组成为0.5(摩尔分率),饱和蒸气进料,原料处理量为100kmol/h ,塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15,塔釜用间接蒸气加热,塔顶全凝器,泡点回流。试求:(1)塔顶、塔底产品组成;(2)全凝器中每小时冷凝蒸气量;(3)蒸馏釜中每小时产生蒸气量(4)若全塔平均α=3.0,塔顶第一块塔板默弗里效率E ml =0.6,求离开塔顶第二块塔板的气相组成。2(15分)有一换热器,管内通90℃的热流体,膜系数1α为1100C m w °⋅2/,管外有某种液体沸腾,沸点为50℃,膜系数2α为5800C m w °⋅2/。试求以下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢;(2)外侧有污垢产生,污垢热阻为0.005w C m /2°⋅3(15分)如本题附图所示,用泵2将储槽1中密度为1200kg/m3的溶液送到蒸发器3内,储槽内液面维持恒定,其上方压强为101.33×103Pa 。蒸发器上部的蒸发室内操作压强为200mmHg (真空度)。蒸发器进料口高于储槽内的液面15m ,输送管道的直径为Φ68mm ×4mm ,送料量为20m 3/h ,溶液流经全部管道的能量损失为120J/kg ,试求:(1)泵的出口管路中流体的流速;(2)泵的有效功率;(3)若泵的效率为65%,求泵的轴功率。4(15分)有一填料吸收塔,在28℃及101.3kPa,用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨,使其含量由5%降低到0.04%(均为摩尔%)。填料塔直径为0.8m,填料层体积为3m3,平衡关系为Y=1.4X,已知Kya=38.5kmol/h。问(1)出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时,该塔能否使用?(2)若在上述操作条件下,将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用? (注:在此条件下不会发生液泛)化工原理模拟试题(五)一.(16分)选择题(每题只许选一个答案)(1)孔板流量计的孔流系数C0当R e增大时,其值。A总在增大B先减小,后保持为定值C总在减小D不定(2)某液体在内径为d0的水平管路中稳定流动,其平均流速为u0,当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=d0/2)的管子时,若流体为层流,则压降∆p为原来的倍。A4B8C16D32(3)一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动,其对流传热系数αi=1000W/m2·℃;如流量与物性都不变,改用一φ19×2mm的直管,则其α将变为。A1259B1496C1585D1678(4)某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成x A=0.6,相应的泡点为t1,与之相平衡的汽相组成y A=0.7,相应的露点为t2,则______A t1=t2B t1<t2C t1>t2D不确定(5)精馏操作时,若F、D、x F、q、R、加料板位置都不变,而将塔顶泡点回流改为冷回流,则塔顶产品组成x D变化为______A变小B变大C不变D不确定(6)已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm,则______A t1<t2B t3>t2C t1>t2D t3<t1(7)逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在______达到平衡。A塔顶B塔底C塔中部D不确定(8)已知湿空气的下列______参数,利用H-I图可查得其他未知参数。A(t W,t)B(t d,H)C(p,H)D(I,t W)二.(14分)填空题(1)精馏设计中,当回流比增大时所需理论板数______,同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量______,塔顶冷凝器中冷却介质消耗量______,所需塔径______。(2)精馏操作的依据是______________________________,实现精馏操作的必要条件包括__________________和__________________。(3)吸收操作中温度不变,压力增加,可使相平衡常数______,传质推动力______。(4)一般来说,两组份的等分子反相扩散体现在______单元操作中,而A组份通过B组份的单相扩散体现在______操作中。(5)在1atm下,不饱和湿空气温度为295K,当加热到375K时,绝对湿度______,相对湿度______,湿球温度______,露点______。(6)区分可除水份与不可除水份的分界点是______。(7)流体在管内作湍流流动时(不是阻力平方区),其摩擦系数λ随和而变。(8)有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为,各项单位为。(9)离心泵的流量调节阀安装在离心泵的管路上,开大该阀门后,真空表读数,压力表读数,泵的扬程将,轴功率将。(10)在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气,总传热系数K 接近于侧的对流传热系数,而壁温接近于侧流体的α值。三.计算题(70分)1.(15分)如图所示,用泵将水从贮槽送至敞口高位槽,两槽液面均恒定不变,输送管路尺寸为φ83×3.5mm ,泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表,真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ,压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时,进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ,出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ,压力表读数为2.452×105Pa ,泵的效率为70%,水的密度ρ为1000kg/m 3,试求:(1)两槽液面的高度差H 为多少?(2)泵所需的实际功率为多少kW ?(3)真空表的读数为多少kgf/cm 2?2.(15分)在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(α水>>α空气)(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?3.(20分)某填料吸收塔进塔混合气体中含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。吸收塔操作压强为780mmHg ,温度为25℃,进塔混合气体流量为1000m 3/h ,苯回收率为95%。吸收剂为不含苯的煤油,煤油耗用量为最小用量的1.5倍。气液逆流流动,系统平衡关系为Y=0.14X (式中Y 、X 均为摩尔比),气相体积总传质系数为K ya =125kmol/m 3·h ,煤油的平均分子量为170kg/kmol ,塔径为0.6m 。试求:(1)煤油的耗用量为多少kg/h ?(2)煤油出塔浓度X 1为多少?(3)填料层高度为多少m ?(4)吸收塔每小时回收多少kmol 苯?(5)欲提高回收率可采用哪些措施?并说明理由。4.(20分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物,塔顶为全凝器,塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h ,含苯0.4,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流。已知α=2.5,取回流比为最小回流比的1.5倍。