题目
在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸气冷凝成饱和液体。已知苯蒸气的流量为 1600 , (m)^3/(h)，常压下苯的沸点为 80.1 ,^circ(C)，汽化热为 394 , (kJ/kg)。冷却水的入口温度为 20 ,^circ(C)，流量为 35000 , (kg/h)，水的平均比定压热容为 4.17 , (kJ/(kg) cdot ^circ(C))。总传热系数为 450 , (W/(m)^2 cdot ^circ(C))。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。
在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸气冷凝成饱和液体。已知苯蒸气的流量为 $1600 \, \text{m}^3/\text{h}$，常压下苯的沸点为 $80.1 \,^{\circ}\text{C}$，汽化热为 $394 \, \text{kJ/kg}$。冷却水的入口温度为 $20 \,^{\circ}\text{C}$，流量为 $35000 \, \text{kg/h}$，水的平均比定压热容为 $4.17 \, \text{kJ/(kg} \cdot ^{\circ}\text{C)}$。总传热系数为 $450 \, \text{W/(m}^2 \cdot ^{\circ}\text{C)}$。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。
题目解答
答案
1. 苯蒸气质量流量为：
\[
\dot{m} = \frac{1600 \times 2.69}{3600} \approx 1.1956 \, \text{kg/s}
\]
2. 冷凝热为：
\[
Q = 1.1956 \times 394 \times 10^3 = 471.4 \times 10^3 \, \text{W}
\]
3. 冷却水出口温度：
\[
T_{\text{out}} = 20 + \frac{471.4 \times 10^3}{9.722 \times 4170} \approx 31.62°C
\]
4. 对数平均温差：
\[
\Delta T_m = \frac{60.1 - 48.48}{\ln(1.24)} \approx 54.05°C
\]
5. 传热面积：
\[
A = \frac{471.4 \times 10^3}{450 \times 54.05} \approx 19.4 \, \text{m}^2
\]
答案：所需的传热面积约为 19.4 m²。