化工基础第四章的习地的题目答案详解Word文件下载.docx
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K-1），测得管内壁面温度为600℃，石棉外壁面温度为100℃；
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（λ3=0.07）。
问：
该保温材料的厚度应为多少？
30mm
5mm
50mm
解：
⑴管线的热损失
2π
Σ[·
]
ln
r1
ri+1
1
λi
Q/L=·
Δt
2×
3.14（600-100）
[·
ln+•ln]
r2
λ1
λ2
r3
=
①管线各层半径
r1=（50-2×
5）/2=20（mm）=0.02m，
r2=r1+5×
10-3=0.025（m），r3=r2+30×
10-3=0.055（m）；
②导热系数
λ1=16W·
K-1，λ2=0.22W·
K-1。
—18—
0.014+3.584
3140
20
25
16
0.22
55
③管线的热损失
Q/L==
r4-r3
=873（J·
s-1·
m-1）
⑵需加保温层的厚度
①确定管线的热损失
Q’/L=873-873×
60％
=349.2（J·
0.014+3.584+•ln
0.07
r4
②求r4
349.2=
3.598+•ln
移项整理有：
349.2×
[3.598+14.29·
ln（r4/55）]=3140
1256.4+4990·
ln（r4/55）=3140
则：
ln（r4/55）=（3140-1256.4）/4990=0.377
lnr4=0.377+ln55=0.377+4.007=4.384
即：
r4=arcln4.384=80（mm）
③确定保温材料的厚度
r4-r3=80-55=25（mm）=0.025m
9．在一列管换热器中，用水蒸气加热原油。
管子规格为Φ25mm×
2.5mm，管内原油的表面传热系数为1000W·
m-2·
K-1，管内污垢层的热阻系数Rh,1=1.5×
10-3m2·
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10000W·
K-1，管外污垢热阻及管壁的热阻可忽略不计，试求传热系数及各部分热阻占总热阻的百分数。
解:
基于管外表面的K2用下式计算
管内污垢层热阻与总热阻之比
管外水蒸气冷凝的热阻与总热阻之比
管内原油热阻与总热阻之比
11.在管长为1m的单程套管换热器中，用水冷却热油，两种流体并流换热，油的初温为150℃，终温为100℃；
水的初温为15℃，终温为40℃.欲用加长换热器管子的方法，使油的出口温度降至80℃，试求此时的管长。
假设在两种情况下，油和水的质量流量、进口温度、物性参数和传热系数均不变化，热损失可忽略；
换热器除管长外，其余尺寸也不变化。
根据热量衡算方程
当管长为1m时
油的出口温度降至80℃时水的出口温度为t2′
1m时的平均温度差
热负荷结合传热方程
加长后的平均温度差：
热负荷结合传热方程
12．列管换热器的管束由若干长为3m，规格为Φ25mm×
2.5mm的钢管组成。
要求将质量流量为1.25kg·
s-1的苯由80℃冷却到30℃，20℃的水在管内与苯逆流流动。
已知水侧和苯侧的表面传热系数为850W·
K-1和1700W·
K-1，污垢热阻可忽略。
若维持水的出口温度不超过50℃，试求所需的列管数。
取苯的比定压热容为1900J·
kg-1·
K-1，密度为880kg·
m-3，管壁的热导率λ=45W·
K-1。
首先计算热负荷
换热器的传热系数
W·
K-1
计算平均温度差
根据传热速率方程计算所需传热面积
所需列管数为n，则
根
℃
14.在列管换热器中，用原油与重热油换热，原油的初温为20℃，质量流量为10000kg·
h-1比定压热容为2.2kJ·
重油从180℃冷却到120℃，质量流量为14000kg·
h-1，比定压热容为1.9kJ·
K-1，设在逆流和并流操作时的传热系数K均为200W·
K-1，求逆流和并流操作的传热面积比。
先求出原油的出口温度
逆流时的平均温度差，此时
℃
并流时的平均温度差，此时
逆流和并流操作时的传热面积比
15.要求每小时冷凝500kg乙醇蒸气，并将冷结液冷却至30℃。
乙醇的冷结温度为78.5℃，凝结热为880kJ·
kg-1，液体乙醇的平均比定压热容为2.8kJ·
乙醇蒸气在该条件下的表面传热系数为3500W·
K-1，乙醇液体的表面传热系数为700W·
冷却水（逆流）的初始温度为15℃，排除温度为35℃，水的表面传热系数为1000W·
管壁及污垢层的热阻可忽略。
水的比定压热容为4.2kJ·
试计算热交换器应有的换热面积。
（提示：
计算时先求出冷却水用量，再将冷凝区和冷却区分开计算）
乙醇冷凝放热量
乙醇冷却放热量
计算冷却水用量
求
冷凝段的平均温度差
计算K
所需传热面积
冷却段的平均温度差
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