试求:(1)塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ;(2)最小回流比;(3)精馏段操作线方程;(4)提馏段操作线方程;(5)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用回流比,所需理论板数为多少H H 1H 2化工原理传热部分模拟试题及答案一填空(1)在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气,总传热系数K 接近于空气侧的对流传热系数,而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。(2)热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻大(大、小)一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W 接近于α值大(大、小)一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈小,则该壁面的热阻愈大(大、小),其两侧的温差愈大(大、小)。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈大,则该壁面的热阻愈小,其两侧的温差愈小。(4)在无相变的对流传热过程中,热阻主要集中在滞离层内(或热边界层内),减少热阻的最有效措施是提高流体湍动程度。(5)消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种,即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U 管式结构;翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积,增强流体的湍动程度以提高传热系数。(6)厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b 1>b 2>b 3,导热系数λ1<λ2<λ3,在稳定传热过程中,各层的热阻R 1>R 2>R 3,各层导热速率Q 1=Q 2=Q 3。(7)物体辐射能力的大小与黑度成正比,还与温度的四次方成正比。(8)写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。(9)在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内,传热系数随着温度差的增加而增加。(10)传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是___傅立叶定律_其表达式为___dQ=-dsλnt∂∂___。(11)水在管内作湍流流动,若使流速提高到原来的2倍,则其对流传热系数约为原来的1.74倍;管径改为原来的1/2而流量相同,则其对流传热系数约为原来的 3.48倍。(设条件改变后仍在湍流范围)(12)导热系数的单位为W/(m ·℃),对流传热系数的单位为W/(m 2·℃),总传热系数的单位为W/(m 2·℃)。二、选择1已知当温度为T 时,耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力,则铝的黑度_D _耐火砖的黑度。A 大于B 等于C 不能确定D 小于2某一套管换热器,管间用饱和水蒸气加热管内空气(空气在管内作湍流流动),使空气温度由20℃升至80℃,现需空气流量增加为原来的2倍,若要保持空气进出口温度不变,则此时的传热温差应为原来的A 倍。A 1.149B 1.74C 2D 不定3一定流量的液体在一φ25×2.5mm 的直管内作湍流流动,其对流传热系数αi =1000W/m 2·℃;如流量与物性都不变,改用一φ19×2mm 的直管,则其α将变为D 。A 1259B 1496C 1585D 16784对流传热系数关联式中普兰特准数是表示C 的准数。A 对流传热B 流动状态C 物性影响D 自然对流影响5在蒸气—空气间壁换热过程中,为强化传热,下列方案中的_B _在工程上可行。A 提高蒸气流速B 提高空气流速C 采用过热蒸气以提高蒸气温度D 在蒸气一侧管壁加装翅片,增加冷凝面积6在两灰体间进行辐射传热,两灰体的温度差为50℃,现因某种原因,两者的温度各升高100℃,则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比,应该_B _。A 减小B 增大C 不变7在单效蒸发器中,将某水溶液从14%连续浓缩至30%,原料液沸点进料,加热蒸汽的温度为96.2℃,有效传热温差为11.2℃,二次蒸气的温度为75.4℃,则溶液的沸点升高为D ℃。A 11.2B 20.8C 85D 9.68为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液,应采用_B _流程。A 并流加料B 逆流加料C 平流加料D 双效三体并流加料三、计算1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知:o R 球体半径,m ;oT 球体表面的恒定温度,℃;oq 每单位球体体积在单位时间内所产生热量,)/(3h m J ⋅;oλ球体材料的导热系数,)/(C h m J °⋅⋅。解:球体积334r V π=,球表面积24r A π=根据傅立叶热传导公式:drdt r dr dt A q r o o o 23434πλλπ−=−=所以dt q rdr ooλ3−=积分上式得:∫∫−=ooT Too R rdtq rdr λ3)(3)(2122o oo o T T q r R −=−λ)(622r R q T T o ooo −+=λ2一卧式列管冷凝器,钢质换热管长为3m,直径为φ25×2mm。水以0.7m/s 的流速在管内流过,并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得:蒸气冷凝传热系数α0=800W/(m 2·℃),管内侧热阻为外侧的40%,污垢热阻又为管内侧热阻的70%,试核算:(1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准);(2)换热管的总根数;(3)换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失,水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]解:(1)换热器每程提供的传热面积(外表面为基准),S 1;由题意知,水以0.7m/s 的流速在管内流过,欲求S 1,需先知道每程的管子数,每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为:kwr W Q h h 39431525.1=×==又)(12t t C W Q pc c −=,C kg kJ C pc °⋅=/18.4,则skg t t CQ Wpcc/713.4)1737(18.4394)(12=−=−=单管内水的流量为:s kg u d W c /2423.010007.0021.0785.04221=×××==π每程所需管子数为:5.192423.0713.411===c c W W n 取每程管子数为20,则每程所能提供的传热外表面积为:21171.4320025.0ln m d S o =×××==ππ(2)换热管的总根数;由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。m o o t S K Q ∆=由题给数据,Cm W K oo o o °⋅=××+×+=×+×+=2/2.476)80014.07.080014.08001(1)14.07.014.01(1αααC t t t t t m °=−−−−−=∆∆∆−∆=∆25.4437721772ln )3772()1772(ln2121则任务所需的传热外表面积为:27.1825.444762.0394m t K Q S m o o =×=∆=lno o d S π=换热管总根数为:4.793025.07.18=××==ππl d S n o o 取80=n (2)换热器的管程数。