2021年化工原理第2版第六章蒸发习题答案.doc

四．运算题1. 采纳标准蒸发器将 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上升及沸点；解：溶液的沸点上升及沸点均按完成液来运算； 查得水的有关数据为压力 p /kPa 温度 t /℃ 汽化热 r /〔kJ ∙kg-1〕101.3 10050 81.2 2304.5在 101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为 113.07 ℃；常压下溶液的沸点上升为Δ a=（113.07–100）℃=13.07℃50 kPa 时，溶液的沸点上升可用两种方法运算；（1） 用杜林规章在杜林线图的横标 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=（93–81.2）℃=11.8 ℃（2） 用式 6-17 体会公式估算精品.0.0162 D = f D = 〔81.2 + 273〕2 ℃=11.5 ℃精品.a 2304.513.07精品.就溶液的沸点上升为 11.8 ℃，50kPa 下的沸点为 93 ℃；两种方法运算结果相差不大；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上升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缺失D=1.5℃；溶质引起的沸点上升取常压下数据，即D =1℃；就溶液的沸点为Bt = 41.3 + D = 41.3 +1+1.5 + D = 43.8 + D D 的运算如下：p = p + rLgm 2精品.与 43.8 ℃相对应的压力 p =9.25 kPa就 p = 9.25 + 1160 2.0 9.81kPa=20.63 kPa精品.m 1000 2 精品.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；蒸发室的操作肯定压力为 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 ℃），蒸发器的热缺失为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）水分蒸发量精品.W = F 〔1- x0 〕 = 1000 〔1- 0.10〕kg/h=777.8 kg/h精品.1x 0.45 精品.（2） 加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用焓浓图运算；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精品.= 777.8 2702.5 + 〔1000 - 777.8〕 545 -1000 220 + 3600 12 kg/h=943.9 kg/h精品. 2168.1 e = D = 943.9 = 1.214W 777.8115 ℃加料时D = 777.8 2702.5 + 〔1000 - 777.8〕 545 - 1000 440 + 3600 12 kg/h=842.4kg/h精品.e = 842.4 = 1.083777.82168.1 精品.明显，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 ℃；忽视蒸发装置的热缺失；试求（1）传热的有效温差和温差缺失；（2）原料液的组成 x0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性；解：（1）有效温差和温差缺失精品.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 h精品.W = 4 198000 kg/h=347.1 kg/h2281.6精品.W = F 〔1 - x0 〕 = 1000 〔1 -x1x0 = 0.1828x00.28〕kg/h = 347.1 kg/h精品.（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/h精品.E = WDr= 347.1 = 0.8486409.02191.8精品.5. 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∙℃〕，其热缺失为 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/h精品.x1L = F -W =0.50 - 〔1- x0 〕 = 1500 15 kg/h=450 kg/h 精品.F 1 x1 50 精品.（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 ℃ 忽视牛奶的稀释热，就D = Wr + FCp 0 〔t1 - t0 〕 + QL = 1050 2343.4 + 1500 3.90 〔65 - 30〕 + 3600 8 kg/h精品.r =1222 kg/h2204.5 精品.e = 1222 = 1.1641050〔3〕蒸发器的传热面积Q = [1500 3.90〔65 - 30〕 +1050 2343.4]kJ/h=2.665106kJ/h=740 kWDtm = T - tB = (120.3 - 65) ℃=55.3 ℃精品.S0 = KQ0 Dtm= 740103 1160 55.3m2=11.54 m2精品.6. 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），流量为 L1=500 kg/h，溶液沸点为 105 ℃（即二次蒸汽温度），该温度下水的汽化热r =2 245.4 kJ/kg，物料平均比热容 cp=3.52 kJ/〔kg ∙℃〕；第 2 效，完成液组成为2如有侵权请联系告知删除，感谢你们的协作！32%，溶液沸点为 90 ℃，该温度下水的汽化热r =2283.1 kJ/kg；忽视溶液的沸点上升、稀精品。