发布时间 : 星期日 文章化工原理传热习题及答案更新完毕开始阅读4fb5554a0740be1e650e9af9
化工原理
不适用
11.（10分）采用传热面积为4.48m,比热为1.88kJ.kg传热系数K
（1）由 Q=K.A△tm 式 求 K
其中: Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/3600×1．88×100)=56400ｗ Δt
Δt
Δt
/ｌｎ（Δt
/Δt
＝[（80－30）－（50－20）]/ｌｎ[(80-30)/(50-20)] ＝39.2℃
∴ 56400=K×4.48×39.2 解得 K=321ｗ.m363kJ.kg
.℃
.K
.K
16℃及5000kg.h
4.19kJ.kg
.K
(内 ：(1)试
12.（18分）某厂用一套管热交换器,每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽,冷凝温度为110℃, 甲苯的汽化潜热为
, 其冷凝传热系数为14000w.m
径为50mm)作湍流流动，其对流传热系数为1740w.m的情况下,该冷凝器的生产能力的变化率。 （1）由热量衡算得：
ｑ＝Gｒ＝W.Cp（t出－16） ∴t出＝Gｒ/（W.Cp）＋16) ＝2000/3600×363×10 ＝50.65℃
取K＝1/[(1/1740)+(1/14000)]=1548w.m ｑ＝Gｒ＝2000/3600×363×10
.K
w
2.02×10
/5000/3600×4.19×10
+16 (80-5
.K
,进行溶剂和某水溶液间的换热.流量为3600kg.h
,80℃冷却至30℃, 水溶液由20℃被加热到30℃。忽略热损失。试求：
计算冷却水的出口温度及套管管长。(2)由于气候变热,冷却水进口温度升为25℃,试计算在水流量不改变
Δt1 ＝110－16＝94℃, Δt2 ＝110－50.65＝59.35℃ Δtm ＝（Δt1 ＋Δt2 ）/2＝（94＋59.35）/2＝76.8℃ 又ｑ＝KAΔtm ＝KπｄｌΔtm ∴ 管长ｌ＝ｑ/（KπｄΔtm ） ＝2.02×10
/（1548×3.14×0.05×76.8）＝10.82m
(t'
') , 解得 t
'-25)
（2）水温升高(忽略物性变化)
传热面积A＝πｄｌ＝3.14×0.05×10.8＝1.7m q'=KA△tm' 其中q'=5000/3600×4.19×10 △tm'=[(110-25)+(110-t∴ 5000/3600×4.19×10'=56.4℃
q'=5000/3600×4.19×10 (q-q')/q×100%==9.4%
13.（14分）某厂在由177根φ25×2mm, 长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内,用 132.9℃的饱和水蒸汽在管间冷凝,将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯气体流量为0.6kg.s为20℃,在操作条件下的密度为1kg.m和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000w.m
.K
1.84 kJ.kg
.K
,对流传热系数为53w.m
.K
,饱
,可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；
,通过换热器的总长度（包括局部阻力当量长
?
(56.4-25)=1.83×10
w
(t
')]/2=97.5-0.5t
'-25) =1548×1.7(97.5-0.5t
(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01 kgf.cm （1） Q＝ｗCP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20) Q＝KAΔtm
度）为5.5m, 摩擦系数λ＝0.04, 试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s
化工原理
Ai ＝ｎπｄi Ｌ＝177π×0.021×3 =35.014 m∵αi<<αo Ki ＝1/（1/α1 ＋1/α2 ） ＝1/(1/53+1/8000)=52.65 ｗ.m /ｌｎ(132.9-20)/(132.9-t2 ) ｌｎ(112.9/(132.9-t2 ))=1.668 112.9/(132.9-t2 )=5.304
704.89 - 5.304t2 =112.9 ∴t2 =111.61℃ （2） ΔP＝0.01 kgf/cm =9.807×10ΔP＝λｌ/ｄ×U 9.807×10∴ U＝13.68 m.s
=0.01×9.804×10Pa
/2×1
/2
.K
则 0.6×1.84×10^3×(t2 -20)=52.65×35.014×(t2 -20)
/2×ρ＝0.04×5.5/0.021×U
Uρ
13.68
=0.84kg.s
=0.04×5.5/0.021×U
ｗ＝ｎπ/4 ｄi ＝0.8389 kg.s
＝177×0.785×0.021
14.（10分）在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气, 水和空气的进口温度分别为20℃及110℃, 在换热器使用的初期,冷却水及空气的出口温度分别为45℃及40℃, 使用一年后,由于污垢热阻的影响,在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下, 冷却水出口温度降至38℃。热损失可以忽略不计。求(1)空气出口温度变为多少? (2)总传热系数为原来的多少倍?
