（5） 离开塔顶第二块理论板的气相组成（5分）。 解：
（1）由已知xF?0.5，xD?0.9，xW?0.1
??F?D?W?100?D??Dx，?Fx?W?0.5?D?0.9?W?0.1 FD?WxW?100D?W?50kmolh（2分）
（2）精馏段液相流量：L?RD?200kmolh（1分）
已知R=4，精馏段上升蒸气流量：V?(R?1)D?5?50?250kmolh（1分）提馏段上升蒸气流量：
V'?V??q?1?F??R?1?D??q?1?F
饱和蒸气进料，q?0，代入上式得V'?150kmolh（2分）
提馏段液相流量：L'?L?qF?RD?qF?200kmolh（2分） （3）精馏段操作线方程：
yRR?1xxn?1?n?DR?1?0.8xn?0.18（3分） 提馏段操作线方程：
yL'n?1?WV'xn?WxV'?1.333xn?0.0333（3分）
（4）q?0，yq?zF?0.5（1分）
yxqq??xq?x2分）
q?1?x?3*q3*xq?1?x?0.5，xq?0.25（qRminxD?yq0.9?0R?1?x?x?.5?0.6154
minDq0.9?0.25Rmin?1.6（2分）
RR?2.5（1分） min（5）y1?xD?0.9（1分）
y3x1??x*11*?x?0.9，x1*1*?1?x*??0.75（2分）
12x1*?1y2??0.8x1*?0.18?0.8*0.75?0.18?0.648（2分）
1 萃取精馏的基本原理是加入质量分离剂改变原来组分间的 相对挥发度 。2 回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。 3. 回流包括：塔顶回流液；塔底回流汽。 4 对于一定的分离任务，最小回流比所需理论板为 无穷多。 5 对于一定的分离任务，全回流时所需理论板 最少。 6 传质分离过程：依靠物质从一相到另一相传递过程，叫传质分离过程。 7 传质分离过程的依据：依据混合物中各组分在两相间平衡分配不同。 11
1 在精馏操作中，若被分离物系的进料状态由气相变为液相，则提馏段操作线斜率 减小 。
（减小，增大，不变，变化不确定）
2 在精馏操作中，若被分离物系的进料状态由液相变为气相，则提馏段操作线斜率 管内表面传热系数hi
1.7?104/36000.02?2?diuidiG0.785?0.02?40?1.5999?104?104Re?????0.47?10?3增大 。
（减小，增大，不变，变化不确定）
3 随着蒸馏的进行，简单蒸馏塔釜内液体中易挥发组分的组成逐渐 降低 ，塔釜温度不断 升高 。 (降低、 升高、 不变)
（20分）现有一单管程列管式换热器，管子尺寸Ф25?2.5mm ，管长3.0m，共40根，拟用来将17000kg/h的苯从30℃加热到70℃，壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，水蒸气冷凝的表面传热系数为h0=10000W/(m2·℃)，管内苯侧污垢热阻0.000833m2℃/W，壳程污垢热阻及热损失均忽略不计，管材的热导率为45 W/(m·℃)。操作范围内苯的有关物性参数可视为不变，定压比热容为1.80 kJ/(kg·℃)，粘度为0.47?10?3Pa?s，热导率为 0.14W/(m·℃)。试求： (1) 总传热系数K；
(2) 判断该换热器是否合用；
(3) 若使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度；
(4) 在操作过程中，可采取什么措施使苯的出口温度达到原工艺要求？并就一种措施
加以定量说明。 解：（1）总传热系数K
pp?1.8?0.47r?c??0.14?6.04
hi?0.023?8dRe0.pr0.4?763W/(m2??C)
i1?1d0?Rd0bd01di??d??2.84?10?3Kh ididimh0
K?352W/(m2?K)
2）换热器是否合用
?t(120?30)?(120?70)m??68.1?C ln120?30120?70Q?qmc?cpc?(t2?t1)?17000?1.8?103?(70?30)?3.4?1053600WQ?t?3.4?105A计算??14.18m2K
m352?68.1A?n?d0l?40?3.14?0.025?3?9.42m2
12
（
因A计算?A实际 故该换热器不合用。
（3）若使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度；
Q?qmc?cpc?(t??30)?KA(120?30)?(120?t?2)2ln120?30120?t?21.7?104?)3600?1.8?103?(t?2?30)?352?9.42?(120?30)?(120?t2ln120?30
120?t?2t2'?59.4?C（4）在操作过程中，可采取什么措施使苯的出口温度达到原工艺要求？并就一种措施加以定量说明。 措施：提高加热蒸汽的压力
Q?q?30)?KA(T?30)?(T?70)mc?cpc?(70lnT?30T?7021.7?104(T?30)?(T?703600?1.8?103?(70?30)?352?9.42?)lnT?30
T?70T?154?C（20分）有一四管程列管式水预热器，用120℃的饱和水蒸气在管间冷凝以预热水，水在Φ25×2.5mm的钢管内以0.6m/s的速度流动，其进口温度为20℃，至出口预热到80℃。已知管长3.0m，共60根（单程15根）。取水蒸气冷凝表面传热系数为
10000W(m2??C),水的污垢热阻为0.6?10?3m2??CW,忽略管壁热阻。操作范围内水的有关物性参数可视为不变，其中??988.1kgm3，??0.549?10?3Pa?s，
cp?4.174?103J?kg??C?，??0.648W?m??C?。试求：
（1） 总传热系数K；
（2） 判断该换热器是否合用；
（3） 若使用上述换热器，则实际操作时苯的出口温度；
（4） 操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，如果水流量不变，进口温度仍
为20℃，而出口温度仅能升至70℃，试求此时的总传染系数K。
解（1）
111K???d0??Rd0di 0ididi R?0.02?0.6?988.1e?du??0.549?10?3?21597.8?104 Pcp?4.174?103?0.549?10?3r???0.648?3.54 N0.8u?0.023ReP0.4r
?0.648i?0.023?0.02?21597.80.8?3.540.4?362.58W?m??C? 1?1?1?25?0.6?10?325K100003625.820?20 K?836.9W?m??C?
