化工原理习题解答(华南理工大学化工原理教研组

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1、第五章蒸发5-1、在单效蒸发器内,将10%NaOH水溶液浓缩到25%,分离室绝对压强为15kPa,求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。解:查附录:15kPa的饱和蒸气压为53.5℃,汽化热为2370kJ/kg(1)查附录5,常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃所以,Δa=113-100=13℃所以沸点升高值为Δ=fΔa=0.729×13=9.5℃操作条件下的沸点:t=9.5+53.5=63℃(2)用杜林直线求解蒸发室压力为15kPa时,纯水的饱和温度为53.5℃,由该值和浓度25%查图5-7,此条件下溶液的沸点为65℃因此,用杜林直线计算溶液沸点升高值为Δ=63

2、-53.5=9.5℃5-2、习题1中,若NaOH水溶液的液层高度为2m,操作条件下溶液的密度为1230kg•m-3。计算因液柱引起的溶液沸点变化。解:液面下的平均压力pm=24.65kPa时,查得水的饱和蒸气温度为:63℃所以液柱高度是沸点增加值为:Δ=63-53.5=9.5℃所以,由于浓度变化和液柱高度变化使得溶液的沸点提高了Δ=9.5+9.5=19℃因此,操作条件下溶液的沸点为:t=53.5+19=72.5℃5-3、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液,加热蒸气的用量为2100kg•h-1,加热水蒸气的温度为120ºC,其汽化热为2205kJ•kg-1。已知蒸

3、发器内二次蒸气温度为81ºC,由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC,饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W•m-2k-1,沸腾溶液的传热膜系数为3500W•m-2k-1。求蒸发器的传热面积。忽略换热器管壁和污垢层热阻,蒸发器的热损失忽略不计。解:热负荷Q=2100×2205×103/3600=1.286×106W溶液温度计t=81+9=90℃蒸汽温度T=120℃∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500∴K=2435W/m2K∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6m25-4、某效蒸发器每小时将1000k

4、g的25%(质量百分数,下同)NaOH水溶液浓缩到50%。已知:加热蒸气温度为120ºC,进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC,溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC,蒸发器的总传热系数为1000W•m-2k-1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器,蒸发器的热损失和稀释热可以忽略,认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等,均为2205kJ•kg-1。求:蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。解:蒸发水份量:qmW=qmF(1-x0/x1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s加热蒸汽消耗量:∵t1=t0∴=0.139kg/s传热面积:∵Q=KS(T-t)蒸

5、发器中溶液的沸点温度:t=60+45=105℃∴5-5、将8%的NaOH水溶液浓缩到18%,进料量为4540kg进料温度为21ºC,蒸发器的传热系数为2349W•m-2k-1,蒸发器内的压强为55.6Kpa,加热蒸汽温度为110ºC,求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。已知:8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88ºC,88ºC时水的汽化潜热为2298.6kJ•kg-1。8%NaOH的比热容为3.85kJ•kg-1oC-1,110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ•kg-1。解:qmw=4540(1-8/18)=2522kJ/hrt=T-t=109.2-

6、88=21.2℃传热速率:Q=qmFCpo(t1-t0)+qmwr'=4540/3600×3.85×103×(88-21)+2522/3600×2298.6×103=1936×103WqmD=Q/r'=1936×103/(2234.4×103)=0.87kg/s=3130kg/h5-6、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%(质量百分率,下同)的NaOH水溶液浓缩到40%,二次蒸气压强为40kPa,二次蒸气的饱和温度为75ºC。已知在操作压强下蒸发纯水时,其沸点为80ºC。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度升高的值。10%及40%NaOH水溶液杜林线的斜率及截

7、距如下:浓度(%)斜率截距10401.021.114.53.4解:溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算:t1=34+1.11t=34+1.11×80=122.8℃由溶液静压强引起的温度差损失:=80-75=5℃5-7、双效并流蒸发系统的进料速率为1t•h-1,原液浓度为10%,第一效和第二效完成液浓度分别为15%和30%。两效溶液的沸点分别为108ºC和95ºC。当溶液从第一效进入第二效由于温度降产生自蒸发,求自蒸发量和自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数。解:两效并流蒸发的流程见图qw1qw2x1=0.15qmF=1000kg/hx0=0.195˚C10

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