题目
传热计算(18分).用 120℃的饱和水蒸气将流量为 36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从80℃加热至95℃。若每程有直径为φ25×25mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800W/(m2·℃)。 蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:(1)换热器所需的管长;(6分)(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009(m2·℃)/W,若维持溶液的原流量及进口温度,其出口温度为多少? (8分)⑶又若必须保证溶液原出口温度,可以采取什么措施? (4分)注:溶液的密度及比热与水近似:ρ=1000kg/m3 ;cp=4.2kJ/(kg·℃)
传热计算(18分).
用 120℃的饱和水蒸气将流量为 36m3/h的某稀溶液在双管程列管换热器中从80℃加热至95℃。若每程有直径为φ25×25mm的管子30根,且以管外表面积为基准的传热系数 K=2800W/(m2·℃)。 蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求:
(1)换热器所需的管长;(6分)
(2)当操作一年后,由于污垢累积,溶液侧的污垢系数为0.00009(m2·℃)/W,若维持溶液的原流量及进口温度,其出口温度为多少? (8分)
⑶又若必须保证溶液原出口温度,可以采取什么措施? (4分)
注:溶液的密度及比热与水近似:ρ=1000kg/m3 ;cp=4.2kJ/(kg·℃)
题目解答
答案
解:(1)Δtm=(Δt1-Δt2)/Ln(Δt1/Δt2)
=((120-80)-(120-95))/Ln(40/25)=31.9℃
Q=(36×1000/3600)×4200×(95-80)=630×103W
A=Q/(KΔtm)=630×103/(2800×31.9)=7.05m2
A=nπd(2L)=30π×0.025×2L=4.71Lm2
L=7.05/4.71≈1.5m
(2) (do/di)R1=1/K污1、净
1/K污=0.00009×25/20+1/2800=0.00047
K污=2128W/(m2·℃)
t2=92℃
措施:(1)提高加热蒸汽温度(调节加热蒸汽的压力)
(2)清除污垢。
解析
步骤 1：计算传热面积
根据传热方程 Q = K * A * Δtm，其中 Q 是传热量，K 是传热系数，A 是传热面积，Δtm 是对数平均温差。首先计算传热量 Q，然后根据传热系数 K 和对数平均温差 Δtm 计算传热面积 A。
步骤 2：计算对数平均温差
对数平均温差 Δtm = ((Δt1 - Δt2) / ln(Δt1 / Δt2))，其中 Δt1 是热流体与冷流体在换热器入口处的温差，Δt2 是热流体与冷流体在换热器出口处的温差。
步骤 3：计算管长
根据传热面积 A 和管子的直径及数量，计算所需的管长 L。
步骤 4：计算一年后溶液出口温度
考虑溶液侧的污垢系数，重新计算传热系数 K污，然后根据新的传热系数计算溶液出口温度 t2。
步骤 5：提出保证溶液原出口温度的措施
如果必须保证溶液原出口温度，可以采取提高加热蒸汽温度或清除污垢的措施。
根据传热方程 Q = K * A * Δtm，其中 Q 是传热量，K 是传热系数，A 是传热面积，Δtm 是对数平均温差。首先计算传热量 Q，然后根据传热系数 K 和对数平均温差 Δtm 计算传热面积 A。
步骤 2：计算对数平均温差
对数平均温差 Δtm = ((Δt1 - Δt2) / ln(Δt1 / Δt2))，其中 Δt1 是热流体与冷流体在换热器入口处的温差，Δt2 是热流体与冷流体在换热器出口处的温差。
步骤 3：计算管长
根据传热面积 A 和管子的直径及数量，计算所需的管长 L。
步骤 4：计算一年后溶液出口温度
考虑溶液侧的污垢系数，重新计算传热系数 K污，然后根据新的传热系数计算溶液出口温度 t2。
步骤 5：提出保证溶液原出口温度的措施
如果必须保证溶液原出口温度，可以采取提高加热蒸汽温度或清除污垢的措施。