由题意管程数为:41==n n N t 3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气,两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃,使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下,冷却水出口温度降至38℃,试求:(1)空气出口温度为多少?(2)总传热系数为原来的多少倍?(3)若使冷却水加大一倍,空气流量及两流体进口温度不变,冷热流体的出口温度各为多少?(α水>>α空气)(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?解:使用初期使用一年后110℃40℃110℃2T ′45℃20℃38℃20℃(1)空气出口温度2T ′题意可得:使用初期mph h pc c t KS T T C W t t C W Q ∆=−=−=)()(2112(1)使用一年后m ph h pc c t KS T T C W t t C W Q ′∆=′−=−′=′)()(22112(2)两式相比(2)/(1),得)2045()2038()40110()110(2−−=−′−T 则:2T ′=59.6℃(2)总传热系数KK /′Ct Ct T t T t T t T t mm °=−=−−−−−=′∆°=−=−−−−−=∆2.546.3972ln 6.3972206.5938110ln )202.59()38110(2.342065ln 2065ln)()(12211221方程(2)式/(1)式,得:2.382.54)2045()2038(⋅′=−−K K 故%50.0=′KK (3)冷热流体的出口温度22T t ′′′′及一年后m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q ′∆′=′−=−′=′α)()(2112(3)m ph h pc c t S K T T C W t t C W Q ′′∆′′=′′−=−′′=′′)()(22112(4)方程(4)式/(3),得:20110ln)20()110(2.5412038)20(26.59110110222222−′′′′−−′′−′′−⋅⋅′′′=−−′′=−′′−T t T t K K t T 整理前半式的方程22179.06.39T t ′′−=′′(5)又因空气水αα〉〉,空气α≈K ,故1≈′′′≈′′′空空ααKK 由等比定理20110ln)20()110(2.54196.59110)20()110(222222−′′′′−−′′−′′−⋅⋅=−−−′′−′′−T t T t t T 则2.544.4120110ln22=−′′′′−T t 整理得,22153T t ′′−=′′(6)联立(5)和(6),可得:C t °=′′4.292,C T °=′′5.572(4)冷却水流量加大后,换热器的传热速率有何变化?变为多少?Ct m°=−=−−−−−=′′∆3.565.376.80ln 5.376.80205.574.29110ln )205.57()4.29110(则04.12.543.56==′∆′′∆=′′′mmt t QQ 4有一蒸汽加热器,热方:为饱和蒸汽冷凝,T=100℃;冷方:为生垢液体升温,C t °=201,C t °=602。(1)在测试中,维持以上温度条件不变,发现蒸汽凝液流量,在清洗前后之比为1:2。问:a 那些是控制热阻?管程宜走那一方流体?简述理由;b 清洗前,污垢热阻约为该时总热阻的多少分数?(2)在操作中,若要求改为维持该加热器的热负荷不变。问:随着污垢的增加,调节饱和蒸汽的温度和生垢液体的流量,是否都能达到要求?简述理由(定性分析)。注:冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。解:(1)a 垢层是主要控制热阻,其次是垢层对液体的给热过程,因传热过程的传热量取决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体,便于清洗,便于增大流速,可能减少垢层沉积在管子表面上,饱和蒸汽宜在管间(壳程)走,因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响,而饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗,且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。b维持m t A ∆,不变时:清洗前传热量mh t KA W Q ∆==(1)清洗后传热量mh t A K W Q ∆′==′2(2)(1)式与(2)式比较得:KK 2=′清洗前后总热阻的差值是污垢热阻s R KK K K K R s 2121111=−=′−=所以505.0121===KK R R s总%(2)在操作中,调节生垢液体流量,企图减少垢层厚度来增加换热量,是不能满足的,因为生垢液体以为湍流,再增加流量时,所增加的换热量决不能与所需要的热量相当,这时会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加m t ∆,使其满足热负荷的要求。假设垢层热阻的增加,使其换热量减少一半,(换热量再减少即不能操作),这时蒸汽的温度提高到160℃即可满足要求。假设垢层的生成,其传热面积的变化忽略不计,而传热系数下降一半,则推动力12026016020160=−+−=′∆mt 增加一倍,这样即可满足其换热器的热负荷不变。5有一换热器,管内通90℃的热流体,膜系数1α为1100C m w °⋅2/,管外有某种液体沸腾,沸点为50℃,膜系数2α为5800C m w °⋅2/。试求以下两种情况下的壁温:(1)管壁清洁无垢;(2)外侧有污垢产生,污垢热阻为0.005wC m /2°⋅解:忽略管壁热阻,并假设壁温为wT (1)当壁很薄时,根据壁两侧的对流传热方程式可得:2111ααtT T T w w −=−58001501100190−=−w w T T 则CT w °=4.56(2)同理 2111R tT T T ww +−=−αα005.058001501100190+−=−w w T T 则CT w °=84由此可知,壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。6流量为2000kg/h 的某气体在列管式换热器的管程流过,温度由150℃降至80℃;壳程冷却用水,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膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数,管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计,气体平均比热为1.02kJ/kg·℃,水的比热为4.17kJ/kg·℃,不计温度变化对比热的影响,试求:(1)冷却水用量;(2)如冷却水进口温度上升为20℃,仍用原设备达到相同的气体冷却程度,此时对数平均温差为多少?(3)此时的出口水温将为多少?(4)此时的冷却水用量为多少?解:(1)冷却水用量;)()(2112T T C W t t C W Q ph h pc c −=−=)80150(02.12000)1565(17.4−×=−×=c W Q hkg W c /685=(2)如冷却水进口温度上升为20℃,仍用原设备达到相同的气体冷却程度,此时对数平均温差为多少?