化工原理（上）自测题

2、在一过滤面积为0.01㎡的小型板框压滤机中，对悬浮液进行过滤实验，以测得过滤常数K和qe。实验测得数据如附表所示。

?,s 滤液体积V,m 过滤压差?p 过滤时间3KPa 120 100 600 4.5?10?3 18?10?3 322q?1.125mmK?0.01215mse（答： ； ）

3、在实验室中用一个每边长0.162m的小型滤框对CaCO3固体的质量分率为0.0723。测得每1m3滤饼烘干后的质量为1602kg。在过滤压力差为275800Pa时所得的数据列于本题附表中。

习题2附表

过滤时间θ/s 1.8 4.2 7.5 11.2 15.4 20.5 26.7 33.4 41.0 48.8 57.7 67.2 77.3 88.7 滤液体积V/m 30.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 试求过滤介质的当量滤液体积Ve，滤饼的比阻r，滤饼的空隙率ε及滤饼的比表面积a。已知CaCO3颗粒的密度为2930kg/m3，其形状可视为圆球。

4、用BMS50/810-25（38个框）板框压滤机过滤含CaCO3的水悬浮液。已知条件为：料浆中固相质量分率为13.9%，滤饼中水的质量分率为32％，且每m3滤饼含固相1180kg。在200KPa下测得恒压过滤方程式为（q＋3.45×10-3）2=2.72×10-5(θ+0.439)式中θ的单位为s。试计算： （1）滤饼充满滤框所需时间

（2）滤毕，用1m3清水于过滤终了相同条件下洗涤，所需洗涤时间； （3）每批操作的辅助时间30min，生产能力Q（m3滤液/h）。 [答：（1）277s；（2）515s；（3）5.77m3/h]

5、用叶滤机处理某种悬浮液，先以等速过滤20min，得滤液2m3。随即保持当时的压力差再过滤40min，问共得滤液多少m3？若该叶滤机每次卸渣、重装等全部辅助共需20min，求滤液日产量。滤布阻力可以忽略。 [答：V=4.472m3，日产滤液80.5m3]

6、在一直径为300mm的标准旋风分离器中分离空气中的尘粒。空气温度为300℃，处理量为

800m3/h，尘粒的密度为2000Kg/m3。试计算； （1）分离尘粒的临界直径； （2）旋风分离器的压力降。 （答：（1）8μm；（2）960Pa。）

第四章 传热

一、选择或填空

1. 多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差___ 。

2. 一定质量的流体在f25×2.5mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数ai=1000W/m2·℃，如果流量和物性不变，改在f19×2mm的直管内流动，其ai为___ W/m2·℃。

A．1259； B．1496； C．1585； D．1678。

3. 水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则最小值流体为___ ，此换热器的传热效率e=____ 。

4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_________ 。

5. 有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近___ ℃。

A．35； B．119.6℃ ； C．77.3 。

6.消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 、 或 构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 ， 。

7. 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

8. 在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减少热阻的最有效措施是 。

9. 对膜状冷凝传热，冷凝液膜两侧温差愈大，冷凝传热系数愈____ 。

10. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁稳接近加热蒸气温度；乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则：

A．甲乙均合理； B．甲乙均无理； C．甲合理，乙无理； D．甲无理，乙合理。 11. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对a的影响是______ 。

A．不凝气体的存在会使a大大降低； B．不凝气体的存在会使a升高； C．不凝气体的存在对a无影响。

12. 对在蒸气-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上可行的是____ 。 A．提高空气流速； B．提高蒸气流速； C．采用过热蒸气以提高蒸气流速； D．在蒸气一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。

13. 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差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相比，应该____ 。 A．增大； B．变小； C．不变； D．不确定。

14. 在管壳式换热器中，压强高的流体宜走管内，以免（ ），可节省壳程金属消耗量。 A 壳体受压；B 流速过快；C 流通面积过小；D 传热过多。

15．在管壳式换热器中，饱和蒸气宜走管间，以便于（ ），且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 A 及时排除冷凝液；B 流速不太快；C 流通面积不太小；D 传热不过多。

16.在管壳式换热器中，粘度大的液体或流量较小的流体宜走（ ），因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re值（Re＞100）下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

