化工基础第四章习题答案

1、1.燃烧炉的平壁是一层咐火砖和一层普通砖砌成，内层耐火砖厚度为23t）inm,外层普通砖厚度为240rnmt 当达到定态传热时，测得炉内壁温度是 WC.外表面温度是loot,为了减少热量损失，在普通砖外而 加砌一层厚度为40mTn的ffi温材料，当定态后测得内壁面温度为720r, W材料外表面温度为70*C,试 求加保温材料曲后每平方米壁ffi热损失是券少？耐火砖，l.l63W m K O.5S15 W m K 0.07 W 普通砖、保温材料的热导率分别可取】，解：6 i=230mm=0.23mti=700Ct3=100C加保温材料前q=cp / A= (tr 13)/( 5加保温材料后qJt

2、p V A=(tr-U)/( 5 |/A +5 2从 2+6 入 3 (720-70)/(0.23/1.163+0.24/0.5815+0.04/0.07) =5506 分)所以加保温材料前后每平方米壁面热损失分别是982.8WnA 550W-m-5 2=240mm=0.24m忖=7209u=70CK 2=O.5Sl5W-m*K- A5 3=40mm=0.04m3=0.07W-m-*K-1ZA 1+5 2/A 2700-100)/(0.23/1.163+0.24/0.5815)=982.S W*m-(6 分)2.如习题1燃烧炉的平壁是一层厚度为230mm 的耐火砖（入=1.163）、度为240

3、mm的普通砖（入=0.5815 ）和一层厚度为40mm的保温材料（ 成，当定态后测得内壁面温度为720 C，保温材料外表面温度为70 C。与普通砖、普通砖与保温材料间的交界面温度。解：=ti -t4一层普通砖厚入=0.07 ）砌试计算耐火砖6人A虹3A.LA0.23 +礼A Z2A爲a1.163 0.5815720 - t2c “ A = 550 A,0.231.163Au 550 A，0.07720 -70A A= 550 A0.24 +0.040.07t2 =611.24 =38X23 .平壁炉是用内层为数均为未知。测得炉内壁温度为800C，炉外侧壁面温度为普通砖外包一层厚度为 50mm、

4、导热系数为0.2 W/（m? C ）的石棉。包扎后测得各层温度为： 炉内壁温度为800 C,耐火砖和普通砖界面温度为686 C,普通砖和石棉界面温度为405 C,石棉外侧温度为77C。试求包扎后热损失较原来热损失减小的百分数？120mm厚的耐火砖和外层为230mm的普通砖砌成。两种砖的导热系113 C。为减少热损失，后又在解；包扎石棉层后的热损失q A 405 - 77-180.15则有叱应=0.4014984L -L 800 -113/ 2包扎石棉层前的热损失:q=1711 W如 + 邑 0.4014 兄1心所以绝对热损失Ag =孕-7= 1711 -984 =727炉/战2所以相对媒损失

5、-_ = 1 -= q31十旳800 -1134、在 50mrX 5mn的不锈钢管(A 1 = 16W m1 K-1)外包扎30mn厚的石棉(A 2 = 0.22W- m1 K1)，测得管内壁面温度为600r，石棉外壁面温度为100C ；试求 每米管线的热损失。若上述温差保持不变，欲使热损失减少60%，在石棉外层再包裹一层保温材料(A 3 = 0.07)。问：该保温材料的厚度应为多少?解:管线的热损失Q/L = 2n-工于 lnA ir i+1Kr 2 In 丁A 1 r 1管线各层半径 2X 3.14 (600 - 100 )130mm50mmT- 5mmr1 =(50 - 2 X 5)/2

6、 = 20(mm) = 0.02m，r2 = r 1 + 5 X 10-3 = 0.025(m)，“ = r 2 + 30 X 10-3 = 0.055(m);导热系数A 1 = 16W- m1 K1 , A 2 = 0.22W m1 K1。管线的热损失31400.014 + 3.5843140125155肓 ln苞忘？1n苍Q/L =873(J s-1 m1)需加保温层的厚度确定管线的热损失Q/L = 873 - 873X 60%=349.2(J-s-1 m1):灯50mmr4 - r 3A - 5mm II3140349.2 = 厂1r 40.014 + 3.584 +?1 n隹0.075

7、5=31401r43.598 + ?ln0.0755移项整理有:349.2 X 3.598 + 14.29 ln(r 4/55) = 3140 1256.4 + 4990 - In(r *55) = 3140则:ln(r 4/55)=(3140 - 1256.4)/4990 = 0.377Inr 4 = 0.377 + In55 = 0.377 + 4.007 = 4.384即:r4 = arcl n4.384 = 80(mm)确定保温材料的厚度4 - r 3 = 80 - 55 = 25(mm)= 0.025m6.城X3删管忧礼两层触材轧内川輾分别为加删呱导热緘分别为 (rK)及0.04W/

8、UK)o制层内麺及腿外麺觸.度分别为处以5江，求每米管长 贼刼醴鳩界面Z间的温氐“1他如0.050+(1叫申如0=入伽久2伽20.08x0.2355 0.04x0.4396设界面温度为匚则有:违L0.08x0.23550解出：t=1947C6【解】由于是稳定热传导，故每米管长的热损失可用两层绝热材料的传热量计算。已知: 11=0. 025id, r2=0.050叫 r 尸 0. OOOm0.025 + 0.050Am|=2nxx l=O.2355m7, 一外径为100 mm的蒸汽管外面包有一层50 mm的绝热材料 2 = 0.06 J/(m S K)，其外再包一层 25 mm 的绝热材料 B.

