现用一列管式换热器加热原油,原油进口温度为100^circ mathrm(C),出口温度为150^circ mathrm(C),某反应物作为加热剂,进口温度为250^circ mathrm(C),出口温度为180^circ mathrm(C),逆流操作时平均温度差为( )(}^circ mathrm{C)。A 50B 70C 90D 110
现用一列管式换热器加热原油,原油进口温度为$100^{\circ} \mathrm{C}$,出口温度为$150^{\circ} \mathrm{C}$,某反应物作为加热剂,进口温度为$250^{\circ} \mathrm{C}$,出口温度为$180^{\circ} \mathrm{C}$,逆流操作时平均温度差为( )${}^{\circ} \mathrm{C}$。
A 50
B 70
C 90
D 110
题目解答
答案
这是一道关于换热器对数平均温差计算的工程热力学题目。我们可以通过以下步骤进行推理和解答:
1. 确定流体进出口温度
根据题目给出的信息:
- 冷流体(原油):进口温度 $t_1 = 100^\circ\mathrm{C}$,出口温度 $t_2 = 150^\circ\mathrm{C}$。
- 热流体(反应物):进口温度 $T_1 = 250^\circ\mathrm{C}$,出口温度 $T_2 = 180^\circ\mathrm{C}$。
2. 确定换热器操作方式并计算两端温差
题目明确指出是逆流操作。在逆流换热器中,热流体进口端对应冷流体出口端,热流体出口端对应冷流体进口端。
- 换热器一端(热端)的温差 $\Delta T_1$:热流体进口温度减去冷流体出口温度。
$\Delta T_1 = T_1 - t_2 = 250^\circ\mathrm{C} - 150^\circ\mathrm{C} = 100^\circ\mathrm{C}$ - 换热器另一端(冷端)的温差 $\Delta T_2$:热流体出口温度减去冷流体进口温度。
$\Delta T_2 = T_2 - t_1 = 180^\circ\mathrm{C} - 100^\circ\mathrm{C} = 80^\circ\mathrm{C}$
3. 计算对数平均温差(LMTD)
换热器的平均温度差通常采用对数平均温差来计算,公式如下:
$\Delta T_m = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln\left(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2}\right)}$
将计算出的温差代入公式:
$\Delta T_m = \frac{100 - 80}{\ln\left(\frac{100}{80}\right)} = \frac{20}{\ln(1.25)}$
已知 $\ln(1.25) \approx 0.2231$,则:
$\Delta T_m \approx \frac{20}{0.2231} \approx 89.6^\circ\mathrm{C}$
计算结果约为 $90^\circ\mathrm{C}$。
结论
对比选项:
A. 50
B. 70
C. 90
D. 110
计算结果与选项 C 相符。
因此,正确答案是 C。
解析
本题考查列管式换热器逆流操作时对数平均温差的计算。解题思路是先明确冷、热流体的进出口温度,再根据逆流操作的特点计算两端温差,最后代入对数平均温差公式进行计算。
- 确定流体进出口温度:
- 冷流体(原油):进口温度$t_1 = 100^{\circ}C$,出口温度$t_2 = 150^{\circ}C$。
- 热流体(反应物):进口温度$T_1 = 250^{\circ}C$,出口温度$T_2 = 180^{\circ}C$。
- 确定换热器操作方式并计算两端温差:
- 因为是逆流操作,热流体进口端对应冷流体出口端,热流体出口端对应冷流体进口端。
- 换热器一端(热端)的温差$\Delta T_1$:$\Delta T_1=T_1 - t_2=250^{\circ}C - 150^{\circ}C = 100^{\circ}C$。
- 换热器另一端(冷端)的温差$\Delta T_2$:$\Delta T_2=T_2 - t_1=180^{\circ}C - 100^{\circ}C = 80^{\circ}C$。
- 计算对数平均温差(LMTD):
- 对数平均温差公式为$\Delta T_m=\frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}$。
- 将$\Delta T_1 = 100^{\circ}C$,$\Delta T_2 = 80^{\circ}C$代入公式得:$\Delta T_m=\frac{100 - 80}{\ln(\frac{100}{80})}=\frac{20}{\ln(1.25)}$。
- 已知$\ln(1.25)\approx0.2231$,则$\Delta T_m\approx\frac{20}{0.2231}\approx89.6^{\circ}C\approx90^{\circ}C$。