精馏题库(3)

5-90 气体混合物中溶质A的摩尔分数为0.02，用纯吸收剂在逆流常压操作的填料塔内进行吸收。已知塔内气液系统可视为理想物系，操作温度下A的饱和蒸气压为53kPa，试求：

（1）出塔液相可能达到的最大浓度；

解：（1） 出塔液体可能达到的最大浓度，即与入塔气体成平衡的浓度。

由题意，系统为理想物系，即液相满足拉乌尔定律，气相满足理想气体。故有：

pA?pyA?p?Ax

?pA53x?x?0.52xP101.33''

部分循环，入口液量为L?L，入塔浓度为X2，由

yA? 故 x1?*y10.02??0.038 0.520.52Y?YL?L''

达到最大值时?12' 可知当Y1、Y2、X1、V不变的情况下，所谓最大循环量就是当X2

VX1?X2'

的循环量，此时X2与Y2成平衡。

先通过原工况求X1 ， X1?X2? X2?'V0.053?0.008(Y1?Y2)=?0.154 L0.293Y20.008??0.0348 m0.23?L?L' ??V??Y1?Y20.053?0.008??0.38 =?'??maxX1?X20.154?0.0348'V?L?0.38?95?27.84?8.26kmol/h 所以 Lmax?0.38' 注意这里的循环量Lmax是纯溶剂的流量,因为作物料衡算时,物流量采用纯组分流量为

Lmax\L'max8.26???9.76kmol/h 低浓度气体吸收，可以计算时组成采用摩尔分数，而物流量1?X11?0.154

采用混合物流率，并认为不随塔高而变。

(Y?Y2L)min?1Y1Vm?m?A?0.75?0.98?0.735LL?1.3()min?1.3?0.735?0.96VV2732240(1?0.06)?293?56.9kmol/(m2?h)V?22.4?0.785?1.42V(Y1?Y2)?L(X1?X2)X1?Y1?Y20.064?0.00128??0.0653L0.96V并流时：WhCPh(243?167)?WCCPC(157?128)逆流时：WhCph(243?T2')?WCCPC(t2'?128)243?T2't'?128二式相除得：?2243?167157?128即 t2'?220.7?0.382T2' ??(?)根据传热速率方程得：WCCPC(157?128)KAKAWhCph(243?T2')WC(t'?128)逆流时：?tm'??CPC2KAKA(243?128)?(167?157)??tm??43oC115ln()1043243?167157?128?二式相除得：???tm'243?T2't2'?128并流时：?tm??利用合比定理得：4376?2947???tm'243?T2'?t2'?128371?T2'?t2'4347??(243?t2')?(T2'?128)371?T2'?t2'243?t2'ln()T2'?128?ln(243?t2'243?t2'47)? ??exp(47)?2.983 ??(??)43T2'?12843T2'?128WhCph(243?167)

联立式（?）和式（??）解之得：t2'?161.3oC , T2'?155.4OC点评：此题告知练习者，传热问题有时也很灵活。首先必须概念清楚，热平衡方程怎样列，热速率方程怎样列。其次，当列出众多方程后，如何合并简化，并用灵活的数学方法得到正确的结果。

1.算术平均温差当然是近似的。对数平均温差似乎比前者更接近实际，但并非完全准确。因为在其推导过程中已经做了几点假设：（1）各点的K值一致；（2）冷、热流体的比热容Cpc、Cph皆取平均温度下的平均值，且看作是不变的常委数；（3）没有热损失等。由于K、Cpc、Cph都是取的平均值，当然经这样的推导而得到的对数平

?2时，可用算术平均温差代替对数平均温差，即?tm?均温差?tm也是近似的。所以通常规定当?t12?t?t1??t22。这

完全可以满足工程计算的要求。如果片面地认为只有对数平均温差可靠，舍简求繁，没有必要，也没有道理。 1.保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构。夹层因空气被抽出接近真空，可防止对流散热损失。其次，瓶胆夹层内两表面均镀有银、铝等低黑度涂层，增加了辐射传热热阻大幅度降低了辐射散热量。 2.试分析总传热速率方程与牛顿冷却定律、傅立叶定律之间的关系。

a2

a1 答: 总传热速率方程Q=KA?tm又称传热基本方 λ 程，它着眼于冷热流体通过间壁的传热，即包括

tw t T Tw 对流—导热—对流这样一个联合传热过程。其中 K称为总传热系数。 Q 如图3—1，总热阻等于两个对流传热阻加上平 壁导热热阻，即 b 11b1???.。设K?1??2

热流体的平均温度分别为T与t，冷、热壁面的温度分别为TW和tW。总的传热推动力即为冷、热流体的平均温差，即?tm?T?t。

（1）若仅考虑流体和壁面间的对流传热，例如热流体和热壁面间的对流传热，即忽略导热热阻和另一侧的对

流热阻以及温差的变化。则?tm?T?TW

总传热速率方程变为 Q??1?A(T?TW)

