化工原理答案94029

1、器品献036.在并流换热器中，用水冷却油。水的进 出口温度分别为15C, 40C,油的进出口 温度分别为150 c和100 C。现生产任务要 求油的出口温度降至80CC,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1mi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)：Ti = 150C _ T 2=100C 冷流体(水)：ti=15C - t 2=40 C 现在要求：热流体(油)：Ti=150C 一T2=80C冷流体(水)：ti = 15C 一t 2 = ?开始：Q= WhCph (Ti - T 2 ) =50 WGh

2、=WcCPc (t2-t i) =25WGc=KdS)A tm tm= ( A ti- At 2)/ln ( A ti/ At2) =(135-60) /ln (135/60) =92.49改变后：Q =WCPh(-T2 )=700 WCPh=WcCpc (t 2 -t 1)= (t 2-15) W3c=K)S)A tm.25/ (t2 -15) =50/70/.t2=50C tm = ( t1- At2 ) /ln ( At1/ At2 ) =69.81一 一* _ _ _ . _ _ _Q/Q= K0SAtm / K 0s Atm =LAtm / L Atm =50/70 L =1.85L

3、=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243c和128C; 终温分别为167c和157 C。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(重彻：T1=243C - T2=167C 冷流体(原油)：t1=128C 一12=157CQ =WhCPh (T1 - T 2 ) =76 WGh=WcGc (t2-t 1) =29VCCPc=K0ScAtmAtm = ( t 1- t 2) /ln ( t1/ At

4、2)=43改为逆流后：热流体(重油)：丁=243C一 T2 =?-flf 品 viZp 川-flf 品 viZp 川-冷流体(原油)：t2'=?一 换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的解：热流体：Ti=80C - T2=30Cti = 128C同理：Q =WCh (丁 - T2 ) = (243-T2 ) WGh=WCpc (t2 -t i) = (t2 -128) WcCpc =KoS)Atm.29/ (t2 -128) =76/ (243- T2 )T2 =578.45-2.62 t 2 (1)Atm = (243- t 2) - (T2-128)/ln (243- t2)/

5、 (T2 -I28)(2)又 Q/Q *= Atm / Atm =29/ (t2-128) (3)由(1) (2) (3)解得 t 2' =161.41 CT2 =155.443 CAtm =49.5 C8.在下列各种管式换热器中，某溶液在管 内流动并由20c加热到50Co加热介质在 壳方流动，具进出口温度分别为100 c和 60C,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。解：(1)热流体：Ti=243 C - T2=60 C 冷流体：t2=50C t 1=128CAt1=50CAt 2=40

6、C. t m= ( t1- t 2)/ln ( 11/ At2)=44.8 C(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少At , 由已知条件计算得少At=0.891 tm =少。 tm=0.891 x44.8=39.9 C(3)查图得，少At=0.97. tm =少。 tm=0.97 x44.8=43.5 C9.在逆流换热器中，用初温为20c的水将1.25kg/s的液体(比热容为1.9kJ/kg ?C, 密度为850kg/m),由80 c冷却到30 C。换 热器的列管直径为巾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?C)和 1.70 W

7、/(m?C)。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于 50C,试 求换热器的传热面积。冷流体：t2=50C t 1=20 CAt 1=30 CAt 2=100 C. t m= ( t 1- t 2)/ln ( ti/ At2)=18.205 CQ =WCPh (T1 - T 2 ) =1.9 X10 3X 1.25 X50=118.75W又、=(8,其中 1/ K)= d。/ %idi+1/%。解得 K0=0.486X 103吊?C/W0.486 x 103X 18.205S=118.75X 103.S0=13.4m310.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在 直径为巾192mm勺列管内流动。已知

8、管内水 侧对流传热系数为3490 W/ (吊？C),管外 油侧对流传热系数为258 W/ (m2?C)。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?C/W,油 侧污垢热阻0.000176m2?C/W。管壁导热系 数入为45 W/(m?C),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 =d/ % idi+1/ a0+Rid0/di+R0+bd0/ 入 dm=19/(3490X 15) +0.00026 x19/15+0.000176+ (0.002 X 19) / (45X 16.9) +1/2582 _

9、c/. K0 =208 m?C/W(2)产生污垢后增加的总热阻：d0/ a idi + R0=19/ (3490X 15)+0.000176=0.00050533产生污垢前的总热阻：d0/ a i di+1/ a 0+ bd 0/ 入 dm=19/(3490X 15) + (0.002 X19)/ (45X 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50m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 20c升至38Co溶液白温度由110c降至60 Co若换

10、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 Co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?C)； (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：Ti=110C - T2=60C 冷流体：t2=38C -ti=20C t i=72CAt 2=40C/.Atm = ( tl- t 2)/ln(A ti/ At2)=54.4 CQ= VhCoh (Ti - T2 ) =50WCph=WcCpc (t2-t 1)= 18WCp

11、c=K4Atm =54.4K0S0代入数据计算得K=254 2。W/ (m?C)换洗后：热流体：Ti = 110 C -T2=60C冷流体：t2=38C -ti=20C t i=72 C12=40 C-<-Atm = ( A t 1- A t 2)/ln ( A ti/ At2)=54.4 CQ= WhCPh (丁- T 2 )=(100-T2)WCph=WcGc(t2-t 1)=25W>=K0 SoAtm.50/ (100-T2)=18/25-T2=40.56 C. Atm' = (At / - At2)/ln ( t/ / At2) =35CQ= =WGc (t2-t

12、1) = K0S0 A tm代入数据计算得K'=548.3W/ (m2?C)总污垢热阻为：1/ K0-1/K0 =1/245-1/548.3=2.1 X 10-3 m2?C/W12.在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加 热原料油。温度为160c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20c加热到106C,列管换热器 尺寸为：列管直径为巾19X2mm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/ (吊器品献03?C),油侧污垢热阻可去为0.0005 m2?C/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

13、。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=d。/ % id+1/ 乜 i+Rd°/di,又 KfQ/SAtm其中 S=25X3.14 x 19X 103X4=5.97 tm= ( A 11- A 12)/ln (Ati/At2)=90.27 C.K0=125X 103/ (5.97 X90.27 )2 c=232.1 W/ (m?C)可以解得 %，=359.5 W/ (吊？C)改变流速后：K 0 = 1.75K 0=406.2 W/ (m2? C)Q *=2Q (t2 -t 1)/ (t2-t 1)=12

14、5X103 (t2 -20) /86又Atm = (T- t1)- (T-t2 ) /ln(T- 3) / (T- t2)=Q /K0S可以解得t 2' =99.2 C13.90 C的正丁醇在逆流换热器中被冷却 到50 C。换热器的传热面积为6m，总传热 系数为230 W/ (m2?C)。若正丁醇的流量 为1930kg/h ,冷却介质为18c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=KSA tm= WhCph (T1 -T2 )查表得70c的正丁醇的比热为3.06X103J/ (kg?C)Q=1930/3600X 3.06 乂 103X(90-50) =65.5 X 103J/sAtm = Q/K)S=