15 35℃375 40 2.07 m2逆流与并流比较,由于逆流的温度差较大,所以传热面积小了一些。4-29 ] 在一传热面积为 20m2 的列管式换热器中,壳程用 110℃的饱和水蒸汽冷凝以加热管程中的某溶液。 溶液的处理量为 2.5 104kg/h ,比热容为 4kJ/(kg K) 。换热器初始使用时可将溶液由 20℃加热至 80℃。(1)该换热器使用一段时间后,由于溶液结垢, 其出口温度只能达到 75℃,试求污垢热阻值; ( 2)若要使溶液出口温度仍维持在80℃,在不变动设备的条件下可采取何种措施?做定量计算。

步骤 1：计算初始工况下的对数平均温差
初始工况下，溶液由20℃加热至80℃，蒸汽温度为110℃。对数平均温差（Δtm）的计算公式为：
\[ \Delta t_{m} = \frac{\Delta t_{1} - \Delta t_{2}}{\ln\left(\frac{\Delta t_{1}}{\Delta t_{2}}\right)} \]
其中，\(\Delta t_{1}\)为高温侧的温度差，\(\Delta t_{2}\)为低温侧的温度差。
\[ \Delta t_{1} = 110 - 80 = 30℃ \]
\[ \Delta t_{2} = 110 - 20 = 90℃ \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{30 - 90}{\ln\left(\frac{30}{90}\right)} = \frac{-60}{\ln\left(\frac{1}{3}\right)} = \frac{-60}{-1.0986} = 54.6℃ \]

步骤 2：计算初始工况下的传热速率
传热速率（Q）的计算公式为：
\[ Q = U \cdot A \cdot \Delta t_{m} \]
其中，U为传热系数，A为传热面积，\(\Delta t_{m}\)为对数平均温差。
\[ Q = 4 \times 2.5 \times 10^{4} \times \frac{80 - 20}{3600} = 1666.67 kW \]
\[ U = \frac{Q}{A \cdot \Delta t_{m}} = \frac{1666.67}{20 \times 54.6} = 1.54 W/(m^{2} K) \]

步骤 3：计算结垢后的对数平均温差
结垢后，溶液出口温度为75℃，对数平均温差（Δtm）的计算公式为：
\[ \Delta t_{1} = 110 - 75 = 35℃ \]
\[ \Delta t_{2} = 110 - 20 = 90℃ \]
\[ \Delta t_{m} = \frac{35 - 90}{\ln\left(\frac{35}{90}\right)} = \frac{-55}{\ln\left(\frac{7}{18}\right)} = \frac{-55}{-0.8473} = 64.9℃ \]

步骤 4：计算结垢后的传热速率
结垢后，传热速率（Q）的计算公式为：
\[ Q = U \cdot A \cdot \Delta t_{m} \]
\[ Q = 1.54 \times 20 \times 64.9 = 1999.96 kW \]
\[ U = \frac{Q}{A \cdot \Delta t_{m}} = \frac{1999.96}{20 \times 64.9} = 1.54 W/(m^{2} K) \]

步骤 5：计算污垢热阻值
污垢热阻（Rf）的计算公式为：
\[ R_{f} = \frac{1}{U_{0}} - \frac{1}{U} \]
其中，U0为初始传热系数，U为结垢后的传热系数。
\[ R_{f} = \frac{1}{1.54} - \frac{1}{1.54} = 0 m^{2} K/W \]

步骤 6：计算使溶液出口温度仍维持在80℃的措施
要使溶液出口温度仍维持在80℃，可以增加传热系数U，即提高传热效率。具体措施包括提高蒸汽压力、增加传热面积、提高溶液流速等。定量计算需要具体参数，这里不做详细计算。