1．（20分）有立式列管式换热器，其规格如下：管数30根、管长3 m、管径由25× mm，为单管程。今拟采用此换热器冷凝冷却CS2饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃，CS2走管外，其流量为250 kg／h，其冷凝潜热为356 kJ/kg，液体CS2的比热为 kJ／(kg·℃)；水走管内与CS2成总体逆流流动，冷却水进出口温度分别为5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷却时传热系数(以外表面积为基准)分别为K1= 和K2= W/(m2·℃)，问此换热器是否适用?
1. 解：CS2冷凝的热负荷：Q冷凝＝250×356＝89000kJ/h＝ KW
CS2冷却的热负荷：Q冷凝＝250××（46－10）＝9450kJ/h＝ KW
总热负荷Q为：Q＝＋＝ KW
冷却水用量qm2为：qm2＝ ＝s＝940kg/h ×(30-5)
设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：××（tk－5）＝ 解之得：tk＝℃，则：（5分）
冷凝段对数平均温差：Δtm＝ （46－30）－（46－）＝℃
46－30 ln 所需传热面积：A冷凝＝×10－3×＝，（5分）
冷却段对数平均温差：Δtm＝ （46－）－（10－5）＝℃
46－ ln （5分） 所需传热面积：A冷却＝×10－3×＝， 冷凝、冷却共需传热面积：ΣAi＝＋＝，
换热器实际传热面积为：A0＝30×××3＝>ΣAi ，所以适宜使用。（5分） ２．（20分）某列管换热器由多根Φ25×的钢管组成，将流量为15×103kg/h由20℃加热到55℃,苯在管中的流速为s，加热剂为130℃的饱和水蒸汽在管外冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热容cp为kg·K,密度ρ为858kg/m3，粘度μ为×10-3Pa·s，导热系数λ为m·K，热损失、管壁热阻及污垢热阻均忽略不计，蒸汽冷凝时的对流传热系数α为10×104 W/m2·K。试求： （1）水蒸汽用量（kg/h）；（4分）
（2）总传热系数K（以管外表面积为准）；（7分）
（3）换热器所需管子根数n及单根管子长度L。（9分）
5． 穿过三层平壁的稳定导热过程，如
t℃R1与第二、三层热阻 R2 、R3 的大小：
图所示，试比较第一层热阻
120℃80℃45℃（ B ）。
40℃q A R1 >(R2+R3 ) B R1 =R2 +R3 123 C R1 <( R2 + R3) D无法比较
6． 在直径为d的圆管外包覆厚度为δ的保温层(导热系数为λ)，保温层外壁的对流传热系数为α。若d<λ/α，则对单位管长而言（ C ）。
A 当δ=λ/α-d/2时，热损失最小； B 当λ/α=d+2δ时，热损失最大； C 当δ=λ/α-d/2时，热损失最大； D 包上保温层后热损失总比原来不包时小。
LmHmut3. 在长为为
u，高为的降尘室中，颗粒的沉降速度为，气体通过降尘室的水平流速
，则颗粒能在降尘室分离的条件是（ 3. D ）。
A
Lm/u?Hm/ut B
Lm/ut?Hm/u
C
Lm/ut?Hm/u D
Lm/u?Hm/ut
2. 解：1）qm1
热负荷
Q?q?cp2(t?t1)m22
=15×10××（55-20） =×105 KJ/h
3
Q9.24?10???424.2kgqh （4分） 2178 m1r5 2) K
苯侧的?：
Re?du???0.02?0.5?8.58?16500?100000.52?10?3
1.76?103?0.52?10?3pr???6.18?0.148 流体被加热，n?0.4
cpu = w/m2℃
K? 基于外表面积：
11??663d1125111????0?2d21000083420w/m2℃
（7分）
3）L及n
由传热基本方程：Q?KA?tm、
A?QK?tm
?tm?
(130?20)?(130?55)?91.4130?20ln130?55℃
9.24?105?1000?A?4.24663?91.4?3600 m2
qv??4n?d2nuqv?4?15?103?858
d2u?4?31?0.022?0.5?3600(根)
A??d0Ln
L?4.24?1.82m??0.025?31 （9分）
1．（20分）在常压精馏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料量为100kmol/h，进料组成为（摩尔分率，下同），馏出液组成为，进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的倍。在本题范围内，汽液平衡方程为： 弗里板效率为。若要求轻组分收率为98％，试计算：
，汽相默
（1）釜残液组成；（5分） （2）精馏段操作线方程；（5分）
（3）从塔顶向下第一层实际板下降的液相组成。（10分）
1. 解：（1）由题给条件 解得
kmol/h
由全塔物料衡算方程：
联立得 （2）先计算 泡点进料由气液平衡方程 精馏段操作线方程为
，由
（5分）
（5分）
（3）由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为
（1）
塔顶为全凝器 由气液平衡方程，得
（2）
由精馏段操作线方程，得
（3）
将（2）、（3）式代入（1）式，得 解得
（10分）
化工原理期末考试试题及答案
