ТипЗадачиПРиА(проект). Задача 1 Аппарат диаметром d 2 м и высотой l 5 м покрыт слоем асбеста толщиной 75 мм. Температура стенки аппарата t
![]()
|
Типовые задачи по дисциплине "Процессы и аппараты биотехнологии (проект)" Задача 1 Аппарат диаметром D = 2 м и высотой L = 5 м покрыт слоем асбеста толщиной δ = 75 мм. Температура стенки аппарата tг = 146ºС, а наружной поверхности асбеста tх = 40ºС. Определить потери теплоты (тепловой поток) через слой изоляции. Принять для асбеста λ = 0,151 Вт/(м·К). Решение: Потери теплоты (тепловой поток) через слой изоляции (асбеста) происходят путем теплопроводности ![]() Поверхность теплообмена ![]() ![]() ![]() А согласно формуле (1) потери теплоты равны: ![]() Ответ: ![]() Задача 2 Стенка аппарата состоит из двух слоев толщиной δ1= 500 и δ2= 250 мм. Температура внутри аппарата t1= 1300ºС, а наружного воздуха t5= 25ºС. Определить потери теплоты с 1 м2 поверхности стенки и на границе слоев (t3). Принять, Вт/(м2·К): α1=34,8 и α2=16,2. Коэффициенты теплопроводности слоев, Вт/(м·К): λ1=1,16 и λ2=0,58. Решение: Потери теплоты с 1 м2 (тепловой поток) рассчитываются по формуле: ![]() для которой коэффициент теплопередачи определяют из выражения ![]() ![]() ![]() Рис. 1 Температура на границе слоёв находится из теплового баланса (поток тепла к стенке равен потоку через первый слой изоляции) согласно рис. 1 ![]() причем температуру t2 вычисляем по формуле температуры стенки ![]() Теперь искомую температуру на границе слоёв можно найти из формулы (2) ![]() Ответ: ![]() ![]() Задача 3 Начальная и конечная температуры горячего теплоносителя (1) составляют 300ºС и 200ºС, а холодного (2) теплоносителя 25ºС и 175ºС. Определить среднюю разность температур при движении теплоносителей прямотоком. Решение: ![]() ![]() ![]() ![]() Отношение разностей температур на концах теплообменника: ![]() Следовательно, для нахождения средней разности температур при данном прямотоке надо применять логарифмическую формулу ![]() Ответ: ![]() Задача 4 Определить среднюю разность температур в теплообменнике со смешанным током теплоносителей, если начальная и конечная температура горячего теплоносителя t1н = 80 и t1к = 40ºС, а холодного теплоносителя t2н = 10 и t2к = 34ºС. Решение: Средняя разность температур для смешанного тока теплоносителей определяется по средней разности температур противотока ![]() Множитель ![]() ![]() ![]() ![]() По этим значениям числовых коэффициентов из справочника находят ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Отношение разностей температур на концах теплообменника: ![]() Следовательно, для нахождения средней разности температур при данном противотоке можно применить формулу среднего арифметического: ![]() Средняя разность температур для смешанного тока по формуле (1): ![]() Ответ: ![]() Задача 5 В аппарате требуется охладить жидкость от температуры t2H =90 ºС до температуры t2K =50 ºС Массовый расход жидкости G2 =9000 кг/ч с теплоёмкостью с2=2900 Дж/кг. Начальная температура охлаждающей воды t1н =18ºС, а конечная t1к =40ºС. Коэффициент теплопередачи К =270 Вт/(м2∙К). Определить необходимую поверхность теплообмена при прямотоке и противотоке. Решение: Из основного уравнения теплопередачи тепловая нагрузка аппарата составляет: ![]() а, значит необходимая поверхность теплообмена ![]() Тепловую нагрузку определяет как количество тепла, отдаваемое жидкостью ![]() Среднюю разность температур определяем отдельно для прямотока и противотока. ![]() ![]() ![]() ![]() Значит, средняя разность температур определяется по формуле: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Отношение разностей температур на концах теплообменника: ![]() Следовательно, для нахождения средней разности температур при данном противотоке можно применить формулу среднего арифметического: ![]() Тогда поверхность теплообмена при прямотоке согласно формуле (1) составит ![]() а для противотока: ![]() Ответ: ![]() ![]() |