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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

i

=360 w 2

/ m 2 * c ，管外 0

=12000W/㎡油品的比热容为 1.9KJ/kg* ℃，操作条件下的汽化潜热为

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？

Q W c C PC (t 2 t 1 ) =15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s

（ 2）加热蒸汽的消耗量？

W h Q / r 1995000 / 2205 904.8Kg / h

0.251Kg / s

（ 3）总转热系数？

d 0 15mm* d i 12mm

d m (d 0 d i ) / In ( d 0 / d i ) (15 12) / In (15 /12) 13.44mm

k

k 0

d 0

1

1 )

(

15

1

1 278.3w / m

2 * C

( bd 0 0.0015*15 )

i

d

i

kd m 0

3600*12

45*13.44

12000

（ 4）该换热器能否满足生产任务？

S n dl 100*3.14*0.015*2

9.42m 2 假设逆流传热 t m t 2 t 1 (130 20) (130 90)

In 130 69.2 C In t 2 20

t 1 130 90

Q '

ks t m 278.3*9.42*69.2

1.814*10 5 w 181.4kw

Q 1995000kj / h 1995000*1000 / 3600 554160 j / s 554160w 554.16kw

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

F

D W Fx F Dx D Wx W

Dx D 0.838

Fx F

Dx D 0.838Fx F

W

(0.162 Fx F )

0.162*100*0.4

64.8kmol / h

x w

0.1

D F

W 100 64.8

35.2kmol / h

x D

0.952

（ 2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。

R min ( x D y q ) / ( y q x q ) 当原料液位饱和液体进料时

q=1 x q x F

R

min

[

x

D

(1 x D ) / (1 x F )] / (

1) =[0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)]/(2.5-1)=1.453

x F

R

3R

min

l / D R l RD 3R min D 3*1.453*35.2 153.4kmol / h

V ' W L ' V ' L ' W L F

W

153.4 100

64.8 188.6kmol / h

（ 3）离开塔顶第一层理论板的液相组成

x D =0.952 y x /[1 (

1)x] y x D

0.952

=2.5

0.952=2.5 x / (1 1.5x)

x =0.888

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

G G1 *(1W1 ) =1000*(1-0.08)=920kg/h

第一种解方法：

G2G1(1 W1 ) / (1 W2 ) 920 / (1 0.2) 938.8kg / h W G1G2=1000-

938.8=61.2kg/h=0.017kg/s

第二种解方法：

X1W1 / (1 W1)X 2W2 / (1 W2 )W G ( x1x2 )

代入数据解得W=61.2kg/h

（ 2）新鲜空气的消耗量。

L W / ( H

2

H 1)61.2*(0.0220.009)4707.7 kg / h

新鲜空气消耗量：

L'L(1H

1 )4707.7*(10.009)4750kg / 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 x F

40 / 780.44

40 / 7860/ 92

釜残液组成 x W

2 / 780.0235

2 / 7898 / 92

原料液的平均摩尔质量M F0.44*780.56*9285.8

依题意知 D x D /

F x F0.971

所以 D x D 0.971*175*0.44

全塔物料衡算D W F175 D x D W

x W

F

x F或 D x D 0.0235W 175*0.44

联立式 a、式 b、式 c，解得

D 80.0kmol / h ， W95.0kmol / h ，x D0.935

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

S

Q ，换热器的传热量为

t m

K

Q W h c ph (T 1 T 2 ) =1.25*1.9*10 3 (120-40)=190kW

1-4 型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即

t m '

t 2 t 1

(120 32) (40 15)

t 2 ln 120

32

50 C

ln

t 1

40 15

温度差校正系数为：

R

T 1 T 2

120 40

t 2 t 1 32 15 t 2 t 1

32 4.17P

T 1 t 1

120 0.162

15 15

由图 4-17 （ a ）中查得：

t

t m '

0.89 ，所以

t m

t

t m ' 0.89*50

44.5 C

Q

190*10 3 2

故 S

t m

470*44.5

9.1m

K

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 α =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

①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量②传热面积

（ 2）忽略浓缩热时 ①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量②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

h w

603.61

kJ/kg,

温度

T=143.4

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

①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量

蒸发量 W F (1x0)5400(10.2

) 3240kJ/kg

x10.5

由图 5-14查出 60 C时 20%NaOH水溶液的焓、126 C时 50%NaOH水溶液的焓分别为h0210kJ/kg， h1=620 kJ/kg

用式 5-11a 求加热蒸汽消耗量，即

D

WH ' (F W) h1Fh03240*2644.3(5400 3240)*620 5400*210 r =4102 kJ/kg

2318.5

e D4102 1.266

W3240

②传热面积

S0

Q

K0t m

Q Dr4102*2138.58772*10 3kJ/kg=2437kW

K 01560W / ( m2 *C) 1.56kW / ( m2 * C )

t m143.4 12617.4 C

所以 S0243789.78m2

1.56*17.4

取20%的安全系数。则S0 1.2*89.78 107.7m2

（ 2）忽略浓缩热时

①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

Wr 'Fc p 0 (t1t0 ) 3240*2304.5 5400*3.4(126 60)

4058 kJ/kg D

r '2138.5

4058

1.252

e

3240

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。

②改变原料液温度时的情况原料液为 30 C时：

D 3240*2304.55400*3.4(12630)

2138.5

4316 kJ/kg

e 4316

1.332 3240

原料液为 126 C时：

D 3240*2304.55400*3.4(126126)

2138.53492 kJ/kg

e 3492

1.078 3240