注册化工工程师执业考试2018真题 20-21

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题目20

某醋酸冷却器刚投入运行时冷却水入口流量33000kg/h,入口温度30°C,出口温度40°C,冷却水的比热容 4.2kJ/(kg.°C);醋酸入口温度110°C,出口温度40°C;换热器传热面积50m2,逆流操作,其总传热系数为250W/(m2.°C),管壁热阻可以忽略不计。运转一段时间后,在醋酸、冷却水流量和入口温度不变的情况下,发现冷却水出口温度降为38°C,此时换热器的污垢热阻(m2.°C/W)是下列哪个数值?

A \space1.3 * 10^{-3} \space B\space 1.9 * 10^{-3 }\space C \space 2.5 * 10^ {-3}\space D \space 3.1*10^{-3}\space

解答

考察基本换热计算。
刚投入运行时,冷却水吸收热量
Q = m C_p \Delta T  = 33000 * 4.2 * (40 - 30) = 1386000 kJ/h
对于醋酸
对数平均温差
\Delta T_h = 110-40 =70
\Delta T_c = 40-30 =10
LMTD = \frac{\Delta T_h - \Delta T_c}{ln(\frac{\Delta T_h}{\Delta T_c})} = \frac{70-10}{ln(70/10)} = 30.83
Q = K *A *LMTD = 250 *50 *30.83 =385423.76 W = 1387526 kJ/h
对于醋酸 其 mC_p = \frac{Q}{\Delta T} =\frac{1386000}{110-40} = 19800

运行一段时间后
由换热总量计算得到醋酸温降
\Delta T = \frac{Q}{mC_p} = \frac{33000 * 4.2 * (38-30 )}{19800} = 56
进而得到醋酸出口温度 = 110- 56 = 54

计算此时对数温差
LMTD = 43.7 °C
进而得到新的换热总系数 K = \frac{Q}{A * LMTD} = \frac{33000 * 4.2 * 8 }{50 * 43.7 } = 507 kJ/(h m^2 °C) = 507/3600 *1000 = 141 W/(m^2 °C)

源热阻 = 1/250
运行后热阻 = 1/141
两者差值即为热垢热阻 = 1/141 -1/250 = 0.003093

选 D

题目21

在套管换热器中油和水逆流换热。热油入口流量6500kg/h,温度110°C;水的入口流量4000kg/h,温度30°C。已知套管换热器传热面积为15m2,总传热系数为 1250kJ/(m2.h.°C),换热器效率为0.65,油的比热容为1.93 kJ/(kg.°C) ,水的比热容为4.18 kJ/(kg.°C) ,若忽略热损失,水的出口温度(°C)是下列哪个数值?
A 58 B 69 C 74 D 83

解答

考察NTU基本换热计算。
根据换热量计算方程
Q = m C_p \Delta T
6500 * 1.93 * (110 - T_{oil}) = 4000 * 4.18 * (T_w -30 )
换热器效率
\xi = \frac{\Delta T_{oil} }{T_o - T_w } =\frac{110 -T_{oil}}{110 -30} = 0.65
计算T_{oil} = 58
进而求得Tw = 69

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