化工原理 培训传热练习.doc

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1、一、计算练习题1.有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh=230W/（m2·K），水的对流传热系数αc=290W/（m2·K）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。解①苯的平均温度℃，比热容cph=1.86×103J/（kg·K）苯的流量Wh=2000kg/h，水的平均温度℃，比热容cpc

2、=4.178×103J/（kg·K）。热量衡算式为（忽略热损失）热负荷W冷却水消耗量kg/h②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数=45W/（m·K）=4.35×10－3+7.46×10－5+3.18×10－3=7.54×10－3m2·K/WKi=133W/（m2·K），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。并流操作8050℃传热面积m2逆流操作8050℃传热面积m2因。③逆流操作Si=6.81m2，℃设冷却水出口温度为t'2，则8050，33.4℃，t'2=80－33.4=46.6℃水的平均温度t'=（15+46.6）/2=30

3、.8℃，c'pc=4.174×103J（kg·℃）冷却水消耗量kg/h逆流操作比并流操作可节省冷却水：若使逆流与并流操作时的传热面积相同，则逆流时冷却水出口温度由原来的35℃变为46.6℃，在热负荷相同条件下，冷却水消耗量减少了36.6%。2.在逆流换热器内，用20℃的水(比热容4.2kJ/(kg·K))将流量为4500kg/h的液体由80℃冷却30℃，其比热容为1.9kJ/(kg·K)，液体走壳程，对流传热膜系数为1700W/(m2·K)；已知换热器由直径为Ф25×2.5mm的钢管组成，钢管的导热系数λ=45W/(m·K)；管程走水，对流传热膜系数为850

4、W/(m2·K)，若水的出口温度不超过50℃。假设污垢热阻、热损失可忽略，试计算：(1)水的用量；(2)传热面积。解：(1)水用量：qmrCPr(t2-t1)=qmlCPl(t2-t1)4500×1.9×(80－30)=qml×4.2×(50－20)qml=3393kg/h(2)传热面积A－－传热基本方程Q=KA△tm①求传热速率（热负荷）：热损失不计，则Q=Qr=qmrCPr(t2-t1)=4500×1.9×(80－30)/3600=118.75kW②求平均推动力△tm=〖(T－t2)－(T－t1)〗/ln(T－t2)/(T－t1)=(80－50)－(30

5、－20)/In(30/10)=18.2K③传热系数Ko=471.6W/(m2·K)④求传热面积A=118.75×1000/471.6×18.2=13.8m23、在单管程单壳程列管换热器中，用120℃的饱和水蒸汽加热管内的有机液体。管内液体总流量为15000kg/h，温度由20℃升至50℃，其比热容为1.76kJ/(kg·℃)。测得有机液的对流传热系数为790W/(m2·℃)，蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管的直径为Ф25×2.5mm。忽略管壁热阻、污垢热阻及热损失，试计算传热面积。解：传热面积A－－传热基本方程Q=KA△tm①求传热速率（

6、热负荷）Q=QL=qmLCPl(t2-t1)=15000×1.76×(50－20)/3600=220kW②求平均推动力△tm=〖(T－t2)－(T－t1)〗/ln(T－t2)/(T－t1)=(120－20)－(120－50)/In100/70=84.1K③求传热系数1/Ko=do/αidi+Ri＋bdo/λdm+Ro＋1/αo1/Ko=25/20×790＋1/100001/Ko=0.00168Ko=595W/(m2·K)④求传热面积Ao=220×1000/595×84.1=4.39m24、某列管式加热器由多根Ф25×2.5mm的钢管组成。将苯由20℃加热到5

7、0℃，苯在管内流动，其流量为15m3/h，苯的比热为1.76kJ/(kg·K)，密度为858kg/m3。加热剂为130℃的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知加热器以外表面积为基准的总传热系数为700W/(m2·K)。试求换热器面积。解：求A－－传热基本方程Q=KA△tm（1）求传热速率（热负荷）Q=QL=qmLCPl(t2-t1)=15×858×1.76×(50－20)/3600=188.76kW（2）求平均推动力△tm=〖(T1－t2)－(T2－t1)〗/ln(T1－t2)/(T2－t1)=(130－20)－(130－50)/In110/80=94.2K（3）已

8、知传热系数Ko=700W/(m2·℃)（4）求传热面