задания. Задание 2 (1). Практическое задание 2 Модуль Тепловые процессы и аппараты для их проведения. Тема Процессы нагревания, охлаждения, конденсации и испарения. Конструкции и расчёт теплообменных аппаратов
 Скачать 36.89 Kb.
|
Практическое задание 2Модуль 2. Тепловые процессы и аппараты для их проведения. Тема 2.2. Процессы нагревания, охлаждения, конденсации и испарения. Конструкции и расчёт теплообменных аппаратов Используя исходные данные из табл. 1 (номер варианта выбирается по первой букве фамилии студента), решите три задачи своего варианта. Таблица 1
Рекомендации по выполнению задания1. Запись должна содержать условие задачи, решение, ответ. 2. Необходимо как можно подробнее записывать решение, приводить формулы, которыми пользуетесь во время расчётов. Вариант 1 1. Во сколько раз увеличится термическое сопротивление стенки стального змеевика, свернутого из трубы диаметром 38×2,5 мм, если покрыть её слоем эмали толщиной 0,5 мм? Считать стенку плоской. Коэффициент теплопроводности эмали 1,05 Вт/(м·К). 2. Колонна для ректификации жидкого воздуха покрыта слоем тепловой изоляции из шлаковой ваты толщиной 250 мм. Температура жидкости внутри колонны -190 °С, температура воздуха в помещении 20 °С. Какое количество тепла может проникать из окружающего воздуха в колонну через 1 м² поверхности, если пренебречь термическими сопротивлениями со стороны жидкости, окружающего воздуха и металлической стенки колонны? 3. Вода нагревается в условиях свободного движения. Наружный диаметр горизонтальных греющих труб 76 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если температуру поверхности трубы принять равной 45 °С. Средняя температура воды 25 °С. Вариант 2 1. Паропровод длиной 40 м, диаметром 51×2,5 мм покрыт слоем изоляции толщиной 30 мм; температура наружной поверхности изоляции t2 = 45 °С, внутренней t1 = 175 °С. Определить количество тепла, теряемого паропроводом в 1 ч. Коэффициент теплопроводности изоляции λ = 0,116 Вт/(м·К). 2. Как изменится коэффициент теплопередачи в аппарате, если заменить стальные трубы диаметром 38×2,5 мм на медные трубы такого же размера: а) в паровом калорифере для воздуха, в котором αвозд = 41 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К); б) в выпарном аппарате, в котором αкип.раств. = 2320 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К)? Загрязнений поверхности не учитывать. 3. В межтрубном пространстве вертикального кожухотрубчатого теплообменника, состоящего из 261 трубы диаметром 25×2 мм, конденсируется под атмосферным давлением 4 т/ч насыщенного пара метилового спирта. Определить коэффициент теплоотдачи. Вариант 3 1. Стальная труба диаметром 60×3 мм изолирована слоем пробки толщиной 30 мм и сверху ещё слоем совелита (85 % магнезии + 15 % асбеста) толщиной 40 мм. Температура стенки трубы –110 °С, а наружной поверхности изоляции 10 °С. Вычислить часовую потерю холода с 1 м длины трубы. 2. Как изменится величина коэффициента теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненном из стальных труб толщиной 3 мм, если на поверхности труб отложится слой накипи (водяного камня) толщиной 2 мм: а) в водяном холодильнике для газа, в котором αгаза = 58 Вт/(м²·К), αводы = 580 Вт/(м²·К); б) в выпарном аппарате, в котором αкип.раств. = 2780 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К)? 3. Насыщенный водяной пар конденсируется на наружной поверхности пучка горизонтальных труб. Наружный диаметр труб 38 мм. Расположение труб шахматное. Расчётное число труб по высоте 11. Температура конденсации 160 °С. Определить средний коэффициент теплоотдачи, приняв температуру наружной поверхности труб 152 °С. Пар содержит 0,5 относительных процентов воздуха. Вариант 4 1. Стальная труба диаметром 60×3 мм изолирована слоем совелита (85 % магнезии + 15 % асбеста) толщиной 40 мм и сверху ещё слоем пробки толщиной 30 мм. Температура стенки трубы –110 °С, а наружной поверхности изоляции 10 °С. Вычислить часовую потерю холода с 1 м длины трубы. 