发布时间 : 星期六 文章化工原理习题整理汇总更新完毕开始阅读
(2) 因为并流操作时，应有T2>t2，由前热量衡算可知，当T2=200℃时，t2=393℃(>T2)，所以并流操作时，T2不可能达到200℃。 ------6分
六、90℃的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到50℃，换热器的换热面积为6m2，传热系数K=230W/m2.℃，正丁醇的流量为1930kg/h。冷却介质为18℃水，热损失可以忽略。70℃正丁醇Cp=2.98kJ/kg.℃，水Cp=4.187 kJ/kg.℃。 求： A）冷却水出口温度；B) 冷却水消耗量。
解：Q=qmh.Cph.(T1-T2)
=(1930/3600)*2.98*1000*(90-50) =63900W --------5分 Δtm=Q/KA=6.39*10000/(230*6)=46.3℃ --------4分 Δtm=((T1-t2)+(T2-t1))/2 =((90-t2)+(50-18))/2=46.3℃ 所以，t2=29.4℃ --------4分 冷却水消耗量qmc=Q/(Cpc(t2-t1)) =6.39*10000/(4.18*10000*(29.4-18))=1.34kg/s=4800kg/h --------5分 由于两端温差分别为60.6和32，故平均温度差采用算术平均是可以接受的。
七、 拟采用φ89×4.5和57×3.5mm的钢管套管冷却器将甲醇液体5000kg/h，从65℃冷却至35℃，已知甲醇在定性温度下的物性如下：ρ=770kg/m3；Cp=2.64kJ/kg.K；Pr=5.48；λ=0.207 w.m-1.K-1；μ=0.43Cp；现安排甲醇走内管，忽略热损失，Cp(水)=4.187kJ/(kg.K)
求：（1）甲醇的给热系数；
（2）若冷却水初温为20℃，终温为45℃，冷却水耗用量为多少kg/h? （3）若K=430w.m-2.K-1，两流体呈逆向流动，需套管的长度为多少m？ 解：（1）u（甲醇）=[5000/（3600×770）]/[0.785(50×10-3)2] =0.9186m/s --------2分
Re=duρ/μ=(50×10-3×0.9186×770)/(0.43×10-3) =82250＞104
Pr=Cpμ/λ=(2.64×103×0.43×10-3)/0.207 =5.484 假设L/d>60
α甲醇=0.023（λ/di）Re0.8 pr0.4 =0.023×0.207/0.05×(82250)0.8×(5.484)0.4 =1357W.m-2.K-1 --------3分 (2) qm水=qm甲醇×Cp甲醇（T1-T2）/[Cp水（t2-t1）] =[5000×2.64×103 (65-35)]/[4.187×103(45－20)]
=3783kg/h --------4分 (3) △t1=65-45=20℃；△t2=35-20=15℃
17
△tm=(△t1＋△t2)/2=(20＋15)/2=17.5℃ --------3分 Q=qm甲醇×Cp甲醇×（T1-T2） =（5000/3600）×2.64×103（65-35） =1.1×105 W
A =Q/(K×△tm) = (1.1×105) / (430×17.5)=14.62m --------3分 L=A/(πd)=14.62/(π×57×10-3)= 81.63m 验证：L/d=81.63/0.057 = 1.432×103 〉60 --------1分
八、有一台套管换热器，内管为Ф38×2.5mm钢管，外管为Ф57×3mm钢管，换热管总长36m，逆流操作，管内走水，将管间4200kg/h的苯液从65℃冷却到35℃，水温从25℃升到35℃，现已知苯侧对流传热系数为2030w/m2.k，水侧对流传热系数为6610w/m2.k，苯侧污垢层热阻为0.18m2.k/kw，苯液比热Cp1=1.80kJ/kg.k，钢导热系数λ=45w/m.k。试计算：
（1） 该换热器传热系数K; （2） 水侧污垢层热阻。 (1) Q = qm1Cp1(T1-T2)
= (4200/3600) ×1.8×1000×(65-35)= 63000w A1=πdl=3.14×0.038×26=4.295m2 -------------2分 △tm=((65-35)-(35-25))/ln(30/10)=18.2℃ -------------3分
K=Q/(A1△tm)=63000/(4.295×18.2)=806 w/m2.k-------------2分 (2) Ri2 = 1/K-[1/α1+δA1/(λAm)+R02+A1/(α2A2)] =1/806-[1/2030+0.0025×38/(45×35.5)+0.18/1000+38/(6610×33)]
