Zadanie C1

Zadanie C1
W aparacie, zaopatrzonym w wężownicę parową, wrze ciecz w temperaturze t1 =
0
115 C . Płaska ścianka aparatu jest wykonana z blachy stalowej o grubości 3 mm i
zaizolowana z zewnątrz warstwą wełny żużlowej o grubości 60 mm. Temperatura otoczenia
jest równa t5 = 18 oC. Obliczyć temperatury wewnętrzną i zewnętrzną ścianek aparatu i
izolacji. Współczynnik wnikania ciepła po stronie wrzącej cieczy 1 = 2100 W/m2-.K zaś
współczynnik wnikania ciepła od powierzchni izolacji do otoczenia 2 = 8 W/m2-.K.
Współczynniki przewodzenia ciepła stali i wełny żużlowej wynoszą odpowiednio 1 = 50
W/m.K oraz 2 = 0,034 W/m.K.
Odp. t2 = 114,98, t3 = 114,97, t4 = 24,4,
Zadanie C2
W wymienniku ciepła należy ochłodzić 20kg/min cieczy o cieple właściwym 3,8
kJ/kg.deg od temp 90oC do 40oC. Czynnikiem chłodzącym jest woda o temp początkowej
20oC i cieple właściwym cw = 4,18 kJ/kg.deg. Jeśli minimalna różnica temperatur obu płynów
wynosi 10oC, wyznaczyć powierzchnię wymiany ciepła i wymagane natężenia przepływu
wody chłodzącej dla współprądu i przeciwprądu. Współczynnik przenikania ciepła jest równy
k=250W/m2.deg.
Zadanie C3
W wymienniku ciepła należy ochłodzić 0,28kg/s cieczy o cieple właściwym 3,8
kJ/kg.deg od temp 95oC do 40oC. Czynnikiem chłodzącym jest woda o temp początkowej
20oC i cieple właściwym cw = 4,18 kJ/kg.deg. Natężenie przepływu wody wynosi 0,56 kg/s.
Jaka powinna być powierzchnia chłodząca wymiennika ciepła przy zastosowaniu współprądu
i przeciwprądu jeżeli współczynnik przenikania ciepła jest równy k=250W/m2.deg.
Odp. Współprąd F = 9,7 m2 , przeciwprąd F = 6,5 m2
Zadanie C4
Ropa naftowa w ilości 907 kg/h przepływa przez rurę wewnętrzną wymiennika ciepła
typu „rura w rurze” i ogrzewa się od temp. 32 oC do 93 oC. Ciepło dostarczane jest przez naftę
o początkowej temp. 232 oC, płynącą przestrzenią pierścieniową. Jeśli minimalna różnica
temperatur obu płynów wynosi 11 oC, wyznaczyć powierzchnię wymiany ciepła i wymagane
natężenie przepływu nafty dla a) współprądu, b) przeciwprądu. Współczynnik przenikania
ciepła od nafty do ropy k = 390kcal/godz.m2. oC, ciepło właściwe nafty cwr =0,56 kcal/kg. oC,
ciepło właściwe ropy cwr =0,60 kcal/kg. oC.
Odp. Natężenie przepływu nafty Gp = 274 kg/h; Gw = 405 kg/h. Powierzchnia Fw = 0,122 m2,
Fp = 0,157m2
Zadanie C5
Ciepło pozostałości pokrakingowej wykorzystuje się do podgrzania ropy naftowej w
wymienniku ciepła typu „rura w rurze”. Pozostałość pokrakingowa w ilości 1400 kg/h
przepływa przez przestrzeń pierścieniową wymiennika ciepła i chłodzi się od temp. 300 oC do
200 oC. Ropa ogrzewa się od temp. 25 oC do 175 oC. Wyznaczyć powierzchnię wymiany
ciepła i wymagane natężenie przepływu pozostałości pokrakingowej dla a) współprądu, b)
przeciwprądu. Współczynnik przenikania ciepła k = 100Kcal/m2-.h.K., ciepło właściwe
pozostałości pokrakingowej cwr =0,78 kcal/kg. oC, ciepło właściwe ropy cwr =0,61 kcal/kg. oC.
Odp. Natężenie ropy G = 1193 kg/h. Powierzchnia Fw = 10,5 m2, Fp = 7,3 m2
Zadanie C6
Etylobenzen w ilości 900kg/h przepływa przez rurę wewnętrzną wymiennika ciepła
typu rura w rurze i jest chłodzony od temp 51oC do 21oC przez wodę o początkowej
temperaturze 10oC płynącą przestrzenią międzyrurową. Minimalna różnica temperatur obu
płynów wynosi 5oC. Wyznaczyć powierzchnię wymiany ciepła i wymagane natężenie
przepływu wody dla współ i przeciwprądu. Dane: współczynnik przenikania ciepła k =194,9
W/m2-.K; ciepło wł. etylobenzenu = 720J/kg.K; ciepło wł. wody = 4190 J/kg.K.