（1）初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K AΔtm 一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' AΔtm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20) 解出 T2 ' =59.6℃
（2）Δtm ＝（(110-45)-(40-20)）/ln(65/20)= 38.2℃ Δtm ' ＝（(110-38)-(59.6-20)）/ln(72/39.6)=54.2℃ (38-20)/(45-20)=(K' /K)×(54.2/38.2) 解出 K'/K＝0.507
15.（10分）在换热器中，热水流量为2000kg.h冷水进口温度t G 得T
C（T47.5℃
15℃,如要求将冷水加热到tT
G
C（t
t
的平均比热可认为相等。 2000（85－T
3000（40－15）
3000 kg.h
,热水进口温度T
85℃,
40℃, 求采用并流和逆流时的平均温度差,冷、热水
并流时 85℃→47.5℃ 15℃→35℃ －－－－－－－－－ 70 12.5 Δt
70－12.5）/（ｌｎ70/12.50）＝33.4℃
逆流时 85℃→47.5℃ 35℃←15℃ 50 32．5 Δt
50＋32.50）/2＝41.25℃
,从100℃冷却到
16.（15分）在内管为φ160×10mm的套管换热器中, 将流量为3500kg.h
化工原理
60℃，其平均比热 CC
4.174kJ.kg
.K
2.38 kJ.kg
.K
,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平 均比热
.K
,且保持不变。设热损失可以忽
,基于传热外面积的总传热系数K=2000w.m
略。试求:（1）冷却水用量；（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及管长。 冷却水用量： ｗ ∴ｗ Δt Δt Q＝KAΔt
T7982kg.h
T
t
t
3500×2.38×（100－60）＝ｗ
4.174×（50－40）
50－20）/ｌｎ（50/20）＝32.75 60－10）/ｌｎ（60/10）＝27.93
Q=3500×2.38×（100-60）＝333200kJ.h
/（2000×32.75×3600）
A逆＝333200×10 ＝1.41m πｄ
1.41
3.14×0.16×ｌ＝1.41 ∴ｌ＝2.81m A并＝333200×10 ＝1.66 m
100℃冷却到
/（2000×27.93×3600）
3.14×0.16×ｌ＝1.66 ∴ｌ＝3.3 m
17.（15分） 在内管为φ189×4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h60℃,其平均比热为2.38kJ.kg4.17kJ.kg
.K
.K
K
=2500 w.m
.K
,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平 均比热水为
,设其值恒定,忽略热损失。试求：
(1)冷却水用量；(2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。 冷却水用量
Wh CP h (T1 -T2 )＝Wc CP c (t2 -t1 ) 3500×2.38×(100-60)＝Wc× 4.17×(50-40) Wc ＝7990kg.h
Δt逆＝(50-20)/ｌｎ(50/20)＝32.75℃ Δt并＝(60-10)/ｌｎ(60/10)＝27.91℃ Q＝KAΔtm Q＝7990×4.17×(50-40)=3.332×10∴A逆＝3.332×10 πｄ0 ｌ＝1.13
3.14×0.18×ｌ＝1.13 ∴ ｌ逆＝2 (m ) A并＝3.332×10
/[(2500/1000)×27.91×3600]＝1.33 (m
)
3.14×0.18×ｌ并＝1.33 ∴ ｌ并＝2.35 (m ) 18.（16分）用一外表传热面积为3m1200kg.h2000w.m
,其比热分别为4.18kJ.kg.K
200w.m
.K
φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器,用初温为 10℃的.K
和2.0kJ.kg
.K
,水侧和油侧的对流传热系数分别为
水将机油由200℃ 冷却至100℃ ,水走管内, 油走管间。已知水和机油的质量流量分别为1000kg.h
,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合
kJ.h
)
/[(2500/1000)×32.75×3600]＝1.13(m
用? (2)夏天当水的初温达到30℃,而油的流量及冷却程度不变时,该换热器是否合用?(假设传热系数不变) (1) Q1=1200×2×(200-100)=240000kJ.h Q2=Q1,
t2=t1+Q1/(m2·Cp2)=10+24000/(1000×4.18)=67.4℃ △tm=(132.6-90)/ln(132.6/90)=110℃
1/K1=1/α1+d1/(α2·d2)=1/200+25/(2000×20) K1=1 77.8w.m
.K
化工原理
A1=Q1/(K△tm) =240000×10 =3.4 m
>3m
故不适用
(2) t1=30℃时
t2=30+240000/(1000×4.18)=87.4℃ △tm=(112.6-70)/ln(112.6/70)=89.6℃ A1=240000×10 不适用
19.（12分）一套管换热器,外管为φ83×3.5mm,内管为φ57×3.5mm的钢管, 有效长度为 60m。用 120℃的饱和水蒸汽冷凝来加热内管中的油.蒸汽冷凝潜热为2205kJ.kg2.2kJ.kg
.K
（1） 蒸汽用量 Q放＝W.ｒ＝2205×W kJ.h Q吸＝W' CP(t出－t入）
＝6500×2.2×（80－30）＝7.15×10 Q放＝Q吸 ∴ ｗ＝7.15×10
/2205≈324kg.h
（2） 传热系数的计算 由Q＝KAΔtm
Δtm ＝（(120-30)-(120-80)）/ｌｎ（(120-30)/(1 20-80)） ＝50/ｌｎ（90/40）＝61.66℃ ∴ Ki＝Q/AiΔtm ＝7.15×10 ≈1231 kJ.h ＝342 (ｗ.m.K
管外，水和苯的传热膜系数分别为α.K q=CpG(t Δt
-t
)=117.5 KJ/S
W=117.5/[4.187×(47-25)]=1.276 kg.S 1/K=1/α A=q/K.Δt
+1/α
.K
+δ/λ
/[60×π×(50/1000)×61.66] .m.K
.℃ )
77℃冷却至27℃，苯的平均比热Cp为1.88 KJ.kg.K
α
1700w.m
.K
λ＝49w.m
25℃和47℃。换热器采用φ25×2.5 mm的钢管，水在管内，苯在850w.m
kJ.h
6500kg.h
,比热为
,进口温度为30℃,出口温度为80℃。试求： (1)蒸汽用量；(不计热损)(2)传热系数；
/(3600×89.6×177.8)=4.195m
>3m
/(177.8×3600×110)
20.（10分）有一逆流热交换器，将1.25 kg.s
=[(77-47)-(27-25)]/[ln(30/2)]=10.34 ℃
K=550.7 w.m
=20.635 m
L=A/πdm=292.1 m