2. Какая наибольшая удельная тепловая нагрузка (в Вт/м²) может быть в испарителе толуола, если стальные трубы испарителя толщиной 4 мм с обеих сторон покрыты ржавчиной? Толщина одного слоя ржавчины 0,6 мм. Испаритель обогревается насыщенным паром (р = 4 кгс/см²). Толуол кипит под атмосферным давлением. Считать, что термическое сопротивление стенки и двух слоёв ржавчины значительно больше суммы остальных термических сопротивлений. 3. В кожухотрубчатом теплообменнике по трубам диаметром 46×3 мм проходит со скоростью 0,7 м/с вода, которая нагревается. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура поверхности стенки, соприкасающейся с водой, 90 °С, а средняя температура воды 46 °С. Вариант 5 1. Найти температуру внутренней поверхности обмуровки аппарата, если температура на наружной поверхности её 35 °С. Толщина обмуровки 260 мм. Термометр, заделанный на глубину 50 мм от наружной поверхности, показывает температуру 70 °С. 2. Определить необходимую поверхность противоточного теплообменника при охлаждении 0,85 м³/ч сероуглерода от температуры кипения под атмосферным давлением до 22 °С. Охлаждающая вода нагревается от 14 до 25 °С; αCS2 = 270 Вт/(м²·К); αH2O = 720 Вт/(м²·К). Толщина стальной стенки 3 мм. Учесть наличие загрязнений – ржавчины и накипи (Σrзагр. = 0,00069 м²·К/Вт). Определить также расход воды. 3. По змеевику проходит 1,5 т/ч толуола, охлаждающегося от 90 до 30 °С. Охлаждение (противотоком) производится водой, нагревающейся от 15 до 40 °С. Труба змеевика стальная диаметром 57×3,5 мм; αводы = 580 Вт/(м²·К). Диаметр витка змеевика 0,4 м. Определить необходимую длину змеевика и расход воды. Термическое сопротивление стенки и её загрязнений принять равным 0,0007 м²·К/Вт, а отношение Pr/Prст для толуола – равным 0,75. Вариант 6 1. Необходимо испарять 1600 кг/ч жидкости, кипящей при t = 137 °С и поступающей в испаритель при этой температуре. Удельная теплота испарения жидкости r = 377 кДж/кг. Температура греющего пара должна быть не ниже 150 °С. Определить расход греющего пара: а) сухого насыщенного, p = 5 кгс/см²; б) перегретого до 250 °С, p = 5 кгс/см²; в) перегретого до 250 °С, p = 4 кгс/см². Удельная теплоёмкость перегретого пара 2,14 кДж/(кг·К). 2. Метан под избыточным давлением 5 кгс/см² проходит по межтрубному пространству кожухотрубчатого теплообменника параллельно трубам со скоростью 4,6 м/с. Средняя температура метана 75 °С. Теплообменник состоит из 37 стальных труб диаметром 18×2 мм, заключённых в кожух, внутренний диаметр которого 190 мм. Определить коэффициент теплоотдачи. 3. В паровом калорифере подогревается от 2 до 90 °С 5200 м³/ч (считая при нормальных условиях) воздуха атмосферного давления. Калорифер выполнен из стальных труб диаметром 38×2 мм, число труб 111. Воздух проходит по трубам, греющий пар – в межтрубном пространстве. Абсолютное давление греющего пара 2 кгс/см². Определить требуемую длину труб и расход греющего пара, если его влажность 6 %. Вариант 7 1. До какой температуры будут нагреты глухим паром 2 т раствора хлористого кальция, если расход греющего пара (р = 2 кгс/см²) за 2,5 ч составил 200 кг, а расход тепла на нагрев аппарата и потери тепла в окружающую среду составляют в среднем 2030 Вт? Начальная температура раствора 10 °С. Удельная теплоёмкость раствора 2,5 кДж/(кг·К). 