化工原理習(xí)題解答(華南理工大學(xué)化工原理教研組(已修改)
2025-06-21 23:27 本頁(yè)面
【正文】 第五章 蒸發(fā)5在單效蒸發(fā)器內(nèi)，將10%NaOH水溶液濃縮到25%，分離室絕對(duì)壓強(qiáng)為15kPa，求溶液的沸點(diǎn)和溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)升高值。解：查附錄：℃，汽化熱為2370kJ/kg(1)查附錄5，常壓下25%NaOH溶液的沸點(diǎn)為113℃所以，Δa= 113100=13℃所以沸點(diǎn)升高值為Δ=f Δa=13=℃操作條件下的沸點(diǎn)：t=+=63℃(2)用杜林直線求解蒸發(fā)室壓力為15kPa時(shí)，℃，由該值和濃度25%查圖57，此條件下溶液的沸點(diǎn)為65℃因此，用杜林直線計(jì)算溶液沸點(diǎn)升高值為Δ==℃5習(xí)題1中，若NaOH水溶液的液層高度為2m，操作條件下溶液的密度為1230kg?m3。計(jì)算因液柱引起的溶液沸點(diǎn)變化。解：液面下的平均壓力pm=，查得水的飽和蒸氣溫度為：63℃所以液柱高度是沸點(diǎn)增加值為：Δ==℃所以，由于濃度變化和液柱高度變化使得溶液的沸點(diǎn)提高了Δ=+=19℃因此，操作條件下溶液的沸點(diǎn)為：t=+19=℃5在單效蒸發(fā)器中用飽和水蒸氣加熱濃縮溶液，加熱蒸氣的用量為2100kg?h1，加熱水蒸氣的溫度為120186。C，其汽化熱為2205kJ?kg1。已知蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸氣溫度為81186。C，由于溶質(zhì)和液柱引起的沸點(diǎn)升高值為9186。C，飽和蒸氣冷凝的傳熱膜系數(shù)為8000W?m2k1，沸騰溶液的傳熱膜系數(shù)為3500 W?m2k1。求蒸發(fā)器的傳熱面積。 忽略換熱器管壁和污垢層熱阻，蒸發(fā)器的熱損失忽略不計(jì)。解：熱負(fù)荷 Q=21002205103/3600=106W溶液溫度計(jì)t=81+9=90℃蒸汽溫度T=120 ℃∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500∴K=2435W/m2K∴S=Q/[K(Tt)]=106/[2435(12090)]= m2 5某效蒸發(fā)器每小時(shí)將1000kg的25%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）NaOH水溶液濃縮到50%。已知：加熱蒸氣溫度為120186。C，進(jìn)入冷凝器的二次蒸氣溫度為60186。C，溶質(zhì)和液柱引起的沸點(diǎn)升高值為45186。C，蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000 W?m2k1。溶液被預(yù)熱到沸點(diǎn)后進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的熱損失和稀釋熱可以忽略，認(rèn)為加熱蒸氣與二次蒸氣的汽化潛熱相等，均為2205kJ?kg1。求：蒸發(fā)器的傳熱面積和加熱蒸氣消耗量。解：蒸發(fā)水份量:qmW= qmF (1x0/x1)=1000(125/50)=500Kg/h=加熱蒸汽消耗量: ∵t1=t0 ∴ =傳熱面積: ∵Q=KS(Tt) 蒸發(fā)器中溶液的沸點(diǎn)溫度：t=60+45=105℃∴ 5將8%的NaOH水溶液濃縮到18%，進(jìn)料量為4540 kg進(jìn)料溫度為21186。C，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為2349W?m2k1，加熱蒸汽溫度為110186。C，求理論上需要加熱蒸氣量和蒸發(fā)器的傳熱面積。已知：8%，?kg1。8%?kg1oC1，?kg1。