原情况mi i m i ph h pc c t S t KS T T C W t t C W Q ∆=∆=−=−=α)()(2112(1)新情况m i i m i ph h pc c t S t S K T T C W t t C W Q ′∆′′=′∆′=−=′−′′=′α)()(2112(2)因空气水αα〉〉,空气α≈K ,换热器与气体的情况未变,则Q Q ′=i i αα′=i i S S =′,故m mt t ∆=′∆Ct m °=−+−=∆752)1580()65150(22102)2080()150(22t t t m′−=−+′−=′∆则C t °=′602,(21t t ′∆′∆<2,则m t ′∆用算术平均值合适)对新情况下的热量进行衡算,)80150(02.12000)2060(17.4−××=−××′=′W Q 故hkg W c /856=′7在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h,比热容为1.9kJ/(kg·℃),温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m 2·℃),换热管内侧污垢热阻为4×10-4m 2·℃/W,忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为φ54×2mm 的钢管,有效长度为12m。试求:(1)饱和蒸汽流量(其冷凝潜热为2204kJ/kg);(2)管内苯的对流传热系数αi ;(3)当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时,苯的出口温度为若干?(4)若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施?作出定量计算。解:(1)饱和蒸汽流量;hkJ t t C W r W Q pc c h /1028.2)3060(9.14000)(512×=−××=−==hkg r Q W h /4.10322041025.25=×==(2)管内苯的对流传热系数αi ;2112212112ln ln )())(t T t T t t S K t T t T t T t T S K t S K t t C W Q o o o o m o o pc c −−−=−−−−−=∆=−=(整理得pcc oo C W S K t T t T =−−21ln(1)2036.212054.0m L d S o o =××==ππ4055.06012030120ln ln21=−−=−−t T t T )/(4205.0036.236009.140004055.02C m kw K o °⋅=×××=ii o i o si o o d d d d R K αα++=11(2)505450541041000015.42014i α+×+=−)/(5852C m w i °⋅=α(3)苯的流量增加50%,苯的出口温度为若干)/(1.809585)5.1()5.1(28.08.0C m w i i °⋅=×==′αα将其代入(2)式得)/(7.5352C m w K o °⋅=′代入(1)式得3444.010009.15.140003600036.27.53512030120ln2=×××××=′−−t 解得C t °=′2.562(4)若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施?作出定量计算。(a)将管子加长,由(1)式得pcc oo C W S K ′′′==−−4055.06012030120ln24.27.535360010009.140005.14055.0m S o=×××××=′m d S L o o15.14)054.0/(4.2)/(==′=′ππ(b)提高加热蒸气压强(温度)3444.010009.15.140003600036.27.5356030ln =×××××=−′−′T T 解得CT °=′1338一废热锅炉,由φ25×2锅炉钢管组成,管外为水沸腾,温度为227℃,管内走合成转化气,温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧αi =300W/m 2·K,水侧αo =10000W/m 2·K,钢的导热系数为45W/m·K,若忽略污垢热阻,试求:(1)以内壁面为基准的总传热系数K i ;(2)单位面积上的热负荷q(W/m 2);(3)管内壁温度T W 及管外壁温度T i ;(4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500℃左右仍可使用钢管做换热管。解:(1)K i025.010000021.0023.045021.0002.030011100×+××+=++=d d d d b K i m ii i αλα所以Km W K i ⋅=2/2.289(2)qmi i t S K Q ∆=5.2932.289227472227575ln)227472()227575(2.289×=−−−−−×=∆=m i t K q 22/9.84/2.84880m kW m W ==(3)管内壁温度T W 及管外壁温度T i因为 0122712472575S T S b T T S T i m i W i i Wαλα−=−=−+251000012272345002.02130012472575×−=×−=×−+ii W WT T T T 由上述方程可解出C T W °=8.237,CT i °=2.234(4)由计算结果可知,钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度,即接近于热阻小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500℃左右,而钢管的温度小于238℃,故仍可在此高温下使用钢管做换热管。9水以一定流速在直管中作湍流流动,若管壁温度不变为350K ,水的进出口温度分别为290K 及295K ,若水的流速增加一倍,则水的出口温度变为多大?解:求uu ′=2,2t ′=?以知K t w 350=,K t 2901=,K t 2952=,水湍流流动,需对水侧作热量恒算可求2t ′。一般情况,水的进出口温差小于10℃,那么温度对物性参数影响较小,因此可以认为水的物性参数保持不变。由题意知,流速改变前:mpc c pc c t S C W t t C W Q ∆=−=−=α)290295()(12(1)流速改变后:m pc c pc c t S t C W t t C W Q ′∆′=−′=−′=′α)290(2)(2212(2)流速改变前流速改变后350K 350K350K 350K 290K295K290K2t ′则Ct m °=−+−=∆5.572)295350()290350(24102)350()290350(22t t t m′−=′−+−=′∆又4.08.0)()(023.0λµµρλαp i i C u d d =(3)因物性参数不变,则:74.12)(8.08.0==′=′uu αα(4)(1)/(2),并将各参数带入,可得:241074.15.57)290(2522t t ′−×=−′K t 4.2942=′10现有一逆流冷却器,用冷水冷却油,使油温从420K 降到370K ,水进口温度为285K ,出口温度为310K 。设油和水的流率、进口温度保持不变,将冷却器长度增加一倍(其它尺寸不变),求油及水的出口温度。解:420K 370K 5.972)285370()301420(=−+−=∆m t 310K285K对体系进行热量恒算,mpw w po o t KS C W C W ∆=−=−)285310()370420(所以,po po po m o C KSC KS C t KS W 95.1505.97)370420(=×=−∆=(1)pwpw w C KSC KS W 9.3)285310(5.97=−×=(2)冷却器长度增加一倍后,420K T 2t 2285K假设:213522221t T t t t m−+=′∆+′∆=′∆则mpw w po o t KS t C W T C W ′∆=−=−2)285()420(22所以,)420()135()420(22222t t T C KS T C t KS W po po m o −−+×=−′∆=(3))285()350()285(22222−−+×=−′∆=t t T C KS t C t KS W pw pw m w (4)(1)=(3)1.95=222420)135(T t T −−+(5)(2)=(4) 3.9=285)135(222−−+t t T (6)解(5)和(6)方程,得:T 2=341.74Kt 2=324.13K87.9513.3244201=−=′∆t 74.5628574.3412=−=′∆t 21t t ′∆′∆<2,则m t ′∆用算术平均值合适。