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 X 2.5 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46C冷却到10C, 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1.05 kJ/（kg「C ）；水走管内与CS2成总体逆流流动， 冷却水进出口温度分别为5C和30C。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表 面积为基准）分别为Ki= 232.6和K2= 116.8 W/（m2 C ），问此换热器是否适用？
1. 解：CS2冷凝的热负荷：Q 冷凝=250 X 356= 89000kJ/h= 24.72 KW
CS 冷却的热负荷：Q 冷凝=250X 1.05X （46- 10） = 9450kJ/h= 2.6 KW
总热负荷 Q 为：Q = 24.7+ 2.63= 27.3 KW 冷却水用量 qm2 为：qm2=
27.3
= 0.261kg/s= 940kg/h
4.187X （30-5）
设冷却水进入冷却段的温度为tk，则有：0.261X 4.187X （tk — 5） = 2.6KW 解之得：tk = 7.38C，贝U： （5分）
冷凝段对数平均温差：△ tm= （46— 30） — （46— 7.38） = 25.67C
ln 46 — 30
46— 7.38
2
所需传热面积：A 冷凝=24.7/232.6X 10 — 3X25.67= 4.14m, （5分）
冷却段对数平均温差：△ tm= =16.45C
（46 — 7.38） — （ 10— 5）
ln 46— 7.38
10— 5
（5 分）
2
所需传热面积：A 冷却=2.6/116.8X 10— 3X 16.45= 1.35m， 冷凝、冷却共需传热面积：工Ai = 4.14+ 1.35= 5.49m2，
换热器实际传热面积为：A0= 30X 3.14X 0.025X 3= 7.065>2 Ai，所 以适
宜使用。（5分）
2. （ 20分）某列管换热器由多根 ①25X 2.5m m的钢管组成，将流量为15X 10kg/h 由20C加热到55C ,苯在管中的流速为0.5m/s，加热剂为130C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1.76 kJ/kg ?K,密度p 为858kg/m,粘度 卩为0.52 X 10Pa- s，导热系数 入为0.148W/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 a为10X 10 w/m?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Lo（ 9分）
3
3
-3
4
5.
壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层热阻 穿过三层平R1与第
三层热阻R2、R的大小：(B )o A R1 >(R 2+R ) B R 1 =R2 +R3 C R1 <( R 2 + Ra) D 无法比较
40C
6. 在直径为d的圆管外包覆厚度为S的保温层(导热系数为入)，保温层外壁的 对流传热系数为a。若d＜入/ a，则对单位管长而言(C )。
A当S = X / a -d/2时，热损失最小；B 当入/ a =d+2S时，热损失最大； C当
3 =入/ a -d/2时，热损失最大；
Lm
Hm
D 包上保温层后热损失总比原来不包时小。
Ut
3. 在长为，高为的降尘室中，颗粒的沉降速度为 的水平流速为，则颗粒能在降尘室分离的条件是
U
，气体通过降尘室
3. D )。
Lm/Ut
Hm/U
A m
L
/ U H
m t
/ U
C Lm / Ut — Hm / u
Lm/U — Hm/Ut
2. 解：1) qmi
热负荷
=
qm/ Cp2t2
(
5)
=15X 103x 1.76X( 55-20)
5 =9.24X 10 KJ/h
9.24
10
q
5
m1
= 424.2
kg
h
2178 du￡
(4 分)
2) K
0 02 疋 0 5 城 8 58
Re
警=16500
苯侧的〉：
0.52 10 3 _3
CpU
1.76 10 0.52 10 __ Pr
0.148 6.18
05
10000
0.148 0.8
\—Re Pr = 0.023 16500 6.18 d
0.02 2°C =834.3 w/m
1 1 663
1 .丄d
1 1 25
基于外表面积: 0 2 d2 ----- + ---- x ——
0.8
0.4
：
：
n
流体被加热， = °.4 0.4
w/m C
2
(7分) 3) L 及 n
由传热基本方程：
(130_20)_(130_55)
,130-20 In 130-55
A
4.24
663 汉 91.4 汉 3600
9.2^10^1000
-91.4
q
v
dnu 4
2
n = qv
兀，2 d u 4
3
15 10
兀
2
858
=31
2
A -二do Ln
— 0.02 0.5 3600 4 4.24
L = 二 1.82m
二 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0.5 (摩尔分率，下同)，馏出液组成为 0.98，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 1.8倍。在本题范围内， 汽液平衡方程为：.「一 ’■''，汽相默弗里板效率为0.5 o若要求轻组分收率 为98%，试计算：
(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
Ay
力=—^-X100% = SS% -^^-400% = 98% 100 xo J 解得 kmol/h 由全塔物料衡算方程：
F 二 DW
- Dx D * JKt 甫 _ FX - DX JDOXOJ-JOXO.98 _NN^
FDX BF ------------------ -- -------------------------
二
联立得 '
(2) 先计算‘―一，由
□ = ■儿
（5
泡点进料1 由气液平衡方程
:
=0.58x^143=0.58x0.5+0.43=0.72 0 .72- .05 只 瞌=11x1.182=2.128 精馏段操作线方程为 R xn _ 2128 0.98 V ---- X + ----- - -------- x + -------
(5分)
严［L 陆+0.313 (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
汨化 (1)
塔顶为全凝器I: 由气液平衡方程，得
II〔一'? - -二（2） 由精馏段操作线方程，得 1 ：■--- 'i 1 …I （3） 将（2）、（ 3）式代入（1）式，得 O.QS-jp.aSxpQ.313） _o （1）38^ + 0 43）-（0.68^ + 0313） 'U 解得…（10
分）
化工原理期末考试试题及答案
