化工原理答案(三)

1、6.在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進 出口溫度分別為15C, 40C,油的進出口 溫度分別為150 c和100 C。現(xiàn)生產任務要 求油的出口溫度降至80CC,假設油和水 的流量，進出口溫度及物性不變，若換熱 器的管長為1mi試求此換熱器的管長增至 若干米才能滿足要求。設換熱器的熱損失 可忽略。解：根據(jù)題意列出關系式：熱流體(油)：Ti = 150C _ T 2=100C 冷流體(水)：ti=15C - t 2=40 C 現(xiàn)在要求：熱流體(油)：Ti=150C 一T2=80C冷流體(水)：ti = 15C 一t 2 = ?開始：Q= WhCph (Ti - T 2 ) =50 WGh=WcCP

2、c (t2-t i) =25WGc=K)S)A tm tm= ( A ti- At 2)/ln ( A ti/ At2) =(135-60) /ln (135/60) =92.49改變后：Q =WCPh(-T2 )=700 WCPh=WcCpc (t 2 -t 1) = (t 2-15) WCPc=KS A tm.25/ (t2 -15) =50/70/.t2=50C tm = ( t1- At2 ) /ln (，/ At2 ) =69.81* _ _ _ . _ _ 一Q/Q= K0SAtm / K 0S Atm =LAtm / L Atm =50/70 L =1.85L=1.85m7.重油

3、和原由在單程套換熱器中呈并流流 動，糧站油的初溫分別為243c和128C; 終溫分別為167c和157 C。若維持兩種 油的流量和初溫不變，而將兩流體改為逆 流，試求此時流體的平均溫度差及他們的 終溫。假設在兩種流動情況下，流體的無 性和總傳熱系數(shù)均不變，換熱器的熱損失 可以忽略。解：由題意得：并流時：熱流體(重徹：T1=243C - T2=167C 冷流體(原油)：t1=128C 一12=157CQ =WhCPh (T1 - T 2 ) =76 WGh=WcGc (t2-t 1) =29VCCPc=K0S0AtmAtm = ( t 1- t 2) /ln ( t1/ At2)=43改為逆流后

4、：熱流體(重油)：Ti=243C(2)殼方和管方分別為單程和四程的-丁2' 二?冷流體(原油)：t 2, =?一ti = 128C同理：Q =WCh(Ti - T2 ) = (243-T2 ) VhC)h=WCpc (t2 -t 1) = (t2 -128) WC =K)S)Atm.29/ (t2 -128) =76/ (243- T2 )T2 =578.45-2.62 t 2 (1)Atm = (243- t 2) - (T2-128)/ln (243- t2)/ (T2 -128)(2)又 Q/Q *= Atm / Atm =29/ (t2-128) (3)由(1) (2) (3)

5、解得 t 2, =161.41 CT2 =155.443 CAtm =49.5 C8.在下列各種管式換熱器中，某溶液在管 內流動并由20c加熱到50Co加熱介質在 殼方流動，具進出口溫度分別為100 c和 60C,試求下面各種情況下的平均溫度差。(1)殼方和管方均為單程的換熱器。設 兩流體為逆流流動。換熱器。(3)殼方和管方分別為二程和四程的換熱器。解：(1)熱流體：Ti=243 C 一 T2=60 C冷流體：t2=50C t 1=128CAt1=50CAt 2=40 C. t m= ( t1- t 2)/ln ( 11/ At2)=44.8 C(2)殼方和管方分別為單程和四程，則需計算平均溫

6、度差校正系數(shù)少At ,由已知條件計算得少At=0.891 tm =少力 tm=0.891 x44.8=39.9 C(3)查圖得，少At=0.97. tm =少 at tm=0.97 x44.8=43.5 C9.在逆流換熱器中，用初溫為20c的水將1.25kg/s的液體(比熱容為1.9kJ/kg ?C, 密度為850kg/m),由80 c冷卻到30 C。換 熱器的列管直徑為巾252.5mm水走管方。水側和液體側的對流傳熱系數(shù)分別為0.85W/(m?C)和 1.70 W/ (m2?C)。污垢熱阻 忽略。若水的出口溫度不能高于 50C,試 求換熱器的傳熱面積。解：熱流體：Ti=80 C - T 2=

7、30 C冷流體：t2=50C t 1=20 CAt 1=30 CAt 2=100 C. t m= ( t 1- t 2)/ln ( t1/ At2)=18.205 CQ =WCPh (丁- T 2 ) =1.9 X10 3X 1.25 X50=118.75W又、=(8,其中 1/ K)= d。/ %idi+1/%0 解得 K)=0.486X 103m2?C/W0.486 x 103X 18.2058=118.75X 103.S0=13.4m310 .在列管式換熱器中用冷水冷卻油。水在 直徑為巾192mm勺列管內流動。已知管內水 側對流傳熱系數(shù)為3490 W/ (m2?C),管外 油側對流傳熱系

