化工原理王晓红版习题答案第二章

化工原理王晓红版习题第二章 第2章 1(锅炉钢板壁厚，其导热系数。若粘附在锅炉内，，,,20mm,,46.5W/m,K11 壁上的水垢层厚度为，其导热系数。已知锅炉钢板，，,,1mm,,1.162W/m,K22 外表面温度为，水垢内表面温度为，求锅炉每平方米表面积t,473Kt,523K31 的传热速率，并求钢板内表面的温度。(原题1) t2 解:该题为圆筒壁的热传导问题～如果设锅炉的半径为～则～～r,r，0.02r,rr12 ～根据题意～可以得到～所以 r,r,0.001r,r,rS,S3123mm12 tttt,,1n，113Q,,由圆筒壁的导热速率方程: nbbb12i，,,S,S,S1m12m2i,1imi 其中～～～～～～t,473K，，，，t,523K,,46.5W/m,K,,1.162W/m,Kb,0.02m31121 ～。 S,S,Sb,0.001mmm212 Qtt,523,4732213q,,,W/m,3.874W/m所以 bb0.020.001S12，，,,46.51.16212 tttt,,1n，112Q,,根据圆筒壁的导热速率方程: nbb1i,,SS,1m1i,1imi 3.874，0.002qb1可以得到:,-,523,,506.3(K) tt21,46.51 2(在一φ60×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉， ，，,,0.07W/m,?平均导热系数;外层为20mm的石棉层，平均导热系数 ，，,,0.15W/m,?。现用热电偶测得管内壁温度为500?，最外层表面温度为 ，，,,45W/m,?80?。已知钢管的平均导热系数，试求每米管长的热损失及两层 保温层界面的温度。(原题2) 解:根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式: tttttt,,,1n，11414QπL,,,2 nbbbbbbb331212i，，，，,,S,S,S,r,r,r,S,i11m12m23m31m12m23m3imi 式中:t=500?，t=80?，r=60/2-3.5=26.5(mm)，r=60/2=30(mm)，1412r=30+40=70(mm)，r=70+20=90(mm)，b=3.5mm，b=40mm，b=30mm，34123λ=45W/( m??)，λ=0.07W/( m??)，λ=0.15W/( m??)。 123 r，r26.5，3012r,,,28.3(mm) m122 r,r70,3032r,,,47.2(mm) 2mr703lnln30r2 r，r70，9034r,,,80(mm) m322 所以每米管长的热损失为: ,ttQ14,2πbbbL312，，,r,r,r1m12m23m3 500,80 ,2，3.142，3.142W/m 3.54020，，45，28.30.07，47.20.15，80 ,191.6W/m tttttt,,,1n134，14QπLπL22,,,因为 nbbbbb3312i，，,,r,r,r,rS,,i11m12m23m33m3imi bQ203tt,，，,80，191.6，,130.8所以(?) 34Lπ,r22，3.142，0.15，803m3 3 3(有一列管式换热器，由38根φ25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管程流动，由20?加热到80?，苯的流量为10.2 kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求:(1)管壁对苯的对流传热系数,(2)若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化,(原题4) 20，80解:,1,苯的定性温度?～此状况下的物性为: ,502 3～～～ ，，c,1.80kJ/kg,?，，,,0.14W/m,?,,0.45mPa,s,,860kg/mp ,0.80.4根据公式 ,0.023RePr,di d=0.020m～ i w10.2s u,,,1.0m/s,ρA2860，38，，0.024 ,0.020，1.0，860du(湍流) Re,,,38222,3,0.45，10 ,C1.80，0.45p Pr,,,5.786,0.14 ,0.80.4,0.023RePr,idi 0.140.80.42,0.023，，38222，5.786W/m,?，， 0.020 2，，,1505W/m,? ,12,苯的流量增加1倍后～ '0.80.822 ,,,，2,1505，2W/，，，，m,?,2620W/m,?ii 4 4(苯流过一套管换热器的环隙，自20?