化工原理复习题(上册)

当冷却水的流速为0.4m/s和0.8m/s时,测得基于内管外表面的总传热系数分别为1200瓦每平方米开尔文和1700瓦每平方米开尔文。水在管内为湍流,管壁的导热系数为45w/m·K。水流速改变后可认为环隙间冷凝的传热膜系数不变,试求:当水的流速为0.4m/s时,管壁对水的对流传热系数为多少?管外蒸汽冷凝的对流传热系数为多少?若操作一段时间后,水流速仍维持0.4m/s,但测得的总传热系数比操作初期下降10%,试分析可能的原因,并论述此时蒸汽的冷凝量是否也下降10%。(13分)

31. 有一套管式换热器,管程走冷空气,温度由15℃加热到105℃,空气的流速为13.2m/s,

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空气在定性温度下的物性为:密度为1.06kg/m3,比热1.005kJ/(kg.K),粘度2.01×10Pa.s,导热系数0.02893W/(m.K),普兰特准数0.696,温度为115℃的水蒸汽在环隙冷凝,其对流

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传热系数1.0×10W/(m2.℃)。套管换热器的内管尺寸为25×2.5mm,不计污垢热阻,求套管换热器的内管管长。

32. 在一套管式换热器中,用水冷却热油。换热器管长为1.5m,两流体作逆流流到,油由150℃冷却到95℃,冷却水由15℃加热到35℃。若用加长冷却器管子的方法,使油出口温度降至65℃。假设在这两种情况下,油和水的流量、物性常数、进出口温度均不变,冷却器除管长外,其它尺寸也不变,忽略热损失,试求管长。 33. 在列管式换热器中,用15℃的冷却水将某溶液从90℃冷却到40℃,该溶液流量为5400kg/h,比热为3.4kJ/(kg·K),对流传热系数为600W/(m2·K)。冷却水走管程与管外溶液逆流换热,流量为10080kg/h,比热4.16 kJ/(kg·K),对流 传热系数为1100W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成,钢管导热系数为45W/(m·K),管内、外两侧污垢热阻可略去不计,计算需换热器的传热面积(以So表示),换热器的热损失可不计。若该换热器运行一段时间后,只能

将溶液冷却到45℃,问此时应采取什么措施才能保证换热要求? 34. 在列管式换热器中,用饱和水蒸气加热原油。温度为160℃的饱和水蒸气在壳层冷凝排出饱和液体。原油在管程流动,由20℃被加热到106℃。饱和水蒸气的流量为2160kg/h,汽化潜热为2087kJ/kg,对流传热系数为1200W/(m2·K)。原油比热1.6 kJ/(kg·K),对流 传热系数为400W/(m2·K)。换热器管束由φ25×2.5mm钢管组成,钢管导热系数为45W/(m·K),管内、外两侧污垢热阻及其热损失可略去不计。计算(1)原油的流量;(2)需换热器的传热面积(以So表示)。

35. 在一逆流换热器中,将1.26 kg/s的苯用冷却水从110℃冷却 到40℃,苯的比热为1.7 kJ/(kg·℃)。冷却水走管内,入口温度为18℃,出口温度36℃,水的比热为4.16 kJ/(kg·℃),换热器由φ25×2.5mm的钢管组成。水和苯的对流传热系数分别为1800 W/(m2·℃)和600 W/(m2·℃),忽略管壁及两侧污垢热阻,不计换热器热损失。求:1.冷却水用量。2.换热器所需换热管总长。

36. 在一列管换热器中将15000kg/h的油品从20℃加热到90℃。油品走管内,管外加热介质为130℃的水蒸汽。换热器由100根φ15×1.5mm、长2m的钢管构成。已知αi=360W/m2·℃,αo=12000W/m2·℃,油品的比热为1.9kJ/kg·℃,操作条件下水的汽化潜热为2205kJ/kg,管壁的导热系数为45W/m·℃。若加热蒸汽全部冷凝后在饱和温度下排出,忽略热损失和管壁污垢热阻。试求:

(1) 换热器的热负荷Q=? (2) 加热蒸汽消耗量Wh=? (3) 总传热系数K=?

(4) 该换热器能否满足生产任务?

37. 某内管为φ180×10mm的套管换热器中,将流量为3100kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ/kg.K,冷却水进出口温度分别为40℃和50℃,其平均比热为4.174 kJ/kg.K,并、逆流时的总传热系数K0均为2000W/m2.K,试求:

(1)冷却水用量;

(2)计算两流体分别作并流流动、逆流流动时的平均温度差和管长,并根据计算结果加以讨论。

38. 某内管为φ150×10mm的套管换热器中,将流量为3100kg/h的某液态烃从120℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ/kg.K,冷却水进出口温度分别为30℃和50℃,其平均比热为4.174 kJ/kg.K,并、逆流时的总传热系数K0均为2000 W/m2.K,试求:

(1)冷却水用量;

(2)两流体作并流流动时的平均温度差和管长; 3两流体作逆流流动时的平均温度差和管长。 39. 用初温为10℃的水在φ25×2.5mm的管子组成的单程列管式换热器内将机油由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1000 kg/h和1200 kg/h,其比热分别为4.18kJ/kg·K和2.0kJ/kg·K。水侧和油侧的对流传热系数分别为2000W/m2·K和250W/m2·K,两流体呈逆流流动,忽略管壁和污垢热阻。试计算:

(1) 换热器的热负荷; (2) 冷却水的出口温度; (3) 总传热系数; (4) 所需传热面积;

(5) 若换热器由15根长3 m的上述换热管组成,说明该换热器是否合用? 40. 单程列管式换热器由15根φ25×2.5mm、长3 m钢管组成,管内为初温10℃、终温20℃的冷却水,比热为4.18kJ/kg·K;管间为机油,由200℃冷却至100℃。机油的质量流量为1200 kg/h,比热为2.0kJ/kg·K。两流体呈逆流流动,试计算:

(1) 换热器的热负荷;

(2) 所需冷却水的质量流量; (3) 平均温度差; (4) 总传热系数。 41. 在一列管换热器中逆流将15000kg/h的某低粘度油品从20℃加热到80℃。油品走管内,管外加热介质为130℃的水蒸汽冷凝为饱和水。换热器由100根直径为25mm、长6m的薄壁钢管构成。已知αi=360W/m2·℃,αo=12000W/m2·℃,油品的比热为1.9kJ/kg·℃。操作条件下水的汽化潜热为2205 kJ/kg。若换热过程的热损失为冷热流体换热量的15%,忽略管壁及污垢热阻。试求:

(1) 加热蒸汽消耗量?

(2) 该换热器能否满足生产任务?

(3) 若其他已知条件不变,将油品的流量提高到17000kg/h,求此时的总传热系数。

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