2. Определить коэффициент теплоотдачи для 98 % серной кислоты, проходящей по кольцевому (межтрубному) пространству теплообменника типа «труба в трубе» со скоростью 0,9 м/с. Средняя температура кислоты 72 °С, средняя температура стенки 58 °С. Наружная труба теплообменника имеет диаметр 54×4,5 мм, внутренняя – 26×3 мм. 3. Воздух подогревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника с 20 до 90 °С при среднем давлении р = 810 мм рт. ст. Расход воздуха, считая при нормальных условиях, составляет 7770 м³/ч. В теплообменнике 197 труб диаметром 38×2 мм. В межтрубное пространство подаётся насыщенный водяной пар под давлением р = 2 кгс/см². Коэффициент теплоотдачи пара 10 000 Вт/(м²·К), суммарная тепловая проводимость стенки и обоих её загрязнений 1700 Вт/(м²·К). Определить требуемую площадь поверхности теплообмена. Вариант 8 1. Определить количество передаваемого тепла в противоточном конденсаторе, в котором конденсируется 850 кг/ч пара сероуглерода под атмосферным давлением. Пар сероуглерода поступает в конденсатор с температурой 90 °С. Жидкий сероуглерод выходит из конденсатора при температуре на 8 °С ниже температуры конденсации. Удельная теплоёмкость пара сероуглерода 0,67 кДж/(кг·К). 2. 3700 кг/ч метилового спирта подогреваются от 10 до 50 °С, проходя по трубному пространству теплообменника, состоящего из 19 труб диаметром 16×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если принять температуру стенки 60 °С. 3. В сушилке, вдоль её плоской стенки длиной 6 м, проходит со скоростью 2,5 м/с горячий воздух атмосферного давления, имеющий среднюю температуру 85 °С. Стальная стенка сушилки толщиной 5 мм, покрытая ржавчиной, изолирована снаружи слоем теплоизоляции толщиной 30 мм. Коэффициент теплопроводности изоляции 0,1 Вт/(м·К). Температура воздуха в помещении 18 °С. Определить количество тепла, теряемого в 1 ч с 1 м² стенки сушилки путём конвекции и излучения, а также коэффициент теплопередачи через стенку. Вариант 9 1. В кожухотрубчатый конденсатор поступает 120 кг/ч сухого насыщенного пара диоксида углерода под давлением р = 60 кгс/см². Жидкий диоксид углерода выходит из конденсатора под тем же давлением при температуре конденсации. Принимая разность температур двуокиси углерода и воды на выходе воды из конденсатора 5 К, определить необходимый расход воды, если она поступает в конденсатор с температурой 10 °С. 2. Определить коэффициент теплоотдачи для этилена, охлаждаемого под абсолютным давлением 2 кгс/см² от 80 до 30 °С в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с поперечными перегородками. Трубы диаметром 32×3 мм расположены в шахматном порядке. Скорость этилена (в самом узком сечении пучка) 7,5 м/с. 3. Вертикальная стенка выпарного аппарата покрыта слоем изоляции [λ = 0,12 Вт/(м·К)] толщиной 45 мм. Температура кипящего раствора 120 °С, температура воздуха в помещении 20 °С. Определить потерю тепла излучением и конвекцией с 1 м² в 1 ч, принимая температуру поверхности стенки, соприкасающейся с кипящим раствором, равной температуре последнего. Вариант 10 1. Горячий концентрированный раствор, выходящий из выпарного аппарата с температурой 106 °С, используется для подогрева до 50 °С холодного разбавленного раствора, поступающего на выпарку с температурой 15 °С. Концентрированный раствор охлаждается до 60 °С. Определить среднюю разность температур для прямоточной и противоточной схем. 2. При теплообмене двух турбулентных потоков (Re > 10000) у первого потока α1 = 230 Вт/(м²·К), у второго α2 = 400 Вт/(м²·К). Во сколько раз увеличится коэффициент теплопередачи, если скорость первого потока возрастет в 2 раза, а скорость второго – в 3 раза (при прочих неизменных условиях)? Термическое сопротивление стенки не учитывать. 3. По горизонтальному паропроводу диаметром 51×2,5 мм, длиной 50 м проходит насыщенный пар под давлением р = 4 кгс/см². Определить количество конденсата, образующегося в течение суток в неизолированном трубопроводе. Температура воздуха в цехе 15 °С. Вариант 11 1. На складе оборудования имеется кожухотрубчатый теплообменник, состоящий из 19 латунных труб диаметром 18×2 мм, длиной 1,2 м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 350 кг/ч насыщенного пара этилового спирта, если принять коэффициент теплопередачи равным 700 Вт/(м²·К), начальную температуру воды 15 °С, а конечную 35 °С? Конденсация спирта предполагается при атмосферном давлении, жидкий спирт отводится при температуре конденсации. 2. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник состоит из 91 трубы диаметром 57×3 мм, высотой 4 м. По внутренней поверхности труб стекает плёнкой вода в количестве 52 м3/ч, которая нагревается от 18 до 25 °С. Средняя температура внутренней поверхности труб 26 °С. Определить коэффициент теплоотдачи. 3. По горизонтальному паропроводу диаметром 51×2,5 мм, длиной 50 м проходит насыщенный пар под давлением р = 4 кгс/см². Определить, на сколько процентов уменьшится потеря тепла, если паропровод покрыть теплоизоляционным слоем толщиной 40 мм с коэффициентом теплопроводности 0,093 Вт/(м·К). Температура воздуха в цехе 15 °С. Вариант 12 1. Определить коэффициент теплопередачи в спиральном теплообменнике по следующим данным: поверхность теплообмена 48 м²; в аппарате подогревается 85,5 т/ч воды от 77 до 95 °С; нагревание производится насыщенным паром при давлении 1,23 кгс/см². 2. По вертикальной стенке плёночного холодильника стекает плёнкой 60%-ная серная кислота в количестве 2,1 л/с на 1 м ширины стенки. Высота холодильника 5 м. Средняя температура поверхности стенки 24 °С, средняя температура кислоты 50 °С. Вычислить коэффициент теплоотдачи для кислоты, если коэффициент теплопроводности её равняется 0,43 Вт/(м·К). 3. Аппарат изолирован слоем шамотного кирпича толщиной 125 мм [λ = 0,68 Вт/(м·К)] и слоем изоляционной массы [λ = 0,12 Вт/(м·К)]. Температура наружной поверхности металлической стенки аппарата 500 °С. Найти достаточную толщину изоляционного слоя, чтобы температура его наружной поверхности не превышала 50 °С при температуре воздуха в цехе 25 °С. Вариант 13 1. Во сколько раз увеличится термическое сопротивление стенки стального змеевика, свернутого из трубы диаметром 38×2,5 мм, если покрыть её слоем эмали толщиной 0,5 мм? Считать стенку плоской. Коэффициент теплопроводности эмали 1,05 Вт/(м·К). 2. В вертикальном кожухотрубчатом теплообменнике бензол прокачивается через трубы снизу вверх при охлаждении от 70 до 30 °С. Внутренний диаметр труб 21 мм, высота труб 4 м. Скорость бензола 0,05 м/с. Средняя температура поверхности загрязнения стенки со стороны бензола 30 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от бензола к вертикальной поверхности стенки. 3. По горизонтальному паропроводу диаметром 51×2,5 мм, длиной 50 м проходит насыщенный пар под давлением р = 4 кгс/см². Определить количество конденсата, образующегося в течение суток в неизолированном трубопроводе. Температура воздуха в цехе 15 °С. Вариант 14 1. Паропровод длиной 40 м, диаметром 51×2,5 мм покрыт слоем изоляции толщиной 30 мм; температура наружной поверхности изоляции t2 = 45 °С, внутренней t1 = 175 °С. Определить количество тепла, теряемого паропроводом в 1 ч. Коэффициент теплопроводности изоляции λ = 0,116 Вт/(м·К). 2. Бензол охлаждается в трубах горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 4 м. Средняя температура охлаждаемого бензола 50 °С, средняя температура поверхности загрязнения стенки со стороны бензола tст = 30 °С. Скорость бензола 0,05 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от бензола к стенке. 3. По горизонтальному паропроводу диаметром 51×2,5 мм, длиной 50 м проходит насыщенный пар под давлением р = 4 кгс/см². Определить, на сколько процентов уменьшится потеря тепла, если паропровод покрыть теплоизоляционным слоем толщиной 40 мм с коэффициентом теплопроводности 0,093 Вт/(м·К). Температура воздуха в цехе 15 °С. Вариант 15 1. Стальная труба диаметром 60×3 мм изолирована слоем пробки толщиной 30 мм и сверху ещё слоем совелита (85 % магнезии + 15 % асбеста) толщиной 40 мм. Температура стенки трубы –110 °С, а наружной поверхности изоляции 10 °С. Вычислить часовую потерю холода с 1 м длины трубы. 