8、數(shù)為258 W/ (m2?C)。換 熱器用一段時間后，管壁兩側均有污垢形 成，水側污垢熱阻為0.00026m2?C/W,油 側污垢熱阻0.000176m2?C/W。管壁導熱系 數(shù)入為45 W/(m?C),試求：(1)基于管 外表面的總傳熱系數(shù)；(2)產生污垢后熱 阻增加的百分比。解：(1) 1/K0 =d0/ % idi+1/ % 0+Rid0/di+R0+bd0/ 入 dm=19/(3490X 15) +0.00026 x19/15+0.000176+ (0.002 X 19) / (45X 16.9) +1/258 2_ ./. K0 =208 m?C/W(2)產生污垢后增加的總熱阻：d0

9、/ % idi + R0=19/ (3490X 15)+0.000176=0.00050533產生污垢前的總熱阻：d0/ % id+1/ %0+ bd0/ 入 dm=19/(3490X 15) + (0.002 X19)/ (45X 16.9) + 1/258=0.0043 增加的百分比為： 0.00050533/0.00429=11.8%11 .在一傳熱面積為50m的單程列管式換熱 器中，用水冷卻某種溶液。兩流體呈逆流 流動。冷水的流量為33000kg/h ,溫度由20c升至38Co溶液的溫度由110c降至 60 Co若換熱器清洗后，在兩流體的流量 和進出口溫度不變的情況下，冷水出口溫 度增

10、至45 Co試估算換熱器清洗前后傳熱 面兩側的總污垢熱阻。假設(1)兩種情況 下，流體物性可視為不變，水的比熱容可 取4.187kJ/ (kg?C)； (2)可按平壁處理， 兩種工況下 i和 0分別相同；(3)忽略管 壁熱阻和熱損失。解：換洗前：熱流體：Ti=110C - T2=60C 冷流體：t2=38C -ti=20CAt i=72CAt 2=40C/.Atm = ( tl- t 2)/ln(A ti/ At2)=54.4 CQ= VhCoh (Ti - T2 ) =50WC =WcCpc (t2-t 1)= 18WCpc=K8Atm =54.4K0Sc代入數(shù)據(jù)計算得K=254 w/(m?

11、c)換洗后：熱流體：T1 = 110 C -冷流體：t2=38C -11=20 CAt 1=72C t2=40C-<-Atm = ( A t 1- A t 2 )/ln ( A t1/ At2)=54.4 CQ= WhCPh (-T 2 )=(100-T2)WCPh=WcGc(t2-t 1)=25WO=K)SAtm.50/ (100-T2)=18/25-T2=40.56 C. tm' = (，'- At2 )/ln ( t1 / At2) =35CQ= =WCCpc (12-t 1) = K0S0 A tm代入數(shù)據(jù)計算得K'=548.3W/ (m2?C)總污垢熱阻

12、為：1/ K0-1/T2=60C=2.1 X 10-3 m2?C/WK0 =1/245-1/548.312.在一單程列管換熱器中，用飽和蒸汽加 熱原料油。溫度為160c飽和蒸汽在殼程冷 凝(排出時為飽和液體)，原料油在管程流 動，并由20c加熱到106C,列管換熱器 尺寸為：列管直徑為巾19X 2mm管長為 4m ,共25根管子。若換熱器的傳熱量為 125Kw蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為7000 W/ (m2 ?C),油側污垢熱阻可去為0.0005 m2?C /W,管壁熱阻和蒸汽側垢層熱阻可忽略， 試求管內油側對流傳熱系數(shù)。又若有的流速增加一倍，此時若換熱器的 總傳熱系數(shù)為原來的1.75倍，試求油的出

13、口溫度。假設油的物性不變。解：I/K0 =dJ % id+1/ 認 i+RidJdi,又 K0=Q/S) Atm其中 S=25X3.14 x 19X 103X 4=5.97 tm= ( A 11- A 12)/ln (At1/At2) =90.27 CK=125X 103/ (5.97 X90.27) =232.1 W/ (m2?C)可以解得 i =359.5 W/ (m2?C)改變流速后：K 0 = 1.75K 0=406.2 W/ (rm? C)Q *=2Q (t2 -t 1)/ (t2-t 1)=125X103 (t2 -20) /86又 Atm = (T- t1)- (T-t2 ) /ln(T- t1)/ (T-12)=Q /KoS可以解得t 2 =99.2 C13.90 C的正丁醇在逆流換熱器中被冷卻到50 C。換熱器的傳熱面積為6m，總傳熱系數(shù)為230 W/ (m2?C)。若正丁醇的流量為1930kg/h ,冷卻介質為18c的水。試求:(1)冷卻水的出口溫度；(2)冷卻水的消耗量，以m3/h表示。解：由傳熱方程式 Q=KSA tm= WhCph (Ti -T2 )查表得70c的正丁醇的比熱為3.06X103J/ (kg?C)Q=1930/3600X 3.06 乂 103X(90-50) =65.5 X 103J/sAtm = Q/KoS=