化工原理习题解答(华南理工大学化工原理教研组.doc

第五章 蒸发 5-1、在单效蒸发器内，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。 解： 查附录：15kPa的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃ 所以沸点升高值为 Δ=f Δa=0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解 蒸发室压力为15kPa时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃ 因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃ 5-2、习题1中，若NaOH水溶液的液层高度为2m，操作条件下溶液的密度为 1230kg?m-3。计算因液柱引起的溶液沸点变化。 解： 液面下的平均压力 pm=24.65kPa时，查得水的饱和蒸气温度为：63℃ 所以液柱高度是沸点增加值为： Δ=63-53.5=9.5℃ 所以，由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了 Δ=9.5+9.5=19℃ 因此，操作条件下溶液的沸点为： t=53.5+19=72.5℃ 5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg?h-1，加热水蒸气的温度为120oC，其汽化热为2205kJ?kg-1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81oC，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9oC，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W?m-2k-1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W?m-2k-1。 求蒸发器的传热面积。 忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解： 热负荷 Q=2100×2205×103/3600=1.286×106W 溶液温度计t=81+9=90℃ 蒸汽温度T=120 ℃ ∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m2K ∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2 5-4、某效蒸发器每小时将1000kg的25%（质量百分数，下同）NaOH水溶液浓缩到50%。已知：加热蒸气温度为120oC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60oC，溶质和液柱引起的沸点升高值为45oC，蒸发器的总传热系数为1000 W?m-2k-1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJ?kg-1。 求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解： 蒸发水份量:qmW= qmF (1-x0/x1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量: ∵t1=t0 ∴ =0.139kg/s 传热面积: ∵Q=KS(T-t) 蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105℃ ∴ 5-5、将8%的NaOH水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg进料温度为21oC，蒸发器的传热系数为2349W?m-2k-1，蒸发器内的压强为55.6Kpa，加热蒸汽温度为110oC，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。 已知：8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88oC，88oC时水的汽化潜热为2298.6kJ?kg-1。 8%NaOH的比热容为3.85kJ?kg-1oC-1，110oC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ?kg-1。 解： qmw=4540(1－8/18)=2522kJ/h (t=T－t=109.2－88=21.2℃ 传热速率： Q=qmF Cpo(t1－t0)+r＇ =4540/3600×3.85×103×(8821)+2522/3600×2298.6×103=1936×103 W qmD =Q/r＇1936×103/(2234.4×103)=0.87kg/s=3130kg/h 5-6、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%（质量百分率，下同）的NaOH水溶液浓缩到40%，二次蒸气压强为40kPa，二次蒸气的饱和温度为75oC。已知在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80oC。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度升高的值。 10%及40%NaOH水溶液杜林线的斜率及截距如下： 浓度（%） 斜率 截距 10 40 1.02 1.11 4.5 3.4 解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算： t1＝３４+ ＝３４+×80 ＝１２２８℃ ＝＝℃ 5-7、双效并流蒸发系统的进料速率为1t?h-1，原液浓度为10%，第一效和第二效完成液浓度分别为15%和30%。两效溶液的沸点分别为108oC和95oC。当溶液从第一效进入第二效由于温