化工原理試題及答案(已修改)
2025-06-19 16:48 本頁(yè)面
【正文】 二 2 一臥式列管冷凝器，鋼質(zhì)換熱管長(zhǎng)為3m，直徑為f252mm。，并從17℃被加熱到37℃。、溫度為72℃烴的飽和蒸氣在管外冷凝成同溫度的液體。烴蒸氣的冷凝潛熱為315kJ/kg。已測(cè)得：蒸氣冷凝傳熱系數(shù)a0=800W/(m2℃)，管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)的40%，污垢熱阻又為管內(nèi)側(cè)熱阻的70%，試核算：（1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)）；（2）換熱管的總根數(shù)；（3）換熱器的管程數(shù)。[計(jì)算時(shí)可忽略管壁熱阻及熱損失，(kg℃)]解： （1）換熱器每程提供的傳熱面積（外表面為基準(zhǔn)），S1；由題意知，欲求S1，需先知道每程的管子數(shù)，每程的管子數(shù)等于所需冷卻水的總流量與單管內(nèi)水的流量之比。 兩流體交換的熱量為： 又 ， ，則 單管內(nèi)水的流量為：每程所需管子數(shù)為：取每程管子數(shù)為20， 則每程所能提供的傳熱外表面積為： (2) 換熱管的總根數(shù)；由所需的總傳熱面積可求取換熱管的總根數(shù)。 由題給數(shù)據(jù)， 則任務(wù)所需的傳熱外表面積為： 換熱管總根數(shù)為： 取 (2) 換熱器的管程數(shù)。由題意管程數(shù)為： 3 在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣，兩流體的進(jìn)口溫度分別為20℃和110℃。在換熱器使用的初期，冷卻水及空氣的出口溫度分別為45℃和40℃，使用一年后，由于污垢熱阻的影響，在冷熱流體的流量和進(jìn)口溫度不變的情況下，冷卻水出口溫度降至38℃，試求：（1）空氣出口溫度為多少？（2）總傳熱系數(shù)為原來(lái)的多少倍？（3）若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進(jìn)口溫度不變，冷熱流體的出口溫度各為多少？（a水a(chǎn)空氣）（4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲拷猓? 使用初期 使用一年后 110℃ 40℃ 110℃ 45℃ 20℃ 38℃ 20℃（1）空氣出口溫度題意可得：使用初期 （1） 使用一年后 （2）兩式相比（2）/（1），得 則：=℃（2）總傳熱系數(shù) 方程(2)式/(1)式，得： 故 （3）冷熱流體的出口溫度一年后 （3） （4）方程（4）式/（3），得： 整理前半式的方程 （5）又因 ， 故 由等比定理 則 整理得， （6）聯(lián)立（5）和（6），可得： ， （4）冷卻水流量加大后，換熱器的傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲? 則 5有一換熱器，管內(nèi)通90℃的熱流體，膜系數(shù)為1100，管外有某種液體沸騰，沸點(diǎn)為50℃，膜系數(shù)為5800。試求以下兩種情況下的壁溫：（1）管壁清潔無(wú)垢 ；（2）外側(cè)有污垢產(chǎn)生，解：忽略管壁熱阻，并假設(shè)壁溫為（1） 當(dāng)壁很薄時(shí)，根據(jù)壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱方程式可得： 則 （2） 同理 則 由此可知，壁溫總是比較接近熱阻小的那一側(cè)流體的溫度。6 流量為2000kg/h的某氣體在列管式換熱器的管程流過(guò)，溫度由150℃降至80℃；殼程冷卻用水，進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為65℃，與氣體作逆流流動(dòng)，兩者均處于湍流。已知?dú)怏w側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)小于冷卻水側(cè)的對(duì)流傳熱膜系數(shù)，管壁熱阻、污垢熱阻和熱損失均可忽略不計(jì)，℃，℃，不計(jì)溫度變化對(duì)比熱的影響，試求：（1）冷卻水用量；（2）如冷卻水進(jìn)口溫度上升為20℃，仍用原設(shè)備達(dá)到相同的氣體冷卻程度，此時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差為多少？（3）此時(shí)的出口水溫將為多少？（4）此時(shí)的冷卻水用量為多少？解：（1）冷卻水用量； （2）如冷卻水進(jìn)口溫度上升為20℃，仍用原設(shè)備達(dá)到相同的氣體冷卻程度，此時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差為多少？ 原情況 (1) 新情況 (2)因 ， ， 換熱器與氣體的情況未變， 則 ， 故 則 ， （2， 則用算術(shù)平均值合適）對(duì)新情況下的熱量進(jìn)行衡算，故 7在套管換熱器中用120℃的飽和蒸汽于環(huán)隙間冷凝以加熱管內(nèi)湍流的苯。苯的流量為4000kg/h，(kg℃)，溫度從30℃升至60℃。蒸汽冷凝傳熱系數(shù)為1104W/(m2℃)，換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻為410－4m2℃/W，忽略管壁熱阻、換熱管外側(cè)污垢熱阻及熱損失。換熱管為f542mm的鋼管，有效長(zhǎng)度為12m。試求：（1）飽和蒸汽流量（其冷凝潛熱為2204kJ/kg）；（2）管內(nèi)苯的對(duì)流傳熱系數(shù)ai；（3）當(dāng)苯的流量增加50%、但其他條件維持不變時(shí)，苯的出口溫度為若干？（4）若想維持苯的出口溫度仍為60℃應(yīng)采取哪些措施？作出定量計(jì)算。解：（1）飽和蒸汽流量； （2
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