升高至80?，该换热器的内管规格为 φ19 mm×2.5mm, 外管规格为φ38 mm×3 mm。苯的流量为 1800 kg/h，求苯 对内管壁的对流传热系数。 20，80,50解:苯的定性温度?～此状况下的物性为: 2 3，，c,1.80kJ/kg,?，，～～～,,0.14W/m,? ,,0.45mPa,s,,860kg/mp苯的流速为: w1800su ,,,1.12m/s,ρA22，，3600，860，，0.032,0.0194 套管的当量直径为: ,224，d,d，，124，，d,,d,d,32,19mm,13mm e12,,d，d12 流体的雷诺数为: ,du0.013，1.12，860e(湍流) Re,,,27826,3,0.45，10 ,C1.80，0.45p Pr,,,5.79,0.14 d321 ,,1.68,1.65d192 由此可得对流传热系数为: 0.531,,d,0.813,,,0.02RePr,,,dd,,2e 0.5310.1432,,0.823 ,0.02，，27826，5.79，W/m,?，，,,0.01319,, 2，，,1832W/m,? 2与书上答案1794略有不同。 ，，W/m,? 5 5(常压下温度为120?的甲烷以10 m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴 向流动。离开换热器时甲烷温度为30?，换热器外壳内径为190 mm，管束由 37根φ19 mm×2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。 120，30,75解:甲烷的平均温度?～此状况下的物性为 2 3，，c,2.48kJ/kg,?～～～，， ,,0.04W/m,?,,0.012mPa,s,,0.562kg/mp列管换热器的当量直径为: ,224，d,37d，，222212d,37d190,37，19124d,,,mm,25.47mm e,,,,d，37dd，37d190，37，191212流体的雷诺数为: ,0.02547，10，0.562dueRe,,,11928(湍流) ,3,0.012，10 由此可得甲烷对管的对流传热系数为: ,0.80.3,0.023RePr,de 0.30.042.48，0.012,,0.82，，,0.023，，11928，W/m,? ,,0.025470.04,, 2，，,60.3W/m,? 6 6(温度为90?的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30?。蛇管的直 径为φ57 mm×3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 90，30解:甲苯的平均温度,60?～此状况下的物性为: 2 3～～～ ，，c,1.853kJ/kg,?，，,,0.1238W/m,?,,0.3864mPa,s,,831.8kg/mp流体的流速为: Vm1500ss u,,,m/s,0.255m/s111222,,,dd3600，，3.142，0.050，831.8444 流体的雷诺数为: ,0.05，0.255，831.8du(湍流) Re,,,27447,3,0.3864，10 湍流时甲苯对直管的对流传热系数为: ,0.80.3,0.023RePr,d 0.30.12381.853，0.3864,,0.82,0.023，，27447，W/m,?，， ,,0.0500.1238,, 2，，,2162.3W/m,? 过渡流的校正系数: 556，106，10,,1,,1,,0.612 1.81.8Re2744.7 圆形弯管的校正系数为: d0.050i,,1，1.77,1，1.77，,1.1475 R0.6 甲苯对蛇管的对流传热系数为: 22 ，，，，,',,，0.612，1.1475,342.7，0.612，1.1475W/m,?,240.7W/m,? 7 7(120?的饱和水蒸气在一根、长1m的管外冷凝，已知管外壁温,25，2.5mm 度为80?。分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。 解:,1,当管垂直放置时～冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。采用试差法～假定冷凝液为层流流动～则: 1234,,,,rg,,,,1.13 垂直,,,l,t,, 120，80液膜温度为,100?