化工原理试题与答案

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。

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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=360w2/m2*c，管外0 =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？

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（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*1.9*(90-20)=1995000KJ/h=554.17KJ/s

（2）加热蒸汽的消耗量？

WhQ/r1995000/2205904.8Kg/h0.251Kg/s

（3）总转热系数？

d015mm*di12mmdm(d0di)/In(d0/di)(1512)/In(15/12)13.44mmkk0

（4）该换热器能否满足生产任务？

11278.3w/m2*Cdbd150.0015*1511)(00)(3600*1245*13.4412000idikdm0Sndl100*3.14*0.015*29.42m2假设逆流传热

tt1(13020)(13090)tm269.2C

t213020InIn13090t1Q'kstm278.3*9.42*69.21.814*105w181.4kwQ1995000kj/h1995000*1000/3600554160j/s554160w554.16kw

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

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（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

FDWFxFDxDWxWDxD0.838FxF(0.162FxF)0.162*100*0.4.8kmol/hxw0.1

DxD0.838FxFWDFW100.835.2kmol/hxD0.952

（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

xD(1xD)/(1xF)]/(1)=[0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)]/(2.5-1)=1.453 xFR3Rmin l/DRlRD3RminD3*1.453*35.2153.4kmol/h Rmin[V'WL'V'L'WLFW153.4100.8188.6kmol/h

（3）离开塔顶第一层理论板的液相组成

xD=0.952 yx/[1(1)x] yxD0.952 =2.5

0.952=2.5x/(11.5x) 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。

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解：

（1）水分蒸发量

GG1*(1W1)=1000*(1-0.08)=920kg/h

第一种解方法：

G2G1(1W1)/(1W2)920/(10.2)938.8kg/h938.8=61.2kg/h=0.017kg/s 第二种解方法：

WG1G2=1000-

X1W1/(1W1) X2W2/(1W2) WG(x1x2)

代入数据解得W=61.2kg/h （2）新鲜空气的消耗量。

LW/(H2H1)61.2*(0.0220.009)4707.7kg/h

新鲜空气消耗量：

L'L(1H1)4707.7*(10.009)4750kg/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xF40/780.44

40/7860/92釜残液组成xW2/780.0235

2/7898/92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

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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SQ，换热器的传热量为 KtmQWhcph(T1T2)=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

tm't2t1(12032)(4015)50C t212032lnln4015t1T1T212040tt32154.17 P210.162 t2t13215T1t112015温度差校正系数为：R由图4-17（a）中查得：ttm'0.，所以

tmttm'0.*5044.5C

Q190*103故S9.1m2

Ktm470*44.56.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=2742.1kJ/kg,汽化热r=2138.5kJ/kg

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冷凝水的焓hw603.61 kJ/kg,温度T=143.4C

50kPa:蒸汽的焓H'=24.3kJ/kg,汽化热r'=2304.5,温度T'=81.2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WF(1x00.2)5400(1)3240 kJ/kg x10.5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

DeWH'(FW)h1Fh03240*24.3(54003240)*6205400*210=4102 kJ/kg r2318.5D41021.266 W3240②传热面积

S0Q

K0tmQDr4102*2138.58772*103 kJ/kg=2437kW K01560W/(m2*C)1.56kW/(m2*C)

tm143.412617.4C

所以S02437.78m2

1.56*17.42取20%的安全系数。则S01.2*.78107.7m

（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

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DWr'Fcp0(t1t0)r'3240*2304.55400*3.4(12660)4058 kJ/kg

2138.5e40581.252 3240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：

De3240*2304.55400*3.4(12630)4316 kJ/kg

2138.543161.332 3240原料液为126C时：

D3240*2304.55400*3.4(126126)3492 kJ/kg

2138.5e34921.078 3240

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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。

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