2. Этилацетат охлаждается в трубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 3 м. Средняя температура охлаждаемого этилацетата tср = 50 °С, средняя температура поверхности загрязнения стенки со стороны этилацетата tст = 40 °С. Скорость этилацетата 0,04 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от этилацетата к стенке. Коэффициент теплопроводности λ = 0,1128 Вт/(м·К). 3. Аппарат изолирован слоем шамотного кирпича толщиной 125 мм [λ = 0,68 Вт/(м·К)] и слоем изоляционной массы [λ = 0,12 Вт/(м·К)]. Температура наружной поверхности металлической стенки аппарата 500 °С. Найти достаточную толщину изоляционного слоя, чтобы температура его наружной поверхности не превышала 50 °С при температуре воздуха в цехе 25 °С. Вариант 16 1. Стальная труба диаметром 60×3 мм изолирована слоем совелита (85 % магнезии + 15 % асбеста) толщиной 40 мм и сверху ещё слоем пробки толщиной 30 мм. Температура стенки трубы –110 °С, а наружной поверхности изоляции 10 °С. Вычислить часовую потерю холода с 1 м длины трубы. 2. Как изменится коэффициент теплопередачи в аппарате, если заменить стальные трубы диаметром 38×2,5 мм на медные трубы такого же размера: а) в паровом калорифере для воздуха, в котором αвозд = 41 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К); б) в выпарном аппарате, в котором αкип.раств. = 2320 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К)? Загрязнений поверхности не учитывать. 3. В условиях свободной конвекции охлаждается толуол. Средняя температура толуола 50 °С. Диаметр горизонтальных труб 38×2 мм. Температура наружной поверхности загрязнения труб, соприкасающейся с толуолом, 30 °С. Определить коэффициент теплоотдачи толуола. Вариант 17 1. Найти температуру внутренней поверхности обмуровки аппарата, если температура на наружной поверхности её 35 °С. Толщина обмуровки 260 мм. Термометр, заделанный на глубину 50 мм от наружной поверхности, показывает температуру 70 °С. 2. Как изменится величина коэффициента теплопередачи в теплообменном аппарате, выполненном из стальных труб толщиной 3 мм, если на поверхности труб отложится слой накипи (водяного камня) толщиной 2 мм: а) в водяном холодильнике для газа, в котором αгаза = 58 Вт/(м²·К), αводы = 580 Вт/(м²·К); б) в выпарном аппарате, в котором αкип.раств. = 2780 Вт/(м²·К), αгр.пара = 11 600 Вт/(м²·К)? 3. В кубе ректификационной колонны под атмосферным давлением внутри вертикальных труб высотой 4 м кипит толуол с небольшим количеством бензола (наличие бензола не учитывать). Диаметр труб 25×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи к кипящему толуолу. Принять температуру поверхности стенки со стороны толуола 125,3 °С. Вариант 18 1. Необходимо испарять 1600 кг/ч жидкости, кипящей при t = 137 °С и поступающей в испаритель при этой температуре. Удельная теплота испарения жидкости r = 377 кДж/кг. Температура греющего пара должна быть не ниже 150 °С. Определить расход греющего пара: а) сухого насыщенного, p = 5 кгс/см²; б) перегретого до 250 °С, p = 5 кгс/см²; в) перегретого до 250 °С, p = 4 кгс/см². Удельная теплоёмкость перегретого пара 2,14 кДж/(кг·К). 2. Какая наибольшая удельная тепловая нагрузка (в Вт/м2) может быть в испарителе толуола, если стальные трубы испарителя толщиной 4 мм с обеих сторон покрыты ржавчиной? Толщина одного слоя ржавчины 0,6 мм. Испаритель обогревается насыщенным паром (р = 4 кгс/см²). Толуол кипит под атмосферным давлением. Считать, что термическое сопротивление стенки и двух слоев ржавчины значительно больше суммы остальных термических сопротивлений. 