～该温度下水的物性为～,,0.283mPa,s2 3～ ，，,,0.683W/m,?,,958.4kg/m 冷凝温度为120?～此温度下水的相变焓为:。所以可以计算 r,2205.2kJ/kg 1234,,,,rg,,,1.13,垂直,,l,t,,, 13234,,2205.2，10，958.4，9.81，0.6832,, ,1.13W/m,?，，,3,,0.283，10，1，120,80，，,, 2，，,5495.3W/m,? 根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数为: ,,,,dltQrdlt,,,4,/4，，,dudGSdqSQrd，，，，，，4//4/oo垂直垂直ooomoRe,,,,,,,,,,,r,代入相关数据后可以求得 ,lt4,4，5495.3，1，120,80，，垂直 Re,,,,14093,3r,2205.2，10，0.283，10 层流假定成立～以上计算有效。 ,2,当管水平放置时～直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数: 1234,,,,rg,,,,0.725水平,,d,t,,o, 13234,,2205.2，10，958.4，9.81，0.6832,,,0.725W/，，m,? ,3,,，，0.283，10，0.025，120,80,, 2，，,8866.7W/m,? 8 8(实验室内有一高为1m，宽为0.5m的铸铁炉门，其表面温度为600?，室温为20?。试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。如果在炉门前50mm处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少,如果将隔热板更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化, 解:,1,不加隔热板时～铸铁炉门被四壁所包围～铸铁黑度为～～C,,C,,0.781,2101 角系数，根据 ,,11,2 44，，TT,,,,12,Q,CS,,,,,,,,,,121212100100,,,,,,，， 44，，600，273.1530，273.15,,,,,0.78，5.669，1，1，0.5，,W ,,,,,,100100,,,,,,，， ,12664W ,2,加隔热板后～辐射传热过程可以表示为:炉门1?隔热板3?墙壁2。炉门辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量,1?3,: 44，，TT,,,,31,,QCS, ,,,,,,1,31,31,3100100,,,,,,，， 炉门与隔热板相距很近～其辐射可以看作是在两极大的平面间进行～于是: 5.669C0,,,3.62，其角系数。 ,,1C13,1,31111，,1，,1,,0.780.7813 隔热板对周围墙壁的辐射传热量,3?2,: 44，，TT,,,,32,,QCS, ,,,,,,3,23,23,2100100,,,,,,，， C,,C,0.78，5.669,4.42,,1其中，。 3,2303,2 Q,Q过程达到稳态时～ 1,33,2 4444，，，，TTTT,,,,,,,,3312,,,CSCS,, ,,,,,,,,,,,,1,31,33,23,2100100100100,,,,,,,,,,,,，，，， 将已知数据代入上述公式～可以得到 44，，T600，273.15,,,,3，，，，,,3.62110.5,,,,,,100100,,,,,,，， 44，，T30，273.15,,,,3，，，，,4.42110.5,,,,,,100100,,,,,,，， 求出 T,718.39K,443.24?3 所以热损失为: 44，，TT,,,,13,Q,Q,CS,,,,,,,,,,131313100100,,,,,,，， 44，，600，273.15718.39,,,,,3.62，1，1，0.5，,W ,,,,,,100100,,,,,,，， ,5700W ,3,如果将隔热板换为氧化的铝板～其黑度为，则有 ,,0.153 5.669C0 ,,,0.816C13,1111，,1，,1,,0.780.1513 C,,C,0.15，5.669,0.853,230 可以仿照,2,的公式求取隔热板温度～然后计算热损失～也可以利用下列公式直接求取: 44TT,,,,12,,,,,100100,,,,Q,Q,Q,,,133211，,,CSCS,,,,1313132321 44600，273.1530，273.15,,,,,,,,,100100,,,,,W 11，0.816，1，0.50.85，1，0.5 ,1192W 9 29(现测定一传热面积为2m的列管式换热器的总传热系数K值。