上海大学考研专业课化工原理考研复习题集及答案

专业课复习资料（最新版）封面复习题一一、选择题(20分，每小题2分)1用一气蚀余量为3m的离心泵输送处于沸腾状态下的塔底液体，若泵前管路的全部流动阻力为1.5m液柱，则此泵的安装位置必须＿＿。A高于塔底液面4.5m的上方B高于塔底液面1.5m的上方C低于塔底液面4.5m的下方D低于塔底液面3.0m的下方2过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。A滤液在介质中呈湍流流动B滤液在滤渣中呈层流流动C滤液在滤渣中呈湍流流动D滤液在介质中呈层流流动3在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值＿＿＿＿。A只取决于ReB与光滑管一样C取决于相对粗糙度D与粗糙度无关4对流传热系数关联式中普兰特准数是示＿＿＿＿的准数。A物性影响B流动状态C对流传热D自然对流影响5实际生产中沸腾传热过程应维持在＿＿＿＿区操作。A自然对流B强制对流C膜状沸腾D泡状沸腾6已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.00625atm、E2=0.011atm、E3=0.0035atm，则＿＿＿。At3＞t2Bt1＜t2Ct1＞t2Dt3＞t17已知湿空气的下列＿＿＿参数，利用H-I图可以查得其它未知参数。A(p,H)B(td,t)C(tw,t)D(I,tW)8精馏的操作线是直线，主要基于以下原因＿＿。A恒摩尔流假定B理想物系C塔顶泡点回流D理论板假定9离心泵开动之前必须充满被输送的流体是为了防止发生＿＿＿＿。A汽化现象B汽蚀现象C气缚现象D气浮现象10对于一定的干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，则其湿球温度＿＿＿。A愈高B愈低C不变D不一定二填空题（20分，每空1分）1在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。2对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，在吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数＿＿＿，传质推动力＿＿＿。（增大、减小、不变）3离心泵的工作点是＿＿＿＿＿曲线与＿＿＿＿＿＿＿曲线的交点。4水在管内作湍流流动，若流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的＿＿倍。（设条件改变后仍在湍流范围）5厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1＞b2＞b3，导热系数λ1﹤λ2﹤λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻＿＿＿＿＿＿，各层导热速率＿＿＿＿＿＿。6分离任务要求一定，当回流比一定时，在五种进料状况中，＿＿＿进料的q值最大，分离所需的总理论板数＿＿＿。7恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括＿＿＿＿＿＿＿＿阶段和＿＿＿＿＿＿＿＿＿阶段。8流体流动的连续性方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；适用于圆形直管的不可压缩流体流动的连续性方程为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。9流体在圆形管道中作层流流动，如果只将流速增加一倍，则阻力损失为原来的＿＿倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的＿＿倍。10在1atm下，不饱和湿空气温度为295K，当加热到375K时，相对湿度＿＿＿，露点＿＿＿。(增高、降低、不变)三计算题（60分）1(15分)在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为200kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为6，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；(3)回流比与最小回流的比值；（4）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成？2（15分）一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为6m，直径为φ25×2mm。冷却水在管内流过，并从17ºC被加热到37ºC。流量为1.25kg/s，温度为72ºC的烃饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体，烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/Kg。已测得：蒸汽冷凝传热系数α0=800w/（m2·ºC），管内侧热阻为外侧热阻的40%，污垢热阻为管内侧热阻的70%。计算时可忽略管壁热阻及热损失。水的比热为4.18KJ/（Kg·ºC）。试计算：（1）冷却水用量；（2）换热管的总根数。（传热面积以外表面为基准）。3（15分）在如图所示的输水系统中，已知管路总长度（包括所有当量长度，下同）为100m，其中压力表之后的管路长度为80m，管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m，水的密度为1000Kg/m3，泵的效率为0.85，输水量为15m3/h。求：（1）整个管路的阻力损失，J/Kg；（2）泵轴功率，Kw；（3）压力表的读数，Pa。4（15分）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A.