管国峰版化工原理课后习题答案第五章(6)

37）在单程列管换热器内，用120℃的饱和水蒸汽将列管内的水从30℃加热到60℃，水流经换热器允许的压降为3.5Pa。列管直径为φ25×2.5mm，长为6m，换热器的热负荷为2500kW。试计算：①列管换热器的列管数；②基于管子外表面积的传热系数K。

假设：列管为光滑管，摩擦系数可按柏拉修斯方程计算，

t?。

30?60?452解：(1)℃

45℃时水：? = 990kg/m3 ,Cp = 4.174×103 J/(kg℃)，? = 64.03×10-2W/(m℃)

? = 60.12×10-5Pa?s ，Pr = 3.925

L?u20.3164L?u20.3164?6?9901.753?p????????u?35.?100.250.25d2d2du?0.020?990??????2?0.020???????6012.?10?5? ∴ u = 1.00m/s

60?30?tm??7399.120?30ln120?60 ℃

设管壁及污垢热阻可略 ∵?0＞＞?i ∴Ki = ?i 对一根管，

??Q??d2?u???C(t?t)??0.022?100.?990?4174?(60?30)iip2144

4

= 3.895×10 W

又Q??Ko?doL??tm，即 3.895?104 = 5.23?103???0.02?6?73.99 ∴ Ko= 1.117×103 W/(m2?℃) (2) Q总?nQ?

2500?103n??64.243895.?10∴ 取n为64根。

38）有一立式单管程列管换热器，其规格如下：管径φ25×2.5mm，管长3m，

管数30根。现用该换热器冷凝冷却CS2饱和蒸汽，从饱和温度46℃冷却到10℃。CS2走管外，其流量为250kg/h，冷凝潜热为356kJ/kg，液体CS2的比热为1.05kJ/(kg·℃)。水走管内与CS2呈逆流流动，冷却谁进出温度分别为5℃和30℃。已知CS2冷凝和冷却时传热系数（以外表面积计）分别为

和

Q?Whr?Cp?Ts?T2??。问此换热器是否合用？

250356?105.??46?10???27.35?3600解：kJ/s

设换热器上部为蒸汽冷凝段,以下标“1”表示,下部为冷却段,以“2”表示

Q?2503600?356?24.72则 1 kJ/s T1=46℃ ????

Q2?2503600?105.?36?2.63 kJ/s t2=30℃ Q1 Q2 T2=10℃

设冷水Cp为常量，则上下两段分界处t3： t3 t1=5℃

?t2?t3?Q1?Q?t2?t1?

??24.72即

27.35??30?t?3?30?5? ∴t3 = 7.4℃

Q1A1??K1?tm,1于是：24.72?103?414.30?7.4232.6??46?7.4?ln???46?30?m2 2.63?103?137.46?7.4?10?5????1168.??46?7.4?ln???10?5?m2

Q2A2??K2?tm,2

∴A = A1＋A2 = 4.14＋1.37 = 5.51m2(以外表面积计) 现有换热器A＇= n?d0L = 30???0.025?3 = 7.07 m2＞ A 故能适用。

39）现有两台规格完全一样的列管换热器，其中一台每小时可以将一定量气体自80℃冷却到60℃，冷却水温度自20℃升到30℃，气体在管内与冷却水呈逆流流动，已知总传热系数（以内表面积为基准）Ki为40 W/(m·℃)。现将两台换热器并联使用，忽略管壁热阻、垢层热阻、热损失及因空气出口温度变化所引起的物性变化。试求：①并联使用时总传热系数；②并联使用时每个换热器的气体出口温度；③若两换热器串联使用，其气体出口温度又为多少（冷却水进出每个换热器的温度不变）？

解：单台：Wh?Cph(T1－T2) = Wc?Cpc(t2－t1)

Wh?Cph∴Wc?Cpc?t2?t130?20??05.T1?T280?60

?tm?Wh?Cph(T1－T2) = Ki?Ai??tm，

Wh?CphKi??tm40?44.8???89.6T1?T280?60∴Ai

50?40?44.850ln40℃

??K??.0.8?i?05.0.8?40?22.97W/(m2?℃) i?05二台并联：i

??(80?t2)?(T2?20)89.6???(T1?T2)?195.?(80?T2)??2?22.9780?t2ln?T?202即……①

??Wh?Cph(T1?t2)?(T2?t1)?(T1?T2)???Ki?2AiT1?t2ln?T2?t1

Wh?CphW?C又 cpc由①、②式联立，解得 T2?= 57.6℃，t2?= 31.2℃

??Wh?Cph(T1?t2)?(T2?t1)?(T1?T2)??Ki?2AiT1?t2ln?T?t12二台串联：

?t2?20?05.??80?T2 …………………………………………②

??(80?t2)?(T2?20)89.6???(80?T2)?112.?(80?T2)??2?4080?t2ln?T?202即: ………③

?Wh?Cpht2?20?05.??Wc?Cpc80?T2又： ……………………………………………④

③、④式联立，解得：T2?=48.2℃ ， t2? = 35.9℃

40）拟设计一台列管换热器，20kg/s的某油品走壳程，温度自160℃降至115℃，热量用于加热28kg/s的原油。原油进口温度为25℃，两种油的密度均为870kg/m3。其他物性数据如下：

名称 原油 油品 解：(略)

CP kJ/(kg·℃) 1.99 2.20 μ Pa·s 2.9×10-3 5.2×10-3 λ W/(m·℃) 0.136 0.119