化工原理模拟试题(6)

Re?du??Cp?3.77?103?1.5?10?3Pr???9.75?0.58

?0.021?0.67?11004?10300?101.5?10?3L3??143?60d0.021

?1?0.023??d?2560w/m2??C(Re)0.8(Pr)0.4?0.023?0.58?(10300)0.8?(9.75)0.40.021

dbd11??o?o??RKo?o?1di?di?10.0250.002?0.0251???0.0003?100002560?0.02146.5?0.02310972

Ko?1097w/m??C

换热器的传热速率 Q?KoSo?tm?1097?16.4?85.4?1536kw 该换热器的热负荷 QL?WcCpc(t2?t1)?30?1100?3.77?(60?20)?1382kw

3600因为 Q?QL 所以库存的换热器能够完成传热任务。 另一种解法：

由传热方程式求得完成传热任务所需要的传热面积为：

?? SoQ

Ko?tm同上，换热器的热负荷 QL?1382kw Ko?1097w/m??C，?tm?85.4?C

2??故 So1382?14.75m2

1097?85.4该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：

So?n?do(L?0.1)?72?3.14?0..025?(3?0.1)?16.4

? 所以 库存的换热器能够完成传热任务。 因为 So?So13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为?25mm?2.5mm钢管，导热系数

??45W/m?K。冷水在管内湍流流动，给热系数?1?2000W/m2?K，热气在环隙中

湍流流动，给热系数?2?50W/m?K。不计垢层热阻，试求：

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2（1）管壁热阻占总热阻的百分数；

（2）内管中冷水流速提高一倍，总传热系数K?有何变化？ （3）内隙中热气体流速提高一倍，总传热系数K??有何变化？ 解： （1） K?[1d2d2d21?1?ln?]

?1d12?d1?1 =[10.0250.0250.0251?1??ln?] 20000.022?450.02502 =48.3W/m?K 总热阻

1?0.021m2?/W Kd2d20.0250.025ln?ln 2?d12?450.02?52管壁热阻

=6.2?10m?K/W

6.2?10?5?3?10?3?0.3% ?管壁热阻分率为

0.021（2）???u0.8

??20.8?1?20.8?2000?3.48?103W/m2?K ??110.0251?52??6.2?10?]?49.0W/m?K 30.02503.48?10K??K49?48.3增加??1.3%

K48.3K??[??2?2?2（3）??2 K???[0.80.8?50?87.1W/m2?K

10.0251??6.2?10?5?]?82.1W/m2?K 20000.0287.1K???K82.1?48.3增加 ??69.6%

K48.3由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K值，强化传热，应在?小处着

手。

15 ?68mm?4mm的无缝钢管，内通过表压为0.2Mpa的饱和蒸汽。管外包30mm厚的保温层??0.080W/(m?K)，该管设置于温度t外?20?C的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数?1?5000W/(m?K)，保温层外表面与大气的给热系数?2?10W/(m?K)。求

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蒸汽流经每米管长的冷凝量W及保温层外表面的温度tW 解： 每米管长的冷凝量W

d1?0.068?2?0.004?0.06m，d0?0.068m d2?0.068?2?0.03?0.128m 不计管壁热阻

?K?[ =[1d2d2d21?ln?]?1

?1d12?d0?210.1280.1280.1281?1??ln?] 50000.062?0.080.068102 =1.65W/(m?K)

Q?K2A2(T?t外)?K2?d2L(T?t外)

查0.2MPa（表）下，饱和蒸汽T?133.3?C，r?2168.1kJ/kg

QL?K2?d2(T?t外)=1.65?3.14?0.128?(133.3?20)?75.1W/m

W?QL75.1??3.47?10?3kg/m?s?0.125kg/m?hr 3r2168.1?10K2(T?t外)=?2(tW?t外)

?tW?

K2?2(T?t外)?t外?1.65?(133.3?20)?20?38.7?C 1016一内径d1?0.34m的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度t1?38?C，外壁外面用100?C热水加热。钢壳的导热系数

??45W/(m2??C)，热水对外壁的给热系数

试计算钢壳厚度?是多少mm时传热速率Qmax达最大值？最大传热??500W/(m2??C)，速率是多少？

解： 对于所传热量有 Q??t?t?

?11R???Am?A其中，?t?100?38?62?C， ??r?r1， Am?4?rr1（推导而得）

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?R?r?r11? 24??rr1??4?r当R最小时必有Qmax

dR112?[2?3]?0时 dr4??r?r2?2?45得 r???0.18m ??r?r1?0.18?0.17?0.01m?10mm

?500当

?Qmax?620.011?4?45?0.18?0.17?3.14500?4?3.14?0.182?1.13?104W?11.3(kW)

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化工原理吸收部分模拟试题及答案

一、填空

1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是 传质单元高度 ，而表示传质任务难易程度的一个量是 传质单元数 。

2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 、 溶质渗透理论 、表面更新理论。

3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。

4在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数

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ky=2kmol/m·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m·h，则该处气液界面上气相浓度yi应为??0.01???。平衡关系y=0.5x。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在 塔低 达到平衡。 6单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 PPBM ，它反映 由于总

体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。

7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数NOG 增加 。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在 精流 单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。

9 板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触，在板上汽液两相呈 错流 接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????JA??DABdCA ，气相中的分子扩散系数D随dz温度升高而???增大???（增大、减小），随压力增加而???减小???（增大、减小）。

12易溶气体溶液上方的分压 小 ，难溶气体溶液上方的分压 大 ，只要组份在气相中的分压 大于 液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。

13压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行 ；吸收因素A= L/mV ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔 顶 达到平衡。

14某低浓度气体吸收过程， 已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为kya=2

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×10kmol/m.s, kxa =0.4kmol/m.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜控制，约100% ；该气体为 易 溶气体。 二、选择

1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。

A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A 。

A >1 B <1 C =1 D 不一定

3 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数

22

ky=2kmol/m·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m·h，则该处气液界面上气相浓度yi应为???B???。

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