四、计算问答1.有一列管式换热器, 热流体初温为500 K, 终温度为420 K, 被加热的物料初温为300 K, 终温为400 K, 并采用逆流操作。已知: 总传热系数K=1000 W·m-2·K-1, 冷流体质量流量为11 kg·s-1, 冷流体比定压热容为1.0 kJ·kg-1·K-1, 试求该热交换器的传热面积。2.某敞口蒸发器的传热面积为6 m2, 用140 ℃的饱和水蒸气加热器内的水溶液进行蒸发操作。已知该水溶液的沸点为105 ℃, 蒸发器的总传热系数为582 W·m-2·K-1, 105 ℃水的气化热为2.25 ×106 J· kg-1。若将此水溶液预热至沸后再放入器内蒸发, 并不计热损失, 试求每小时蒸发的水量。3.采用列管式热交换器将苯的饱和蒸气冷凝为同温度的液体(苯的沸点为80.1 ℃)。冷却水的进、出口温度分别为20 ℃和45 ℃, 其质量流量为2800 kg·h-1, 水的比定压热容为 4.18×103 J· kg-1·K-1。列管为19 mm×2 mm的钢管19根, 并已知基于管子外表面积的总传热系数为1000 W·m-2·K-1。试计算:(1)传热速率;(2)列管长度。4.某厂利用反应后产物的余热加热未反应的原料。产物的初温为500 K, 比热容为1.4 kJ·kg-1·K-1。原料的初温为300 K, 要求预热到400 K, 其比定压热容为1.1 kJ·kg-1·K-1。两种流体的质量流量均为1800 kg·h-1。现欲采用列管式换热器进行逆流操作, 若传热总系数为50 W·m-2·K-1, 试计算:(1)传热速率;(2)传热过程的平均温度差;(3)热交换器所需的传热面积。5.在逆流操作的列管式换热器中, 用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25 ℃和50 ℃。化学制剂的质量流量为1.25 kg·s-1, 比热容为1.9 kJ·kg-1·K-1, 密度为 850 kg·m-3, 进口和出口温度分别为80 ℃和40 ℃。换热器的列管由φ25 mm×2.5 mm钢管组成, 其导热系数为45 W·m-1·K-1。管程水侧和壳程制剂侧的传热膜系数分别为0.85 kW·m-2·K-1和1.70 kW·m-2·K-1。若忽略不计污垢的热阻, 试求换热器所需的传热面积。

四、计算问答(5小题,共50分)

1.

有一列管式换热器, 热流体初温为500 K, 终温度为420 K, 被加热的物料初温为300 K, 终温为400 K, 并采用逆流操作。已知: 总传热系数K=1000 W·m-2·K-1, 冷流体质量流量为11 kg·s-1, 冷流体比定压热容为1.0 kJ·kg-1·K-1, 试求该热交换器的传热面积。

2.

某敞口蒸发器的传热面积为6 m2, 用140 ℃的饱和水蒸气加热器内的水溶液进行蒸发操作。已知该水溶液的沸点为105 ℃, 蒸发器的总传热系数为582 W·m-2·K-1, 105 ℃水的气化热为2.25 ×106 J· kg-1。若将此水溶液预热至沸后再放入器内蒸发, 并不计热损失, 试求每小时蒸发的水量。

3.

采用列管式热交换器将苯的饱和蒸气冷凝为同温度的液体(苯的沸点为80.1 ℃)。冷却水的进、出口温度分别为20 ℃和45 ℃, 其质量流量为2800 kg·h-1, 水的比定压热容为  4.18×103 J· kg-1·K-1。列管为19 mm×2 mm的钢管19根, 并已知基于管子外表面积的总传热系数为1000 W·m-2·K-1。试计算:

(1)传热速率;

(2)列管长度。

4.

某厂利用反应后产物的余热加热未反应的原料。产物的初温为500 K, 比热容为1.4 kJ·kg-1·K-1。原料的初温为300 K, 要求预热到400 K, 其比定压热容为1.1 kJ·kg-1·K-1。两种流体的质量流量均为1800 kg·h-1。现欲采用列管式换热器进行逆流操作, 若传热总系数为50 W·m-2·K-1, 试计算:

(1)传热速率;

(2)传热过程的平均温度差;

(3)热交换器所需的传热面积。

5.

在逆流操作的列管式换热器中, 用水冷却液态化学制剂。水的进口和出口温度分别为25 ℃和50 ℃。化学制剂的质量流量为1.25 kg·s-1, 比热容为1.9 kJ·kg-1·K-1, 密度为 850 kg·m-3, 进口和出口温度分别为80 ℃和40 ℃。换热器的列管由φ25 mm×2.5 mm钢管组成, 其导热系数为45 W·m-1·K-1。管程水侧和壳程制剂侧的传热膜系数分别为0.85 kW·m-2·K-1和1.70 kW·m-2·K-1。若忽略不计污垢的热阻, 试求换热器所需的传热面积。