内容发布更新时间 : 2024/12/25 9:14:17星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
化工原理
传热面积A＝πｄｌ＝3.14×0.05×10.8＝1.7m
q'=KA△tm' 其中q'=5000/3600×4.19×10(t'-25) △tm'=[(110-25)+(110-t')]/2=97.5-0.5t' ∴ 5000/3600×4.19×10(t'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t') , 解得 t'=56.4℃
q'=5000/3600×4.19×10(56.4-25)=1.83×10w (q-q')/q×100%==9.4%
13.（14分）某厂在由177根φ25×2mm, 长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内,用 132.9℃的饱和水蒸汽在管间冷凝,将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg.s20℃,在操作条件下的密度为1kg.m1.84 kJ.kg.K,对流传热系数为53w.m.K,饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000w.m.K,可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01 kgf.cm,通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长度）为5.5m, 摩擦系数λ＝0.04, 试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s? ***答案***
（1） Q＝ｗCP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) Q＝KAΔtm
Ai ＝ｎπｄi Ｌ＝177π×0.021×3 =35.014 m ∵αi<<αo Ki ＝1/（1/α1 ＋1/α2 ）
＝1/(1/53+1/8000)=52.65 ｗ.m.K 则 0.6×1.84×10^3×(t2 -20)=52.65×35.014×(t2 -20) /ｌｎ(132.9-20)/(132.9-t2 ) ｌｎ(112.9/(132.9-t2 ))=1.668 112.9/(132.9-t2 )=5.304
704.89 - 5.304t2 =112.9 ∴t2 =111.61℃ （2） ΔP＝0.01 kgf/cm=0.01×9.804×10 =9.807×10Pa
ΔP＝λｌ/ｄ×U /2×ρ＝0.04×5.5/0.021×U/2×1 9.807×10=0.04×5.5/0.021×U/2 ∴ U＝13.68 m.s
ｗ＝ｎπ/4 ｄi Uρ ＝177×0.785×0.02113.68 ＝0.8389 kg.s=0.84kg.s 14.（10分）在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气, 水和空气的进口温度分别为20℃及110℃, 在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃及40℃, 使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下, 冷却水出口温度降至38℃。热损失可以忽略不计。求：(1)空气出口温度变为多少? (2)总传热系数为原来的多少倍?
***答案***
（1）初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K AΔtm 一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' AΔtm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20) 解出 T2 ' =59.6℃
（2）Δtm ＝（(110-45)-(40-20)）/ln(65/20)= 38.2℃
化工原理
Δtm ' ＝（(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2℃ (38-20)/(45-20)=(K' /K)×(54.2/38.2) 解出 K'/K＝0.507
15.（10分）在换热器中，热水流量为2000kg.h3000 kg.h,热水进口温度T85℃,冷水进口温度t15℃,如要求将冷水加热到t40℃, 求采用并流和逆流时的平均温度差,冷、热水的平均比热可认为相等。 ***答案*** GC（TTGC（tt 2000（85－T3000（40－15） 得T47.5℃
并流时 85℃→47.5℃ 15℃→35℃
－－－－－－－－－ 70 12.5 Δt70－12.5）/（ｌｎ70/12.50）＝33.4℃ 逆流时 85℃→47.5℃ 35℃←15℃
－－－－－－－－－ 50 32．5 Δt50＋32.50）/2＝41.25℃
16.（15分）在内管为φ160×10mm的套管换热器中, 将流量为3500kg.h,从100℃冷却到60℃，其平均比热 C2.38 kJ.kg.K,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平 均比热C4.174kJ.kg.K,基于传热外面积的总传热系数K=2000w.m.K,且保持不变。设热损失可以忽略。试求:（1）冷却水用量；（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。 ***答案*** 冷却水用量： ｗTTtt 3500×2.38×（100－60）＝ｗ4.174×（50－40） ∴ｗ7982kg.h Δt50－20）/ｌｎ（50/20）＝32.75 Δt60－10）/ｌｎ（60/10）＝27.93
