Inżynieria Chemiczna doc. Wojciech Skrzypiński

Zestaw Nr 6

1. Jedna ze ścian pieca zbudowana jest z cegły szamotowej. Jej pole powierzchni wynosi 10 m²,
   a grubość 200 mm. Temperatura wewnętrznej powierzchni wynosi 800 °C. Strumień ciepła przewodzonego przez ścianę wynosi 26200 J/s (26200W), a współczynnik przewodzenia szamotu wynosi λ = 0,7 W/(m⋅K). Oblicz jaką temperaturę ma zewnętrzna strona ściany. Jaki maksymalny strumień ciepła może być przewodzony przez tę ścianę, aby temperatura zewnętrznej powierzchni nie przekroczyła 25 °C.

2. Płaska ściana aparatu wykonanego z blachy stalowej o grubości 5 mm jest wyłożona od wewnątrz wykładziną z cegieł kwasoodpornych o grubości 50 mm, zaś z zewnątrz jest zaizolowana warstwą azbestu o grubości 80 mm.

1. Obliczyć straty cieplne 1 m² ściany, jeśli temperatura wewnętrznej powierzchni ściany trójwarstwowej (po stronie cegieł kwasoodpornych) jest równa 200 °C, zaś temperatura zewnętrznej strony azbestu wynosi 25 °C,

2. Określić temperaturę wewnętrznej powierzchni blachy.
   Współczynniki przewodzenia ciepła wynoszą:
   cegły kwasoodpornej λ₁ = 0,8 W/(m⋅K), stali λ₂ = 45 W/(m⋅K), azbestu λ₃ = 0,14 W/(m⋅K).

3. Stalowa rura o średnicy zewnętrznej 102 mm jest zaizolowana warstwą waty mineralnej o grubości
   s = 70 mm. Różnica temperatur (stwierdzona na podstawie pomiarów) między wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią izolacji wynosi 200 K. Obliczyć straty cieplne rury, jeśli jej długość jest równa 15 m. Współczynnik przewodzenia waty mineralnej wynosi λ = 0,05 W/(m⋅K).

4. Kanałem o przekroju prostokątnym 200 x 300 mm przepływa powietrze z prędkością liniową
   15 m/s. Obliczyć współczynnik wnikania ciepła od ścianek kanału, jeżeli średnia temperatura powietrza jest równa 40 °C. Parametry fizykochemiczne powietrza w temperaturze 40 °C wynoszą: ρ = 1,092 kg/m³, η = 19,12⋅10^-6 Pa⋅s, λ = 0,0265 W/(m⋅K), Pr = 0,71.

5. Rurkami o średnicy wewnętrznej 51,5 mm pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego przepływa azot w średniej temperaturze 200 °C. Obliczyć współczynnik wnikania ciepła jeśli prędkość przepływu wynosi 13,5 m/s, a parametry fizykochemiczne azotu w 200 °C wynoszą:
   η = 24,6⋅10^-6 Pa⋅s, λ = 0,0356 W/(m⋅K).

6. Dla wstępnego ogrzania roztworu azotanu sodu kierowanego do wyparki wykorzystuje się przegrzaną parę grzejną. Roztwór ogrzewany jest od temperatury 20 °C do temperatury wrzenia równej 110 °C. Wskutek tego przepływająca przez wymiennik para ochładza się od temperatury 200 °C do 130 °C. Obliczyć zastępcze różnice temperatur w przypadku gdy strumienie płyną przez wymiennik przeciwprądowo oraz współprądowo. Określić oszczędności powierzchni grzejnej , które wynikają z zastosowania przeciwprądu, jeżeli współczynnik przenikania ciepła oraz strumienie ciepła w obu przypadkach są jednakowe.

7. W wymienniku ciepła należy ogrzać 0,611 kg/s roztworu od temperatury 20 °C do 90 °C. Ciepło właściwe roztworu wynosi 3,81 kJ/(kg⋅K). Czynnikiem grzewczym jest kondensat pary wodnej o temperaturze 130 °C. Należy przyjąć, że temperatura końcowa kondensatu będzie wyższa od odpowiedniej temperatury roztworu o 20 K. Obliczyć pole powierzchni grzejnej dla współ- oraz dla przeciwprądu jeżeli współczynnik przenikania ciepła w obu przypadkach wynosi 450 W/(m²⋅K). Porównać także zużycie czynnika grzejnego w obu przypadkach (przy zaniedbaniu strat ciepła).

8. W wymienniku ciepła należy ochłodzić strumień 0,28 kg/s cieczy o cieple właściwym
   3,8 kJ/(kg⋅K) od temperatury 95 °C do temperatury 40 °C. Czynnikiem chłodzącym jest woda
   o temperaturze początkowej 20 °C (ciepło właściwe wody c_p = 4,18 kJ/(kg⋅K)). Strumień wody wynosi 0,56 kg/s. Jakie powinno być pole powierzchni chłodzącej wymiennika ciepła przy wykorzystaniu: a) współprądu, b) przeciwprądu, jeżeli współczynnik przenikania ciepła jest równy 250 W/m²⋅K).

1

---