化工原理第2版第六章蒸发习题答案答案类别

1、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

2、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 经验公式估算教资材料0.0162 ´´d¢ = f d = é(81.2 + 273)2ù =11.5 a êë2304.513.07úû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

3、度为 1 160 kg/m3，常压下溶质存在引起的沸点升高d¢a =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 = é9.25

4、+ 1160´ 2.0´ 9.81ùkpa=20.63 kpamêë1000´ 2úû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

5、消耗量及单位蒸汽耗用量。解：（1）水分蒸发量w = f (1- x0 ) = é1000 ´(1- 0.10)ùkg/h=777.8 kg/h1xêë0.45 úû（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 - fh

6、0 + qlr= é 777.8 ´ 2702.5 + (1000 - 777.8) ´545 -1000 ´ 220 + 3600 ´12 ùkg/h=943.9 kg/hêë2168.1úûe = d = 943.9 = 1.214w777.8115 加料时d = é 777.8 ´ 2702.5 + (1000 - 777.8) ´ 545 - 1000 ´ 440 + 3600 ´ 12 ù kg/h=842.4kg/h

7、4;ëe = 842.4 = 1.083777.82168.1úû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 - t

8、1 = (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

9、 125 的相变热分别为 2263.4kj/kg 和 2191.8kj/kgd = wr¢ + fcp0 (t1 - t) + ql = 347.1´ 2263.4 +1000´3.96´(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

10、 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 =0.50é - (1- x0 )ù = æ1500´ 15 ö kg/h=450 kg/hf ê1ëúçx1 ûè÷50 ø（2）65 下水的汽化热为 r&

11、#162; =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 = é1050 ´ 2343.4 + 1500 ´ 3.90 ´ (65 - 30) + 3600 ´ 8ù kg/hrêë=1222 kg/h2204.5úûe = 1222 = 1.1641050(3)蒸发器的传热面积q = 1500´ 3.90´(65 - 30) +1050´ 2343.4kj/h=2.665×106kj/h=740 kwdtm = t - tb = (120.3 - 65) =55.3 s0 = kq0 dtm= 740´103 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