内容发布更新时间 : 2024/12/22 19:13:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
冷凝量 m1(kg/h)； 若两台改为串联使用，试求此时空气的出口温度t2(℃)及水蒸汽的总冷凝量 m1(kg/h)；试比较并联及串联时传热效率的大小，并求两情况下总传热能力的比值 Q串/ Q并。
5. 有一带夹套的反应釜，釜内盛有某反应液。反应液的初始温度为 20℃。釜内液体由于剧烈地搅拌可认为温度均一。反应液需加热到 80℃进行反应。若夹套内通以 120℃的蒸汽加热，已知前 10分钟反应液的温升为 60℃，则反应液由初始温度加热至反应温度需要多少时间？若夹套内通以进口温度为 120℃的热流体加热，前 10 分钟反应釜的温升同样为60℃，则反应液由初始温度加热到反应温度需多少时间？（热流体无相变）(非稳态传热) 6. 某单程列管式换热器，其换热管为?25?2 mm的不锈钢管，管长为3m，管数为32根。在该换热器中，用25℃的水将壳程的110℃的某有机蒸汽冷凝成同温度的液体，该有机蒸汽的冷凝传热系数为8.2?103 W/(m2·℃)。水的流量为15000 kg/h，平均比热容为4.18 kJ/(kg·℃)；管壁与水的对流传热系数为1000W/(m2·℃)；不锈钢的导热系数为17 W/(m·℃)。试求： 总传热系数Ko；水的出口温度。 7. 有一加热器，为了减少热损失，在加热器壁的绝热材料。的外面包一层导热系数为0。16W/m℃，厚度为300mm的绝热材料。已测得绝热层外缘温度为此30℃，距加热器外壁250处为75℃，试求加热器外壁面温度为若干？(300℃)
8. 工厂用φ170 ×5mm的无缝钢管输水蒸气。为了减少沿途的损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚30mm的矿渣棉，其导热系数为0.065 W/m℃；第二层为厚30mm的石棉灰，其导热系数为0.21 W/m℃。管内壁温度为300℃；保温层外面温度为40℃。管道长50m.。试求该管道的散热量。(1.42×10W)
9. 为100mm的蒸汽管，外包两层厚度皆为15mm的保温材料，外面一层的导热系数位0.15 W/m℃，里面一层的导热系数为0.5 W/m℃，已知蒸汽管外表面温度为150℃，保温层外表面温度为50℃。求每米管长的热损失为多少？两保温层交界处的温度为多少？(329 W/m，122.5℃)
10. 一套管式换热器，外管尺寸为φ38×2.5mm，内管为25×2.5mm的钢管，冷水在管内以0.3m/s的流速流动。水进口温度20℃，出口40℃，试求管壁对水的对流传热系数。(1640 W/m℃)
11. 石油厂常用渣油废热以加热原油。若渣油初温为300℃，终温为200℃；原油初温为25℃，终温为175℃。试分别求两流体作并流流动及逆流流动时的平均温度差，并讨论计算结果。(104℃，150℃)
12. 200Kg/h的硝基苯由355K冷却至300K，冷却水初温为15℃，终温为30℃，求冷却水用量。又如将冷却的流量増加到3.5m3/s，求冷却水的终温。(26℃)
13. 热器中采用120.85kPa(绝压)的饱和水蒸气加热苯，苯的流量为4500kg/h，从20加热到60。若设备的热损失估计为所需加热量的7%，试求热负荷及蒸汽用量(设蒸汽凝液在饱和温度时排除)。(131.24kg/h) 14. 某管壳式换热器中，用水逆流冷却某石油馏分，换热器的总传热系数为233.6。该馏分的流量为1500kg/h，平均比热为3.35KJ/kg. ℃，要求将它从90℃冷却到40℃。冷却水的初温为15℃，出口温度为55℃。试求：所需传热面积和冷却水用量。(10m2，1500kg/h)
15. 在管长为1m的冷却器中，用水冷却热油。已知两流体并流流动，油由420K冷却到370K，冷却水由285K加热到310K。欲用加长冷却器管子的办法，使油出口温度降至350K。若在两种情况下，油、水的流率、物性常数、进口温度均不变；冷却器除管长外，其它尺寸也不变；忽略热损失。试求管长。(1.66m) 16. 10．现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为5000 Kg/h，进口温度为80℃，出口温度为50℃；水在环隙中流动，进口温度为15℃，出口为30℃。逆流流动。冷却面积为2.5m2。问所测得的总传热系数为若干？(745 W/m2℃
17. 在一套管式换热器中，内管为φ180 ×10mm的钢管，内管中热水被冷却热水流量为300 Kg/h，进口温
2.