已知操作条件下气H=20mH1=2m相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0066，出塔水溶液浓度为0.0134，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求出此时填料层高度？复习题二一填空(1)在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于饱和水蒸汽侧流体的温度值。(2)热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻大（大、小）一侧的值。间壁换热器管壁温度tW接近于值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈小，其两侧的温差愈小。(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在滞离层内（或热边界层内），减少热阻的最有效是提高流体湍动程度。(5)消除列管式换热器温差应力常用的有三种，即在壳体上加膨胀节、采用浮头式或U管式结构；翅片管换热器安装翅片的目的是增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数。(6)厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数1<2<3，在稳定传热过程中，各层的热阻R1>R2>R3，各层导热速率Q1=Q2=Q3。(7)物体辐射能力的大小与黑度成正比，还与温度的四次方成正比。(8)写出三种循环型蒸发器的名称中央循环管式、悬筐式、外加热式。(9)在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括自然对流、泡核沸腾和膜状沸腾三个阶段。实际操作应控制在泡核沸腾。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而增加。(10)传热的基本方式有传导、对流和辐射三种。热传导的基本定律是傅立叶定律其表达式为dQ=-dsnt。(11)水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的1.74倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的3.48倍。（设条件改变后仍在湍流范围）(12)导热系数的单位为W/（m·℃），对流传热系数的单位为W/（m2·℃），总传热系数的单位为W/（m2·℃）。二、选择1已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿D＿耐火砖的黑度。A大于B等于C不能确定D小于2某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的A倍。A1.149B1.74C2D不定3一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数i=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其将变为D。A1259B1496C1585D16784对流传热系数关联式中普兰特准数是表示C的准数。A对流传热B流动状态C物性影响D自然对流影响5在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列中的＿B＿在工程上可行。A提高蒸气流速B提高空气流速C采用过热蒸气以提高蒸气温度D在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积6在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差为50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的辐射传热量相比，应该＿B＿。A减小B增大C不变7在单效蒸发器中，将某水溶液从14%连续浓缩至30%，原料液沸点进料，加热蒸汽的温度为96.2℃，有效传热温差为11.2℃，二次蒸气的温度为75.4℃，则溶液的沸点升高为D℃。A11.2B20.8C85D9.68为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用＿B＿流程。A并流加料B逆流加料C平流加料D双效三体并流加料三、计算1试推导出表示具有内部热源的实心球体的温度分布公式。已知：oR球体半径，m；oT球体表面的恒定温度，℃；oq每单位球体体积在单位时间内所产生热量，)/(3hmJ；o球体材料的导热系数，)/(ChmJ。解：球体积334rV，球表面积24rA根据傅立叶热传导公式：drdtrdrdtAqrooo23434所以dtqrdroo3积分上式得：ooTTooRrdtqrdr3)(3)(2122ooooTTqrR)(622rRqTToooo2一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数0=800W/(m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]解：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；由题意知，水以0.7m/s的流速在管内流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管内水的流量之比。两流体交换的热量为：kwrWQhh39431525.1又)(12ttCWQpcc，CkgkJCpc/18.4，则skgttCQWpcc/713.4)1737(18.4394)(12单管内水的流量为：skgudWc/2423.010007.0021.0785.04221每程所需管子数为：5.192423.0713.411ccWWn取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为：21171.4320025.0lnmdSo(2)换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。