РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ИЗ СБОРНИКА РОМАНКОВА НОСКОВА ПАВЛОВА! НЕДОРОГО! Присылайте свои задачки мне на почту: paht2010@yandex.ru стучите в icq: 453356192

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

4.1.Во сколько раз увеличится термическое сопротивление стенки стального змеевика, свернутого из трубы диаметром 38 × 2,5 мм, если покрыть ее слоем эмали толщиной 0,5 мм? Считать стенку плоской. Коэффициент теплопроводности эмали 1,05 Вт/(м·К).

4.2.Паропровод длиной 40 м, диаметром 51 × 2,5 мм покрыт слоем изоляции толщиной 30мм; температура наружной поверхности изоляции t₂=45°С,внутренней t₁=175°С. Определить количество теплоты, теряемое паропроводом в 1 ч. Коэффициент теплопроводности изоляции λ = 0,116 Вт/(м·К).

4.3.Стальная труба диаметром 60 × 3 мм изолирована слоем пробки толщиной 30мм и сверху еще слоем совелита (85% магнезии + 15% асбеста) толщиной 40 мм. Температура стенки трубы –110ºС,а наружной поверхности изоляции 10°С. Вычислить часовую потерю холода с 1 м длины трубы.

4.4. Как изменится потеря холода в условиях предыдущей задачи, если внутренний слой сделать совелитовым (δ=40 мм), а наружный – пробковым (δ =30 мм)?

 4.5. Найти температуру внутренней поверхности обмуровки аппарата (рис. 4.19), если температура на наружной поверхности ее 35°С. Толщина обмуровки 260 мм. Термометр, заделанный на глубину 50 мм наружной поверхности, показывает температуру 70°С.

4.6. Вычислить коэффициент теплопроводности для: а) жидкого хлороформа при t= 20 °С; б) сернистого газа при t= 160°С и абсолютном давлении 1 кгс/см²;в) 25% водного раствора хлористого кальция при t = 30°С.

4.7.      Необходимо испарять 1600 кг/ч жидкости, кипящей при t = 137°С и поступающей в испаритель при этой температуре. Удельная теплота испарения жидкости r = 377·10³ Дж/кг. Температура греющего пара должна быть не ниже 150°С. Определить расход греющего пара, а) сухого насыщенного, р_изб = 4 кгс/см²; б) перегретого до 250°С, р_изб = 4 кгс/см²; в) перегретого до 250°С, р_изб = 3 кгс/см². Удельная теплоемкость перегретого пара 2,14·103 Дж/(кг·К).

Изобразить процессы изменения состояния греющего пара на диаграмме Т –S. Конденсат греющего пара отводится при температуре конденсации.

4.8.До какой температуры будут нагреты глухим паром 2 т раствора хлористого кальция, если расход греющего пара (рабс = 2 кгс/см2) за 2,5 ч составил 200 кг, а расход теплоты на нагрев аппарата и потери теплоты в окружающую среду составляют в среднем 2030 Вт? Начальная температура раствора 10°С. Удельная теплоемкость раствора 2.5·103 Дж/(кг·К).

4.9.Определить количество передаваемой теплоты 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 теплоемкость пара сероуглерода 0,67·10³ Дж/(кг·К).

4.10. В кожухотрубчатый конденсатор поступает 120 кг/ч сухого насыщенного пара двуокиси углерода под давлением р_абс= 60 кгс/см2 Жидкая двуокись 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.

4.11. 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 теплоты может проникать из окружающего воздуха в колонну через 1 м² поверхности, если пренебречь термическими сопротивлениями со стороны жидкости, окружающего воздуха и металлической стенки колонны?

4.12.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 α_возд= 41 Вт/(м²К), α_{гр.пара} = 11600 Вт/(м²·К); б) в выпарном аппарате, в котором α_{кнп.раств} = 2320 Вт/(м²·К), α_{гр.пара} = 11600 Вт/(м²·К)? Загрязнений поверхности не учитывать.