度为，出口为60℃。环隙中冷却水进口温度为50℃，总传热系数 2000 W/m℃。
试求： （1）冷却水用 （2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度；
（3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。 (3011.5Kg/h；2.32m；3.0m)
18. 在一传热外表面积为300m2的单程列管式换热器中，300℃的某种气体流过壳方并被加热到430℃，另一种560℃的气体作为加热介质，两气体逆流流动，流量均为1×104Kg/h,平均比热均为1.05 KJ/kg.℃，
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求总传热系数。假设换热器的热损失为壳方气体传热量的10%。(11.3W/m℃)
19. 某列管换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管间与空气呈逆流流动。已知管内侧空气侧的对流传热系数为50 W/m2?℃，管外水侧的对流传热系数为1000 W/m2?℃，钢的导热系数为
45 W/m?℃。试求基于管外表面积的总传热系数K。若管壁热阻和污垢热阻忽略不计，为提高总传热系数，在其它条件不变的情况下，分别提高不同流体的对流传热系数，即：(1)将管内侧空气侧的对流传热系数提高一倍；(2)将 管外水侧的对流传热系数提高一倍。分别计算K值。(37.2W/m?℃，74W/m?℃，39W/m?℃) 20. 在一单壳程、四管程换热器中，用水冷却热油。冷水在管内流动，进口温度为15℃，出口温度为32℃。热油在壳方流动，进口温度为120℃，出口温度为40℃。热油的流量为1.25kg/s，平均比热为1.9KJ/kg.。
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若换热器的总传热系数为470 W/m?℃，试求换热器的传热面积。(9.1 m)
21. 质量流量为7000kg/h的常压空气，要求将其温度由20 ℃加热到85 ℃，选用108 ℃的饱和蒸汽作加热介质。若水蒸气的冷凝传热系数为1.0×10W/m?K。定性温度下空气的物性参数：Cp=1.0kJ/kg?℃, μ=1.98×10cP , λ=2.85×10W/m?℃，普兰特准数为0.7。(1)总传热系数。(2) 核算此换热器能否完成此换热任务（已知该换热器为单管程、单壳程、管数为200根，管子规格为φ25×2.5mm，管长为2m，管壁及污垢热阻可忽略）(89.04，能)
22. 有一套管式换热器，内管为φ54×2mm，外管为φ116×4mm的列管，内管中苯被加热，其流速为
0.643m/s，苯的进口温度为50℃，出口温度为80℃，外管中为120℃的饱和水蒸气冷凝，冷凝对流传热系数为1.0×10W/m.K，管壁热阻及污垢热阻均可忽略不计，试求：套管的有效长度。（K值的计算以内管的外壁为基准；苯在定性温度下的物性：Cp=1.86KJ/kg.℃ ρ=880kg/m3 λ=0.134w/m.℃ μ=0.39cP）(14.3m)
23. 在传热面积为20 m的列管式换热器中用温度为20℃，流量为13500 kg/h冷水将某油品从110℃冷却至40℃，冷却水出口温度为50℃。运转一年后，两流体的流量和进口温度均不变，而测得冷却水出口温度降至40℃，经分析是由于污垢积累所至，试计算污垢热阻的增加量。可忽略热损失，水的平均比热4.2KJ/Kg.℃。(0.002m2℃/W)
24. 套管换热器的内管为φ38×2mm的铜管。今以绝对压强为294Kpa的饱和蒸汽将内管内的5000 kg/h氯苯由33℃加热到75℃。现某种原因，氯苯流率减小到1350 kg/h，而进、出口温度不变。如仍在原换热器内进行换热，你将采取什么措施？并计算建议改变的项目。两种流率下氯苯在管内流动均为湍流，但氯苯的物性常数可视为不变。已知冷凝传热膜系数比氯苯传热膜系数数值大得多。氯苯侧污垢热阻可忽略不计。(蒸汽压强降为176.5 Kpa)