mootSKQ由题给数据，CmWKoooo2/2.476)80014.07.080014.08001(1)14.07.014.01(1Ctttttm25.4437721772ln)3772()1772(ln2121则任务所需的传热外表面积为：27.1825.444762.0394mtKQSmoolnoodS换热管总根数为：4.793025.07.18ldSnoo取80n(2)换热器的管程数。由题意管程数为：41nnNt3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（水>>空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？解：使用初期使用一年后110℃40℃110℃2T45℃20℃38℃20℃（1）空气出口温度2T题意可得：使用初期mphhpcctKSTTCWttCWQ)()(2112（1）使用一年后mphhpcctKSTTCWttCWQ)()(22112（2）两式相比（2）/（1），得)2045()2038()40110()110(2T则：2T=59.6℃（2）总传热系数KK/CtCtTtTtTtTtmm2.546.3972ln6.3972206.5938110ln)202.59()38110(2.342065ln2065ln)()(12211221方程(2)式/(1)式，得：2.382.54)2045()2038(KK故%50.0KK（3）冷热流体的出口温度22Tt及一年后mphhpcctSKTTCWttCWQ)()(2112（3）mphhpcctSKTTCWttCWQ)()(22112（4）方程（4）式/（3），得：20110ln)20()110(2.5412038)20(26.59110110222222TtTtKKtT整理前半式的方程22179.06.39Tt（5）又因空气水，空气K，故1空空KK由等比定理20110ln)20()110(2.54196.59110)20()110(222222TtTttT则2.544.4120110ln22Tt整理得，22153Tt（6）联立（5）和（6），可得：Ct4.292，CT5.572（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？Ctm3.565.376.80ln5.376.80205.574.29110ln)205.57()4.29110(则04.12.543.56mmttQQ4有一蒸汽加热器，热方：为饱和蒸汽冷凝，T=100℃；冷方：为生垢液体升温，Ct201，Ct602。(1)在测试中，维持以上温度条件不变，发现蒸汽凝液流量，在清洗前后之比为1：2。问：a那些是控制热阻？管程宜走那一方流体？简述理由；b清洗前，污垢热阻约为该时总热阻的多少分数？(2)在操作中，若要求改为维持该加热器的热负荷不变。问：随着污垢的增加，调节饱和蒸汽的温度和生垢液体的流量，是否都能达到要求？简述理由（定性分析）。注：冷方流型为湍流、面积基准和物性变化可不考虑以及清洗后的垢阻为零。解：(1)a垢层是主要控制热阻，其次是垢层对液体的给热过程，因传热过程的传热量取决于热阻大的一方。管程宜走生垢液体，便于清洗，便于增大流速，可能减少垢层沉积在管子表面上，饱和蒸汽宜在管间（壳程）走，因流速对饱和蒸汽冷凝给热系数几乎无影响，而饱和蒸汽冷凝的表面又不要求清洗，且在壳程流动易于及时排除冷凝水和不凝性气体。b维持mtA,不变时：清洗前传热量mhtKAWQ（1）清洗后传热量mhtAKWQ2（2）（1）式与（2）式比较得：KK2清洗前后总热阻的差值是污垢热阻sRKKKKKRs2121111所以505.0121KKRRs总%(2)在操作中，调节生垢液体流量，企图减少垢层厚度来增加换热量，是不能满足的，因为生垢液体以为湍流，再增加流量时，所增加的换热量决不能与所需要的热量相当，这时会使出口温度下降。只有调节饱和蒸汽的温度来增加mt，使其满足热负荷的要求。假设垢层热阻的增加，使其换热量减少一半，（换热量再减少即不能操作），这时蒸汽的温度提高到160℃即可满足要求。假设垢层的生成，其传热面积的变化忽略不计，而传热系数下降一半，则推动力12026016020160mt增加一倍，这样即可满足其换热器的热负荷不变。5有一换热器，管内通90℃的热流体，膜系数1为1100Cmw2/，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数2为5800Cmw2/。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005wCm/2解：忽略管壁热阻，并假设壁温为wT（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：2111tTTTww58001501100190wwTT则CTw4.56（2）同理02111RtTTTww005.058001501100190wwTT则CTw84由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。6流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？解：（1）冷却水用量；)()(2112TTCWttCWQphhpcc)80150(02.12000)1565(17.4cWQhkgWc/685（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？