A 管内；B 管间；C 管径；D 管轴。

17．对于刚性结构的换热器，若两流体的温差较大，对流传热系数较大者宜走（ ），因壁面温度与 大的流体温度相近，可以减少热应力。 A 管内；B 管间；C 管径；D 管轴。

18. 当换热器中冷热流体的进出口温度一定时，判断下面的说法哪一个是错误的（ ）。 A 逆流时，Δtm一定大于并流、错流或折流时的Δtm； B 采用逆流操作时可以节约热流体（或冷流体）的用量； C 采用逆流操作可以减少所需的传热面积；

D 温度差校正系数φΔ t 的大小反映了流体流向接近逆流的程度。 19. 327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的____倍。

20. 物体黑度是指在___温度下，物体的___与_____ 之比，在数值上它与同一温度下物体的_____相等。

21. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在___流动，总传热系数接近___的对流传热系数值，传热壁面的温度接近于___温度。

22. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板，以提高___程流速。设置隔板以提高____程流速，以达到强化传热的目的。管程流速的选取，对一般液体取___，气体取____，如果该换热器用水蒸气冷凝来加热原油，那么水蒸气应在____流动。

23. 斯蒂芬─波尔茨曼定律的数学表达式是____ ，该式表明____ 。

24. 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的＿＿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 二、计算题

1. 有一套管换热器，长为6m内管内径为38mm。环隙间用110℃的饱和水蒸气加热管内湍流的空气（Re>104）。空气由25℃被加热到60℃。若将内管改为f25×2.5mm，而长度仍为6m，试计算能否完成传热任务。若欲维持气体出口温度，定性分析可采取的措施（计算时可作合理简化）。 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·℃)]

3.一内径为0.34m的空心球形钢壳容器，其内壁表面温度为38℃，外壁外面用100℃热水加热。钢壳的导热系数为45W/（m2. ℃），热水对外壁的给热系数α＝500W/（m2. ℃），试计算钢壳厚度是多少mm时传热速率达最大值？最大传热速率为多少？

4.某气体混合物（比热及导热系数均未知）以90Kg/h的流量流过套管换热器的内管，气体的温度由38℃被加热到138℃。内管内径为53mm，外管内径为78mm，壁厚均为2.5mm，管外为蒸汽冷凝使管内壁温度维持在150℃。已知混合气体粘度为0.027mPa.s，其普朗特数Pr＝1，试求套管换热器的管长。

5. 设计由f25×2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为4187J/kg·℃的溶液在管内作湍流流动，流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为ai=520W/m2·℃，蒸气冷凝时的对流传热系数ao=1.16×104W/m2·℃，不锈钢管的导热系数l=17W/m ·℃，忽略污垢热阻和热损失，试求： （1）管程为单程时的列管有效长度；

（2）管程为四程时的列管有效长度（仍为136根）。

6. 有一单程列管式换热器，内装有f25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸气在壳方冷凝加热。若蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp =1kJ/kg·K，l=2.85×10-2W/m·K，m=1.98×10-5Pa·s，Pr=0.7。试求： （1）空气在管内的对流传热系数；（2）换热器的总传热系数（以管子外表面为基准）； （3）通过计算说明该换热器能否满足需要；（4）计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。 7. 有一传热面积为3 m2由f25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200℃冷却到100℃，水走管内，油走管间。已知水和油的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h，比热分别为4.18kJ/kg.K和2.0kJ/kg·K，水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K，两流体呈逆流流动，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。试求： （1）通过计算说明该换热器能否合用；

（2）夏天，当水的初温达30℃时，该换热器能否合用？如何解决？（假设传热系数及水的比热不变）。

8. 有一传热面积为20m2换热器，用温度为20℃，流量为13200kg/h的冷却水，冷却进口温度为110℃的醋酸，两流体呈逆流流动。换热器刚投入使用时，冷却水出口温度为45℃，醋酸出口温度为40℃，运转一段时间后，冷热流体流量、进口温度不变，冷却水出口温度降到38℃，水比热为4.2kJ/kg·℃，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。试求：传热系数下降的百分率。