25. 一卧式列管换热器，钢质换热管长3m，直径为φ25×2mm。水以0.7m/s的流速在管内流过，并从17℃被加热到37℃，流率为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸汽在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸汽的冷凝潜热为315KJ/kg。已测得：蒸汽冷凝系数为800W/ m℃，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数及换热器的管程数。计算时可忽略管壁热阻及热损失。(80，4) 26. 在一油冷却器里，水一单管为100g/s的流量流过得钢管，油以单管为75g/s的流量在管外逆向流动。若管长为2m，油和水的进口温度分别为370K和280K，问油的出口温度为多少？已知油侧的对流传热系数为1700 W/ m2℃、水侧的对流传热系数为2500 W/ m2℃，油的比热为1.9 KJ/Kg.℃(325K)
27. 某列管冷凝器，管内通冷却水，管外为有机蒸气冷凝。在新使用时，冷却水的进出口温度分别为20℃和30℃。使用一段时期后，在冷却水进口温度与流量相同的条件下，冷水出口温度降为26℃。求此时的垢层热阻。已知换热器的传热面积为16.5m，有机蒸气的冷凝温度为80℃，冷却水流量为3.0Kg/s，水的比热为4.2KJ/Kg.K。(12分)
28. 一单壳程单管程列管式换热器，苯在换热器管内流动，流量为1.5kg/S，由80℃冷却到30℃。冷却水在管间和苯作逆流流动，水进口温度20℃，出口温度50℃,已知苯的平均比热为1.9×103J/（kg. ℃）,基于外表面积的总传热系数K为490W/(M2. ℃),换热器的热损失忽略不计，试求：传热速率Q为多少kW?(4分);对流平均温度差为多少℃？（4分）；该列管换热器的传热面积为多少M2 ？（4分） 29. 有一台新的套管换热器，用水冷却油，水走内管，油与水逆流，内管为?19?3mm的钢管，外管为?40?3mm的钢管。水与油的流速分别为1.5m/s及1.1m/s，水的进出口温度为20℃和40℃，油的进口
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温度为100℃，热损失不计，试计算所需要的管长。
水，油和钢在定性温度下的物性常数： 密度（kg/m3） 比热[J/(kg·℃)] 导热系数[W/(m·℃) 水 油 钢 998.2 860 ------- 4138 1900 -------- 0.59 0.15 45.4 粘度[W/(m·K)] 0.001 0.0011 ------- 30. 在一新的套管换热器中，冷却水在φ25×2.5mm的内管中流动以冷凝环隙间的某蒸汽。当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流，管壁的导热系数为45w/m·K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变，试求：当水的流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少？若操作一段时间后，水流速仍维持0.4m/s，但测得的总传热系数比操作初期下降10%，试分析可能的原因，并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。（13分） 31. 有一套管式换热器，管程走冷空气，温度由15℃加热到105℃，空气的流速为13.2m/s，空气在定性温度下的物性为：密度为1.06kg/m3，比热1.005kJ/(kg.K)，粘度2.01×10-5Pa.s，导热系数0.02893W/(m.K)，普兰特准数0.696，温度为115℃的水蒸汽在环隙冷凝，其对流传热系数1.0×104W/(m2.℃)。套管换热器的内管尺寸为25×2.5mm，不计污垢热阻，求套管换热器的内管管长。 32. 在一套管式换热器中，用水冷却热油。换热器管长为1.5m，两流体作逆流流到，油由150℃冷却到95℃，冷却水由15℃加热到35℃。若用加长冷却器管子的方法，使油出口温度降至65℃。假设在这两种情况下，油和水的流量、物性常数、进出口温度均不变，冷却器除管长外，其它尺寸也不变，忽略热损失，试求管长。
33. 在列管式换热器中，用15℃的冷却水将某溶液从90℃冷却到40℃，该溶液流量为5400kg/h，比热为3.4kJ/(kg·K)，对流传热系数为600W/(m2·K)。冷却水走管程与管外溶液逆流换热，流量为10080kg/h，比热4.16 kJ/(kg·K)，对流 传热系数为1100W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成，钢管导热系数
为45W/（m·K），管内、外两侧污垢热阻可略去不计，计算需换热器的传热面积(以So表示)，换热器的热损