已知热水走管程，测得其流量为1500kg/h，进口温度为80?，出口温度为50?;冷水走壳程，测得进口温度为15?，出口温度为30?，逆流流动，试计算该换热器的K值。(原题6) 解:换热温差: Δt,ΔtT,t,T,t50,15,80,30，，，，，，，，122112 Δt,,,?,42.06?mΔtT,t50,15121lnlnlnΔtT,t80,30212 热负荷为: 15003，，，， Q,WCT,T,，4.18，10，80,50W,52.25kWcpc123600 所以换热器的总传热系数: 3Q52.25，1022 K,,W/，，，，m,?,621.1W/m,?oSt,2，42.06om 10 10(热气体在套管式换热器中用冷却水冷却，内管为φ25×2.5mm的钢管，冷水2在管内湍流流动，对流传热系数为2000 W/(m?K)。热气在套管环隙湍流流动， 2对流传热系数为50 W/(m?K)。已知钢的导热系数为45.4 W/(m?K)。试计算:(1) 管壁热阻占总阻力的百分数;(2)冷水流速提高一倍，则总传热系数有何变化, (3)气体流速提高一倍，则总传热系数有何变化,(原题 8) 解:,1,根据题意 d,d25,20oid,,mm,22.4mm md25olnln20di 管壁热阻占总阻力的百分数: obd ，100%m,d11，，，，oooddbdsisoRRiiimo,,,ddd,32.5，1025， 45.422.4,，100% ,31252.5，10251，，0，，，0， 20002045.422.450 ,0.297% ,2,冷水流速提高1倍后～管内的对流传热系数变为: '0.80.822,,,，2,2000，2W/，，，，m,?,3482W/m,? ii 总传热系数为: 1,Ko11dddbooo，，，，RRsiso',,,dddiimoi 12 ，，,W/m,?,31252.5，10251，，0，，，0，34822045.422.450 2，，,48.97W/m,? ,3,气体流速提高1倍后～管外的对流传热系数变为: '0.80.822 ，，，，,,,，2,50，2W/m,?,87.06W/m,?oo 总传热系数为: 1,Ko11dddbooo，，，，RRsiso',,,dddiimoi 12，，,W/m,? ,31252.5，10251，，0，，，0，20002045.422.487.06 2，，,82.15W/m,? 11 11(实验测定管壳式换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸汽冷凝。列管由直径为φ25×2.5mm的钢管组成。当水的流速 2为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数K为2115 W/( m??);若其它条o2件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得K为2660 W/( m??)。试求蒸汽冷凝o 传热系数。假设污垢热阻可以忽略不计。 ,,,解:设水流速为1m/s时～用表示～K用K表示,速度为1.5m/s时～用1.01.0ii,表示～K用K表示。由总传热系数的计算式可以得到: 1.51.5 ddb111oo,，， K,d,d,1.01.0imo ddb111oo,，， K,d,d,1.51.5imo ,,d1111o,,,,,两式相减～可以得到: ,,KKd,,1.015i1.01.5,, 22K,K,d,其中～2115 W/( m??)，2660 W/( m??)，25mm，1.01.5o 20mm。 d,i ,,d11112011,,,52i,,所以～[ ( m??)/ ,,,,,,7.76，10,,,,,,dKK2521152660,,o1.01.51.015,, W] 根据流体在圆形直管内做湍流时的对流传热系数关系式～可以得到: 0.8,,u0.81.5,,,,,,1.5,,1.383, 1.51.01.01.0,,u1.0,, 由以上两个式子可以求得 22=3569 W/( m??)，=4936 W/( m??)。 ,,1.01.5 ddb1112oo根据，其中2115 W/( m??)，25mm，,，，K,d,1.0oKdd,,,1.01.0imo 220mm，22.5mm，b=2.5mm，λ=45W/( m??)，=3569 W/( m??)。 d,d,,im1.0 2可以求得。 ，，,,15900W/m,?o 12 12(某套管式换热器用于机油和原油的换热。