11某工厂有一台列管式换热器,每小时将一定量的气体从80℃冷到60℃,冷却水温度由20℃升到30℃,气体在管内流过,冷却水在管外与气体成逆流。经核算,该换热器的传热系数)/(402C m w K °⋅=,现生产需要气体出口温度更低,有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用,气体量与原一台时相同,只是分成相等的两股送入,冷却水进出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算:(1)此时气体的出口温度为多少?(2)两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度?设:气体处理量与冷却水进出口温度都不变,忽略管壁与冷却水热阻,气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。解:一台换热器情况:452)2060()3080(2)()(1221=−+−=−−−=∆t T t T t m 所以SS t KS Q m 18004540=××=∆=又因pgg pg g pg g C W C W T T C W 20)6080()(21=−=−气体放出的热量与冷却水得到的热量相等,所以:pgg C W S 201800=即901=pg g C W S (1)(1)两台相同换热器并联使用2302)20()3080(2)()(221221T T t T t T t m′+=−′+−=−′−−=′∆gg W W 5.0=′由于管间为水,管内为气体,gw αα〉〉故有gK α=气膜控制又408.0===K AW g g αK W A gg ′==′8.0)2/(α所以K W A AW K K g g ′===′40)5.0(1)2/(8.08.08.0故23)5.0(408.0=×=′K )80()30(23230223222T C W T S T S t S K Q pg g m′−=′+=′+××=′∆′′=′)30(238022T T C W S pg g ′+′−=(2)联立(1)式和(2)式解得:CT °=′6.572(2)两台相同换热器串联使用时2302)20()3080(2)()(221221T T t T t T t m′′+=−′′+−=−′′−−=′′∆40==′′K K )80()30(40230240222T C W T S T S t S K Q pg g m′′−=′′+=′′+××=′′∆′′′′=′′)30(408022T T C W S pg g ′′+′′−=(3)联立(1)式和(3)式解得:CT °=′′15.462因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。12某车间需要安装一台换热器,将流量为30m 3/h、浓度为10%的NaOH 水溶液由20℃预热到60。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器,其规格为φ25×2mm;长度为3m;总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务?操作条件下,NaOH 溶液的物性参数为Cm w s mPa C kg kJ C C m w m kg p °⋅×=⋅=°⋅=°⋅==2423/101;5.1;/77.3;/58.0;/1100αµλρ蒸汽冷凝膜系数钢的导热系数C m w °⋅=/5.46λ污垢热阻总和∑°⋅=wC mR /0003.02解:对库存换热器进行传热能力核算mo o t S K Q ∆=其中4.16)1.03(025..014.372)1.0(=−×××=−=L d n S o o πCt T t T t t t T t T t T t T t m °=−−−=−−−=−−−−−=∆4.856012720127ln 2060lnln )()21122121(蒸汽冷凝宜走壳程,NaOH 水溶液走管程。求管内NaOH 水溶液一侧的1αs m u /67.02/72021.0785.03600302=×××=C m w d d L C du p °⋅=×××=×=〉===×××==〉=×××==−−24.08.04.08.013343/2560)75.9()10300(021.058.0023.0(Pr)(Re)023.060143021.0375.958.0105.11077.3Pr 1010300105.1110067.0021.0Re λαλµµρ109710003.0023.05.46025.0002.0021.02560025.0100001111=+××+×+=+++=∑R d bd d d K i o i o o o λααCm w K o °⋅=2/1097换热器的传热速率kw t S K Q m o o 15364.854.161097=××=∆=该换热器的热负荷kwt t C W Q pc c L 1382)2060(77.33600110030)(12=−×××=−=因为LQ Q 〉所以库存的换热器能够完成传热任务。另一种解法:由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为:mo ot K QS ∆=′同上,换热器的热负荷kwQ L 1382=C m w K o °⋅=2/1097,Ct m °=∆4.85故275.144.8510971382m S o=×=′该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为:4.16)1.03(025..014.372)1.0(=−×××=−=L d n S o o π因为oo S S ′〉所以库存的换热器能够完成传热任务。13热气体在套管换热器中用冷水冷却,内管为mm mm 5.225×φ钢管,导热系数K m W ⋅=/45λ。冷水在管内湍流流动,给热系数K m W ⋅=21/2000α,热气在环隙中湍流流动,给热系数K m W ⋅=22/50α。不计垢层热阻,试求:(1)管壁热阻占总热阻的百分数;(2)内管中冷水流速提高一倍,总传热系数K ′有何变化?(3)内隙中热气体流速提高一倍,总传热系数K ′′有何变化?解:(1)11122121]1ln 21[−++=αλαd d d d d K =1]50102.0025.0ln 452025.002.0025.020001[−+×+×=Km W ⋅2/3.48总热阻/021.012⋅=m KW 管壁热阻02.0025.0ln452025.0ln 2122×=d d d λ=WK m /102.625⋅×−∴管壁热阻分率为%3.0103021.0102.635=×=×−−(2)8.0u∝α∵∴K m W ⋅×=×==′238.018.01/1048.3200022ααK m W K ⋅=+×+××=′−253/0.49]501102.602.0025.01048.31[增加%3.13.483.4849=−=−′K K K (3)Km W ⋅=×==′∴28.028.02/1.875022ααK m W K ⋅=+×+×=′′−25/1.82]1.871102.602.0025.020001[增加%6.693.483.481.82=−=−′′K K K 由上可知,管壁热阻往往占分率很小,可忽略;提高K 值,强化传热,应在α小处着手。15mm mm 468×φ的无缝钢管,内通过表压为0.2Mpa 的饱和蒸汽。