11 K=?1 ?K?1 若仅考虑冷流体和冷壁面间的对流传热，总传热速率方程则变为 Q??2A(tW?t) 此乃牛顿冷却定律：

（2）若仅考虑壁面的导热 ?tm?TW?tW 则总传热速率方程变为 Q?1b? K??bA(TW?tw)

此即傅立叶定律.由此可见,牛顿冷却定律、傅立叶定理不过是总传热率方程的特殊形式.换言之,总传热速率方程包括了对流、导热这两种基本传热形式。

3.两流体的?值相差愈大，壁温愈接近? 大的那一侧流体的温度。这就是为什么在加热炉中，虽然火焰的温度高于炉管材料的溶点，但由于管内有油品流动，管壁接近油品温度，炉管不会烧穿的原因 4.室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状？

答：室内暖气片内部的热流体（水或水蒸气）与片外的冷流体（空气）之间的热递属对流—传导—对流过程。因为暖气片外壁与空气的对流传热系数远小于片内水或水蒸气与内壁的对流传热系数，即片外对流传热热阻为控制热阻。要增大冷、热介质的换热速率，改变片外的对流传热状况即减小控制热阻至关重要。暖气的外表面制成翅片状后，明显地增大了外表面的传热面积，使总传热系数（按光管传热面积计）较原来增大几倍。加之安装翅片后，加剧了空气的湍动程度，破坏了滞流内层，亦可使总传热系数增大。至于水或蒸汽侧由于不是控制热阻，改善其传热状况对整个冷、热流体的换热影响甚微。这就是室内暖气片只外表面制成翅片状的道理。 5.工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？

这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。 6.如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。

7. “为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确？答：不正确。冷却介质的出口温度越高，其用量越小，回收热能的品位也越高，动力消耗也随之减小。但出口温度升高的结果，导致传热推动力即对数平均温差降低，所需传热面积增大，设备费用增大。因此必须从综合角度考虑，全面加以权衡，确定一个适宜的出口温度。

8.给热是以 和 的差作为传热推动力来考虑问题的。答案：流体的平均温度；壁面温度 9.流体在垂直管内自上而下流动同时被加热时，其对流传热系数比用普通准数关联式计算的结果要 大. 分析：流体被加热时，自然对流的方向是自下而上，恰与流体流动的方向相反，引起湍动加剧。

20 在?、?、 ?、 cp这4个物性参数中，若 值大，对流传热系数?就增大；若 _值大，对流传热系数?就减小。答案：?、cp、?；?

10.用0.1Mpa的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁的温度约为 。 答案：100℃

11.苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m·℃）。如果流量和物性不变，改用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ／（m·℃）。答案：612(d对u也有影响)

12.在计算换热器的平均传热推动力时，若两端的推动力相差不大于2倍，则其算术平均值与对数平均值相差不大于 。 答案：4%

2213. 换热器在使用一段时间后，传热速率会下降很多，这往往是由于?的缘故 答案： 传热管表面有污垢积存

对流传热系数不仅与物质的物性（如cP、?、?、?等）有关，而且与流动状态（例如?）有关。所以?并非物质的物理属性。

14.下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（ ）。

A． ③>④>①>②；B ④>③>②>①； C. ③>④>②>①； D. ③>②>④>①；

①空气流速为30m/S时的;2水的流速为1.5m/s时的;3蒸汽滴状冷凝时的4水沸腾时的 答案：C 15.通过一换热器用一定温度的饱和蒸汽加热某油品。经过一段时间后发现油品出口温度降低。究其原因可能是

A. 油的流量变大; C. 管内壁有污垢积存;

B. 油的初温下降; D. 管内汽侧有不凝气体产生 答案:A,B,C,D

16.采用多管程换热器,虽然能提高管内流体的流速,增大其对流传热系数,但同时也导致( ).

A. 管内易结垢; C. 平均温差下降;

B.

壳程流体流速过低; D. 管内流动阻力增大 答案：C,D

17.判断一台换热器是否合用，一般可以采用比较传热速率或传热面积的方法，本例采用后一种方法：分别计算已有换热器面积和所需换热器面积，比较二者后即可以得出结论。本例不同之点在于：该换热器既作冷凝器又作冷却器，需分段计算所需面积，即冷凝段所需面积A1 和冷却段所需面积 A2 ，而A1 、A2 的求得又须以

?tm1 、 ?tm2 为前提。因此，解决该题的重点在于求出冷凝、冷却段交界处的冷却水温度，即冷却水离开冷却

段的温度t。

d2(?s??)g由斯托克斯定律 ut?可见无论是气体还是液体，温度的改变主要是

18?通过粘度变化来影响沉降速度。气体粘度随温度升高而增加，故沉降速度下降；液体粘度随温度升高而减小，故沉降速度增大。但要注意此结论是通过斯托克斯定律得出，其他情况还需要具体分析。 18.选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； 。

