항류 열교환기에서 온도 300K의 냉각수 30kg/s을 사용하여 더운 … | [화공기사 필기] 16년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 16년 2회차

항류 열교환기에서 온도 300K의 냉각수 30kg/s을 사용하여 더운 물 20kg/s을 370K에서 340K로 연속 냉각시키려고 한다. 총괄 전열계수를 2.5kW/m²ㆍK로 가정하였을 때 전열 면적은 약 몇 m²인가?

22.4

34.1

41.3

50.2

해설

더운 물의 열부하는  $Q=\dot m c_p \Delta T=20\times4.184\times(370-340)\approx2510\ \mathrm{kW}$ 이다.
같은 열량으로 냉각수 출구온도를 구하면  $300+\dfrac{2510}{30\times4.184}\approx320\ \mathrm{K}$ 이며, 향류이므로 양끝 온도차는  $\Delta T_1=370-320=50\ \mathrm{K}$ ,  $\Delta T_2=340-300=40\ \mathrm{K}$ 이다.
대수평균온도차  $\mathrm{LMTD}=\dfrac{50-40}{\ln(50/40)}\approx44.8\ \mathrm{K}$ 이고, 전열면적은  $A=\dfrac{Q}{U\cdot\mathrm{LMTD}}=\dfrac{2510}{2.5\times44.8}\approx22.4\ \mathrm{m^2}$ 이다.

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