05 蒸发

第五章 蒸发
1. 在单效中央循环管蒸发器内,将10%(质量分数,下同)NaOH 水溶液浓缩到25%,分离室内绝对压强为15kPa,试求因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。

解:15a kP 压力下.饱和蒸汽的温度为53.5C .汽化热为2370/KJ kg
(1).由附录查得的数值求算
由于溶液在加热管内不断循环,管内溶液始终接近完成液组成,故以25 的组成计算沸点升高,常压下,25 NaOH 水溶液的沸点为113.1C ,故
'22
113.110013.10.0162(273)0.0162(53.5273)0.7292370
a C
T f r =-=⨯+⨯+=== 操作条件下的沸点升高值为'0.72913.19.55a f C ==⨯=
操作条件下的沸点9.5553.563.05t C =+=
(2).用杜林直线求算
根据53.5w t C = 及组成25 ,由教材图5-12查得
操作条件下溶液沸点为63C
6353.59.5C =-=
(3).利用经验公式计算
2210.14210.1420.25 1.0355
150.75 2.71150.750.25 2.710.258.744
m k x y x x =+=+⨯==-=⨯-⨯=
由于''''8.744 1.035553.564.1464.1453.510.64m A w A m w y t kt t y kt C C
=-∴=+=+⨯==-=
2. 上题的NaOH 水溶液在蒸发器加热管内的液层高度为1.6m,操作条件下溶液的密度约为l230kg/m 3。

试求因液柱静压强引起的沸点升高及溶液的沸点。

解:液层中部压强为312309.81 1.615102465324.6522
m a a gl
P P P kP ρ⨯⨯=+=⨯+≈
与24.65a kP 对应的蒸汽温度为63.1C ,故
'''''63.153.59.69.559.619.15C C =-==+=+=∑
沸点53.519.1572.65t C =+= 3. 前两题的溶液在传热面积为铀矿的蒸发器内,用绝对压强为120KPa 的饱和蒸汽加热。

原料液于40℃时进入蒸发器,测得总传热系数为1300W/(m 2·℃),热损失为总传热量的20%,冷凝水在蒸汽温度下排除,试求:
(1)加热蒸汽消耗量; (2)每小时能处理原料液的质量。

解:当 120a P kP =时,查得:104.5,2247/T C r KJ kg ==
当15a P kP =时,查得:'2594/H KJ kg =
当40,0.1t C x == 时,查得:145/h KJ kg =
当1172.65,0.25t C x == 时,查得:1280/h KJ kg =
(1).加热蒸汽消耗量D
m q KS t =
其中:223
40.1300/(),104.572.6531.8513004031.8516562001656200 1.20.8845/ 3.84/224710S m k W m C t C
Q W D kg s kg h ==⋅=-=∴=⨯⨯=⨯==⋅=⨯
(2).原料液的质量流量：
NaOH 水溶液蒸发时的稀释热不可忽略
'1()Wh F W h Fh D r
⎡⎤+--⎣⎦= 及1(1/)W F x x =- 将已知量代入上式即：
[]2594()2801453184 1.222470.1(1)0.25W F W F W F ⎧+-⨯-=⨯⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩
由以上二式，解得：3914/F kg h =
4．在单效蒸发器中,每小时将10000kg 的NaNO 3水溶液从5%浓缩到25%。

原料液温度为40℃。

分离室的真空度为60kPa,加热蒸汽表压为30kPa 。

蒸发器的总传热系数为2000W/(m 2·℃),热损失很小可以略去不计。

试求蒸发器的传热面积及加热蒸汽消超量。

设液柱静压强引起的温度差损失可以忽略。

当地大气压强为101.33kpa 。

解：
当加热蒸汽为101.3330131.33a P kP =+=时
查得：107.2;2240/T C r KJ kg =
当二次蒸汽'101.336041.33a P kP =-=时
查得：75.8,2311/T C r KJ kg =
（1）.加热面积S
10.05(1)10000(1)8000/0.25
x W F kg h x =-=⨯-= 由附录查得325NaNO 的水溶液的正常沸点为103.6C ,故:
'22
'22103.6100 3.60.0162(273)0.0162(75.82)0.8532311
0.853 3.6 3.0775.8 3.0778.9107.278.928.32000/()2/()
a a C
T f r f C t C
t T t C
k w m C KW m C =-=⨯+⨯+=====⨯==+==-=-==⋅=⋅
蒸发3NaNO 水溶液时,可以认为无稀热效应,所以: 因为20x < ,故:
..52
(1) 4.187(10.05) 3.98/()
8000231110000(78.9940) 3.98556620010/556698.3228.3
p p w C C x KJ kg C Q kw kj h Q S m k t =-=⨯-=⋅=⨯+⨯-⨯==⨯===⨯
(2).蒸汽消耗量:
5
200108929/2240
Q D kg h r ⨯=== 5. 临时需要将850kg/h 的某种水溶液从15%连续浓缩到35%。

现有一传热面积为10m 2的小型蒸发器可供使用。

原料液在沸点下加入蒸发器,估计在操作条件下溶液的各种温度差损失为18℃。

蒸发室的真空度为8OkPa 。

假设蒸发器的总传热系数为1000 W/(m 2·℃),热损失可以忽略,试求加热蒸汽压强。

当地大气压为100kPa 。

忽略溶液的稀释热效应。

〔答:p =143.3KPa 〕
解:二次蒸汽压强'1008020a P kP =-=时,
查得:'60.1,2355/T C r KJ kg =≈
沸点22160.11878.11000/()1/()(1/)850(10.15/0.35)486/t C
k W m C KW m C W F x x kg h
=+==⋅=⋅=⨯-=⨯-=
如果忽略溶液的稀释热效应,且沸点进料
则:'4862355/3600318/318()Q Wr KJ s KW
Q KS T t ==⨯===-
将已知量代入上式得:
318110(78.1)109.9T T C =⨯⨯-⇒=
此时的蒸汽压力为143.3a P kP =
6. 在双效并流蒸发设备中,每小时蒸发1000kg 的10%某种水溶液。

第一效完成液的组成为15%,第二效的为30%。

两效中溶液的沸点分别为108℃和95℃。

试求溶液自第一效进入第二效时因温度降低而自蒸发的水量及自蒸发量占第二效中总蒸发量的百分数。

解:本题流程如附图所示
1112120.1(1)1000(1)33.3/0.150.15()(1)(1000333.3)(1)333.4/0.3x W F kg h x x W F W kg h x ⎡⎤=-=⨯-=⎢⎥⎣⎦
⎡⎤=--
=-⨯-=⎢⎥⎣⎦ 自动蒸发水分量为:
1112'2()()p F W C t t W r --=自动
其中:1211111108,95,20.(1)
(1) 4.187(10.15) 3.56/))p pw p pw t C t C x C C x C C x kj kg C ==<=-=-=⨯-=⋅ 95C 时,'222270.9/1000333.3) 3.56(10895)13.59/2270.913.95100100 4.08333.4r KJ kg
W kg h W W =-⨯⨯-==⨯=⨯= 自动自动（。