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. ；；； 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*15mm，长2m的钢管构成，管

22内i=360w/m*c，管外0 =12000W/㎡油品的比热容为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WcCPC(t2t1)=15000**(90-20)=1995000KJ/h=s

（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？

Sndl100*3.14*0.015*29.42m2

假设逆流传热

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，塔顶馏出液中苯的回收率为%，塔底馏出液中含苯（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，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

（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。

Rmin(xDyq)/(yqxq)

当原料液位饱和液体进料时q=1

xqxF

Rmin[xD(1xD)/(1xF)]/(1)xF

=[（3）离开塔顶第一层理论板的液相组成

xD= yx/[1(1)x] yxD0.952 =

=x/(11.5x) x=

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*(1W1)=1000*=920kg/h

第一种解方法：

G2G1(1W1)/(1W2)920/(10.2)938.8kg/h

WG1G2==h=s

第二种解方法：

代入数据解得W=h

（2）新鲜空气的消耗量。

新鲜空气消耗量：

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%.（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0.4440/7860/92

xF釜残液组成

2/780.02352/7898/92

xW原料液的平均摩尔质量

MF0.44*780.56*9285.8

依题意知

DxD/FxF0.971

所以

DxD0.971*175*0.44

全塔物料衡算DWF175

DxDWxWFxF或

DxD0.0235W175*0.44

联立式a、式b、式c，解得

D80.0kmol/h，W95.0kmol/h，xD0.935

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s，平均比热容为（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)

QKtm，换热器的传热量为

解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即

SQWhcph(T1T2)=**10(120-40)=190kW

31-4型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即

温度差校正系数为：

RT1T2120404.17t2t13215

t2t132150.162T1t112015

P由图4-17（a）中查得：ttm'0.89，所以

故

Q190*103S9.1m2Ktm470*44.5

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 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Kα=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=kg,汽化热r=kg

冷凝水的焓hw603.61 kJ/kg,温度T=C

50kPa:蒸汽的焓H'=kg,汽化热r'=,温度T'=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

x00.2)5400(1)3240x10.5

WF(1 kJ/kg

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

h0210 kJ/kg，h1=620 kJ/kg

用式5-11a求加热蒸汽消耗量，即

WH'(FW)h1Fh03240*2644.3(54003240)*6205400*210r2318.5

D=4102 kJ/kg

②传热面积

QDr4102*2138.58772*103

kJ/kg=2437kW

所以

243789.78m21.56*17.4

S0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

DWr'Fcp0(t1t0)r'3240*2304.55400*3.4(12660)40582138.5

kJ/kg

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：

3240*2304.55400*3.4(12630)43162138.5

D kJ/kg

原料液为126C时： kJ/kg

D3240*2304.55400*3.4(126126)2138.53492