化工原理第2版第六章蒸發(fā)習題答案【答案類別】

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1、 四．計算題 1. 采用標準蒸發(fā)器將 10%的 NaOH 水溶液濃縮至 25%（質(zhì)量分數(shù)）。蒸發(fā)室的操作壓力為 50 kPa，試求操作條件下溶液的沸點升高及沸點。 解：溶液的沸點升高及沸點均按完成液來計算。 查得水的有關(guān)數(shù)據(jù)為 壓力 p /kPa 溫度 t /℃ 汽化熱 r /(kJ ?kg-1) 101.3 100 50 81.2 2304.5 在 101.3 kPa 時，25%NaOH 溶液的沸點為 113.07 ℃。常壓下溶液的沸點升高為 Δ a=（113.07–100）℃=13.07℃ 50 kPa 時，溶液的沸點升高可用兩種方法計算。 （1） 用杜林規(guī)

2、則 在杜林線圖的橫標 81.2 ℃作垂直線交組成為 25%的杜林線，再由該點查得縱標的溫度為 93 ℃，此即 50kPa 下溶液的沸點 tA。 D￠=（93–81.2）℃=11.8 ℃ （2） 用式 6-17 經(jīng)驗公式估算 教資材料 0.0162 ′ ′ D￠ = f D = é (81.2 + 273)2 ù ℃=11.5 ℃ a ê? 2304.5 13.07ú? 則溶液的沸點升高為 11.8 ℃，50kPa 下的沸點為 93 ℃。兩種方法計算結(jié)果相差不大。 2. 用連續(xù)操作的真空蒸發(fā)器將固體質(zhì)量分數(shù)為 4.0%的番茄汁濃縮至 30%，加熱

3、管內(nèi)液柱的深度為 2.0 m，冷凝器的操作壓力為 8 kPa，溶液的平均密度為 1 160 kg/m3，常壓下溶 質(zhì)存在引起的沸點升高D￠a =1 ℃，試求溶液的沸點 tB。 解：8 kPa 壓力下對應二次蒸汽溫度為 41.3 ℃，水的汽化熱為 2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸發(fā)室的溫差損失D￠￠=1.5℃。溶質(zhì)引起的沸點升高取常壓下數(shù)據(jù)，即D￠ =1℃。則溶液的沸點為 B t = 41.3 + D = 41.3 +1+1.5 + D ￠ = 43.8 + D ￠ D￠ 的計算如下： p = p￠ + rLg m 2 與 43.8 ℃相對應的壓力 p￠ =9.25

4、 kPa 則 p = é9.25 + 1160′ 2.0′ 9.81ùkPa=20.63 kPa m ê? 1000′ 2 ú? 與 pm 對應的溶液沸點為 60.7 ℃，即 tB=60.7 ℃ 3. 在一連續(xù)操作的單效蒸發(fā)器中將 NaOH 水溶液從 10%濃縮至 45%（質(zhì)量分數(shù)），原料液流量為 1 000 kg/h。蒸發(fā)室的操作絕對壓力為 50 kPa（對應飽和溫度為 81.2 ℃），加熱 室中溶液的平均沸點為 115 ℃，加熱蒸汽壓力為 0.3 MPa（133.3 ℃），蒸發(fā)器的熱損失為 12 kW。試求（1）水分蒸發(fā)量；（2）60 ℃和 115 ℃兩個

5、加料溫度下加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗用量。 解：（1）水分蒸發(fā)量 W = F (1- x0 ) = é1000 ′(1- 0.10)ù ? kg/h=777.8 kg/h 1 x ê? 0.45 ú? （2） 加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗用量用焓濃圖計算。 10%NaOH 水溶液 60 ℃的焓 220 kJ/kg，115 ℃的焓為 440 kJ/kg； 45% NaOH 水溶液 115℃的焓 545kJ/kg；115℃水蒸汽的焓為 2702.5kJ/kg, 0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg。60 ℃加料時 D = WH ￠ + (F -

6、W )h1 - Fh0 + QL r = é 777.8 ′ 2702.5 + (1000 - 777.8) ′545 -1000 ′ 220 + 3600 ′12 ù kg/h=943.9 kg/h ê? 2168.1 ú? e = D = 943.9 = 1.214 W 777.8 115 ℃加料時 D = é 777.8 ′ 2702.5 + (1000 - 777.8) ′ 545 - 1000 ′ 440 + 3600 ′ 12 ù kg/h=842.4kg/h ê? e = 842.4 = 1.083 777.8 2168.1 ú?