管外包30mm 厚的保温层)/(080.0K m W ⋅=λ,该管设置于温度C t °=20外的大气中,已知管内壁与蒸汽的给热系数50001=α)/(2K m W ⋅,保温层外表面与大气的给热系数102=α)/(2K m W ⋅。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W 及保温层外表面的温度W t 解:每米管长的冷凝量Wm d 06.0004.02068.01=×−=,m d 068.00=md 128.003.02068.02=×+=不计管壁热阻12022121]1ln 21[−++=∴αλαd d d d d K =1]101068.0128.0ln 08.02128.006.0128.050001[−+×+×=1.65)/(2K m W ⋅)()(2222外外t T L d K t T A K Q −=−=π查MPa 2.0(表)下,饱和蒸汽C T °=3.133,kgkJ r /1.2168=)(22外t T d K Q L −=π=m W /1.75)203.133(128.014.365.1=−×××hr m kg s m kg r Q W L ⋅=⋅×=×==−/125.0/1047.3101.21681.7533)(2外t T K −=2α)(外t t W −C t t T K t W °=+−×=+−=∴7.3820)203.133(1065.1)(22外外α16一内径m d 34.01=的空心球形钢壳容器,其内壁表面温度C t °=381,外壁外面用100C °热水加热。钢壳的导热系数45=λ)/(2C m W °⋅,热水对外壁的给热系数=α500)/(2C m W °⋅,试计算钢壳厚度δ是多少mm 时传热速率max Q 达最大值?最大传热速率是多少?解:对于所传热量有AA t Rt Q m 11⋅+∆=∆=αλδ其中,C t °=−=∆6238100,1r r −=δ,14rr A m π=(推导而得)211414r rr r r R παλπ⋅+−=∴当R 最小时必有max Q 当0]21[4132=−=r r dr dR αλπ时得m r 18.05004522=×==αλmmm r r 1001.017.018.01==−=−=δ)(3.111013.118.014.34500114.317.018.045401.06242max kW W Q =×=×××+××××=∴化工原理吸收部分模拟试题及答案一、填空1气体吸收计算中,表示设备(填料)效能高低的一个量是传质单元高度,而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。2在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。3如果板式塔设计不合理或操作不当,可能产生严重漏液、严重泡沫夹带及液泛等不正常现象,使塔无法工作。4在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系数k y =2kmol/m 2·h,气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h,则该处气液界面上气相浓度y i 应为__0.01___。平衡关系y=0.5x。5逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在塔低达到平衡。6单向扩散中飘流因子A>1。漂流因数可表示为BMP P,它反映由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ,当水量减少时气相总传质单元数N OG 增加。8一般来说,两组份的等分子反相扩散体现在精流单元操作中,而A 组份通过B 组份的单相扩散体现在吸收操作中。9板式塔的类型有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔(说出三种);板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触,在板上汽液两相呈错流接触。10分子扩散中菲克定律的表达式为_____dzdC D J A ABA −=,气相中的分子扩散系数D随温度升高而___增大___(增大、减小),随压力增加而___减小___(增大、减小)。12易溶气体溶液上方的分压小,难溶气体溶液上方的分压大,只要组份在气相中的分压大于液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。13压力减小,温度升高,将有利于解吸的进行;吸收因素A=L/mV ,当A>1时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔顶达到平衡。14某低浓度气体吸收过程,已知相平衡常数m=1,气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4kmol/m 3.s,k xa =0.4kmol/m 3.s,则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为气膜控制,约100%;该气体为易溶气体。二、选择1根据双膜理论,当被吸收组分在液相中溶解度很小时,以液相浓度表示的总传质系数B 。A 大于液相传质分系数B 近似等于液相传质分系数C 小于气相传质分系数D 近似等于气相传质分系数2单向扩散中飘流因子A 。A >1B <1C =1D 不一定3在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系数k y =2kmol/m 2·h,气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h,则该处气液界面上气相浓度y i 应为___B ___。平衡关系y=0.5x。A 0.02B 0.01C 0.015D 0.0054已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1=0.0035atm、E 2=0.011atm、E 3=0.00625atm,则__A __A t 1<t 2B t 3>t 2C t 1>t 2D t 3<t 15逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在__B ___达到平衡。A 塔顶B 塔底C 塔中部D 不确定6对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则塔的H OG 将___C ___,N OG 将__A ____。A 增大B 减小C 不变D 不能判断7吸收塔的设计中,若填料性质及处理量(气体)一定,液气比增加,则传质推动力A ,传质单元数B ,传质单元高度C ,所需填料层高度B 。A 增大B 减小C 不变D 不能判断8料塔中用清水吸收混合气中NH 3,当水泵发生故障上水量减少时,气相总传质单元数N OG A .A 增加B 减少C 不变D 不确定三、计算1某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/)(2m h ⋅,操作压力P=101.3kPa 。已知容积传质系数)/(6.643m h kmol a k y ⋅=,)/(6.163m h kmol a k L ⋅=,相平衡关系为A A c p 62.4=(式中气相分压A p 的单位是kPa ,平衡浓度单位是3/m kmol )。求:(1)容积总传质系数a K y 及传质单元高度OG H ;(2)液相阻力占总传质阻力的百分数。解:(1)由亨利定律x Hc Hc Ex P M ⋅===mxy =MM M c c P Hc m 0456.03.10162.4/===∴3/6.16m h kmol c ac k a k M M L x ⋅==kmol m h c c a k m MM x /1075.26.160456.033⋅×==∴−a k m a k a K x y y +=11=kmolm h /0182.01075.26.64133⋅=×+−3/9.54m h kmol a K y ⋅=∴)(291.09.5416m a K V H y OG ===(1)液相阻力占总阻力的百分数为:%1.15151.00182.01075.2/1/3==×=−a K a k m y x 2低含量气体逆流吸收,试证:21ln 11y y LmV N OG ∆∆−=式中e y y y 111−=∆为塔底的吸收推动力;e y y y 222−=∆为塔顶的吸收推动力。