化工原理答案(7页).doc

-化工原理答案-第 7 页6. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为15，40，油的进出口温度分别为150和100。现生产任务要求油的出口温度降至80，假设油和水的流量，进出口温度及物性不变，若换热器的管长为1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。解：根据题意列出关系式： 热流体（油）：T1=150 T2=100冷流体（水）：t1=15 t2=40 现在要求：热流体（油）：T1=150 T2=80冷流体（水）：t1=15 t2=？开始： Q= WhCph（T1 - T2 ）=50 WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0S0tmtm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=（135-60）/ln（135/60）=92.49 改变后： Q，=WhCph（T1 - T2 ）=700 WhCph =WcCpc（t2，-t1）=（t2，-15）WcCpc=K0S0，tm， 25/（t2，-15）=50/70 t2，=50 tm， =（t1- t2，）/ln（t1/t2，）=69.81Q/Q*= K0Stm / K0S，tm，= Ltm / L，tm，=50/70 L，=1.85L=1.85m7.重油和原由在单程套换热器中呈并流流动，粮站油的初温分别为243和128；终温分别为167和157 。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及他们的终温。假设在两种流动情况下，流体的无性和总传热系数均不变，换热器的热损失可以忽略。解：由题意得：并流时：热流体（重油）：T1=243 T2=167 冷流体（原油）：t1=128 t2=157 Q =WhCph（T1 - T2 ）=76 WhCph =WcCpc（t2-t1）=29WcCpc=K0S0tm tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=43 改为逆流后：热流体（重油）：T1=243 T2，=？冷流体（原油）：t2，=？ t1=128 同理：Q ，=WhCph（T1 - T2， ）=（243- T2，）WhCph=WcCpc（t2，-t1）=（t2，-128）WcCpc=K0S0，tm，29/（t2，-128）=76/（243- T2，） T2，=578.45-2.62 t2， -（1）tm，=（243- t2，）-（T2，-128）/ln（243- t2，）/（T2，-128） -（2）又 Q/Q*= tm / tm，=29/（t2，-128） -（3） 由（1）（2）（3）解得 t2，=161.41 T2，=155.443 tm，=49.58.在下列各种管式换热器中，某溶液在管内流动并由20加热到50。加热介质在壳方流动，其进出口温度分别为100和60，试求下面各种情况下的平均温度差。(1)壳方和管方均为单程的换热器。设两流体为逆流流动。(2)壳方和管方分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。解：（1）热流体：T1=243 T2=60冷流体：t2=50 t1=128t1=50 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=44.8（2）壳方和管方分别为单程和四程，则需计算平均温度差校正系数t，由已知条件计算得t=0.891 tm，=ttm=0.891×44.8=39.9（3）查图得，t=0.97 tm，=ttm=0.97×44.8=43.59.在逆流换热器中，用初温为20的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg，密度为850kg/m），由80冷却到30。换热器的列管直径为252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2）和1.70 W/（m2）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50，试求换热器的传热面积。 解：热流体：T1=80 T2=30冷流体：t2=50 t1=20t1=30 t2=100tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=18.205Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9×10³×1.25×50=118.75W又Q= K0S0tm，其中 1/ K0 = d0/idi+1/0 解得K0=0.486×10³m2/W 0.486×10³×18.205 S0=118.75×10³ S0=13.4m³10.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为192mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490 W/（m2），管外油侧对流传热系数为258 W/（m2）。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2/W，油侧污垢热阻0.000176m2/W。管壁导热系数为45 W/（m），试求：（1）基于管外表面的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。解：（1）1/K0 =d0/idi+1/0+Rsid0/di+Rs0+bd0/dm =19/（3490×15）+0.00026×19/15+0.000176+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258 K0 =208 m2/W （2）产生污垢后增加的总热阻： d0/idi + Rs0=19/（3490×15）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻： d0/idi+1/0+ bd0/dm=19/（3490×15）+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258 =0.0043 增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8%11.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h，温度由20升至38。溶液的温度由110降至60。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45。试估算换热器清洗前后传热面两侧的总污垢热阻。假设（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的比热容可取4.187kJ/（kg）；（2）可按平壁处理，两种工况下i和0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T1=110 T2=60冷流体：t2=38 t1=20t1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph =WcCpc（t2-t1）=18WcCpc=K0S0tm =54.4K0S0 代入数据计算得K0=254 W/（m2）换洗后：热流体：T1=110 T2=60冷流体：t2=38 t1=20t1=72 t2=40tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=54.4 Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc=K0，S0tm， 50/（100-T2）=18/25 T2=40.56tm， =（t1，- t2，）/ln（t1，/t2，）=35 Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0tm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2）总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3 =2.1×10-3 m2/W12.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20加热到106，列管换热器尺寸为：列管直径为19×2mm，管长为4m ，共25根管子。若换热器的传热量为125Kw，蒸汽冷凝传热系数为7000 W/（m2），油侧污垢热阻可去为0.0005 m2/W，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。又若有的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的1.75倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。解：1/K0 =d0/idi+1/i+Rsid0/di，又K0=Q/S0tm 其中S=25×3.14×19×10³×4=5.97tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=90.27 K0=125×10³/（5.97×90.27）=232.1 W/（m2） 可以解得 i =359.5 W/（m2） 改变流速后： K0，= 1.75K0=406.2 W/（m2） Q*=2Q（t2，-t1）/（t2-t1）=125×10³（t2，-20）/86 又tm， =（T- t1）-（T- t2，）/ln（T- t1）/（T- t2，）=Q，/K0S 可以解得 t2，=99.213.90的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50。换热器的传热面积为6m2，总传热系数为230 W/（m2）。若正丁醇的流量为1930kg/h，冷却介质为18的水。试求：（1）冷却水的出口温度；（2）冷却水的消耗量，以m³/h表示。解：由传热方程式Q =K0Stm= WhCph（T1 - T2 ） 查表得70的正丁醇的比热为3.06×10³J/（kg） Q=1930/3600×3.06×10³×（90-50）=65.5×10³J/s tm = Q/K0S=65.5×10³/（230×6）=47.5tm =（t1- t2）/lnt1/t2=（90- t2）-（50-18）/ln（90- t2）/（50-18）试差得t2=22.7假定无热阻损失即冷水吸收热量和正丁醇放出热量相等 Q =WcCpc（t1-t2） ，Cpc=4.183kJ/（kg） 65.5×10³=4.183×10³Wc（22.7-18） Wc=3.33kg/s V=12m