Q＝KAΔt Q=3500×2.38×（100-60）＝333200kJ.h A逆＝333200×10/（2000×32.75×3600） ＝1.41m πｄ1.41
3.14×0.16×ｌ＝1.41 ∴ｌ＝2.81m A并＝333200×10/（2000×27.93×3600） ＝1.66 m
3.14×0.16×ｌ＝1.66 ∴ｌ＝3.3 m
17.（15分） 在内管为φ189×4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h 100℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ.kg.K,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平 均比热水为4.17kJ.kg.KK=2500 w.m.K,设其值恒定,忽略热损失。试求：(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并
化工原理
流情况下的平均温差及所需管长。 ***答案*** 冷却水用量
Wh CP h (T1 -T2 )＝Wc CP c (t2 -t1 ) 3500×2.38×(100-60)＝Wc× 4.17×(50-40) Wc ＝7990kg.h
Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃ Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃
Q＝KAΔtm Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×10kJ.h ∴A逆＝3.332×10/[(2500/1000)×32.75×3600]＝1.13(m) πｄ0 ｌ＝1.13
3.14×0.18×ｌ＝1.13 ∴ ｌ逆＝2 (m )
A并＝3.332×10/[(2500/1000)×27.91×3600]＝1.33 (m) 3.14×0.18×ｌ并＝1.33 ∴ ｌ并＝2.35 (m ) 18.（16分）用一外表传热面积为3mφ25×2.5mm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℃ 冷却至100℃ ,水走管内, 油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg.h1200kg.h,其比热分别为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.m.K200w.m.K,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用? (2)夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用?(假设传热系数不变) ***答案***
(1) Q1=1200×2×(200-100)=240000kJ.h Q2=Q1,
t2=t1+Q1/(m2·Cp2)=10+24000/(1000×4.18)=67.4℃ △tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110℃
1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/200+25/(2000×20) K1=1 77.8w.m.K
A1=Q1/(K△tm) =240000×10/(177.8×3600×110) =3.4 m>3m 故不适用 (2) t1=30℃时
t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4℃ △tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃
A1=240000×10/(3600×89.6×177.8)=4.195m>3m 不适用
19.（12分）一套管换热器,外管为φ83×3.5mm,内管为φ57×3.5mm的钢管, 有效长度为 60m。用 120℃的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油.蒸汽冷凝潜热为2205kJ.kg
的流量为6500kg.h,比热为 2.2kJ.kg.K,进口温度为30℃,出口温度为80℃。试求： (1)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数； ***答案***
（1） 蒸汽用量 Q放＝W.ｒ＝2205×W kJ.h Q吸＝W' CP(t出－t入）
＝6500×2.2×（80－30）＝7.15×10kJ.h Q放＝Q吸
∴ ｗ＝7.15×10/2205≈324kg.h
化工原理
（2） 传热系数的计算 由Q＝KAΔtm
Δtm ＝（(120-30)-(120-80)）/ｌｎ（(120-30)/(1 20-80)） ＝50/ｌｎ（90/40）＝61.66℃ ∴ Ki＝Q/AiΔtm
＝7.15×10/[60×π×(50/1000)×61.66] ≈1231 kJ.h.m.℃ ＝342 (ｗ.m.K)
20.（10分）有一逆流热交换器，将1.25 kg.s77℃冷却至27℃，苯的平均比热Cp为1.88 KJ.kg.K25℃和47℃。换热器采用φ25×2.5 mm的钢管，水在管内，苯在管外，水和苯的传热膜系数分别为α850w.m.Kα1700w.m.Kλ＝49w.m.K消耗量及管子的总长度。 ***答案***
q=CpG(t-t)=117.5 KJ/S
W=117.5/[4.187×(47-25)]=1.276 kg.S
Δt=[(77-47)-(27-25)]/[ln(30/2)]=10.34 ℃ 1/K=1/α+1/α+δ/λ K=550.7 w.m.K
A=q/K.Δt=20.635 m L=A/πdm=292.1 m