化工原理答案.docx

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1、化工原理答案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知足要求。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=150T2=100冷流体水：t1=15t2=40如今要求：热流体油：T1=150T2=80冷流体水：t1=15t2=？开场：Q=WhCphT1-T2=50WhCph=WcCpct2-t1=25WcCpc=K0S0tmtm=t1-t2/lnt1/t2=135-60/ln135/60=9

2、2.49改变后：Q，=WhCphT1-T2=700WhCph=WcCpct2，-t1=t2，-15WcCpc=K0S0，tm，25/t2，-15=50/70t2，=50tm，=t1-t2，/lnt1/t2，=69.81Q/Q*=K0Stm/K0S，tm，=Ltm/L，tm，=50/70L，=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，换热器的热损失能够忽略。解：由题意得：并流时

3、：热流体重油：T1=243T2=167冷流体原油：t1=128t2=157Q=WhCphT1-T2=76WhCph=WcCpct2-t1=29WcCpc=K0S0tmtm=t1-t2/lnt1/t2=43改为逆流后：热流体重油：T1=243T2，=？冷流体原油：t2，=？t1=128同理：Q，=WhCphT1-T2，=243-T2，WhCph=WcCpct2，-t1=t2，-128WcCpc=K0S0，tm，29/t2，-128=76/243-T2，T2，=578.45-2.62t2，-1tm，=243-t2，-T2，-128/ln243-t2，/T2，-128-2又Q/Q*=tm/tm，=2

4、9/t2，-128-3由123解得t2，=161.41T2，=155.443tm，=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=243T2=60冷流体：t2=50t1=128t1=50t2=40tm=t1-t2/lnt1/t2=44.82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=0.891tm

5、，=ttm=0.89144.8=39.93查图得，t=0.97tm，=ttm=0.9744.8=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0.85W/m2?和1.70W/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=80T2=30冷流体：t2=50t1=20t1=30t2=100tm=t1-t2/lnt1/t2=18.205Q=WhCphT1-T2=1.91031.2550=118.

6、75W又Q=K0S0tm，其中1/K0=d0/idi+1/0解得K0=0.486103m2?/W0.48610318.205S0=118.75103S0=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3490W/m2?，管外油侧对流传热系数为258W/m2?。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢构成，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45W/m?，试求：1基于管外外表的总传热系数；2产生污垢后热阻增加的百分比。解：11/K0=d0/idi+1/0+Rsid0/di+Rs0+

7、bd0/dm=19/349015+0.0002619/15+0.000176+0.00219/4516.9+1/258K0=208m2?/W2产生污垢后增加的总热阻：d0/idi+Rs0=19/349015+0.000176=0.00050533产生污垢前的总热阻：d0/idi+1/0+bd0/dm=19/349015+0.00219/4516.9+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

8、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分别一样；3忽略管壁热阻和热损失。解：换洗前：热流体：T1=110T2=60冷流体：t2=38t1=20t1=72t2=40tm=t1-t2/lnt1/t2=54.4Q=WhCphT1-T2=50WhCph=WcCpct2-t1=18WcCpc=K0S0tm=54.4K0S0代入数据计算得K0=254W/m2?换洗后：热流体：T1=110T2=60冷流体：t2=

9、38t1=20t1=72t2=40tm=t1-t2/lnt1/t2=54.4Q=WhCphT1-T2=100-T2WhCph=WcCpct2-t1=25WcCpc=K0，S0tm，50/100-T2=18/25T2=40.56tm，=t1，-t2，/lnt1，/t2，=35Q=WcCpct2-t1=K0，S0tm，代入数据计算得K0，=548.3W/m2?总污垢热阻为：1/K0-1/K0，=1/245-1/548.3=2.110-3m2?/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

10、：列管直径为192mm，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7000W/m2?，油侧污垢热阻可去为0.0005m2?/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=253.14191034=5.97tm=t1-t2/lnt1/t2=90.27K0=125103/5.9790.27=232.1W/m2?能够解得i=359.5W/m2?改变流速后：K0，=1.75

11、K0=406.2W/m2?Q*=2Qt2，-t1/t2-t1=125103t2，-20/86又tm，=T-t1-T-t2，/lnT-t1/T-t2，=Q，/K0S能够解得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230W/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=WhCphT1-T2查表得70的正丁醇的比热为3.06103J/kg?Q=1930/36003.0610390-50=65.5103J/stm=Q/K0S=65.5103/2306=47.5tm=t1-t2/lnt1/t2=90-t2-50-18/ln90-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=WcCpct1-t2，Cpc=4.183kJ/kg?65.5103=4.183103Wc22.7-18Wc=3.33kg/sV=12m