答案：气体处理量，分离效率，允许压降

19.影响沉降速度的主要因素有① ；② ；③ ； 答案：颗粒的体积浓度；器壁效应；颗粒形状

20.实现过滤操作的外力可以是 、 或 。答案：重力；压强差；惯性离心力 而产生的。答案： 设备本身旋转

分析：一般小颗粒沉降才考虑离心沉降，而小颗粒沉降一般都处于斯托克斯定律区，故分离因数为

2uT21,。离心机是利用惯性离心力分离液态非均相混合物的机械。它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由

Kc?Rg对旋风分离器，当进口气速一定时，由上式可知Kc与R成反比。

R?2对转速一定的离心机，uT与R成正比，分离因数可写成 Kc? 可见Kc与R成正比。

g22.转筒真空过滤机，转速为n(r/min)，转鼓表面积为A，转鼓的沉浸度为?,则过滤周期为 (min)，

在一个过滤周期中过滤时间为 (min)，过滤面积为 。答案：

1?；；A nn23.含尘气体在某降尘室停留时间为6s时，可使直径为80?m尘粒的70%得以沉降下来。现将生产能力提高1倍（气速乃在正常操作的允许范围内），则该直径颗粒可分离的百分率为 。答案：35%

—般尘粒在气体中的分布是均匀的，对于直径小于能够100%被沉降下来的最小粒径的颗粒来说，它能够被分离的百分数等于它在停留时间内的沉降距离与降尘室高度之比。所以在原操作条件下，即在6s的停留时间内，80?m尘粒的沉降距离为降尘室高度的70%。现生产能力提高1倍，其他条件不变，则气速增大1倍，停留时间减半，

.7为3s。则该颗粒的沉降距离为原来的1/2，即为降尘室高度的02=35%，此即新工况下该颗粒可分离的百分率。

24.叶滤机,转筒真空过滤机的结构及操作原理,可知洗涤液所走途径就是过滤终了时滤液所走的途径，属置换洗涤法 25 在恒速过滤过程中，当滤液体积增大1 倍则操作压差将增大 。设介质阻力可忽略，滤饼为不可压缩。

答案：1 倍。分析：由过滤基本方程及题给条件，有

KdqK21?S =常数 得恒速过滤方程 q?qqe???k?p? ?2d?2(q?qe)因为 qe?0 s?0 所以 q2?k??p 或 V2?kA2??p 由题意有 V2?2V1 ?2?2?1 所以 (V22?2?p2?p24)???2 故 V1?1?p1?p1226 若介质阻力可以忽略，对恒压过滤，滤液量增大1 倍，则过滤速率将 。

答案：减小1 倍 分析：由过滤基本方程

dVA2KdVA2K1dV 由题知 Ve?0 V2?2V1 所以 (?)2??()1

d?2(V?Ve)d?2?2?V12d?27 转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤液量就越 ，形成的滤饼厚度越 ，过滤阻力越 。答案：大；少；薄；小

28.在一个过滤周期中，为了达到最大生产能力 。

A．过滤时间应大于辅助时间； B．过滤时间应小于辅助时间。

B． 过滤时间应等于辅助时间 D．过滤加洗涤所需时间等于1/2周期。 答案：D 分析：对于最佳周期，应有 ???w??d?T所谓最佳操作周期（亦称最佳操作循环），是指可2使生产能力达到最大的周期，在这一周期中，各种操作时间有一个最佳比例关系。因一个周期里过滤时间愈长，滤液愈多，滤饼也随之愈厚，洗涤液量及洗涤时间也应愈多。可知过滤时间与洗涤时间相互是不独立的，它们之间应有一定的关系。这样一来我们可将一个操作周期分成两部分：一是过滤加洗涤为过滤机工作时间；另一部分是拆装等辅助工作时间。我们要求的就是这两部分时间的最佳比例关系。为此可建立生产能力与操作周期的关系式，然或求极值。

29.最常见的间歇式 过滤机有_板框过滤机和_叶滤机.连续式过滤机有 真空转筒过滤机 除尘器的生产能力理论上只与沉降速度和除尘器底面积有关，故可采取增加隔板的方法来增大生产能力。 30.某板框过滤机在恒压下过滤1h得滤液体3m，从第2h开始将过滤压强提高1倍，问第2h可得滤液多少m？（忽略介质阻力，滤饼为不可压缩）。

分析：因操作压差发生了变化，应从过滤基本方程出发，分段积分，得出两段压力下的过滤方程式。

vdVKA2A2?Kd? ?(Ve?0) 积分 ?VdV? 解：过滤基本方程

02?0d?2V 因K与?p有关，应分段积分，条件如下： K?K1时， ?:0?1; V:0?3

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