有一内管尺寸为φ25×2.5mm的套管换热器作为精馏塔顶全凝器,冷却水走管程,塔顶蒸汽走壳程。已知塔顶蒸汽流量为500kg/h,汽化潜热为270kJ/kg,饱和温度为80℃;冷却水入口温度为15℃,出口温度为45℃,忽略管壁及污垢热阻。蒸汽侧的对流传热系数为α=104/((m)^2cdot K),水的物性参数:CP=4.174/((m)^2cdot K),ρ=995.7kg/m3,λ=0.618/((m)^2cdot K),μ=0.801cP。试求:①换热器的热负荷Q,kW;②冷凝水的用量W2,kg/h;③换热过程的对数平均温差Δtm,℃;④换热过程的总传热系数KO,/((m)^2cdot K);(以内管的外表面积为基准);⑤换热的传热面积AO,m2(以内管的外表面积为基准);

步骤 1：计算换热器的热负荷Q
换热器的热负荷Q可以通过塔顶蒸汽流量和汽化潜热计算得出。公式为：Q = W1 * r1，其中W1为塔顶蒸汽流量，r1为汽化潜热。
步骤 2：计算冷凝水的用量W2
冷凝水的用量W2可以通过换热器的热负荷Q和冷却水的比热容及温差计算得出。公式为：W2 = Q / (Cp2 * (t2 - t1))，其中Cp2为冷却水的比热容，t1和t2分别为冷却水的入口和出口温度。
步骤 3：计算换热过程的对数平均温差Δtm
对数平均温差Δtm可以通过换热过程的温差计算得出。公式为：Δtm = (Δt1 - Δt2) / ln(Δt1 / Δt2)，其中Δt1和Δt2分别为换热过程的温差。
步骤 4：计算换热过程的总传热系数KO
总传热系数KO可以通过冷却水的流速、雷诺数、普朗克数和内管的直径计算得出。公式为：Nu = 0.023 * Re^n * Pr^0.4，其中Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗克数，n为经验系数。然后通过Nu计算出α1，再通过α1计算出K0。
步骤 5：计算换热的传热面积AO
换热的传热面积AO可以通过换热器的热负荷Q、总传热系数K0和对数平均温差Δtm计算得出。公式为：A0 = Q / (K0 * Δtm)。