失可不计。若该换热器运行一段时间后，只能将溶液冷却到45℃，问此时应采取什么措施才能保证换热要求？ 34. 在列管式换热器中，用饱和水蒸气加热原油。温度为160℃的饱和水蒸气在壳层冷凝排出饱和液体。原油在管程流动，由20℃被加热到106℃。饱和水蒸气的流量为2160kg/h，汽化潜热为2087kJ/kg，对流传热系数为1200W/(m2·K)。原油比热1.6 kJ/(kg·K)，对流 传热系数为400W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成，钢管导热系数为45W/（m·K），管内、外两侧污垢热阻及其热损失可略去不计。计算（1）原油的流量；（2）需换热器的传热面积(以So表示)。 35. 在一逆流换热器中，将1.26 kg/s的苯用冷却水从110℃冷却 到40℃，苯的比热为1.7 kJ/(kg·℃)。冷却水走管内,入口温度为18℃，出口温度36℃，水的比热为4.16 kJ/(kg·℃)，换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。水和苯的对流传热系数分别为1800 W/(m2·℃)和600 W/(m2·℃),忽略管壁及两侧污垢热阻，不计换热器热损失。求：1.冷却水用量。2.换热器所需换热管总长。
36. 在一列管换热器中将15000kg/h的油品从20℃加热到90℃。油品走管内，管外加热介质为130℃的水蒸汽。换热器由100根φ15×1.5mm、长2m的钢管构成。已知αi＝360W/m2·℃，αo＝12000W/m2·℃，油品的比热为1.9kJ/kg·℃，操作条件下水的汽化潜热为2205kJ/kg，管壁的导热系数为45W/m·℃。若加热蒸汽全部冷凝后在饱和温度下排出，忽略热损失和管壁污垢热阻。试求：
(1) 换热器的热负荷Q＝？
(2) 加热蒸汽消耗量Wh＝？ (3) 总传热系数K＝？
(4) 该换热器能否满足生产任务？
37. 某内管为φ180×10mm的套管换热器中，将流量为3100kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，冷却水进出口温度分别为40℃和50℃，其平均比热为4.174 kJ/kg.K，并、逆流时的总传热系数K0均为2000W/m.K，试求：
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(1)冷却水用量；
(2)计算两流体分别作并流流动、逆流流动时的平均温度差和管长，并根据计算结果加以讨论。 38. 某内管为φ150×10mm的套管换热器中，将流量为3100kg/h的某液态烃从120℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/kg.K，冷却水进出口温度分别为30℃和50℃，其平均比热为4.174 kJ/kg.K，并、逆流时的总传热系数K0均为2000 W/m2.K，试求：
(1)冷却水用量；
(2)两流体作并流流动时的平均温度差和管长；
3两流体作逆流流动时的平均温度差和管长。 39. 用初温为10℃的水在φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器内将机油由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1000 kg/h和1200 kg/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·K和250W/m·K，两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。试计算：
(1) 换热器的热负荷；
(2) 冷却水的出口温度； (3) 总传热系数； (4) 所需传热面积；
(5) 若换热器由15根长3 m的上述换热管组成，说明该换热器是否合用？ 40. 单程列管式换热器由15根φ25×2.5mm、长3 m钢管组成，管内为初温10℃、终温20℃的冷却水，比热为4.18kJ/kg·K；管间为机油，由200℃冷却至100℃。机油的质量流量为1200 kg/h，比热为2.0kJ/kg·K。两流体呈逆流流动，试计算：
(1) 换热器的热负荷；
(2) 所需冷却水的质量流量； (3) 平均温度差； (4) 总传热系数。
