题目
在单一程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为 10000 mathrm(~kg/h)，其初始温度为 30^circ mathrm(C)，平均比定压热容为 4.17 mathrm(~kJ/(kg cdot ^circC))。有机溶剂的流量为 14000 mathrm(~kg/h)，温度由 180^circ mathrm(C) 降至 120^circ mathrm(C)，平均比定压热容为 1.72 mathrm(~kJ/(kg cdot ^circC))。设换热器的总传热系数为 500 mathrm(~W/(m^2 cdot ^circC))，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失可忽略。
在单一程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为 $10000 \mathrm{~kg/h}$，其初始温度为 $30^{\circ} \mathrm{C}$，平均比定压热容为 $4.17 \mathrm{~kJ/(kg \cdot ^{\circ}C)}$。有机溶剂的流量为 $14000 \mathrm{~kg/h}$，温度由 $180^{\circ} \mathrm{C}$ 降至 $120^{\circ} \mathrm{C}$，平均比定压热容为 $1.72 \mathrm{~kJ/(kg \cdot ^{\circ}C)}$。设换热器的总传热系数为 $500 \mathrm{~W/(m^{2} \cdot ^{\circ}C)}$，试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失可忽略。
题目解答
答案
1. 热负荷 $ Q = \frac{14000 \times 1.72 \times 60}{3600} = 401.33 \, \text{kW} $。
2. 冷却水出口温度 $ t_2 = \frac{1.4448 \times 10^6}{10000 \times 4.17} + 30 = 64.65^\circ\text{C} $。
3. 逆流时：
\[
\Delta T_m = \frac{115.35 - 90}{\ln(1.2817)} \approx 102.6^\circ\text{C}, \quad A = \frac{401,330}{500 \times 102.6} \approx 7.82 \, \text{m}^2
\]
4. 并流时：
\[
\Delta T_m = \frac{150 - 55.35}{\ln(2.71)} \approx 94.9^\circ\text{C}, \quad A = \frac{401,330}{500 \times 94.9} \approx 8.46 \, \text{m}^2
\]
最终结果：
- 逆流时 $ A \approx 7.82 \, \text{m}^2 $。
- 并流时 $ A \approx 8.46 \, \text{m}^2 $。