原油在套管环隙流动，进口温度为120?，出口温度上升到160?;机油在内管流动，进口温度为245?，出口温度下降到175?。 (1)试分别计算并流和逆流时的平均温度差; (2)若已知机油质量流量为0.5kg/s，比热为3kJ/(kg??)，并流和逆流时的总 2传热系数K均为100 W/(m?K)，求单位时间内传过相同热量分别所需要的传热面积。(原题5) 解:,1,逆流时: Δt,ΔtT,t,T,t175,120,245,160，，，，，，，，122112Δt,,,?,68.9? mΔtT,t175,120121lnlnlnΔtT,t245,160212 并流时: Δt,ΔtT,t,T,t245,120,175,160，，，，，，，，121122Δt,,,?,51.9? mΔtT,t245,120111lnlnlnΔtT,t175,160222 ,2,逆流时换热面积: WcT,T，，Q0.5，3000，245,175，，hph1222 S,,,m,15.2moKΔtKΔt100，68.9omom 并流时换热面积: WcT,T，，Q0.5，3000，245,175，，hph1222 S,,,m,20.2moKΔtKΔt100，51.9omom 13 13(某列管换热器由多根φ25×2.5mm的钢管组成，将流量为15吨/小时的苯由20?加热到55?，苯在管中流速为0.5m/s，加热剂为130?的饱和水蒸气在管外 3冷凝，其汽化潜热为2178kJ/kg，苯的比热c=1.76kJ/(kg?K)，密度ρ=858kg/m，p-3粘度μ=0.52×10Pa?s，导热系数λ=0.148W/(m?K)，热损失、管壁及污垢热阻均 42忽略不计，蒸汽冷凝的α=10 W/(m?K) 。试求:(1)水蒸气用量(kg/h);(2)传热系数K(以管外表面积为基准);(3)换热器所需管数n及单根管长度l。 解:,1,加热冷流体苯所需要的热量 315，103，，，，Q,WCt,t,，1.76，10，55,20W,256.7kW ccpc213600 水蒸汽用量: Q256.7kW W,,,0.1179kg/s,424.3kg/hhr2178kJ/kg ,2,流体在管内强制湍流传热系数 55，20,37.5苯的平均温度?～此状况下的物性为: 2 3，，c,1.76kJ/kg,?～～～ ，，,,0.148W/m,?,,0.52mPa,s,,858kg/mp ,0.020，0.5，858du4 Re,,,16500,10,3,0.52，10 3,3,c1.76，10，0.52，10pPr,,,6.1838 ,3,0.148，10 ,带入表达式有: i ,0.80.4,0.023RePr,id 0.1480.80.42,0.023，，16500，6.1838W/，，m,? 0.02 2，，,834.5W/m,? 2 ，，,,10000W/m,?o d1111251,,2o ,，,，m,?/W,,K,d,834.52010000,,iioo 2 ，，K,625.8W/m,?o ,3,因为 Vm15000ss u,,,m/s,0.5m/s111222,,,d,nd,n3600，，3.142，0.020，858，n444 n,31所以可以求得 Q换热面积: S,oKΔtom ,t,,tT,t,T,t130,20,130,55，，，，，，，，1212 ,t,,,?,91.4?m,tT,t130,2011lnlnln,tT,t130,5522 3Q256.7，1022 S,,m,4.488moKΔt625.8，91.4om 又 S,n,dloo S4.487o l,,m,1.84m,nd31，3.142，0.025o 14 214(在一套管式换热器中用水逆流冷却热油，已知换热器的传热面积为3.5m。冷却水走管内，流量为5000kg/h，流动为强制湍流，入口温度为20?;热油走套管环隙，流量为3800kg/h，入口温度为80?，其比热c=2.45kJ/(kg?K)。已知p 2两流体的对流传热系数均为2000。管壁厚度、管壁热阻、污垢热阻，，W/m,K 均可以忽略。试计算冷热流体的出口温度。如果由于工艺改进，热油的出口温度需要控制在35?