原情况miimiphhpcctStKSTTCWttCWQ)()(2112(1)新情况miimiphhpcctStSKTTCWttCWQ)()(2112(2)因空气水，空气K，换热器与气体的情况未变，则QQiiiiSS，故mmttCtm752)1580()65150(22102)2080()150(22tttm则Ct602，（21tt<2，则mt用算术平均值合适）对新情况下的热量进行衡算，)80150(02.12000)2060(17.4WQ故hkgWc/8567在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管内湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管内侧污垢热阻为4×10－4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管内苯的对流传热系数i；（3）当苯的流量增加50%、但其他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。解：（1）饱和蒸汽流量；hkJttCWrWQpcch/1028.2)3060(9.14000)(512hkgrQWh/4.10322041025.25（2）管内苯的对流传热系数i；2112212112lnln)())(tTtTttSKtTtTtTtTSKtSKttCWQoooomoopcc（整理得pccooCWSKtTtT21ln（1）2036.212054.0mLdSoo4055.06012030120lnln21tTtT)/(4205.0036.236009.140004055.02CmkwKoiioiosiooddddRK11（2）505450541041000015.42014i)/(5852Cmwi（3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干)/(1.809585)5.1()5.1(28.08.0Cmwii将其代入（2）式得)/(7.5352CmwKo代入（1）式得3444.010009.15.140003600036.27.53512030120ln2t解得Ct2.562（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。（a）将管子加长，由（1）式得pccooCWSK4055.06012030120ln24.27.535360010009.140005.14055.0mSomdSLoo15.14)054.0/(4.2)/(（b）提高加热蒸气压强（温度）3444.010009.15.140003600036.27.5356030lnTT解得CT1338一废热锅炉，由25×2锅炉钢管组成，管外为水沸腾，温度为227℃，管内走合成转化气，温度由575℃下降到472℃。已知转化气一侧i=300W/m2·K，水侧o=10000W/m2·K，钢的导热系数为45W/m·K，若忽略污垢热阻，试求：(1)以内壁面为基准的总传热系数Ki;(2)单位面积上的热负荷q(W/m2);(3)管内壁温度TW及管外壁温度Ti;(4)试以计算结果说明为什么废热锅炉中转化气温度高达500℃左右仍可使用钢管做换热管。解：（1）Ki025.010000021.0023.045021.0002.030011100ddddbKimiii所以KmWKi2/2.289（2）qmiitSKQ5.2932.289227472227575ln)227472()227575(2.289mitKq22/9.84/2.84880mkWmW（3）管内壁温度TW及管外壁温度Ti因为00122712472575STSbTTSTimiWiiW251000012272345002.02130012472575iiWWTTTT由上述方程可解出CTW8.237，CTi2.234（4）由计算结果可知，钢管的内外壁温度接近水侧沸腾的温度，即接近于热阻小的一侧流体的温度。尽管废热锅炉中转化气温度高达500℃左右，而钢管的温度小于238℃，故仍可在此高温下使用钢管做换热管。9水以一定流速在直管中作湍流流动，若管壁温度不变为350K，水的进出口温度分别为290K及295K，若水的流速增加一倍，则水的出口温度变为多大？解：求uu=2，2t=？以知Ktw350，Kt2901，Kt2952，水湍流流动，需对水侧作热量恒算可求2t。一般情况，水的进出口温差小于10℃，那么温度对物性参数影响较小，因此可以认为水的物性参数保持不变。由题意知，流速改变前：mpccpcctSCWttCWQ)290295()(12（1）流速改变后：mpccpcctStCWttCWQ)290(2)(2212（2）流速改变前流速改变后350K350K350K350K290K295K290K2t则Ctm5.572)295350()290350(24102)350()290350(22tttm又4.08.0)()(023.0piiCudd（3）因物性参数不变，则：74.12)(8.08.0uu（4）（1）/（2），并将各参数带入，可得：241074.15.57)290(2522ttKt4.294210现有一逆流冷却器，用冷水冷却油，使油温从420K降到370K，水进口温度为285K，出口温度为310K。设油和水的流率、进口温度保持不变，将冷却器长度增加一倍（其它尺寸不变），求油及水的出口温度。解：420K370K5.972)285370()301420(mt310K285K对体系进行热量恒算，mpwwpootKSCWCW)285310()370420(所以，popopomoCKSCKSCtKSW95.1505.97)370420(（1）pwpwwCKSCKSW9.3)285310(5.97（2）冷却器长度增加一倍后，420KT2t2285K假设：213522221tTtttm则mpwwpootKStCWTCW2)285()420(22所以，)420()135()420(22222ttTCKSTCtKSWpopomo（3）)285()350()285(22222ttTCKStCtKSWpwpwmw（4）（1）=（3）1.95=222420)135(TtT（5）（2）=（4）3.9=285)135(222ttT（6）解（5）和（6）方程，得：T2=341.74Kt2=324.13K87.9513.3244201t74.5628574.3412t21tt<2，则mt用算术平均值合适。