普考申論題
109年
[化學工程] 化工機械概要
第 一 題
📖 題組：
有一雙套管逆流熱交換器（counter-current heat exchanger）欲將熱油從380 K冷卻至350 K，此熱油的熱容為2.3 kJ/kgK且流量為3800 kg/hr；而外部為冷卻水，其進口溫度288 K，熱容為4.187 kJ/kgK且流量為1500 kg/hr。若此逆流熱交換器的總熱傳係數為U = 350 W/m2K，請問：（每小題10分，共20分）
有一雙套管逆流熱交換器（counter-current heat exchanger）欲將熱油從380 K冷卻至350 K，此熱油的熱容為2.3 kJ/kgK且流量為3800 kg/hr；而外部為冷卻水，其進口溫度288 K，熱容為4.187 kJ/kgK且流量為1500 kg/hr。若此逆流熱交換器的總熱傳係數為U = 350 W/m2K，請問：（每小題10分，共20分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
冷卻水出口的溫度。
思路引導 VIP
看到此題首先聯想「能量守恆定律」，在理想無熱損的狀況下，熱流體所放出的熱量必等於冷流體所吸收的熱量。解題時先利用熱油的進出口溫度計算出總傳熱量 (q)，再將此熱量代入冷卻水的熱量公式中，即可求得冷卻水的出口溫度。
小題 (二)
熱傳面積為多少？
思路引導 VIP
看到熱交換器計算題，首先應利用能量守恆定律求出總熱傳量（熱油放熱 = 冷卻水吸熱），藉此求得冷卻水的出口溫度。接著判別流體流向為『逆流』，計算出對數平均溫差（LMTD），最後代入熱傳速率方程式 $q = U A \Delta T_{lm}$ 即可解出所需的熱傳面積。