以下，当通过提高冷却水流量的方法来实现时，冷却水的流量应控制为多少, 解:,1,原工况下: ，，，，Q,WCt,t,Q,WCT,T ccpc21hhph12 T,t,T,t，，，，1221 ，，Q,KS,t,KS,WCT,Tmhph12T,t12lnT,t21 以上两式整理化简后可以得到: ,,WCTtKS,hph12,, ln1,,,,TtWCWC,21hphcpc,, 本题中，t=20?, T=80?, W=3800kg/h, W=5000 kg/h, c=2.45 kJ/(kg?K), 11hcphc=4.18 kJ/(kg?K), pc WC3800，2.45hph所以 ,,0.4455WC5000，4.18cpc ,,,,,,,,WCTtKS,1000，3.5hph12,,,,,,，，,exp1,,exp1,0.4455,2.12所以 ,,,,3800TtWCWC,3,,21hphcpc,,,,，2.45，10,,3600,, ，，，，又 WCt,t,WCT,Tcpc21hph12 WCTT,1cpc12 ,,,2.245ttWC,0.445521hph 联立上述两式，可以求得T=39.9?，t=37.8? 22 (2)在新工况下，联立上述方程式，试差求解得到Wc=7135kg/h。 15 15(某列管换热器由多根φ25×2.5mm的钢管组成，管束的有效长度为3.0m。通过管程的流体冷凝壳程流量为5000kg/h、温度为75?的饱和有机蒸汽，蒸汽 2的冷凝潜热为310kJ/kg，蒸汽冷凝的对流传热系数为800 W/(m?K)。冷却剂在管内的流速为0.7m/s，温度由20?升高到50?，其比热为c=2.5kJ/(kg?K),p32密度为ρ=860kg/m，对流传热系数为2500 W/(m?K)。蒸汽侧污垢热阻和管壁 2热阻忽略不计，冷却剂侧的污垢热阻为0.00055 m?K / W。试计算该换热器的传热面积并确定该换热器中换热管的总根数及管程数。 解:有机蒸汽冷凝放热量: 50003Q,W，r,，310，10W,431kW h3600 传热温差 Δt,Δt，，，，T,t,T,t75,20，，，，,75,501212Δt,,,?,38? mΔtT,t75,2011lnlnlnΔtT,t75,5022 总传热系数: 1,Ko11dddbooo，，，，RRsiso,dd,d,iiimo 12，，,W/m,? 125251，0.00055，0，0，25002020800 2，，,410W/m,? 所需的换热面积: 3Q431，1022 S,,m,27.7moK,t410，38om 冷却剂用量: 3Q431，10 W,,kg/s,5.75kg/sc3，，，，Ct,t2.5，10，50,20pc21 每程换热管的数目: Vm5.75ss n,,,,30111222,,,d,ud,u，3.142，0.020，860，0.7ii444 管程数为: S27.7o N,,,3.92,dl,n3.142，0.025，3.0，30o 取管程数为4 总管数目: n,n，N,30，4,120总 16 16(在一台管壳式换热器中，壳方120?的水蒸汽冷凝将一定流量的空气由20?加热到80?， 2空气的对流传热系数α=100W/(m??)。换热器由，L=6m的100根钢管组,25，2.5mmi 成。现因为工艺需要，空气流量增加50%，要维持对空气的加热要求，有人建议采用如下四种:(1)将管方改为双程，(2)增加管长到8m，(3)将管束改为的规格，,19，2mm(4)将蒸汽温度提高到124?。已知蒸汽的量足够，试通过定量计算，必要时作合理简化，说明上述措施能否满足需要。 22解:原工况下:S,n,dl,100，3.142，0.025，6m,47.12m oo d2022iK，，，，,,,110，W/m,?,88W/m,? iod25o Δt,ΔtT,t,T,t120,20,120,80，，，，，，，，1212 Δt,,,?,65.48?mΔtT,t120,2011lnlnlnΔtT,t120,8022 Q,KS,t,88，47.12，65.48W,271.5kWoom 流量增加40%后: Q',Q，1.4,271.5，1.4kW,380.1kW 措施之一:将管方改为双程: 传热系数 '0.80.80.80.822 ，，，，K,K，2，1.4,88，2，1.4W/m,?,200.5W/m,?oo 换热面积与传热温差不变～所以热负荷: ～故满足要求。 Q',KS,t,200.5，47.12，65.48W,618.8kW,380.1kWoom 措施之二:增加换热管长: 传热系数 '0.80.822 ，，，，K,K，1.4,88，1.4W/m,?,115.2W/m,?oo l'8'22S,S，,47.12，m,62.83m换热面积 ool6 传热温差不变～所以热负荷: ～故满足要求。 