11某工厂有一台列管式换热器，每小时将一定量的气体从80℃冷到60℃，冷却水温度由20℃升到30℃，气体在管内流过，冷却水在管外与气体成逆流。经核算，该换热器的传热系数)/(402CmwK，现生产需要气体出口温度更低，有人提出将一结构及大小与已用一台完全一样的换热器并联使用，气体量与原一台时相同，只是分成相等的两股送入，冷却水进出每个换热器的温度仍与原来的一样。试计算：（1）此时气体的出口温度为多少？（2）两台换热器应如何安排才能把气体冷却到更低的温度？设：气体处理量与冷却水进出口温度都不变，忽略管壁与冷却水热阻，气体温度改变引起的物性改变也忽略不计。解：一台换热器情况：452)2060()3080(2)()(1221tTtTtm所以SStKSQm18004540又因pggpggpggCWCWTTCW20)6080()(21气体放出的热量与冷却水得到的热量相等，所以：pggCWS201800即901pggCWS（1）（1）两台相同换热器并联使用2302)20()3080(2)()(221221TTtTtTtmggWW5.0由于管间为水，管内为气体，gw故有gK气膜控制又408.0KAWggKWAgg8.0)2/(所以KWAAWKKgg40)5.0(1)2/(8.08.08.0故23)5.0(408.0K)80()30(23230223222TCWTSTStSKQpggm)30(238022TTCWSpgg（2）联立（1）式和（2）式解得：CT6.572（2）两台相同换热器串联使用时2302)20()3080(2)()(221221TTtTtTtm40KK)80()30(40230240222TCWTSTStSKQpggm)30(408022TTCWSpgg（3）联立（1）式和（3）式解得：CT15.462因此两台串联使用可使气体出口温度降低到更低。12某车间需要安装一台换热器，将流量为30m3/h、浓度为10%的NaOH水溶液由20℃预热到60。加热剂为127℃的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为φ25×2mm；长度为3m；总管数72根。试问库存的换热器能否满足传热任务？操作条件下，NaOH溶液的物性参数为CmwsmPaCkgkJCCmwmkgp2423/101;5.1;/77.3;/58.0;/1100蒸汽冷凝膜系数钢的导热系数Cmw/5.46污垢热阻总和wCmR/0003.02解：对库存换热器进行传热能力核算mootSKQ其中4.16)1.03(025..014.372)1.0(LdnSooCtTtTtttTtTtTtTtm4.856012720127ln2060lnln)()21122121（蒸汽冷凝宜走壳程，NaOH水溶液走管程。求管内NaOH水溶液一侧的1smu/67.02/72021.0785.03600302CmwddLCdup24.08.04.08.013343/2560)75.9()10300(021.058.0023.0(Pr)(Re)023.060143021.0375.958.0105.11077.3Pr1010300105.1110067.0021.0Re109710003.0023.05.46025.0002.0021.02560025.0100001111RdbdddKioioooCmwKo2/1097换热器的传热速率kwtSKQmoo15364.854.161097该换热器的热负荷kwttCWQpccL1382)2060(77.33600110030)(12因为LQQ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：mootKQS同上，换热器的热负荷kwQL1382CmwKo2/1097，Ctm4.85故275.144.8510971382mSo该库存换热器所提供的传热面积的传热面积为：4.16)1.03(025..014.372)1.0(LdnSoo因为ooSS所以库存的换热器能够完成传热任务。13热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为mmmm5.225钢管，导热系数KmW/45。冷水在管内湍流流动，给热系数KmW21/2000，热气在环隙中湍流流动，给热系数KmW22/50。不计垢层热阻，试求：（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）11122121]1ln21[dddddK=1]50102.0025.0ln452025.002.0025.020001[=KmW2/3.48总热阻/021.012mKW管壁热阻02.0025.0ln452025.0ln2122ddd=WKm/102.625管壁热阻分率为%3.0103021.0102.635（2）8.0uKmW238.018.01/1048.3200022KmWK253/0.49]501102.602.0025.01048.31[增加%3.13.483.4849KKK（3）KmW28.028.02/1.875022KmWK25/1.82]1.871102.602.0025.020001[增加%6.693.483.481.82KKK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。15mmmm468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)/(080.0KmW，该管设置于温度Ct20外的大气中，已知管内壁与蒸汽的给热系数50001)/(2KmW，保温层外表面与大气的给热系数102)/(2KmW。