【例4-3】-在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料-以

我们所做的一切就是为了把这门课程学好、学扎实。因为它将是从事本专业的重要基础课程之一，我们将用它来解决实际问题。在过程工业中，实际问题千变万化，但提炼之后，能上升至理论高度的内容并不多，本课程讲了许多实用的理论。但由于课时有限，我们只能再选择一些更基础的内容来讲授和练习。正因为是基础知识，大家必须学扎实，多看书、多做练习。我一直为你们以优异的成绩考入本校而骄傲。在人生的整个历程中，大学是学习地方，大学时期是我们精力与能力的顶峰时期，但我们的经验与阅历不足以建功立业，最适宜我们的事情便是认真学习，从书本中学习前人优秀的经验。现代社会，我们不可能都学，我们有所选择，这便有了专业的概念。我们的专业属工科，研究对象为工程技术。事实上，工科的理论基础有许多相通之处，其关键在于一个“通”字。这要求在低年级时，重视基础理论的学习，它将是以后专业学习与解决问题的钥匙。回顾一下我们的学习阶段，大学所学的知识丰富多彩，有点是课堂上的，有的是自学的，有的来自于同学间的交流它远远超过以前的所有学过的知识。从另一角度来看，用心的同学与糊涂的同学之间人生的分水岭也从此产生。随便写几句。后面的答案供参考：【例4-3】 在外径为140mm的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390，保温层外表面温度不大于40。保温材料的与t的关系为=0.1+0.0002t（t的单位为，的单位为W/（m）。若要求每米管长的热损失Q/L不大于450W/m，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布。解：此题为圆筒壁热传导问题，已知：r2=0.07m t2=390 t3=40先求保温层在平均温度下的导热系数，即 W/（m） （1）保温层温度 （课本中公式）改写为 得 r3=0.141m故保温层厚度为 b=r3r2=0.1410.07=0.071m=71mm（2）保温层中温度分布 设保温层半径r处的温度为t，代入式（4-15）可得 解上式并整理得t=501lnr942计算结果表明，即使导热系数为常数，圆筒壁内的温度分布也不是直线而是曲线。【例4-7】 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为89mm3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80冷却到50。冷却水在环隙从15升到35。苯的对流传热系数h=230W/（m2K），水的对流传热系数c=290W/（m2K）。忽略污垢热阻。试求：冷却水消耗量；并流和逆流操作时所需传热面积；如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。解 苯的平均温度，比热容cph=1.86103J/（kgK）苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度，比热容cpc=4.178103J/（kgK）。热量衡算式为 （忽略热损失）热负荷 W冷却水消耗量 kg/h以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（mK） =4.35103+7.46105+3.18103 =7.54103m2K/W Ki=133W/（m2K），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。 并流操作 80 50 传热面积 m2 逆流操作 80 50 传热面积 m2 因。 逆流操作 Si=6.81m2，设冷却水出口温度为t2，则 80 50 ，33.4， t2=8033.4=46.6水的平均温度t=（15+46.6）/2=30.8，cpc=4.174103J（kg）冷却水消耗量kg/h逆流操作比并流操作可节省冷却水：若使逆流与并流操作时的传热面积相同，则逆流时冷却水出口温度由原来的35变为46.6，在热负荷相同条件下，冷却水消耗量减少了36.6%。【例4-9】 在一传热面积为15.8m2的逆流套管换热器中，用油加热冷水。油的流量为2.85kg/s，进口温度为110；水的流量为0.667kg/s，进口温度为35。油和水的平均比热容分别为1.9kJ/(kg)及4.18 kJ/(kg)。换热器的总传热系数为320W/（m2）试求水的出口温度及传热量。解：本题用NTU法计算。 Whcph=2.851900=5415W/ Wccpc=0.6674180=2788W/故水（冷流体）为最小热容量流体。 查图4-27得=0.73。 因冷流体为最小热容量流率流体，故由传热效率定义式得 解得水的出口温度为 t2=0.73(11035)+35=89.8换热器的传热量为 kW【例5-5】 用一常压操作的连续精馏塔，分离含苯为0.44（摩尔分率，以下同）的苯甲苯混合液，要求塔顶产品中含苯不低于0.975，塔底产品中含苯不高于0.0235。操作回流比为3.5。试用图解法求以下两种进料情况时的理论板层数及加料板位置。 （1）原料液为20的冷液体。（2）原料为液化率等于1/3的气液混合物。已知数据如下：操作条件下苯的汽化热为389kJ/kg；甲苯的汽化热为360kJ/kg。苯甲苯混合液的气液平衡数据及t-x-y图见例5-1和图5-1。解：（1）温度为20的冷液进料利用平衡数据，在直角坐标图上绘平衡曲线及对角线，如本例附图1所示。在图上定出点a（xD，xD）、点e（xF，xF）和点c（xW，xW）三点。精馏段操作线截距=，在y轴上定出点b。连ab，即得到精馏段操作线。先按下法计算q值。原料液的汽化热为 kJ/kmol由图1-1查出进料组成xF=0.44时溶液的泡点为93（注：用泡点近似te值），平均温度=。由附录查得在56.5下苯和甲苯的比热容为1.84kJ/（kg），故原料液的平均比热容为 kJ/（mol）所以 再从点e作斜率为3.76的直线，即得q线。q线与精馏段操作线交于点d。连cd，即为提馏段操作线。自点a开始在操作线和平衡线之间绘梯级，图解得理论板层数为11（包括再沸器），自塔顶往下数第五层为加料板，如本题附图1所示。（2）气液混合物进料 与上述的项相同；与上述的项相同；和两项的结果如本题附图2所示。由q值定义知，q=1/3，故 q线斜率=过点e作斜率为0.5的直线，即得q线。g线与精馏段操作线交于点d。连cd，即为提馏段操作线。按上法图解得理论板层数为13（包括再沸器），自塔顶往下的第7层为加料板，如附图2所示。由计算结果可知，对一定的分离任务和要求，若进料热状况不同，所需的理论板层数和加料板的位置均不相同。冷液进料较气液混合进料所需的理论板层数为少。这是因为精馏段和提馏段内循环量增大的缘故，使分离程度增高或理论板数减少。【例5-7】 乙醇水系统当摩尔分数xF=0.3时，要求摩尔分数xD=0.8，泡点进料。最小回流比为多少？乙醇水系统的平衡数据列于下表，y-x图如例5-7附图所示。解：乙醇水系统的平衡曲线有下凹部分，求最小回流比自a点（xD、xD）作平衡线的切线ag并延长与y轴相交于c点。截距 若依正常平衡曲线求Rmin，联结ad，d点所对应之平衡组成为 xq=xF=0.3 yq=0.575根据式（5-46） 当最小回流比Rmin为1.08，比0.818还大时，已出现恒浓区，需要无穷多块塔板才能达到g点。所以对具有下凹部分平衡曲线的物系求Rmin时，不能以平衡数据（yq、xq）代入书中公式求取（切记）。例5-7的汽液平衡数据液相中乙醇的摩尔