化工原理第2版第六章蒸发习题答案.doc

四计算题1. 采用标准蒸发器将 10%的 NaOH 水溶液浓缩至 25%（质量分数）。蒸发室的操作压力为 50 kPa，试求操作条件下溶液的沸点升高及沸点。解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。 查得水的有关数据为压力 p /kPa温度 t /汽化热 r /(kJ kg-1)101.31005081.22304.5在 101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为 113.07 。常压下溶液的沸点升高为 a=（113.07100）=13.0750 kPa 时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。（1） 用杜林规则在杜林线图的横标 81.2 作垂直线交组成为 25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度为 93 ，此即 50kPa 下溶液的沸点 tA。D=（9381.2）=11.8 （2） 用式 6-17 经验公式估算30.0162 D = f D = (81.2 + 273)2 =11.5 a 2304.513.07则溶液的沸点升高为 11.8 ，50kPa 下的沸点为 93 。两种方法计算结果相差不大。2. 用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为 4.0%的番茄汁浓缩至 30%，加热管内液柱的深度为 2.0 m，冷凝器的操作压力为 8 kPa，溶液的平均密度为 1 160 kg/m3，常压下溶质存在引起的沸点升高Da =1 ，试求溶液的沸点 tB。解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为 41.3 ，水的汽化热为 2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸发室的温差损失D=1.5。溶质引起的沸点升高取常压下数据，即D =1。则溶液的沸点为Bt = 41.3 + D = 41.3 +1+1.5 + D = 43.8 + D D 的计算如下：p = p + rLgm2与 43.8 相对应的压力 p =9.25 kPa则p = 9.25 + 1160 2.0 9.81kPa=20.63 kPam1000 2与 pm 对应的溶液沸点为 60.7 ，即 tB=60.7 3. 在一连续操作的单效蒸发器中将 NaOH 水溶液从 10%浓缩至 45%（质量分数），原料液流量为 1 000 kg/h。蒸发室的操作绝对压力为 50 kPa（对应饱和温度为 81.2 ），加热室中溶液的平均沸点为 115 ，加热蒸汽压力为 0.3 MPa（133.3 ），蒸发器的热损失为12 kW。试求（1）水分蒸发量；（2）60 和 115 两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量。解：（1）水分蒸发量W = F (1- x0 ) = 1000 (1- 0.10)kg/h=777.8 kg/h1x0.45 （2） 加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用焓浓图计算。10%NaOH 水溶液 60 的焓 220 kJ/kg，115 的焓为 440 kJ/kg；45% NaOH 水溶液 115的焓 545kJ/kg；115水蒸汽的焓为 2702.5kJ/kg,0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg。60 加料时D = WH + (F -W )h1 - Fh0 + QLr= 777.8 2702.5 + (1000 - 777.8) 545 -1000 220 + 3600 12 kg/h=943.9 kg/h2168.1e = D = 943.9 = 1.214W777.8115 加料时D = 777.8 2702.5 + (1000 - 777.8) 545 - 1000 440 + 3600 12 kg/h=842.4kg/he = 842.4 = 1.083777.82168.1显然，随加料温度提高，D 及 e 值均下降。4. 在单效蒸发装置中，将 1/4 的二次蒸汽用来预热原料液。原料液的流量为 1 000kg/h，温度从 20 升到 70 ，其比热容 C0=3.96 kJ/(kg )。完成液的组成为 0.28（质量分数，下同）。已知溶液的沸点为 98 ，蒸发室内二次蒸汽温度为 91 ，加热蒸汽温度为125 。忽略蒸发装置的热损失。试求（1）传热的有效温差和温差损失；（2）原料液的组成 x0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性。解：（1）有效温差和温差损失Dtm = T - t1 = (125 - 98) =27 D = t1 - T = (98 - 91)=7（2）料液组成91 下蒸汽的冷凝热r = 2281.6 kJ/kgFC p 0 (t - t 0 ) = 1000 3.96 (70 - 20) kJ h = 1.98 105 kJ hW = 4 198000 kg/h=347.1 kg/h2281.6W = F (1 - x0 ) = 1000 (1 -x1x0 = 0.1828x00.28)kg/h = 347.1 kg/h（3） 加热蒸汽消耗量及其经济性98 和 125 的相变热分别为 2263.4kJ/kg 和 2191.8kJ/kgD = Wr + FCp0 (t1 - t) + QL = 347.1 2263.4 +10003.96(98- 70) kg/h= 409.0kg/hE = WDr= 347.1 = 0.8486409.02191.85. 在单效真空蒸发器中将牛奶从 15%浓缩至 50%（质量分数），原料液流量为 F=1500kg/h， 其平均比热容 C0=3.90 kJ/(kg )，进料温度为 30 。操作压力下，溶液的沸点为65 ，加热蒸汽压力为 105 Pa（表压）。当地大气压为 101.3 kPa。蒸发器的总传热系数 K0=1160 W/(m2)，其热损失为 8 kW。试求（1）产品的流量；（2）加热蒸汽消耗量；（3）蒸发器的传热面积。解：（1）产品流量W = F (1 - x0 ) = 1500 (1 - 0.15) kg/h=1050 kg/hx1L = F -W =0.50 - (1- x0 ) = 1500 15 kg/h=450 kg/hF 1x1 50 （2）65 下水的汽化热为 r =2343.4 kJ/kg201.3 kPa 下的蒸汽冷凝热 r=2204.5kJ/kg，T=120.3 忽略牛奶的稀释热，则D = Wr + FCp 0 (t1 - t0 ) + QL = 1050 2343.4 + 1500 3.90 (65 - 30) + 3600 8 kg/hr=1222 kg/h2204.5e = 1222 = 1.1641050(3)蒸发器的传热面积Q = 1500 3.90(65 - 30) +1050 2343.4kJ/h=2.665106kJ/h=740 kWDtm = T - tB = (120.3 - 65) =55.3 S0 = KQ0 Dtm= 740103 1160 55.3m2=11.54 m26. 在双效并流蒸发装置上浓缩盐的水溶液。已知条件为：第 1 效，浓缩液的组成为 x11（质量分数，下同）