90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50℃。换热器的传热面积为6m2,总传热系数为230 Wm-2℃-1。若正丁醇的流量为1930kgh-1,冷却介质为18℃的水,试求:(1)冷却水的出口温度;(2)冷却水的消耗量,以m3h-1表示。

步骤 1：计算正丁醇的热负荷
根据题目，正丁醇的流量为1930kg/h，从90℃冷却到50℃。正丁醇的比热容（CP）在70℃时为2.8 kJ/kg·K。因此，正丁醇的热负荷（q）可以表示为：
\[ q = W_1 \cdot CP_1 \cdot (T_{1i} - T_{1o}) \]
其中，\(W_1\)为正丁醇的流量，\(CP_1\)为正丁醇的比热容，\(T_{1i}\)为正丁醇的初始温度，\(T_{1o}\)为正丁醇的最终温度。
步骤 2：计算冷却水的出口温度
根据传热方程，热负荷也可以表示为：
\[ q = K \cdot A \cdot \frac{(T_{1i} - T_{2o}) - (T_{1o} - T_{2i})}{\ln \frac{T_{1i} - T_{2o}}{T_{1o} - T_{2i}}} \]
其中，\(K\)为总传热系数，\(A\)为传热面积，\(T_{2i}\)为冷却水的初始温度，\(T_{2o}\)为冷却水的出口温度。将已知数值代入，解出\(T_{2o}\)。
步骤 3：计算冷却水的消耗量
根据能量守恒，冷却水吸收的热量等于正丁醇释放的热量。因此，冷却水的消耗量（\(W_2\)）可以表示为：
\[ q = W_2 \cdot CP_2 \cdot (T_{2o} - T_{2i}) \]
其中，\(CP_2\)为水的比热容，\(T_{2o}\)为冷却水的出口温度，\(T_{2i}\)为冷却水的初始温度。将已知数值代入，解出\(W_2\)。