9. 有一列管换热器由f25×2.5mm的120 根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为4.187 kJ/kg·℃，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为ai=800W/m2·℃，蒸气冷凝的对流传热系数ao=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg，在饱和温度下蒸气冷凝潜热g=2232kJ/kg，试求：

（1）每小时可处理的液体量；（2）管程单程时的列管有效长度；

（3）其它条件均保持不变，将120根钢管改为两管程，列管有效长度为多少。

10. 有一壁厚10mm为的钢制平壁容器，内盛80℃的恒温热水，水对内壁面的对流传热系数为240W/m2·℃。现在容器外表面覆盖一层导热系数为0.16W/m2·℃、厚度为50mm的保温材料，保温层外为的空气所包围，外壁对空气的联合传热系数为10W/m2·℃，试求： （1）每小时所损失的热量kJ/h·m2；

（2）容器的内表面温度TW。（钢材的导热系数为45W/m2·℃）。

第五章

一、 选择或填空

1. 为蒸发某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用_____流程。

A 平流加料 B 并流加料 C 逆流加料 D 双效三体并流加料

2.蒸发器的生产强度是指_________。欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高________。 3．蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）__________ ，（2）_________ ，（3）_________ 。 4．多效蒸发与单效蒸发相比，其优点是_______ 。多效蒸发操作流程有______ 、_______ 和______ 。

5．循环型蒸发器的传热效果比单程型的效果要________ 。

6．要想提高生蒸汽的经济性，可以________ ，________, _________ ，_________。 7．计算温度差损失时以__________ 计算。 二、计算题

1. 用一单效蒸发器将1500kg/h的水溶液由5％浓缩至２５％（均为质量％）。加热蒸汽压力为１

蒸发

９０kpa，蒸发压力为３０kpa（均为绝压）。蒸发器内溶液沸点为７８℃，蒸发器的总传热系数为１４５０W/(m2·℃)。沸点进料，热损失不计。

（１） 完成液量；（２）加热蒸汽消耗量； （3） 传热面积；

2. 浓度为2.0％（质量）的盐溶液，在28℃下连续进入一单效蒸发器中被浓缩至3.0％。蒸发器的传热面积为69.7m2，加热蒸发为110℃饱和蒸汽。加料量为4500Kg/h，料液的比热Cp＝4100J/（Kg.℃）。因为稀溶液，沸点升高可以忽略，操作在1atm下进行。 （1）计算蒸发的水量及蒸发器的传热系数；

（2）在上述蒸发器中，将加料量提高至6800Kg/h，其他操作条件（加热蒸汽及进料温度、进料浓度、操作压强）不变时，可将溶液浓缩至多少浓度？

3. 一并流操作的三效蒸发器用以浓缩水溶液，加热蒸汽为121℃饱和蒸汽，末效蒸发室的操作压强为26.1Kpa（绝压）。原料预热至沸点加入第一效内，料液的浓度很低，沸点升高可以不计。各效蒸发器的传热系数为K1＝2840W/（m2·K）；K2＝1990 W/（m2·K）；K3＝1420 W/（m2·K）。各效传热面相等，试作某些简化假定以估计各效溶液的沸点。

4. 在传热面积为50m2的蒸发器内将18％的水和盐的溶液浓缩至38％。原料液的流量为4000kg/h，比热为3.8kJ/(kg. ℃)，温度为20℃。蒸发室的温度为60℃，汽化潜热为2355 kJ/kg。生蒸汽的温度为110℃，汽化潜热为2232 kJ/kg，D＝2600kg/h。试求：（1）溶液的沸点升高；（2）蒸发器的总传热系数。计算时刻忽略热损失。

5. 双效并流加料蒸发装置中，第一效浓缩液浓度为16％，流量为500kg/h，汽化潜热为2238kJ/kg，温度为108℃；第二效完成液浓度为32％，汽化潜热为2268kJ/kg，温度为90℃。进入第二效溶液的比热为3.52kJ/(kg. ℃)。忽略热损失、沸点升高及浓缩热。试求：F0和x0。

6. 三效蒸发器内浓缩某液体。可忽略沸点升高。进入第一效的蒸汽温度为，最后一效溶液的沸点为51.7℃。各效的总传热系数分别为2800、2200、1100W/m2.℃。试确定第一、二效中溶液的沸点。