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（2）?tm?(120?20)?(120?80)?65.ln120?2048?C 120?80qmc?0.785?0.022?0.6?988.1?15?2.79kg/sQ?qmc?cpc?(t2?t1)?2.79?4.174?103?(80?20)?7.0?105W
AQ7.0?105计算??t??12.77m2K
m836.9?65.48A?n?d0l?60?3.14?0.025?3?14.13m2
因A计算?A实际 故该换热器够用。 （3）实际操作时水的出口温度：
Q?q(120?20)?(120?t?mc?cpc?(t??20)?KA2)2ln120?20120?t?22.79?4.174?103?(t?(120?20)?(120?t?2?20)?836.9?12.77?2)ln120?20120?t?2t2'?80.07?C4）K??Q'（A?t?
m 又 K?QA?t
m
故 K?K?Q'?tmQ?t??qmccp?70?20??tm50?tm mqmccp?80?20??t??m60?tm??tm?65.48?C，?t?m?72.13?C
K?K?0.7565 K??0.7565?836.9?633.12W?m??C?
1 稳态导热时，相互紧贴的厚度相同的两层平壁中温差分布Δt1 <Δt2，则两层平壁的导热系数λ1、λ2的大小关系是 λ1>λ2 。 2稳态导热时，相互紧贴的两层平壁中，导热系数为λ
1的一侧温度分布较陡，则两
层平壁的导热系数λ1、λ2的大小关系是 λ1>λ2 。 3 黑体的发射能力与其表面温度的 4 次方成正比。
4 一切物体的发射率与其吸收率的比值恒等于 同温度下黑体的发射力 。 5 传热单元数的物理意义是 单位传热推动力引起流体温度变化的大小，反应换热器的传热能力 。
1 工业上，大容积饱和沸腾操作的适宜阶段为 核状沸腾 。
（核状沸腾、膜状沸腾、自然对流）
2工业上，大容积饱和冷凝操作的适宜阶段为 滴状冷凝。
（滴状冷凝、膜状冷凝、强制对流）
3 某流体在圆形直管内强制对流，给热系数为?，现在任务变更，管内流速是原来的1/2，已知Re>10000，则管内?是原来的0.574倍。（0.574， 1， 1.741）
4 某流体在圆形直管内强制对流，给热系数为?，现在任务变更，管内流速是原来的
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2倍，已知Re>10000，则管内?是原来的1.741倍。（0.574， 1， 1.741）
第一章：流体流动与输送机械
例1-10，例1-13，例1-16，例1-17 习题：1-17, 1-20，1-28
第三章：传热
例3-2，例3-4，例3-10（1）、（2），例3-11，例3-14
1. 某厂精馏塔顶冷凝器中有Φ25×2.5mm的冷却水管60根，长2m，蒸气在管外冷凝，管内是冷却水，流速为1m/s,冷却水进出口温度分别为20℃,40℃，试求： （1） 管壁对冷却水的表面传热系数。 （2） 管内壁温度。
（3） 该厂有一台与上述冷凝器传热面积相同，但管数为50根，管径仍为
Φ25×2.5mm的换热器作为备用，问合用否？（水的物性可视为不变，用量相同）
已知：定性温度（30?C）下水的物性：??995.7kgm3，??0.801?10?3Pa?s，
??0.618W?m??C?，c3p?4.174?10J?kg??C?
解 （1） Rdu??1?995.74e???0.020.801?10?3?24861.4?10 cp?4.174?103 P?0.801?10?3 r???0.618?5.41
Nu?0.023R0.8eP0.4r
??0.023?R0.8eP0.4r
d?0.023?0.618
0.02?24861.40.8?5.410.4?458W5?m??C? （2） Q??A?tw?tm?
1??0.022?995.7?4.174?103??40?20?tw?Q?tm?4??A4585???0.02?2?30?75.3?C
(3)设冷却水的质量流量为qm
n1?60根，u1?qm?n1?A??Un1?U60 n2?50根,u2?qm?n2?A??Un2?U50
??u0.8
0.80.8 ?2?u0.82?????1??u????1??U50??U60??????60??50???1.16
α增大，K增大，即Q增大，所以该换热器合用。
2 欲利用绝对压力为0.25MPa的饱和蒸汽将CO2由20℃加热至115℃，CO2气体的流量为450kg/h,若忽略热损失，试求：
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