4.13.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 α_гэза = 58 Вт/(м²·К), α_воды = 580 Вт/(м²·К); б) в выпарной аппарате, в котором α_{кип.раств} = 2780 Вт/(м²·К), α_{гр.пара}= 11600 Вт/(м²·К)?

4.14.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 0,6мм. Испаритель обогревайся насыщенным паром (р_изб = 3 кгс/см²). Толуол кипит(4.62):

Рис. 4.20 (к задаче 4.19)                                          Рис. 4.21 (к задаче 4.16)

под атмосферным давлением. Считать, что термическое сопротивление стенки и двух слоев ржавчины значительно больше суммы остальных термических сопротивлений

4.15 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.

4.16. В многоходовом кожухотрубчатом теплообменнике, имеющем четыре хода в трубном пространстве и один ход в межтрубном (рис.4.21), толуол охлаждается водой от 106 до 30°С. Вода, проходящая по трубам, нагревается от 11 до 24°С Определить среднюю разность температур в теплообменнике

4.17. 1930 кг/ч бутилового спирта необходимо охлаждать от 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); Δt_cp считать как среднюю арифметическую. Сколько кубических метров воды в 1 ч надо пропускать через теплообменник?

4.18. 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

4.19. Кожухотрубчатый противоточный теплообменник (рис.4.21) 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 теплоемкость газа в среднем 1,05·103 Дж/(кг·К). Потери теплоты через кожух теплообменника составляют 10% от количества теплоты, полученного нагревающимся газом. Определить коэффициент теплопередачи в теплообменнике.

4.20. Определить коэффициент теплопередачи в спиральном теплообменнике по следующим данным: поверхность теплообмена 48 м³; в аппарате подогревается 85,5 т/ч воды от 77 до 95 °С; нагревание производится насыщенным паром при ризб = 0,23 кгс/см².

4.21.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; =270Вт/(м²·К); = 720 Вт/(м2·К). Толщина стальной стенки 3 мм. Учесть наличие загрязнений – ржавчины и накипи, приняв = 0,00069 (м²·К)/Вт. Определить также расход воды.

4.22. Требуется конденсировать 10 т/ч насыщенного пара н–гексана при 70°С. Охлаждение конденсатора может быть осуществлено: а) водой, нагреваемой от 16 до 36°С; б) воздухом, нагреваемым от 25 до 48°С. Коэффициент теплоотдачи для конденсирующегося пара гексана в обоих случаях принять равным 1700 Вт/(м²·К). Коэффициенты теплоотдачи для воды и воздуха взять ориентировочно (средние значения) по табл. 4.7, для воды – при турбулентном течении по трубам, для воздуха – при поперечном обтекании труб. Жидкий гексан отводится при температуре конденсации. Термические сопротивления стенки и загрязнений не учитывать. Удельная теплота конденсации гексана 33,3·10⁴ Дж/кг. Определить расходы воды и воздуха (в м³ /ч) и требуемые поверхности теплообмена.

4.23. 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, заключенных в кожух, внутренний диаметр которого 190 мм. Определить коэффициент теплоотдачи.

4.24. 3700 кг/ч метилового спирта подогреваются от 10 до 50°С, проходя по трубному пространству теплообменника, состоящего из 19 труб диаметром16×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если принять температуру стенки 60°С.

4.25. 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.

4.26. Определить коэффициент теплоотдачи для воздуха, охлаждаемого под абсолютным давлением 2 кгс/см², от 90 до 30°С в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с поперечными перегородками. Трубы диаметром 25×2 мм расположены по ходу газа в шахматном порядке. Скорость воздуха в вырезе перегородки (в самом узком сечении пучка труб) 8м/с (рис. 4.22,б).