Q',KS,t,115.2，62.83，65.48W,473.9kW,380.1kWoom 19，2mm措施之三:改为的换热管: 对流传热系数～流量不变的情况下～改变管径～对流传热系数与管径的-1.8次 方成正比～再考虑改变流量的情形～所以有: ,1.8,1.81515,,,,'0.80.822 ，，，，,,,，，1.4,110，，1.4W/m,?,241.6W/m,?,,,,ii2020,,,, d15''22iK传热系数:，，，，,,,241.6，W/m,?,190.7W/m,? oid19o ''22换热面积: S,n,dl,100，3.142，0.019，6m,35.81moo 热负荷: Q',KS,t,190.7，35.81，65.48W,447.4kW,380.1kW～故满足要求。 oom 措施之四:提高蒸汽温度: t,t21Q,KS,WC(t,t) oocpc21T,t1lnT,t2 T,t120,20KS1ooln,ln,0.9163,所以 T,t120-80WC2cpc 0.8T,t1.4KS0.9163s1oo ln,,,0.85670.2T,t1.4WC1.4s2cpc 可以求得～此时蒸汽压力为230kPa。 T,124.3?s 注:无论是何种措施～蒸汽流量需要增加40%～满足热量衡算的要求。 所以(1)满足(2)满足(3)满足(4)不满足。 217(一列管换热器(管径φ25×2.5mmmm)，传热面积12m(按管外径计，下同)。今拟使80?的饱和苯蒸汽冷凝、冷却到45?。苯走管外，流量为1kg/s;冷却水走管内与苯逆流，其进口温度为10?，流量为5kg/s。已估算出苯冷凝、冷却时的对流传热系数分别为 2221500、870;水的对流传热系数为2400。取水侧的污W/，，m,KW/，，m,K，，W/m,K -32垢热阻为0.26×10m,K/W，并忽略苯侧的污垢热阻及管壁热阻。问此换热器是否可用,已知水、液体苯的比热分别为4.18、1.76;苯蒸汽的冷凝潜热，，，，kJ/kg,KkJ/kg,K =395。(原题 11) kJ/kgr 解:欲求换热器是否可用～可计算该换热器的传热面积是否够用。苯在管外发生冷凝、冷却～所以换热过程可以分成两个过程。 ,1,在冷却过程中～管外流体为80?的苯液体冷却到出口温度45?～而管内的冷却水从入口温度10?加热到一定的温度～设为t。 m 根据热负荷计算公式Q,Q,Q～可以得到: ch ，，，，WCt,t,WCT,T cpcm1hphm2 ，，C,4.18kJ/kg,KW,5kg/sW,1kg/s其中～～～?～～t,10pcch1 ，，C,1.76kJ/kg,KT,80～?～T,45?～ phm2 WCTT,，，1，1.76，80,45，，hphm2tt,，,10，,13所以～,?, m1WC5，4.18cpc 该过程的对数平均温差为: TtTttt,,,，，，，,,,45,10,80,13，，，，mm2112t,,,,,49.3,?, m1tTt,,45,10121lnlnlntTt80,13,,mm2 该过程的总传热系数为: 1K, oddd1b1oooRR，，，，siso,,,dddiiimo 2其中～～～～d,25mmd,25,2.5，2,20(mm)，，,,2400W/m,Koii dbo,322～～～ ,0R,0R,0.26，10m,K/W,,870W/，，m,Ksoo1sid,i 所以～ 11K,,o1125251ddd11b,3ooo0.261000，，，，，，R，，R，siso124002020870,,,dddiiimo1 2 =501 ,,W/，，m,K 该过程的热负荷为: ，，，，，， Q,Q,WCT,T,1，1.76，80,45,61.6kW1h1hphm2 该过程所需要的换热面积为: 3Q61.6，1021S ,,,2.5，，mo1Kt,501，49.3om11 ,2,在冷凝过程中～管外流体为80?的苯蒸汽冷凝为80?的饱和液体～而 管内的冷却水从入口温度13?加热到出口温度～设为。 t2 根据热负荷计算公式Q,Q,Q～ ch其中Q,W,r,1，395kW,395kW h2 ，，Q,WCt,t c2cpc2m Q395c2tt,，,13，,32所以～? 2mWC5，4.18cpc 该过程的对数平均温差为: TtTttt，，，，,,,,,,80,32,80,13，，，，mm1212t,,,,,57,?, m2tTt,,80,32112lnlnlntTt80,13,,mm2 该过程的总传热系数为: 11K,,o2125251ddd11b,3ooo0.261000，，，，，，R，，R，siso240020201500,,,dddiiimo2 2 =661 ,,W/，，m,K 该过程所需要的换热面积为: 3Q395，1022 S,,,10.4，，mo1Kt,661，57om22 所以～该换热过程总共需要的换热面积为: 22>12m S,S，S,2.5，10.4,12.9(m)ooo12 所以该换热器不合乎要求。