化工原理2相关习题详解.doc

郑秉得
化工原理2相关习题详解
1.在一Φ60×3.5mm的钢管外层包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数λ=0.07W/m·℃，外层为20mm的石棉层，其平均导热系数λ=0.15W/m·℃。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃，管壁的导热系数λ=45W/m·℃。试求每米管长的热损失及两保温层相交界面的温度。

2.一空气冷却器，空气在管外横向流过，对流传热系数为80 W/（m2·K）；冷却水在管内流过，对流传热系数为5000 W/（m2·K）。冷却管为φ25×2.5mm的钢管，其导热系数为45 W/（m·K）。（不考虑污垢热阻）求
（1）该状态下的总传热系数；
（2）若将管外对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？
（3）若将管内对流传热系数提高一倍，其他条件不变，总传热系数如何变化？
若将传热系数改为85则，解答如下：

3. 在套管换热器中用冷水将100℃的热水冷却到60℃，冷水温度从20℃升至30℃。试求在这种温度条件下，逆流和并流时的平均温差。

4. 在一单壳程，双管程的管壳式换热器中，冷流体温度从20℃升至60℃，热流体温度从90℃升至70℃。试求在这种温度条件下，冷热流体进行热交换时的平均温差。
5. 在逆流套管换热器中用油加热冷水，传热面积15.8m2。油流量2.85kg/s，进口温度110℃；水流量0.667kg/s，进口温度35℃。油和水的平均热容分别为1.9kJ/（kg· ℃ ）、4.18kJ/（kg· ℃ ），换热器传热系数K=320W/ （m2· ℃ ）。求水的出口温度及换热量。

6. 北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上下表面的哪一面结霜，为什么？
答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于0℃，而地球表面的温度一般在0℃以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以下表面树叶温度更高，而上表面温度可能会低于零度，从而容易结霜。
7. 对于放置在室外的冷库，从减少冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳的颜色应涂成深色还是浅色？
答：浅色。要减少冷量损失，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外界释放热量。因此冷库应取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线较多。
8.关于传热系数K下述说法中错误的是（ C ）。
A、传热过程中总传热系数K与对流给热系数和管壁的热阻都有关；
B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；
C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；
D、要提高K值，应从降低最大热阻着手。
9. 吸收率大于等于1的物体称为黑体 .（ × ）
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2.回忆：请简要叙述上述三种方式的含义与特点。
传热是我们日常生活、生产中常见的一种现象，只要有温度差的存在就会发生传热，传热在工业生产中的应用有三个：能量输送、保温、废热利用。通过的途径有三种
热传导，也称为导热：因为分子或原子的微观振动，热量从高温物体流向与之接触的低温物体，或同物体内高温部分向低温部分进行的热量传递过程，物体不发生宏观的相对位移，气固液微观原理不同。
对流：流体中质点发生相对位移而引起的热交换，仅发生在流体中，有相对的宏观位移。
辐射：高温物体产生的电磁波在空间传递而被低温物体所吸收并转化为热能的过程称为辐射传热。任何物体，只要T ＞0K，均存在辐射传热；不需要任何中介，真空中可进行；传热过程中伴随能量形式的转换。
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37. 在一套管换热器用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.0Kg/s，比热为2.0KJ/(Kg·K)，走内管（φ25 ×2.5mm），从150℃降温至100℃ 。冷却水走套管环隙，从20℃ 升温至60℃，水的比热为4.0KJ/（Kg·K）。
38. （1）已知溶液一侧的对流传热系数为1000W/m2·K，冷却水一侧的以流传热系数为500W/m2·K，忽略管壁和污垢的热阻，求以传热外表面积为基准的总传热系数K（W/(m2·K)）和冷却水的用量（Kg/h）。
（2）计算传热面积和管长。

12. 在压强为101.3kPa、20℃时，稀溶液的气液相平衡关系为 ，现有含氨摩尔分数为0.1的混合气体和含氨摩尔分数为0.05的稀氨水溶液，气液两相在上述条件下接触，判断氨在气液两相间传质的方向。

13.在压强为101.3kPa、25℃时，CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现将含CO2摩尔分数为0.05的空气与CO2浓度为1.0×10-3kmol/m3的水溶液接触，问：
1、判断传质方向；
2、以分压差表示传质推动力；
3、计算逆流接触时空中CO2最低含量。

14.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/m·h ,气相总传质系数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。
(Ａ)0.02 (Ｂ)0.01 (Ｃ)0.015 (Ｄ)0.005
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16.在20℃，1atm下，用清水分离氨-空气的混合气体，混合气体中氨的分压为1013Pa，经吸收后氨的分压降为101.3Pa，混合气体的处理量为1450kg/h，操作条件下平衡关系为 ye=0.755x。若适宜的吸收剂用量为最小用量的2倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。(假设空气摩尔质量为29g/mol)

若混合气体中氨的分压为1330Pa，经吸收后氨的分压将为7Pa，混合气体的处理量为1020Kg/h，其它不变，则解答如下：

17. 在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空气混合气体中的甲醇蒸汽，在1atm，20℃下进行操作，混合气体流量为1200m3 /(m2·h) ，塔底处空塔气速为0.4m/s，混合气体中甲醇的浓度为64g甲醇/m3空气，甲醇回收率为95%，水的用量为1215kg /(m2·h) ，体积吸收总系数Ky·α=100kmol/(m3·h)，操作条件下气液平衡关系为y=1.1x。试计算所需的填料层高度。

18. 在吸收的过程中，增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收过程推动力增大。
19. 根据双膜理论，在气液两相界面处传质阻力最大。 （ × ）
20. 以下哪种条件下（ A ），对吸收操作有利。
A、温度低，气体分压大时； B、温度低，气体分压小时；
C、温度高，气体分压大时； C、温度高，气体分压小时。