9、Ah0- 075 J/(m s K), 若绝热材料A的内表面及绝热层B的外表面温度各为170及381试估算毎 米管长的热损失并估算A,B界面间温度.解必=100 mmdj=200 mm.乩=250 mmJ = l m于是有丄（】釘空:型=57.1 W/.0. 06100 十（X 075200题58图(T2-T3)2kL可得A和B之间的温度为rti Q= 1匚I咳T rpQ da 1 *7c57 1I 200 _n = 一 2UT 石一 1 0 - 27rX 1 X0.06100 一9 .在一列管换热器中，用水蒸气加热原油。管子规格为25mmK 2.5mm,管内原油的表面传热系数为1000 Wm

10、-2K1,管内污垢层的热阻系数Rh,i=1.5 x-1m2 K W -1 ；管外水蒸气加热原油，管外水蒸气冷凝的表面传热系数为10000 W - m-2 K-1,管外污垢热阻及管壁的热阻可忽K2用下式计算略不计，试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。K2 =解:基于管外表面的d2Rhd1 hd d1h2K2 =125+1.5x10七 25 + 11000x2020= 310W，m-2 K11000025管內原汕热毗与总热阻之比1000x20 =ojg75310Rfi,i 心 管內污垢层热I； J J总热陌之比=*1,5x10- X 2520= 0.581310管外木蒸气冷凝的黒m 4总黒E

11、K之比=A=0.031笛耸氏为的单程会换热器中，用水冷却热汨网种流体并 流换热.汕的初汨为1500 纟冬温为1009：水的初温为15C-终 温为4(rC欲川加长换热器符子的方法使汕的出口温度降至80C, 试求此时的管长。假设在两种悄况下-汕和水的质量流量、进II 温度、物性参数和传热系数血不变化-热损失可忽略：换热器除 符长外.冀余尺寸也不变化。解：根据热量衡算方程化- 石)= 5/z(G-F)qg&Ph =2 4 _ 4()-1、-05 弘“ 一可7；_15() 1()()-油的出口温度降至800时水的出口温度为tj%.莎M _2 g =05 兀兀 T-T； F； =0.5(7； -可)+

12、4 = 0.5(150-80)+15 = 50135-60,135InA601m时的、卜均温度筮=4虫=A/In AZ,热负荷结介传热方程=KA汕=qnCpM 一爲) 昇=纽仝込込27加长后的T：均温度差:A4 = M 一严=135黒。=69.8 “ S纽In空A/,A30热负荷结介传热方程=K/f/岗=q./jCp h(Ti - E) 彳二 q択上CpjSTi -T；)q,”dT、-T；)KM；罠-T；)A150-80皿-7；)(7；-7；)150 10069.8= 1.86m92.5KM12.列管换热器的管束山若长为3m,规格为e25mmX2.5mm的 钢管组成。要求将质量流量为1.25k

13、g s-1的苯山8CrC冷却到30, 2(rc的水在管内弓苯逆流流动J己知水侧和苯侧的农而传热系数为 850W-m-2-K-1 fIJ1700W nr-K,汚垢热阻可忽略。若维持水的出 口温度不超过50C,试求所需的列管数。取苯的比定压热容为1900 J kg-i K- 密度为880 kg-m- 管壁的热导率A= 45W m-i-K-解：TT先汁算热负荷 =4心C井一好)=1 25x1900(80-30)= 119000炉换热器的传热系数K =:= 472 Vm2Ki乩250,0025x251- + + + + hd 如力2850 x2045 x 22,51700汁算平均温度差3”=斗字=驾搭

14、=1&2 CIn 10根据传热速率方程计算所需传热而积八送厂4；丁復2小曲所需列耸数为m则A = djrLnAn =djiL13.80.025 x3 14x3 9 根44.任列管换热器中，川原汕与巫热汕换热，原汕的初温为20C, 质並流量为10000kg-h-1比定IK热容为2.2 kJkg亠 V 車汕从180C 冷却到120r，质竝流虽为14000kg-h- LL定斥热容为1.9kJkg K-设在逆流和并流操作时的传热系数K均为200Wm-2-K-求 逆流和并流操作的传热面枳比。傑：先求出原汕的出口温度电=q 叫 hCP ,h（T - 丁2）= %,卫2 -厶）=9以,勺.力（_）+1 =

15、14000 X1.9（180 _ 20）+ 20 = 925 C 9%10000x2.2逆流时的均温度差，此时Afi =180-92.5 = 87.5,M = 120-20= 100_2-冷 _ 87.5-100M逆一 ,AZ, , 87.5 一好6In -In&2 100 P济LI寸的TJ匀沾“芟差，xitl I寸Z =18020=160,22 =120-92.5 = 27.5_ Az /卩2 _ 160 275 _ 75 2 QIn虫G逆流和并流操作11寸的传热rfri枳比仏并-X7 -走6 - 0Zm27,5并15妾求每小时冷凝500kg乙醇蒸气并将冷结液冷却至309。乙醇 的冷结温度为

16、785C.凝结热为880kJkgi,液体乙醇的平均比疋 爪热容为2.8kJ kg- K-io乙醇蒸气在该条件下的衣m传热系数为 3500W-m-2.K乙醇液体的农面传热系数为700Wm2K。冷却 水：逆流）的初始温度为15C-排除温度为35C.水的衣面传热系 数为1000W m-2-K-背MIE及汚垢层的热|；11可忽賂。水的比疋爪热 容为42kJkgeKY。试汁算热交换器应自的换热而枳。（捉爪：汁 算时先求出冷却水川S，再将冷凝【X和冷却区分开汁算）2ts；Tsf Gtf解：乙醇冷擬放热量,500x880 ir = q L = 122.2kWL 53600乙醇冷却放热量叫=皿加（7；-7；）计算冷却水用s工=勺叫$少2 O122.2 + 18,860 卅可