求蒸汽流经每米管长的冷凝量W及保温层外表面的温度Wt解：每米管长的冷凝量Wmd06.0004.02068.01，md068.00md128.003.02068.02不计管壁热阻12022121]1ln21[dddddK=1]101068.0128.0ln08.02128.006.0128.050001[=1.65)/(2KmW)()(2222外外tTLdKtTAKQ查MPa2.0（表）下，饱和蒸汽CT3.133，kgkJr/1.2168)(22外tTdKQL=mW/1.75)203.133(128.014.365.1hrmkgsmkgrQWL/125.0/1047.3101.21681.7533)(2外tTK=2)(外ttWCttTKtW7.3820)203.133(1065.1)(22外外16一内径md34.01的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度Ct381，外壁外面用100C热水加热。钢壳的导热系数45)/(2CmW，热水对外壁的给热系数500)/(2CmW，试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率maxQ达最大值？最大传热速率是多少？解：对于所传热量有AAtRtQm11其中，Ct6238100，1rr，14rrAm（推导而得）211414rrrrrR当R最小时必有maxQ当0]21[4132rrdrdR时得mr18.05004522mmmrr1001.017.018.01)(3.111013.118.014.34500114.317.018.045401.06242maxkWWQ复习题三一、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ky=2kmol/m2·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m2·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BMPP，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dzdCDJAABA，气相中的分子扩散系数D随温度升高而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=2×10-4kmol/m3.s,kxa=0.4kmol/m3.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>1B<1C=1D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ky=2kmol/m2·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度yi应为B。平衡关系y=0.5x。A0.02B0.01C0.015D0.0054已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则AAt1<t2Bt3>t2Ct1>t2Dt3<t15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B达到平衡。A塔顶B塔底C塔中部D不确定6对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的HOG将C，NOG将A。A增大B减小C不变D不能判断7吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力A，传质单元数B，传质单元高度C，所需填料层高度B。A增大B减小C不变D不能判断8料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数NOGA.A增加B减少C不变D不确定三、计算1某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/)(2mh，操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数)/(6.643mhkmolaky，)/(6.163mhkmolakL，相平衡关系为AAcp62.4（式中气相分压Ap的单位是kPa，平衡浓度单位是3/mkmol）。求：（1）容积总传质系数aKy及传质单元高度OGH；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。解：（1）由亨利定律xHcHcExPMmxyMMMccPHcm0456.03.10162.4/3/6.16mhkmolcackakMMLxkmolmhccakmMMx/1075.26.160456.033akmakaKxyy11=kmolmh/0182.01075.26.641333/9.54mhkmolaKy)(291.09.5416maKVHyOG（1）液相阻力占总阻力的百分数为：%1.15151.00182.01075.2/1/3aKakmyx2低含量气体逆流吸收，试证：21ln11yyLmVNOG式中eyyy111为塔底的吸收推动力；eyyy222为塔顶的吸收推动力。证明：由物料衡算得：)(22yyLVxx低浓度吸收mxye)(22yyLmVmxye222212222)1(ln11)()1()(1121212mxymxyLmVyLmVLmVmxyLmVyLmVdydyyyLmVmxyyydyNyyyyyyeOG)()(2121yyVxxL1221mxmxyLmVyLmV得212211ln11ln11yyLmVmxymxyLmVNOG3某填料吸收塔用含溶质0002.02x的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数01.01y回收率可达90.0。已知物系的平衡关系为y=2x。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至00035.02x，试求：（1）可溶组分的回收率下降至多少？（2）液相出塔摩尔分数1x升高至多少？