4.2. Паропровод длиной 40 м, диаметром 51x2,5 мм покрыт слоем изоляции толщиной 30 мм; температура наружной поверх¬ности изоляции 4 = 45 °С, внутренней tx = 175 °С. Определить количество теплоты, теряемое паропроводом в 1 ч. Коэффициент теплопроводности изоляции А, = 0,116 Вт/(м-К). 

4.3. Стальная труба диаметром 60x3 мм изолирована слоем пробки толщиной 30 мм и сверху еще слоем совелита (85 % маг¬незии + 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. 

4.4. Как изменится потеря холода в условиях предыдущей за¬дачи, если внутренний слой сделать совелитовым (б = 40 мм), а наружный — пробковым (б = 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 от 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/сма (~0,1 МПа); в) 25% водного раствора хлористого кальция при t — 30 °С. 

4.7. Необходимо испарять 1600 кг/ч жидкости, кипящей при i = 137°С и поступающей в испаритель при этой температуре. Удельная теплота испарения жидкости г = 377-108 Дж/кг. Температура греющего пара должна быть не ниже 150 °С. Определить расход греющего пара: а) сухого насыщенного, риаб = 4 кгс/сма (~0,4 МПа); б) перегретого до 250 °С, ризб = 4 кгс/смя (~0,4 МПа); в) перегретого до 250 °С, риаб «= 3 кгс/смя (~0,3 МПа). 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/сма, т. е. ~0,2 МПа) за 2,5 ч составил 200 кг, а расход теплоты на нагрев аппарата и потери Рис, 4.19 (к контрольной задаче 4,6), 205 теплоты в окружающую среду составляют в среднем 2030 Вт? Начальная температура раствора 10 °С. Удельная теплоемкость раствора 2,5 х 103 Дж/(кг-К). 

4.9. Определить количество передаваемой теплоты в противо-точном конденсаторе, в котором конденсируется 850 кг/ч пара сероуглерода под атмосферным давлением. Пар сероуглерода поступает в конденсатор с температурой 90 °С. Жидкий сероугле- род выходит из конденсатора при температуре на в °С ниже тем- пературы конденсации. Удельная теплоемкость пара сероуглерода 0,67.103 Дж/(кг-К). 

4.10. В кожухотрубчатый конденсатор поступает 120 кг/ч сухого насыщенного пара диоксида углерода под давлением Рабе = 60 кгс/см2 (~6,0 МПа). Жидкий диоксид углерода выходит из конденсатора под тем же давлением при температуре конденсации. Принимая разность температур диоксида 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 DC, температура воздуха в помещении 20 °С. Какое количество теплоты может проникать из окружающего воздуха в колонну через 1 ма 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 38x2,5 мм на медные такого же размера: а) в паровом калорифере для воздуха, в котором  41 Вт/(м8-К), агр. пара = 11 600 Вт/(м2. К); б) в выпарном аппарате, в котором ашп раств = 2320 Вт/(ма-К), агр. пара = П 600 Вт/(мг-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 агаза = 58 Вт/(м2-К), воды = 580 Вт/(м2-К); б) в выпарном аппарате, в котором a = 2780 Вт/(м8.К), гр.пара = 11 600 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 0,6 мм. Испаритель обогревается насыщенным паром (ривб = 3 кгс/смг, т. е. ~0,3 МПа). Толуол кипит под атмосферным давлением. Считать, что термическое сопротивление стенки и двух слоев ржавчины значительно больше суммы остальных термических сопротивлений. Рис. 4,20 (к контрольной задаче 4.10). 

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 и для противоточной

 

4.16. В многоходовом кожухотрубчатом теплообменнике, имеющем четыре хода в трубном пространстве и один ход в межтрубном (рис. 4.20), толуол охлаждается водой от 106 до 30 °С. Вода, проходящая по трубам, нагревается от 10 до 34 °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 м8. Охлаждение производится водой с начальной температурой 18 °С. Коэффициент теплопередачи в теплообменнике 230 Вт/(м2-К);  считать как среднюю арифметическую. Сколько кубических метров воды в 1 ч надо пропускать через теплообменник? 

4.18. На складе оборудования имеется кожухотрубчатый теп-лообменник, состоящий из 19 латунных труб диаметром 18x2 мм, длиной 1,2 м. Достаточна ли его поверхность для конденсации 350 кг/ч насыщенного пара этилового спирта, если принять коэф¬фициент 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 зоо'с 560°С Рис. 4.21 (к контрольной задаче 4.1 в>. 206 207 имеет поверхность теплообмена 360 м2. Очищенный газ колчеданных печей поступает в межтрубное пространство теплообмен-ника 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 X X 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 м2; в аппарате подогревается 85,5 т/ч воды от 77 до 95 °С; на-гревание производится насыщенным паром при рИ8б = 23 кПа. 