证明:由物料衡算得:)(22y y LVx x −+=低浓度吸收mx y e =)(22y y L mVmx y e −+=222212222)1(ln 11)()1()(1121212mx y mx y L mV y L mV L mV mx y LmVy L mV dy dyy y LmV mx y y y dy N y y y y y y e OG −−+−−=−+−=−−−=−=∫∫∫)()(2121y y V x x L −=−1221mx mx y LmVy L mV =+−∴得212211ln 11ln 11y y LmV mx y mx y L mV N OG ∆∆−=−−−=3某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比L/V=3,气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。已知物系的平衡关系为y=2x 。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至00035.02=′x ,试求:(3)可溶组分的回收率η′下降至多少?(4)液相出塔摩尔分数1x ′升高至多少?解:(1)001.0)9.01(01.0)1(12=−×=−=ηy y 667.032/1===V L m A ]1)11ln[(1112211Amx y mx y A AN OG +−−−−==38.5]667.020002.0001.020002.001.0)667.01ln[(667.011=+×−×−−−当2x 上升时,由于H 不变,OG H 不变OG OG H H N /=∴也不变,即]667.0200035.0200035.001.0)667.01ln[(667.01138.52+×−′×−−−=y 0013.02=′y 87.001.00013.001.0121=−=′−=′y y y η(5)物料衡算)()(2121x x L y y V ′−′=′−2211)(x y y L Vx ′+′−=′∴=00325.000035.0)0013.001.0(31=+−×4有一填料吸收塔,在28℃及101.3kPa,用清水吸收200m 3/h 氨-空气混合气中的氨,使其含量由5%降低到0.04%(均为摩尔%)。填料塔直径为0.8m,填料层体积为3m 3,平衡关系为Y=1.4X ,已知Kya=38.5kmol/h。问(1)出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时,该塔能否使用?(2)若在上述操作条件下,将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用?(注:在此条件下不会发生液泛)解:(1)05263.005.0105.01=−=Y 0004.00004.010004.02=−=Y 惰性气体流量hkmol V /69.7)05.01(3012734.22200=−××=0376.04.105263.011===∗m Y X 0301.080.011==∗X X hkmol X X Y Y V L /34.1300301.0)0004.005263.0(69.7)(2121=−−×=−−=01046.00301.04.105263.0111=×−=−=′∆mX Y Y 0004.022==′∆Y Y 00308.0ln 2121=′∆′∆′∆−′∆=′∆Y Y Y Y Y mm Y K Y Y V Z m Ya 74.600308.08.0785.05.38)0004.005263.0(69.7)(221=×××−×=′Ω∆−=′该塔现有填料层高度m Z 68.0785.032=×=因为ZZ 〉′所以该塔不适合。(2)吸收剂用量增大10%时hkmol L /67.1434.131.1=×=′′hkmol X X X Y Y V L /67.140)0004.005263.0(69.7)(12121=−′′−×=−′′−=′′0274.01=′′X 01424.00274.04.105263.0111=×−=′′−=′′∆X m Y Y 0004.022==′′∆Y Y 00387.00004.001424.0ln0004.001424.0=−=′′∆mY m Y K Y Y V Z mYa 36.500387.08.0785.05.38)0004.005263.0(69.7)(221=×××−×=′′Ω∆−=′′因为ZZ 〈′′所以该塔适合。5一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气组成为0.04(A 的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128,操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求:(1)液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需填料层高度?(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求此时填料层高度为若干米?解:(1)液气比为最小液气比的多少倍?0417.004.0104.01=−=Y 00533.00053.010053.02=−=Y01297.000128.0100128.01=−=X 804.2001297.000533.00417.0/2121=−−=−−=X X Y Y V L 18.25.2/0417.000533.00417.0/)/(1212121min =−=−=−−=∗m Y Y Y X X Y Y V L 则286.118.2804.2)/()/(min==V L V L (2)所需填料层高度?OGOG N H Z ×=892.0804.2/5.2/===L mV S 11.5]892.0000533.000417.0)892.01ln[(892.011])1ln[(112221=+−−−−=+−−−−=S mX Y mX Y S S N OG 故m N H Z OG OG 67.711.55.1=×=×=(3)此条件下的填料层高度。00331.00033.010033.02=−=′Y 52.7]892.0000331.000417.0)892.01ln[(892.011])1ln[(112221=+−−−−=+−′−−−=′S mX Y mX Y S S N OG m N H Z OGOG 28.1152.75.1=×=′×=′6在一逆流操作的吸收塔内用吸收剂吸收混合气中的溶质A 。混合气的摩尔流量为105kmol/h ,溶质浓度为0.05(摩尔分率,下同),回收率为95%。进入系统的吸收液量为65kmol/h ,其中溶质浓度为0.01。操作压强为202.7kPa ,操作温度下的溶液的亨利系数为16.2kPa ,要求:(1)在Y-X 图上画出吸收过程的操作线和平衡线,并标出塔顶、塔低的状态点,再计算气相总传质单元数;(2)若采用吸收液部分循环流程,循环量为20kmol/h ,,进入系统的吸收剂量和组成不变,回收率不变。且知吸收过程为气膜控制,试绘出该过程的操作线并求出气相传质单元数。