7、顯然，隨加料溫度提高，D 及 e 值均下降。 4. 在單效蒸發(fā)裝置中，將 1/4 的二次蒸汽用來預熱原料液。原料液的流量為 1 000kg/h，溫度從 20 ℃升到 70 ℃，其比熱容 C0=3.96 kJ/(kg ?℃)。完成液的組成為 0.28（質(zhì)量分數(shù)，下同）。已知溶液的沸點為 98 ℃，蒸發(fā)室內(nèi)二次蒸汽溫度為 91 ℃，加熱蒸汽溫度為125 ℃。忽略蒸發(fā)裝置的熱損失。試求（1）傳熱的有效溫差和溫差損失；（2）原料液的組成 x0；（3）加熱蒸汽消耗量和經(jīng)濟性。 解：（1）有效溫差和溫差損失 Dtm = T - t1 = (125 - 98) ℃=27 ℃ D = t1

8、- T ￠ = (98 - 91)℃=7℃ （2）料液組成 91 ℃下蒸汽的冷凝熱r￠ = 2281.6 kJ/kg FC p 0 (t - t 0 ) = 1000 ′ 3.96 ′ (70 - 20) kJ h = 1.98 ′105 kJ h W = 4 ′198000 kg/h=347.1 kg/h 2281.6 W = F (1 - x0 ) = 1000 ′ (1 - x1 x0 = 0.1828 x0 0.28 )kg/h = 347.1 kg/h （3） 加熱蒸汽消耗量及其經(jīng)濟性 98 ℃和 125 ℃的相變熱分別為

9、 2263.4kJ/kg 和 2191.8kJ/kg D = Wr￠ + FCp0 (t1 - t) + QL = 347.1′ 2263.4 +1000′3.96′(98- 70) kg/h= 409.0kg/h E = W D r = 347.1 = 0.8486 409.0 2191.8 5. 在單效真空蒸發(fā)器中將牛奶從 15%濃縮至 50%（質(zhì)量分數(shù)），原料液流量為 F=1500 kg/h， 其平均比熱容 C0=3.90 kJ/(kg ?℃)，進料溫度為 30 ℃。操作壓力下，溶液的沸點為 65 ℃，加熱蒸汽壓力為 105 Pa（表壓）。當?shù)卮髿鈮簽?

10、101.3 kPa。蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù) K0=1 160 W/(m2?℃)，其熱損失為 8 kW。試求（1）產(chǎn)品的流量；（2）加熱蒸汽消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積。 解：（1）產(chǎn)品流量 W = F (1 - x0 ) = 1500 ′ (1 - 0.15) kg/h=1050 kg/h x1 L = F -W = 0.50 é - (1- x0 )ù = ?1500′ 15 ? kg/h=450 kg/h F ê1 ? ú ? x1 ? è ÷ 50 ? （2）65 ℃下水的汽化熱為 r￠ =2343.4 kJ/kg 2

11、01.3 kPa 下的蒸汽冷凝熱 r=2204.5kJ/kg，T=120.3 ℃ 忽略牛奶的稀釋熱，則 D = Wr + FCp 0 (t1 - t0 ) + QL = é1050 ′ 2343.4 + 1500 ′ 3.90 ′ (65 - 30) + 3600 ′ 8ù kg/h r ê? =1222 kg/h 2204.5 ú? e = 1222 = 1.164 1050 (3)蒸發(fā)器的傳熱面積 Q = [1500′ 3.90′(65 - 30) +1050′ 2343.4]kJ/h=2.665×106kJ/h=740 kW Dtm = T - tB = (1

12、20.3 - 65) ℃=55.3 ℃ S0 = K Q 0 Dtm = 740′103 1160 ′ 55.3 m2=11.54 m2 6. 在雙效并流蒸發(fā)裝置上濃縮鹽的水溶液。已知條件為：第 1 效，濃縮液的組成為 x1 1 （質(zhì)量分數(shù)，下同），流量為 L1=500 kg/h，溶液沸點為 105 ℃（即二次蒸汽溫度），該溫度下水的汽化熱r￠ =2 245.4 kJ/kg，物料平均比熱容 cp=3.52 kJ/(kg ?℃)；第 2 效，完成液組成為 2 32%，溶液沸點為 90 ℃，該溫度下水的汽化熱r￠ =2283.1 kJ/kg。忽略溶液的沸點升高、稀