41. 在一列管换热器中逆流将15000kg/h的某低粘度油品从20℃加热到80℃。油品走管内，管外加热介质为130℃的水蒸汽冷凝为饱和水。换热器由100根直径为25mm、长6m的薄壁钢管构成。已知αi＝360W/m2·℃，αo＝12000W/m2·℃，油品的比热为1.9kJ/kg·℃。操作条件下水的汽化潜热为2205 kJ/kg。若换热过程的热损失为冷热流体换热量的15%，忽略管壁及污垢热阻。试求：
(1) 加热蒸汽消耗量？
(2) 该换热器能否满足生产任务？
(3) 若其他已知条件不变，将油品的流量提高到17000kg/h，求此时的总传热系数。 五、简答题
1. 三种基本传热方式中，辐射传热与其他两种传热在传热方式上最主要的区别是什么？
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第五章 蒸发
一、选择题
1. 以下蒸发器属于自然循环型蒸发器的是（ ）蒸发器。 A.强制循环型 B.升膜 C.浸没燃烧 D.外热式
2. 与加压、常压蒸发器相比，采用真空蒸发可使蒸发器的传热面积（ ），温度差（ ），总传热系数（ ）。
A.增大 B.减小 C.不变 D.不确定
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3. 蒸发操作能持续进行的必要条件是( )。
A.热能的不断供应，冷凝水的及时排除。 B.热能的不断供应，生成蒸气的不断排除。 C.把二次蒸气通入下一效作为热源蒸气。 D.采用多效操作，通常使用2-3效。 4. 蒸发操作通常采用( )加热。 A.电加热法 B.烟道气加热
C.直接水蒸气加热 D.间接饱和水蒸气加热 5. 以下哪一条不是减压蒸发的优点( )。
A.可以利用低压蒸气或废汽作为加热剂 B.可用以浓缩不耐高温的溶液
C.可减少蒸发器的热损失 D.可以自动地使溶液流到下一效，不需泵输送 6. 多效蒸发流程通常有三种方式，以下哪一种是错误的( )。 A.顺流 B.逆流 C.错流 D.平流 7. .中央循环管式蒸发器中液体的流动称为( )。 A.自然循环 B.强制循环 C.自然沸腾 D.强制沸腾 8. .蒸发操作中，二次蒸气的冷凝通常采用( )。
A.间壁式冷凝 B.混合式冷凝 C.蓄热式冷凝 D.自然冷凝
9. 单效蒸发器计算中D／W 称为单位蒸汽消耗量， 如原料液的沸点为393K，下列哪种情况D／W最大? ( )。
A.原料液在293K时加入蒸发器 B.原料液在390K时加入蒸发器 C.原料液在393K时加入蒸发器 D.原料液在395K时加入蒸发器 10. 蒸发过程温度差损失之一是由于溶质存在，使溶液（ ）所致。
A.沸点升高 B.沸点降低 C.蒸汽压升高 11. 属于单程型的蒸发器是（ ）。
A、中央循环管式蒸发器 B、外热式蒸发器 C、降膜蒸发器 D、 悬筐式蒸发器 二、填空题
1. 蒸发操作所用的设备称为________。
2. 蒸发操作中，加热溶液用的蒸汽称为________，蒸发出的蒸汽称为________。
3. 按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为________和________；按操作压强大小，蒸发分为________、
________和________；按蒸发方式不同，蒸发分为________和________。 4. 蒸发过程中，溶剂的气化速率由________速率控制。
5. 蒸发溶液时的温度差损失在数值上恰等于________的值。
6. 蒸发操作时，引起温度差损失的原因有________、________和________。
7. 杜林规则说明溶液的沸点与同压强下标准溶液的沸点间呈________关系。
8. 20％NaOH水溶液在101.33kPa时因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为________。 9. 单效蒸发的计算利用________、________和________三种关系。 10. 当稀释热可以忽略时，溶液的焓可以由________计算。
11. 单位蒸汽消耗量是指________，它时衡量________的指标。 12. 单位蒸汽消耗量愈________，蒸发装置的经济效益愈好。 13. 蒸发器的传热速率愈大，则生产能力愈________。 14. 多效蒸发中，效数愈多，则单位蒸汽消耗量愈________。 15. 多效蒸发的操作流程有________、________和________。 16. 多效并流蒸发流程适于处理________的溶液。 17. 多效逆流蒸发流程适于处理________的溶液。
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