解:(1)X 1及N OG 的计算进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为:hkmol V /75.99)05.01(105=−×=进塔气体中溶质A 的浓度为:05263.005.0105.01=−=Y 出塔气体中溶质A 的浓度为:00263.0)95.01(5263.0)1(12=−×=−=A Y Y ϕ进塔纯溶剂的摩尔流量为:hkmol L /35.64)01.01(65=−×=进塔吸收剂中溶质的浓度为:0101.001.0101.01=−=Y 物系的相平衡常数:08.07.2022.16===P E m 脱吸因数7.0956.7/88.3914.0/=×==L mV S 对全塔作溶质A 的物料衡算可求得塔低吸收液中溶质浓度为:0876.0)00263.005263.0(35.6475.990101.0)(2121=−+=−+=Y Y L V X X 根据(),11Y X 和(),22Y X 在本题附图1中画出原操作线。附图1气相总传质单元数可由下式计算,即:Y=0.08X00.010.020.030.040.050.0600.020.040.060.080.1X Y原操作线循环操作线676.3]124.00101.008.000263.00101.008.005263.0)124.01ln[(124.011])1ln[(112221=+×−×−−−=+−−−−=S mX Y mX Y S S N OG (3)吸收液部分循环时的情况L X 2根据题意画出如本题附图2所示的流程图。2VY 循环吸收液的摩尔流量用RL ′表示,其中纯溶剂的流量为R L ,对整个系统作溶质的物料衡算可知1X 不变,即0876.01=X 则)1(1X L L R R +=′RL hkmol L R /39.180876.0120=+=新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度2X ′为:1VY 212)(X L L X L LX R R ′+=+LX 12)39.1835.64(0876.039.180101.035.64X ′×+=×+×附图2解得0273.02=′X 因要保持回收率不变,故00263.02=Y 0964.0)39.1835.64/(75.9908.0/=+×=′=′L mV S 吸收液部分循环时的传质单元数为:OGOG N S X m Y X m Y S S N 〉=+×−×−−−=′+′−′−′−′−=′12.5]0964.00273.008.000263.00273.008.005263.0)0964.01ln[(0964.011])1ln[(112221已知吸收过程为气膜控制,液体流量对OG H 的影响可忽略不计,故在吸收液有部分循环情况下,要达到同样的回收率,需较高的填料层。根据上述的计算值,即:(),11Y X 和(),22Y X ′可在本题附图1上画出相应的循环操作线。由图可看出,操作线与平衡线之间距离变小,也即吸收推动力变小了。7某逆流操作的吸收塔,用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m,平衡关系Y=1.4X,测得气体进、出口浓度Y 1=0.03,Y 2=0.002,液体出口浓度X 1=0.015(均为摩尔比)。试求:(1)操作液气比L/V;(2)气相总传质单元高度H OG ,(3)如果限定气体出口浓度Y 2=0.0015,为此拟增加填料层高度,在保持液气比不变的条件下应增加多少?解:(1)操作液气比L/V;87.10015.0002.003.0/2121=−−=−−=X X Y Y V L (2)气相总传质单元高度H OG ,因OG OG N H Z ×=749.087.1/4.1/===L mV S 004.6]749.00002.0003.0)749.01ln[(749.011])1ln[(112221=+−−−−=+−−−−=S mX Y mX Y S S N OG 故5.16/9/===OG OG N Z H (3)=−′Z Z ?由题意知2Y ′=0.0015其它条件不变,则5.1=OG H 不变新情况下的传质单元数为:98.6]749.000015.0003.0)749.01ln[(749.011])1ln[(112221=+−−−−=+−′−−−=′S mX Y mX Y S S N OG 故mZ Z m N H Z OG OG 47.1947.1047.1098.65.1=−=−′=×=×=′8某厂吸收塔填料层高度为4m,用水吸收尾气中的有害组分A,已知平衡关系为Y=1.5X,塔顶X 2=0,Y 2=0.004,塔底X 1=0.008,Y 1=0.02,求:(1)气相总传质单元高度;(2)操作液气比为最小液气比的多少倍;(3)由于法定排放浓度Y 2必须小于0.002,所以拟将填料层加高,若液气流量不变,传质单元高度的变化亦可忽略不计,问填料层应加高多少?解:(1)气相总传质单元高度012.0008.05.15.111=×==∗X Y 02=∗Y00577.0004.0012.002.0ln 004.0)012.002.0(ln )()(22112211=−−−=−−−−−=∆∗∗∗∗Y Y Y Y Y Y Y Y Y m 77.200577.0004.002.021=−=∆−=m OG Y Y Y N mN Z H OG OG 44.177.2/4/===(2)操作液气比为最小液气比的多少倍因为X 2=0,故2008.0004.002.0/2121=−=−−=X X Y Y V L 2.15.102.0004.002.0/)/(1212121min =−=−=−−=∗m Y Y Y X X Y Y V L 则67.12.12)/()/(min==V L V L (3)=−′Z Z ?002.02=′Y 02.01=Y 02=′X 则2004.002.0/12121=′−=′−′′−=X X X Y Y V L 009.01=′X 所以0135.0009.05.15.111=×=′=′∗X Y 00382.0002.00135.002.0ln 002.0)0135.002.0(ln )()(22112211=−−−=−′′−−′−′−=′∆∗∗∗∗Y Y Y Y Y Y Y Y Y m 71.400382.0002.002.021=−=∆′−=′m OGY Y Y N m N H Z OGOG 78.671.444.1=×=′×=′所以mZ Z 78.2478.6=−=−′化工原理流体流动部分模拟试题及答案一填空(1)流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的2倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的1/4倍。(2)离心泵的特性曲线通常包括H-Q 曲线、η-Q 和N-Q 曲线,这些曲线表示在一定转速下,输送某种特定的液体时泵的性能。(3)处于同一水平面的液体,维持等压面的条件必须是静止的、连通着的、同一种连续的液体。流体在管内流动时,如要测取管截面上的流速分布,应选用皮托流量计测量。(4)如果流体为理想流体且无外加功的情况下,写出:单位质量流体的机械能衡算式为____常数=++=g pg u z E ρ22______________;单位重量流体的机械能衡算式为_____常数=++=p u gz E 22ρρ____________;单位体积流体的机械能衡算式为______常数=++=gpg u z E ρ22___________;(5)有外加能量时以单位体积流体为基准的实际流体柏努利方程为z 1ρg+(u 12ρ/2)+p 1+W s ρ=z 2ρg+(u 22ρ/2)+p 2+ρ∑h f ,各项单位为Pa (N/m 2)。(6)气体的粘度随温度升高而增加,水的粘度随温度升高而降低。(7)流体在变径管中作稳定流动,在管径缩小的地方其静压能减小。(8)流体流动的连续性方程是u 1Aρ1=u 2Aρ2=······=u Aρ;适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为u 1d 12=u 2d 22=······=u d 2。(9)当地大气压为745mmHg 测得一容器内的绝对压强为350mmHg ,则真空度为395mmHg 。测得另一容器内的表压强为1360mmHg,则其绝对压强为2105mmHg。(10)并联管路中各管段压强降相等;管子长、直径小的管段通过的流量小。

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