3. Вычислить коэффициент теплоотдачи кипящего под атмосферным давлением 20 % водного раствора хлористого натрия. Разность температур греющей поверхности и кипящего раствора 10 К. Для кипящего раствора λ = 0,658 Вт/(м·К). Вариант 19 1. До какой температуры будут нагреты глухим паром 2 т раствора хлористого кальция, если расход греющего пара (р = 2 кгс/см²) за 2,5 ч составил 200 кг, а расход тепла на нагрев аппарата и потери тепла в окружающую среду составляют в среднем 2030 Вт? Начальная температура раствора 10 °С. Удельная теплоемкость раствора 2,5 кДж/(кг·К). 2. Определить необходимую поверхность противоточного теплообменника при охлаждении 0,85 м³/ч сероуглерода от температуры кипения под атмосферным давлением до 22 °С. Охлаждающая вода нагревается от 14 до 25 °С; αCS2 = 270 Вт/(м²·К); αH2O = 720 Вт/(м²·К). Толщина стальной стенки 3 мм. Учесть наличие загрязнений – ржавчины и накипи (Σrзагр. = 0,00069 м²·К/Вт). Определить также расход воды. 3. Четырёххлористый углерод нагревается в трубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Средняя температура четырёххлористого углерода 26 °С, скорость его в трубах 0,15 м/с. Средняя температура поверхности загрязнения труб, соприкасающейся с четырёххлористым углеродом, 34 °С. Диаметр труб 25×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи четырёххлористого углерода. Вариант 20 1. Определить количество передаваемого тепла в противоточном конденсаторе, в котором конденсируется 850 кг/ч пара сероуглерода под атмосферным давлением. Пар сероуглерода поступает в конденсатор с температурой 90 °С. Жидкий сероуглерод выходит из конденсатора при температуре на 8 °С ниже температуры конденсации. Удельная теплоёмкость пара сероуглерода 0,67 кДж/(кг·К). 2. Метан под избыточным давлением 5 кгс/см² проходит по межтрубному пространству кожухотрубчатого теплообменника параллельно трубам со скоростью 4,6 м/с. Средняя температура метана 75 °С. Теплообменник состоит из 37 стальных труб диаметром 18×2 мм, заключённых в кожух, внутренний диаметр которого 190 мм. Определить коэффициент теплоотдачи. 3. В теплообменнике типа «труба в трубе», состоящем из двух концентрических труб (внутренней диаметром 44,5×3,5 мм и наружной диаметром 89×5 мм) охлаждается от 70 до 30 °С толуол в количестве 1900 кг/ч. Толуол проходит по кольцевому пространству между наружной и внутренней трубой; по внутренней протекает охлаждающая вода, нагревающаяся от 14 до 21 °С. Средняя температура поверхности загрязнения со стороны толуола 26 °С, со стороны воды 20 °С. Определить коэффициент теплопередачи. Учесть термические сопротивления загрязнений стенки со стороны толуола и со стороны воды (среднего качества) и отношение Pr/Prст. Вариант 21 1. В кожухотрубчатый конденсатор поступает 120 кг/ч сухого насыщенного пара диоксида углерода под давлением р = 60 кгс/см². Жидкий диоксид углерода выходит из конденсатора под тем же давлением при температуре конденсации. Принимая разность температур двуокиси углерода и воды на выходе воды из конденсатора 5 К, определить необходимый расход воды, если она поступает в конденсатор с температурой 10 °С. 2. Определить коэффициент теплоотдачи для 98 % серной кислоты, проходящей по кольцевому (межтрубному) пространству теплообменника типа «труба в трубе» со скоростью 0,7 м/с. Средняя температура кислоты 70 °С, средняя температура стенки 60 °С. Наружная труба теплообменника имеет диаметр 54×4,5 мм, внутренняя – 26×3 мм. 3. Метиловый спирт (100 %) нагревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника от 15 до 42 °С. Противотоком в межтрубном пространстве течёт вода, которая охлаждается от 90 до 40 °С. Теплообменник с кожухом 400 мм состоит из 111 стальных труб диаметром 25×2 мм. Скорость метилового спирта в трубах 0,75 м/с. Коэффициент теплоотдачи для воды 840 Вт/(м²·К), суммарная тепловая проводимость стенки и обоих её загрязнений 1700 Вт/(м²·К), средняя температура поверхности загрязнения, соприкасающейся со спиртом, 38 °С. Определить требуемую площадь поверхности теплообмена. Вариант 22 1. В многоходовом кожухотрубчатом теплообменнике, имеющем четыре хода в трубном пространстве и один ход в межтрубном, толуол охлаждается водой от 106 до 30 °С. Вода, проходящая по трубам, нагревается от 10 до 34 °С. Определить среднюю разность температур в теплообменнике. 