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化工原理试题及答案

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 α=36022/*w m c ,管外0α =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?

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

(2)加热蒸汽的消耗量?

/1995000/2205904.8/0.251/h W Q r Kg h Kg s ====

(3)总转热系数?

00002000

15*12()/(/)(1512)/(15/12)13.4411

278.3/*150.0015*1511

(

)()3600*1245*13.4412000i m i i i i m d mm d mm

d d d In d d In mm k k w m C

d bd d kd αα===-=-===

==?++++

(4)该换热器能否满足生产任务?

2100*3.14*0.015*29.42S n dl m π===假设逆流传热

2121

(13020)(13090)69.213020

13090m t t t C t In In

t ?-?---?===??--?

'5278.3*9.42*69.2 1.814*10181.41995000/1995000*1000/3600554160/554160554.16m Q ks t w kw

Q kj h j s w kw

=?========

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

0.8380.838(0.162)0.162*100*0.464.8/0.110064.835.2/0.952

F D W

D

F

D F

F w D F D W Fx Dx Wx Dx Fx Dx Fx Fx W kmol h

x D F W kmol h

x η=+?=+=

======-=-==

(2)塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。

min ()/()D q q q R x y y x =--当原料液位饱和液体进料时q=1 q F x x =

min [(1)/(1)]/(1)D D F F

x

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

min 3R R = min /33*1.453*35.2153.4/l D R l RD R D kmol h =?==== ''''153.410064.8188.6/V W L V L W L F W kmol h +=?=-=+-=+-=

(3)离开塔顶第一层理论板的液相组成

D x =0.952 /[1(1)]y x x αα=+- 0.952D y x == α=2.5 0.952=2.5/(1 1.5)x x + 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

11*(1)G G W =-=1000*(1-0.08)=920kg/h

第一种解方法:

2112 (1)/(1)920/(10.2)938.8/G G W W kg h

=--=-=

12

W G G =-=1000-

938.8=61.2kg/h=0.017kg/s

第二种解方法:

111/(1)X W W =- 222/(1)X W W =- 12()W G x x =- 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/L W H H kg h =-=-=

新鲜空气消耗量:

'1(1)4707.7*(10.009)4750/L L H kg 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40/78

0.4440/7860/92

F x =

=+

釜残液组成2/78

0.02352/7898/92

W x =

=+

原料液的平均摩尔质量0.44*780.56*9285.8F M =+= 依题意知/0.971D F x x D F = 所以0.971*175*0.44D x D =

全塔物料衡算175D W F +== D W F x x x D W F +=或0.0235175*0.44D x D W += 联立式a 、式b 、式c ,解得

80.0/D kmol h =,95.0/W kmol h =,0.935D x =

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m

Q

S K t =

?,换热器的传热量为 12()h ph Q W c T T =-=1.25*1.9*103(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

2121

(12032)(4015)

'5012032

ln ln

4015m t t t C t t ?-?---?=

==??--? 温度差校正系数为:122112040 4.173215T T R t t --=

==-- 211132150.16212015

t t P T t --===-- 由图4-17(a )中查得:'0.89t m t ???=,所以

'0.89*5044.5m t m t t C ???=?==?

故3

2190*109.1470*44.5

m Q S m K t ===?

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603.61w h = kJ/kg,温度T=143.4C ?

50kPa: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

①加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量 蒸发量010.2(1)5400(1)32400.5

x W F x =-

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

0210h = kJ/kg ,1h =620 kJ/kg

用式5-11a 求加热蒸汽消耗量,即

10'()3240*2644.3(54003240)*6205400*210

2318.5

WH F W h Fh D r +--+--===4102 kJ/kg

4102

1.2663240

D e W =

== ②传热面积

00m

Q

S K t =

?

34102*2138.58772*10Q Dr === kJ/kg=2437kW

2201560/(*) 1.56/(*)K W m C kW m C =?=? 143.412617.4m t C ?=-=?

所以202437

89.781.56*17.4

S m =

=

取20%的安全系数。则20 1.2*89.78107.7S m == (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

010'()

3240*2304.55400*3.4(12660)

4058'

2138.5

p Wr Fc t t D r +-+-==

= kJ/kg

4058

1.2523240

e =

= 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30C ?时:

3240*2304.55400*3.4(12630)

43162138.5

D +-== kJ/kg

4316

1.3323240

e =

= 原料液为126C ?时:

3240*2304.55400*3.4(126126)

34922138.5

D +-=

= kJ/kg

3492

1.0783240

e =

=

8、这个世界并不是掌握在那些嘲笑者的手中,而恰恰掌握在能够经受得住嘲笑与批忍不断往前走的人手中。

9、障碍与失败,是通往成功最稳靠的踏脚石,肯研究、利用它们,便能从失败中培养出成功。

10、在真实的生命里,每桩伟业都由信心开始,并由信心跨出第一步。

化工原理试题及答案

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