유량 2200kg/h인 80℃의 벤젠을 40℃까지 냉각시키고자 한다. … | [에너지관리기사 필기] 20년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[에너지관리기사 필기] 20년 2회차

유량 2200kg/h인 80℃의 벤젠을 40℃까지 냉각시키고자 한다. 냉각수 온도를 입구 30℃, 출구 45℃로 하여 대향류열교환기 형식의 이중관식 냉각기를 설계할 때 적당한 관의 길이(m)는? (단, 벤젠의 평균비열은 1884J/kg·℃, 관 내경 0.0427m, 총괄전열계수는 600W/m²·℃이다.)

8.7

18.7

28.6

38.7

해설

먼저 열교환량을 구하면, 벤젠 유량 2200kg/h는  $2200/3600 \approx 0.611\,\mathrm{kg/s}$ 이고, 비열 1884J/kg·℃, 온도 강하  $80-40=40$ ℃이므로  $Q = 0.611 \times 1884 \times 40 \approx 46{,}050\,\mathrm{W}$ 이다.
대향류이므로 양 끝단의 온도차는  $\Delta T_1 = 80-45=35$ ℃,  $\Delta T_2 = 40-30=10$ ℃이고, 대수평균온도차는  $\mathrm{LMTD} = \dfrac{35-10}{\ln(35/10)} \approx 19.96$ ℃이다.
전열면적은  $A = \dfrac{Q}{U \cdot \mathrm{LMTD}} = \dfrac{46050}{600 \times 19.96} \approx 3.85\,\mathrm{m^2}$ 이며, 관 길이는  $L = \dfrac{A}{\pi D} = \dfrac{3.85}{\pi \times 0.0427} \approx 28.6\,\mathrm{m}$ 로 계산된다.

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