西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别： 网教 课程名称【编号】： 化工基础 【 0069】A 卷大作业 满分：100 分 以下题中选做四题，每题 25 分。请写出每一步计算依据和过程。一、（流体流动与输送）如图为冷冻盐水循环系统示意图。盐水的密度为 1100kg/m3，循环流量为 36m3/hr。从 A 处到 B 处的总摩擦阻力损失为 98.1J/kg，从 B 处到 A 处的为 49.0J/kg。管径不变。求 ： 1. 泵 的 有 效 功 率 ； 2. 若 A 处 的 压 强 表 的 读 数为 2.5kg/cm2，求 B 处压强表的读数为多少 kg/cm2。解：（1）在循环管路中任选某截面为 1-1’，并兼为截面 2-2’（意即流体由截面 1-1’出发，完成一个流动循环后达到截面 2-2’）。在两截面间列柏努利方程式。 因截面为 1-1’与截面 2-2’重合，所以 u1 = u2，p1 = p2，Z1 = Z2上式可简化为 we = Σhf =ΣhfAB + ΣhfBA = 98.1 + 49 = 147.1 J/kg 流体的质量流量 ws = Vs·ρ=36×1100/3600 = 11 kg/s 功率 N= we·ws/η=147.1×11/0.7 = 2312 W （2）B 处压强表的读数 在两压强表所在的截面位置 A 与截面 B 之间列柏努利方程式，并通过截面 A 中心作基准水平面，得 式中 ZA = 0，ZB = 7 m，uA = uB，pA = 245.2×103 Pa，ΣhfAB = 98.1 J/kg 将以上数据代入柏努利方程式，解得 pB = 245.2×103 –（9.81×7 + 98.1）×1100 = 61753 Pa = 61.8×103 Pa 二、（流体流动与输送）质量浓度为 16200kg/h 的 25%氯化钠（NaCl）水溶液在 φ50×3mm 的钢管中流过。已知水溶液的密度为 1186kg/m3，粘度为 2.3×10-3Pa·s。求（1）判断该水溶液的流动类型。（2）计算在滞流时的最大流速umax 滞。- 1 - 三、（传热）某炉壁由下列三种材料组成，内层是耐火砖，λ1=1 . 4 W /(m .℃)，b1=230 mm；中间是保温砖，λ2=0. 15W /(m. ℃)，b2=115 mm；最外层是建筑砖，λ3=0 . 8 W /(m. ℃)，b3=230 mm。今测得其内壁温度t1=900 ℃，外壁温度t4= 80 ℃。求（1）通过炉墙单位面积的热损失W /m2。（2）各层的温差。（3）各层接触面的温度。（假设各层接触良好）解：设t2为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。 t3为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。（1） 由多层平壁定态热传导公式可以导出q：q=QS=t1− t4b1λ1+b2λ2+b3λ3=900− 800. 231 . 4+0. 1150. 15+0. 230 . 8=8200 . 164+0. 767+0 . 288= 673Wm2 （2）Δt1、Δt2、Δt3分别为耐火砖层，保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导，故q1=q2=q3=q（1 分）由q=Δt1b1λ1可得，Δt1=qb1λ1=673×0 .231 . 4=110 . 6 ℃Δt2=q .b2λ2= 673×0. 1150. 15=516 . 0 ℃ Δt3=q .b3λ3=673×0 .230 .8=193 . 5 ℃ （3）t2= t1−Δt1=900−110 . 6=789. 4 ℃ t3=t2−Δt2=789 . 4−516. 0=273 . 4 ℃ 四 、 （ 传 热 ） 有 一 碳 钢 制 造 的 套 管 换 热 器 ， 内 管 直 径 为φ89mm×3.5mm ，流量 为 2000kg/h 的苯在内管中 从 80℃冷 却到50℃ 。 冷 却 水 在 环 隙 从 15℃ 升 到 35℃ 。 苯 的 对 流 传 热 系 数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数 αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：1）冷却水消耗量；2）并流和逆流操作时所需传热面积。题中碳钢的导热系数为λ=45W/（m·K）。解 ①苯的平均温度比热容 cph=1.86×103J/（kg·K） 苯的流量 Wh=2000kg/h，水的平均温度 比热容 cpc=4.178×103J/（kg·K）。热量衡算式为 - 2 -6525080T℃6525080T℃)()(1221ttcWTTcWQpccphh 五、（精馏）一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下： 精馏段 y = 0.8 x + 0.172 提馏段 y = 1.3 x – 0.018 求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 - 3 -WQ43101.3)5080(1086.1360020001335)1535(10178.43600101.3)(3412ttcQWpcc热负荷 冷却水消耗量 kg/h089.0290082.00855.045082.00035.0230111ocimihidddbdK② 以内表面积 Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（ m·K ） =4.35×10－ 3+7.46×10－ 5+3.18×10－ 3 =7.54×10－ 3m2·K/WKi=133W/ （ m2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。并流操作 80 50 15 35 65 15 2.341565ln1565并mt2481.62.34133101.3mtKQSmii并并Ctm 4023545逆2483.540133101.3mtKQSmii逆逆逆并逆并故因iimmSStt  ,17.1并逆逆并mmiittSS传热面积 45353515 逆流操作 80 50 传热面积 ③ 逆流操作 Si=6.81m2，2.3481.6133101.34iimSKQt℃''2tt35152.34235'ttm因Ct  4.33'则设冷却水出口温度为t'2，则 80 50 则 t'2=80 － 33.4=46.6℃水的平均温度 t'= （ 15+46.6 ） /2=30.8℃ ， c'pc=4.174×103J （ kg·℃ ）hKgttcQWpcc/846)156.46(10174.43600101.3)'('3412%6.3610013358461335冷却水消耗量逆流操作比并流操作可节省冷却水：若使逆流与并流操作时的传热面积相同，则逆流时冷却水出口温度由原来的 35℃ 变为 46.6℃ ，在热负荷相同条件下，冷却水消耗量减少了 36.6% 。 将提馏段操作线方程与对角线方程 y=x 联立即：R=4；xD=0.86；R'=0.333；xW=0.06；xF=0.38六、（化学反应器）有如下反应 A＋B→P，根据实验测定，反应为一级反应：rA=kcA。在 288K 时，反应速率常数为k =0 .0806min-1；每天处理的溶液量为14 . 4 m3)，进料的初始浓度cA0=0 . 095kmol/m3，A 的转化率为 85%，试计算： （1）当每批操作的辅助时间为 0.5 小时，间歇反应釜的有效容积。 （2）平推流反应器的有效容积。 （3）全混流反应器的有效容积。- 4 -