化工原理试题.内容答案.doc

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1、化工原理试题及答案(绝密请勿到处宣扬绝密请勿到处宣扬)12 月月 25 日日一、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.

2、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、

3、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

4、；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.4.07. 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

5、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=360i，管外=12000W/油品的比热容为 1.9KJ/kg*，操作条件下的汽化潜热为22/*wmc02205KJ/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

6、务？解：（1）换热器的热负荷？=15000*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s21()cPCQW Ctt（2）加热蒸汽的消耗量？/1995000/ 2205904.8/0.251/hWQ rKg hKg s（3）总转热系数？0000200015*12()/(/)(15 12)/(15/12)13.4411278.3/*150.0015*1511()()3600*1245*13.4412000imiiiimdmm dmmdddIn ddInmmkkw mCdbd dkd （4）该换热器能否满足生产任务？假设逆流传热2100*3.14*0.015*29.42Sn

7、dlm2121(13020)(13090)69.213020 13090mtttCtInInt 5278.3*9.42*69.21.814*10181.41995000/1995000*1000/3600554160 /554160554.16mQks twkwQkj hj swkw 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

8、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0.8380.838(0.162)0.162*100*0.464.8/0.110064.835.2/ 0.952FDWDFDFFwDFDWFxDxWxDx FxDxFxFxWkmol hxDFWkmol 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()/()DqqqRxyyxqFxx=0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)/(2.5-1)=1.453min(1)

9、/(1)/(1)D DF FxRxxxmin3RRmin/33*1.453*35.2153.4/l DRlRDRDkmol h 153.4 10064.8188.6/VWLVLWLFWkmol h（3）离开塔顶第一层理论板的液相组成=0.952 =2.5Dx/1 (1) yxx0.952Dyx0.952=2.5 =0.888/(1 1.5 )xxx3.一连续干燥器中，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

10、气的消耗量。解：（1）水分蒸发量=1000*(1-0.08)=920kg/h11*(1)GGW第一种解方法：=1000-2112(1)/(1)920/(1 0.2)938.8/GGWWkg h12WGG938.8=61.2kg/h=0.017kg/s 第二种解方法：111/(1)XWW222/(1)XWW12()WG xx代入数据解得 W=61.2kg/h （2）新鲜空气的消耗量。21/()61.2*(0.0220.009)4707.7/LWHHkg h新鲜空气消耗量： 1(1)4707.7*(1 0.009)4750/LLHkg h4每小时将 15000kg 含苯 40%（质量分数下同）和甲

11、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40/780.4440/7860/92Fx 釜残液组成2/780.02352/7898/92Wx原料液的平均摩尔质量0.44*780.56*9285.8FM依题意知/0.971 DFxxDF所以0.971*175*0.44 DxD全塔物料衡算 或175DWF DWFxxxDWF0.0235175*0.44 DxDW联立式 a、式 b、式 c，解得，8

12、0.0/Dkmol h95.0/Wkmol h0.935Dx 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mQSK t=1.25*1.9*10 (120-40)=190kW12()hphQW cTT31-4 型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即2121(12

13、032)(40 15)5012032lnln40 15mtttCt t 温度差校正系数为： 1221120404.1732 15TTRtt211132 150.162120 15ttPTt由图 4-17（a）中查得：，所以0.89tmt0.89*5044.5mtmttC故3 2190*109.1470*44.5mQSmK t6.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/（

14、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=143.4603.61wh C50kPa:蒸汽的焓 H =2644.3kJ/kg,汽化热 r =2304.5,温度 T =81.2C（1）考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸

15、汽消耗量蒸发量 kJ/kg010.2(1)5400(1)32400.5xWFx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CCkJ/kg，=620 kJ/kg0210h 1h用式 5-11a 求加热蒸汽消耗量，即=4102 kJ/kg10 ()3240*2644.3(54003240)*6205400*210 2318.5WHFW hFhDr41021.2663240DeW传热面积0 0mQSKtkJ/kg=2437kW34102*2138.58772*10QDr22 01560/(*)1.56/(*)KWmCkWmC143.4 1261

16、7.4mtC所以2 0243789.781.56*17.4Sm取 20%的安全系数。则2 01.2*89.78107.7Sm（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/kg010()3240*2304.55400*3.4(12660)40582138.5pWrFcttDr40581.2523240e 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：CkJ/kg3240*2304.55400*3.4(12630)43162138.5D43161.3323240e 原料液为 126时：CkJ/kg3240*2304.55400*3.4(126 126)34922138.5D34921.0783240e