解：qmw=4540(1－8/18)=2522kJ/hrt=T－t=－88=℃?zhèn)鳠崴俾剩篞=qmF Cpo(t1－t0)+qmwr＇=4540/3600103(88－21)+2522/3600103=1936103 WqmD =Q/r＇=1936103/(103)=5在一中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)將濃度為10%（質(zhì)量百分率，下同）的NaOH水溶液濃縮到40%，二次蒸氣壓強(qiáng)為40kPa，二次蒸氣的飽和溫度為75186。C。已知在操作壓強(qiáng)下蒸發(fā)純水時(shí)，其沸點(diǎn)為80186。C。求溶液的沸點(diǎn)和由于溶液的靜壓強(qiáng)引起的溫度升高的值。10%及40%NaOH水溶液杜林線的斜率及截距如下：濃度（%）斜率截距1040解：溶液沸點(diǎn)用40%NaOH水溶液杜林線的數(shù)據(jù)計(jì)算：t1＝３４+＝３４+80＝℃由溶液靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失：＝8075＝5℃5雙效并流蒸發(fā)系統(tǒng)的進(jìn)料速率為1t?h1，原液濃度為10%，第一效和第二效完成液濃度分別為15%和30%。兩效溶液的沸點(diǎn)分別為108186。C和95186。C。當(dāng)溶液從第一效進(jìn)入第二效由于溫度降產(chǎn)生自蒸發(fā)，求自蒸發(fā)量和自蒸發(fā)量占第二效總蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)。解：兩效并流蒸發(fā)的流程見(jiàn)圖qw1qw2x1=qmF=1000kg/hx0=95?C108?Cx2=自蒸發(fā)水分量為:其中 t1=108?C， t2=95?C，x120%，近似地 cp1=cpw（1x1）=()=(kg?C)95?C時(shí) r?2=所以自蒸發(fā)量為自蒸發(fā)量占第二效總蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)為5在三效蒸發(fā)系統(tǒng)中將某水溶液從5%連續(xù)濃縮到40%。進(jìn)料溫度為90186。C。用120186。C的飽和水蒸氣加熱。末效二次蒸氣的溫度為40186。C。各效的傳熱面積均為140m2。各效的總傳熱系數(shù)分別為： K1=2950W?m2?186。C1, K2=2670W?m2?186。C1 , K1=2900W?m2?186。C1。若忽略溶液中溶質(zhì)和液柱高度引起的沸點(diǎn)升高和蒸發(fā)器的熱損失。求：原料液的流量和加熱蒸氣消耗量。解：（1）初步估算各效的溫差設(shè)Δt1=19?CΔt2=21?CΔt3=40?C因?yàn)楹雎愿鞣N溫差損失，故各效的加熱蒸汽溫度及沸點(diǎn)為T(mén)1=120?C r1=2205kJ/kgT2= t1= T1Δt1=12019=101?C r2=r?1 =2257kJ/kgT3= t2= T2Δt2=10121=80?C r3=r?2 =2307kJ/kgTK= t3= 40?C r?3 =2401kJ/kg(2)總蒸發(fā)量 (3)估算各效蒸發(fā)量及料液量因?yàn)楦餍芤旱谋葻崛劬嗤?，? （a） (b) (c)代入已知值解得： （d） (e) (f) (g) (h)因此，可解出qmF = 43180kg/hqmw1 = 11634kg/hqmw2 = 13454kg/hqmw3 = 12740kg/h(4)驗(yàn)算Δt?C?C?C?C各效溫差與初估溫差相差較大，應(yīng)重新分配（a）分配Δt取Δt1=20?CΔt2=20?CΔt3=40?C （b）估算各效沸點(diǎn)及相應(yīng)的汽化熱T2= t1= T1Δt1=12020=100?C r2=r?1 =2258kJ/kgT3= t2= T2Δt2=10020=80?C r3=r?2 =TK= 40?C r?3 =2401kJ/kg(c) 計(jì)算總蒸發(fā)量按式（a）、（b）及式（c）計(jì)算各效蒸發(fā)量代入已知值解得： 因此，可解出qmw1 = 12363kg/hqmw2 = 12780kg/hqmw3 = 12583kg/
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