4.27. Воздух атмосферного давления нагревается насыщенным водяным паром в кожухотрубчатом конденсаторе с трубками диаметром 25×2 мм. Средняя температура воздуха 60°С. Сравнить коэффициенты теплопередачи для двухслучаев: 1) воздух проходит по трубам со скоростью 10 м/с (L/d>50), греющий пар конденсируется в межтрубном пространстве (рис. 4.22,а); 2) воздух проходит по межтрубному пространству, снабженному поперечными перегородками. Скорость воздуха в вырезе перегородки (в самом узком сечении пучка труб) 10 м/с (рис. 4.22,б), греющий пар конденсируется в трубах. Принять коэффициент теплоотдачи пара 11600 Вт/(м²·К).

4.28. 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.

4.29. Определить коэффициент теплоотдачи для 98% серной кислоты, проходящей по кольцевому (межтрубному) пространству горизонтального 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.

4.30. Четыреххлористый углерод нагревается в трубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Средняя температура четыреххлористого углерода 26°С, скорость его в трубах 0,15 м/с. Средняя температура поверхности загрязнения труб, соприкасающейся с четыреххлористым углеродом 34°С. Диаметр труб 25×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи четыреххлористого углерода.

4.31. Через трубное пространство кожухотрубчатого теплообменника прокачивается раствор хлористого кальция (23,8%), который нагревается при средней температуре минус 20 °С. Скорость рассола в трубах 0,5 м/с, средняя температура поверхности стенки, соприкасающейся с раствором –10 °С. Коэффициент объемного расширения рассола 0,35·10^–3 К^–1, внутренний диаметр труб 0,021 м,длина труб 4 м. Определить коэффициент теплоотдачи для рассола.

4.32.Раствор хлористого натрия [21,2% (масс.)] нагревается в трубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника от – 15 до –12°С. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 3 м. Скорость рассола в трубах 0,3 м/с. Средняя температура поверхности загрязнения стенки, соприкасающейся с рассолом tст = –6,5°С. Определить коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке. Коэффициент объемного расширения рассола β = 0,35· 10–3 К–1.

4.33.Этилацетат охлаждается в трубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Внутренний диаметр труб 21 мм, длина труб 3 м. Средняя температура охлаждаемого этилацетата t_cp = 50°С, средняя температура поверхности загрязнения стенки со стороны этилацетата t_ст = 40°С. Скорость этилацетата 0,04 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от этилацетата к стенке. Коэффициент теплопроводности λ = 0,1128 Вт/(м·К).

4.34. 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 t_ст = 30°С. Скорость бензола 0,05 м/с. Определить коэффициент теплоотдачи от бензола к стенке.

4.35. 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.

4.36. Вода нагревается в условиях свободного движения. Наружный диаметр горизонтальных труб 76 мм. Определить коэффициент теплоотдачи, если темературу поверхности трубы принять равной 45°С. Средняя температура воды 25°С

4.37. 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.

4.38.Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник состоит из 91 трубы диаметром 57×3 мм, высотой 4 м. По внутренней поверхности труб стекает ленкой вода в количестве 52 м³/ч, которая нагревается от 18 до 25°С. Средняя температура внутренней поверхности труб 26°С. Определить коэффициент теплоотдачи.

4.39.По вертикальной стенке пленочного холодильника стекает пленкой 60% 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 ислоты 50°С. Вычислить коэффициент теплоотдача для кислоты, если коэффициент теплопроводности её равняется 0,43 Вт/(м·К).

4.40. ычислить коэффициент теплоотдачи кипящего под атмосферным авлением 20% водного раствора хлористого натрия. Разность температур реющей поверхности и кипящего раствора 10 К. Для кипящего раствора λ = 0,658 Вт/(м·К).

4.41. В кубе ректификационной колонны под атмосферным давлением внутри вертикальных труб высотой 4 м кипит толуол с небольшим содержанием бензола (наличие бензола не учитывать). Диаметр труб 25×2 мм. Определить коэффициент теплоотдачи к кипящему толуолу. Принять температуру поверхности загрязнения стенки со стороны толуола 125,3°С.