= 3.33×10-4m2.K/w = 0.333 m2.K/kw
九、接触法硫酸生产中用氧化后的高温SO3混合气予热原料气（SO2及空气混合物）,已知：列管换热器的传热面积为90 m2 ，原料气入口温度t1＝300℃, 出口温度 t2 =430 ℃。SO3混合气入口温度T1=560 ℃, 两种流体的流量均为10000kg/h，热损失为原料气所得热量的6％，设两种气体的比热均可取为1.05kJ/kg，且两流体可近似作为逆流处理,求：
1．SO3混合气的出口温度T2； 2．传热系数K〔w.m-2/K〕。
1． Q=K.A.△tm=10000×1.05×（560－T2）=10000×1.05×（430－300）×1.06
得 T2 ＝422.2℃ 2．560→422.2 430←300
∴△tm =(130+122.2)/2=126℃
K＝1.446×106×1000/（90×126×3600）＝35.4 w.m-2.K-1
18
十一、某列管式加热器由多根Φ25mm×2.5mm的钢管组成，将苯由20℃加热到55℃，苯在管中流动，其流量为15t/h，流速为0.5m/s。加热剂为130℃的饱和水蒸气，在管外冷凝。苯的比热容Cp=1.76kJ/kg.℃，密度为858kg/m3。已知加热器的传热系数为700W/m2.℃，试求此加热器所需管数n及单管长度l。
解： qm2=15T/h=4.17kg/s qm2=n.π/4.d2.u2.ρ2 故，n=qm2/(0.785.d2.u2.ρ2)
=4.17/(0.785*0.022*0.5*858)=31 Q=qm2Cp2(t2-t1)=KAΔtm=KnπdLΔtm Δtm=(t2-t1)/ln((T- t1)/(T- t2)=91.4℃ L= qm2Cp2(t2-t1)/ K nπdΔtm
= 4.17 * 1.76 * 1000 * (55-20) /(700*31*3.14*0.025*91.4) =1.65m
1. 下列各种情况下的对流给热系数的大小：空气流速为6m/s时的 α1和空气流速为25m/s 时的α2之间的数值大小顺序为___ >___ 。 α2> α1
2. 厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知各层厚度 b1 >b2 >b3；导热系数λ1 <λ2 <λ3 。在稳态传热过程中，各层的热阻R1______R2______R3；各层导热速率Q1___Q2___Q3。 R1 > R2 > R3； Q1= Q2= Q3
3.热量传递的方式主要有三种:_____._______.__________. 热传导 热对流 热辐射
4.牛顿冷却定律 的表达式为____，给热系数α的单位是____。 5. 由多层等厚平壁构成的导热壁面中, 所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 ________，其两侧的温度差愈______。小 小
6. 有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1，大于第二种的λ2，若作为换热器材料，应选用_____种；当作为保温材料时，应选用_____种。第一 ； 第二
7.给热系数α的单位 ，及其影响因素有________。
8、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉受潮后其保温效果将 ，主要原因是 下降 水的热导率比石棉大得多
9、流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（A）方式进行的。
A、热传导 B、热对流
C、热辐射 D、以上都是
10.两流体的间壁换热器过程中Q=qmA△t，式中△t表示 。流体主体温
19
度差
11.换热器常常要进行清除污垢，其原因是 . 污垢的传热系数较小，热阻较大
12.间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻（A）。
A、 成正比 B、成反比 C、二次方关系 D、没关系
13.单位时间内换热器中冷热流体所交换的热量称为此换热器的（ B）。 A、热负荷 B、传热速率
C、传热系数 D、传热损失
14.换热器按实现传热过程的方式可分成 、 、 。 直接接触式 间壁式 蓄热式
15.定态传热指 。
传热方向上各点的温度不随时间而变，只随位置而变
16.在多层平壁定态热传导中，通过各层的热流密度 。 相等
20