Odp. Natężenie przepływu wody Gp = 128,8 kg/h; Gw = 773 kg/h. Powierzchnia Fw = 1,6 m2,
Fp = 3,6 m2
Zadanie C7
Toluen w ilości 900kg/h przepływa przez rurę wewnętrzną wymiennika ciepła typu
rura w rurze i ogrzewa się od temp 32oC do 90oC. Ciepło jest dostarczone przez glikol o
początkowej temperaturze 180oC płynącą przestrzenią międzyrurową. Minimalna różnica
temperatur obu płynów wynosi 10oC. Wyznaczyć powierzchnię wymiany ciepła i wymagane
natężenie przepływu glikolu dla współ i przeciwprądu. Dane: współczynnik przenikania
ciepła k = 390kcal/h.m2.C; ciepło wł. toluenu = 0,56kcal/kg.C; ciepło wł. glikolu =
0,60kcal/kg.C.
Zadanie C8
W wymienniku ciepła należy ogrzać 0,611 kg/s roztworu od temp. 20oC do 90oC.
Ciepło właściwe roztworu cw = 3,81 kJ/kg.K. Czynnikiem grzejnym jest kondensat o temp.
początkowej 130oC i cieple właściwym cw = 4,19 kJ.kg.K. Przyjmujemy, że końcowa
temperatura kondensatu będzie wyższa od odpowiedniej temperatury roztworu o 200C.
Obliczyć powierzchnię grzejną dla współ i przeciwprądu, jeżeli współczynnik przenikania
ciepła od kondensatu do roztworu jest równy 450W/m2.K. Porównać także zużycie czynnika
grzejnego w obu przypadkach. Straty ciepła pominąć.
Zadanie C9
Do aparatu wyparnego pracującego w sposób ciągły doprowadza się roztwór soli o
stężeniu 20% mas w ilości 30 ton/h w temperaturze 25C. Ciśnienie w aparacie 0,2 atm.
Roztwór zatęża się do 40% mas. Temperatura wrzenia 40% roztworu jest równa 90C. Do
ogrzewania cieczy w wyparce stosowana jest para wodna kondensująca w wężownicy w
temp. 140oC. Ciepło kondensacji pary wodnej w tej temperaturze wynosi 2150kJ/kg.
Współczynnik przenikania ciepła od kondensującej pary do wrzącej cieczy wynosi k =
195W/m2. oC . Ciepło właściwe roztworu soli = 1,23 kJ/kg.C, ciepło parowania wody pod
ciśnieniem 0,2 atm. = 2140 kJ/kg. Obliczyć zużycie pary grzejnej w kg/h i powierzchnię
wymiany ciepła.
Zadanie C10
Do aparatu wyparnego pracującego w sposób ciągły doprowadza się roztwór soli o
stężeniu 20% masowych w temp. 20oC. Roztwór zatężany jest do 35%. Woda odparowuje z
szybkością 15kg /min. Ciśnienie w aparacie 0,2 atm. Temperatura wrzenia 35% roztworu jest
równa 90C. Ciepło właściwe roztworu = 0,854 Kcal/kg.C, ciepło parowania wody pod
ciśnieniem 0,2 atm. = 537 Kcal/kg.
Roztwór jest ogrzewany parą grzejną kondensującą w wężownicy pod ciśnieniem 1,4
atm. w temperaturze 100C i w tej temperaturze opuszcza wyparkę. Ciepło skraplania pary
grzejnej = 534 Kcal/kg. Obliczyć zużycie pary grzejnej w kg/h i powierzchnię wymiany
ciepła. Współczynnik przenikania ciepła wynosi k = 880kcal/h.m2.C. Straty pominąć.
Zadanie C11
Do aparatu wyparnego pracującego w sposób ciągły doprowadza się roztwór soli o stężeniu
28% mas w ilości 25 ton/h w temperaturze 60C. Ciśnienie w aparacie 0,2 atm. Roztwór
zatęża się do 40% mas. Temperatura wrzenia 40% roztworu jest równa 85C. Para grzejna
pod ciśnieniem 1,4 atm. kondensuje w temperaturze 110C i w tej temperaturze opuszcza
wyparkę. Ciepło właściwe roztworu soli = 0,854 Kcal/kg.C, ciepło parowania wody pod
ciśnieniem 0,2 atm. = 537 Kcal/kg. Ciepło skraplania pary grzejnej = 534 Kcal/kg. Obliczyć
zużycie pary grzejnej w kg/h i powierzchnię wymiany ciepła.
Zadanie C12
Do aparatu wyparnego pracującego w sposób ciągły doprowadza się roztwór soli o
stężeniu 20% mas w ilości 30 ton/h w temperaturze 25C. Ciśnienie w aparacie 0,2 atm.
Roztwór zatęża się do 40% mas. Temperatura wrzenia 40% roztworu jest równa 90C. Do
ogrzewania cieczy w wyparce stosowana jest para wodna kondensująca w wężownicy w
temp. 140oC. Ciepło kondensacji pary wodnej w tej temperaturze wynosi 2150kJ/kg.
Współczynnik przenikania ciepła od kondensującej pary do wrzącej cieczy wynosi k =
195W/m2. oC . Ciepło właściwe roztworu soli = 1,23 kJ/kg.C, ciepło parowania wody pod
ciśnieniem 0,2 atm. = 2140 kJ/kg. Obliczyć zużycie pary grzejnej w kg/h i powierzchnię
wymiany ciepła.