解：（1）001.0)9.01(01.0)1(12yy667.032/1VLmA]1)11ln[(1112211AmxymxyAANOG=38.5]667.020002.0001.020002.001.0)667.01ln[(667.011当2x上升时，由于H不变，OGH不变OGOGHHN/也不变，即]667.0200035.0200035.001.0)667.01ln[(667.01138.52y0013.02y87.001.00013.001.0121yyy（3）物料衡算)()(2121xxLyyV2211)(xyyLVx=00325.000035.0)0013.001.0(314有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。填料塔直径为0.8m，填料层体积为3m3，平衡关系为Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）解：（1）05263.005.0105.01Y0004.00004.010004.02Y惰性气体流量hkmolV/69.7)05.01(3012734.222000376.04.105263.011mYX0301.080.011XXhkmolXXYYVL/34.1300301.0)0004.005263.0(69.7)(212101046.00301.04.105263.0111mXYY0004.022YY00308.0ln2121YYYYYmmYKYYVZmYa74.600308.08.0785.05.38)0004.005263.0(69.7)(221该塔现有填料层高度mZ68.0785.032因为ZZ所以该塔不适合。（2）吸收剂用量增大10%时hkmolL/67.1434.131.1hkmolXXXYYVL/67.140)0004.005263.0(69.7)(121210274.01X01424.00274.04.105263.0111XmYY0004.022YY00387.00004.001424.0ln0004.001424.0mYmYKYYVZmYa36.500387.08.0785.05.38)0004.005263.0(69.7)(221因为ZZ所以该塔适合。5一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求此时填料层高度为若干米？解：（1）液气比为最小液气比的多少倍?0417.004.0104.01Y00533.00053.010053.02Y01297.000128.0100128.01X804.2001297.000533.00417.0/2121XXYYVL18.25.2/0417.000533.00417.0/)/(1212121minmYYYXXYYVL则286.118.2804.2)/()/(minVLVL(2）所需填料层高度？OGOGNHZ892.0804.2/5.2/LmVS11.5]892.0000533.000417.0)892.01ln[(892.011])1ln[(112221SmXYmXYSSNOG故mNHZOGOG67.711.55.1(3)此条件下的填料层高度。00331.00033.010033.02Y52.7]892.0000331.000417.0)892.01ln[(892.011])1ln[(112221SmXYmXYSSNOGmNHZOGOG28.1152.75.16在一逆流操作的吸收塔内用吸收剂吸收混合气中的溶质A。混合气的摩尔流量为105kmol/h，溶质浓度为0.05（摩尔分率，下同），回收率为95%。进入系统的吸收液量为65kmol/h，其中溶质浓度为0.01。操作压强为202.7kPa，操作温度下的溶液的亨利系数为16.2kPa，要求：（1）在Y-X图上画出吸收过程的操作线和平衡线，并标出塔顶、塔低的状态点，再计算气相总传质单元数；（2）若采用吸收液部分循环流程，循环量为20kmol/h，，进入系统的吸收剂量和组成不变，回收率不变。且知吸收过程为气膜控制，试绘出该过程的操作线并求出气相传质单元数。解：（1）X1及NOG的计算进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为：hkmolV/75.99)05.01(105进塔气体中溶质A的浓度为：05263.005.0105.01Y出塔气体中溶质A的浓度为：00263.0)95.01(5263.0)1(12AYY进塔纯溶剂的摩尔流量为：hkmolL/35.64)01.01(65进塔吸收剂中溶质的浓度为：0101.001.0101.01Y物系的相平衡常数：08.07.2022.16PEm脱吸因数7.0956.7/88.3914.0/LmVS对全塔作溶质A的物料衡算可求得塔低吸收液中溶质浓度为：0876.0)00263.005263.0(35.6475.990101.0)(2121YYLVXX原操作线Y=0.08X00.010.020.030.040.050.0600.020.040.060.080.1XY根据(),11YX和(),22YX在本题附图1中画出原操作线。附图1气相总传质单元数可由下式计算，即：676.3]124.00101.008.000263.00101.008.005263.0)124.01ln[(124.011])1ln[(112221SmXYmXYSSNOG（3）吸收液部分循环时的情况LX2根据题意画出如本题附图2所示的流程图。2VY循环吸收液的摩尔流量用RL表示，其中纯溶剂的流量为RL，对整个系统作溶质的物料衡算可知1X不变，即0876.01X则)1(1XLLRRRLhkmolLR/39.180876.0120新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度2X为：1VY212)(XLLXLLXRRLX12)39.1835.64(0876.039.180101.035.64X附图2解得0273.02X因要保持回收率不变，故00263.02Y0964.0)39.1835.64/(75.9908.0/LmVS吸收液部分循环时的传质单元数为：循环操作线OGOGNSXmYXmYSSN12.5]0964.00273.008.000263.00273