2. 3700 кг/ч метилового спирта подогреваются от 10 до 50 °С, проходя по трубному пространству теплообменника, состоящего из 19 труб диаметром 16×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если принять температуру стенки 60 °С. 3. Воздух подогревается в трубном пространстве одноходового кожухотрубчатого теплообменника с 20 до 90 °С при среднем давлении р = 810 мм рт. ст. Расход воздуха, считая при нормальных условиях, составляет 7770 м³/ч. В теплообменнике 197 труб диаметром 38×2 мм. В межтрубное пространство подаётся насыщенный водяной пар под давлением р = 2 кгс/см². Коэффициент теплоотдачи пара 10 000 Вт/(м²·К), суммарная тепловая проводимость стенки и обоих её загрязнений 1700 Вт/(м²·К). Определить требуемую площадь поверхности теплообмена. Вариант 23 1. 1930 кг/ч бутилового спирта необходимо охлаждать 90 до 50 °С в противоточном теплообменнике поверхностью 6 м². Охлаждение производится водой с начальной температурой 18 °С. Коэффициент теплопередачи в теплообменнике 230 Вт/(м²·К). Среднюю разность температур считать как среднюю арифметическую. Сколько кубометров воды в 1 ч надо пропускать через теплообменник? 2. Определить коэффициент теплоотдачи для этилена, охлаждаемого под абсолютным давлением 2 кгс/см² от 80 до 30 °С в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с поперечными перегородками. Трубы диаметром 32×3 мм расположены в шахматном порядке. Скорость этилена (в самом узком сечении пучка) 7,5 м/с. 3. В сушилке, вдоль её плоской стенки длиной 6 м, проходит со скоростью 2,5 м/с горячий воздух атмосферного давления, имеющий среднюю температуру 85 °С. Стальная стенка сушилки толщиной 5 мм, покрытая ржавчиной, изолирована снаружи слоем теплоизоляции толщиной 30 мм. Коэффициент теплопроводности изоляции 0,1 Вт/(м·К). Температура воздуха в помещении 18 °С. Определить количество тепла, теряемого в 1 ч с 1 м² стенки сушилки путем конвекции и излучения, а также коэффициент теплопередачи через стенку. Вариант 24 1. Кожухотрубчатый противоточный теплообменник перед контактным аппаратом на сернокислотном заводе имеет поверхность теплообмена 360 м². Очищенный газ колчеданных печей поступает в межтрубное пространство теплообменника при 300 °С, выходит при 430 °С. Горячий газ из контактного аппарата входит в трубы теплообменника при 560 °С. Расход газа 10 т/ч, удельная теплоёмкость газа в среднем 1050 Дж/(кг·К). Потери теплоты через кожух теплообменника составляют 10 % от количества теплоты, полученного нагревающимся газом. Определить коэффициент теплопередачи в теплообменнике. 2. При теплообмене двух турбулентных потоков (Re > 10 000) у первого потока α1 = 230 Вт/(м²·К), у второго α2 = 400 Вт/(м²·К). Во сколько раз увеличится коэффициент теплопередачи, если скорость первого потока возрастет в 2 раза, а скорость второго – в 3 раза (при прочих неизменных условиях)? Термическое сопротивление стенки не учитывать. 3. Вертикальная стенка выпарного аппарата покрыта слоем изоляции [λ = 0,12 Вт/(м·К)] толщиной 45 мм. Температура кипящего раствора 120 °С, температура воздуха в помещении 20 °С. Определить потерю тепла излучением и конвекцией с 1 м² в 1 ч, принимая температуру поверхности стенки, соприкасающейся с кипящим раствором, равной температуре последнего. |