4.21. Определить необходимую поверхность противоточного теплообменника при охлаждении 0,85 м3/ч сероуглерода от тем-пературы кипения под атмосферным давлением до 22 °С. Охлаж-дающая вода нагревается от 14 до 25 °С; aCs2 = 270 Вт/(м2-К); «н2о = 720 Вт/(м2-К). Толщина стальной стенки 3 мм. Учесть наличие загрязнений — ржавчины и накипи, приняв £ г-багр = = 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 осу-ществлено: а) водой, нагреваемой от 16 до 36 °С; б) воздухом, нагреваемым от 25 до 48 °С. Коэффициент теплоотдачи для кон-денсирующегося 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 попе-речном обтекании труб. Жидкий гексан отводится при температуре конденсации. Термические сопротивления стенки и загрязнений не учитывать. Удельная теплота конденсации гексана . Определить расходы воды и воздуха (в м3/ч) и тре¬буемые поверхности теплообмена. 

4.23. Метан под избыточным давлением 5 кгс/см2 (~0,5 МПа) проходит по межтрубному пространству кожухотрубчатого теп-лообменника параллельно трубам со скоростью 4,6 м/с. Средняя температура метана 75 "С. Теплообменник состоит из 37 стальных труб диаметром 18X2 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, со¬стоящего из 19 труб диаметром 16X2 мм. Определить коэффи¬циент теплоотдачи, если принять температуру стенки 60 °С. 

4.25. В кожухотрубчатом теплообменнике по трубам диа-метром 46X3 мм проходит со скоростью 0,7 м/с вода, которая нагревается. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура поверхности стенки, соприкасающейся G ВОДОЙ, 90 °С, а средняя температура воды 46 9С. 208 контрольной задаче пучка 

4.26. Определить коэф¬фициент теплоотдачи для воздуха, охлаждаемого под абсолютным давлением 2 кгс/см2 (~0,2 МПа) от 90 до 30 °С в межтрубном пространстве кожухотруб¬чатого теплообменника с поперечными перегородка¬ми. Трубы диаметром 25 X Х2 мм расположены по ходу газа в шахматном порядке. Скорость воздуха в вырезе перегородки (в самом труб) 8 м/с (рис. 4.22, б). 

4.27. Воздух атмосферного давления нагревается насыщенным водяным паром в кожухотрубчатом конденсаторе с трубками диаметром 25x2 мм. Средняя температура воздуха 60 °С. Сравнить коэффициенты теплопередачи для двух случаев: 1) воздух про-ходит по трубам со скоростью 10 м/с (Ud> 50), греющий пар конденсируется в межтрубном пространстве (рис. 4.22, а); 2) воздух проходит по межтрубному пространству, снабженному по-перечными перегородками. Скорость воздуха в вырезе перего¬родки (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 > > 10 000) у первого потока ах = 230 Вт/(м2-К), У второго аг = = 400 Вт/(м2-К). Во сколько раз увеличится коэффициент теп¬лопередачи, 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 54X4,5 мм, внутренняя—26X3 мм. 

4.30. Четыреххлористый углерод нагревается в трубном про-странстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника. Средняя температура четыреххлористого углерода 26 °С, скорость его в трубах 0,15 м/с. Средняя температура поверхности загряз-нения труб, соприкасающейся с четыреххлористый углеродом, 34 ?С. Диаметр труб 25X2 мм. Определить коэффициент тепло¬отдачи четыреххлористого углерода. 209 

4.31. Через трубное пространство кожухотрубчатого тепло-обменника прокачивается раствор хлористого кальция (23,8 %), который нагревается при средней температуре —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 JM, длина труб 4 м. Определить коэффициент теплоотдачи для рассола. 

4.32. Раствор хлористого натрия [21,2 % (масс.)] нагре¬вается в трубном пространстве кожухотрубчатого теплообмен¬ника 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, /Ст = —6,5 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке. Коэффициент объемного расширения рассола  0,35- 10-а К"1. 

4.33. Этилацетат охлаждается в трубном пространстве гори-зонтального кожухотрубчатого теплообменника. Внутренний диа-метр труб 21 мм, длина труб 3 м. Средняя температура охлаждае-мого этилацетата tcp — 50 °С, средняя температура поверхности загрязне