5-4、传热面积为52m2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg浓度为7%（质量）的某种水溶液。原料液的温度为95℃，常压下的沸点为103℃。完成液的浓度为45%（质量）。加热蒸汽表压力为196kPa。热损失为110000W。试估算蒸发器的总传热系数。（答：
?2?1936W?m?K）
解：查得196kPa时水蒸气饱和温度为132.9?C，
1atm时水蒸气的潜热为2258kJ?kg?1，
?1 W?F(1?x0x1)?2500(1?0.070.45)?2111kg?h，
?K?1 c?cw(1?x)?4.183(1?0.07)?3.894kJ?kg 由传热方程及热量衡算式得：
KA(t2?t1)?Fc(t1?t0)?Wr?Q损
K52(132.9?103)?25003600?1，
?3.894?10(103?95)?321113600?2258?103?110000解得：K?936W?m?2?K?1。
6.kPa5-5、已知25%（质量）的NaCl水溶液在101.3kPa压力下的沸点为107℃，在19绝对压力下的沸点为65.8℃。试利用杜林规则计算此溶液在49kPa绝对压力下的沸点。（答：87.48?C）
t?t?A?K，常压下水的沸点为100?C， 解：由A?tW?tW 查表得：19.6kPa下水的沸点为59.7?C，
49kPa下水的沸点为80.9?C，
65.8?10759.7?100?K?1.022，
tA?10780.9?100 解得：tA?87.48?C。
?K?1.022，
5-6、试计算浓度为30%（质量）的NaOH水溶液，在450mmHg（绝压）下由于溶液的蒸汽压降低所引起的温度差损失。 （答：19.5?C）
解：查表得：450mmHg下蒸气饱和温度为85.5?C，
30%NaOH溶液的沸点为105?C，
因溶液沸点升高引起的温度损失，即由蒸气压降低引起的温度损失， ???105?85.5?19.5?C。
5-7、某单效蒸发器的液面高度为2m，溶液的密度为1250kg?m?3。试通过计算比较在
下列操作条件下，因液层静压力所引起的温度差损失：⑴操作压力为常压；⑵操作压力为330mmHg（绝压）。 （答：2.8?C，5.9?C）
?gL解：液层pm?p?，
2 ⑴二次蒸气压力为常压时： pm?1.013?10?51250?9.8?22?1.136?10Pa，
5 常压下水的沸点为100?C，在pm压力下水的沸点为102.8?C， 因液层静压力引起的温度损失???tp?tp?102.8?100?2.8?C；
m ⑴二次蒸气压力为330mmHg时：
26
pm?330760?1.013?105?1250?9.8?22?5.625?10Pa，
4 330mmHg下水的沸点为78.4?C，在pm压力下水的沸点为84.3?C， 因液层静压力引起的温度损失????t?p?t?p?84.3?78.4?5.9?C。
m5-8、用单效蒸发器浓缩CaCl2水溶液，操作压力为101.3kN?m?2，已知蒸发器中CaCl2
溶液的浓度为40.83%（质量），其密度为1340kg?m?3。若蒸发时的液面高度为1m。试求此时溶液的沸点。 （答：122?C）
解：蒸发器中平均静压力差：
?gL1340?9.8?1 ?p???6572Pa，
22 常压下Tp?100?C，
p??1.013?105?6572?1.08?105Pa， Tp??102?C，???Tp??Tp?102?100?2?C，
查表得40.83êCl2溶液???20?C（1atm下）， ?t?100?2?20?122?C。
5-9、在单效蒸发器中，每小时将5000kg的NaOH水溶液从10%（质量）浓缩到30%（质量），原料液温度50℃。蒸发室的真空度为500mmHg，加热蒸汽的表压为39.23kPa。蒸发器的传热系数为2000W?m?2?K-1。热损失为加热蒸汽放热量的5%。不计液柱静压力引起的温度差损失。试求蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。当地大气压力为101.3kPa。（答：71.25m2，3960kg?h?1）
解：W?F(1?x0x1)?5000(1?0.10.3)?3333kg?h?1，
真空度500mmHg，绝对压力为760?500?260mmHg?34655Pa， 查表得：在34655Pa下水的沸点为70.5?C，
溶液的沸点为92?C，
溶液比热c?cw(1?x)?4.183(1?0.1)?3.77kJ?kg70.5?C时蒸气的焓为2621kJ?kg?1?1?K?1，
，
0.95Q?50003600?3.77?92?50??633333600?2624?347?
Q?2.451?10W，
在140.53kPa下饱和蒸气的温度为109.2?C，
32451?102?71.25m, 传热面积A?2000?109.2?92? 加热蒸气耗量D?2.451?10632234?105-10、用单效蒸发器处理NaNO3溶液。溶液浓度为5%（质量）浓缩到25%（质量）。蒸发室压力为300mmHg（绝压），加热蒸汽为39.2kPa（表压）。总传热系数为
2170W?m?2?1.10kg?s?1?3960kg?h?1。
?K，加料温度为40℃，原料液比热容为3.77kJ?kg?1?K?1，热损失为蒸发
2-1器传热量的5%。不计液柱静压力影响，求每小时得浓溶液2吨所需蒸发器的传热面积及加热蒸汽消耗量。（答：88.0m，9445kg?h）
解：蒸发室压力P?300mmHg?40kPa，
查表得：40kPa下水蒸气的饱和温度为75?C，r?2312kJ?kg?1?1，
27
25%NaNO3溶液在常压下沸点上升为3.46?C，
在140.5kPa下饱和蒸气的温度为109.2?C， 溶液的沸点t??75?3.46?78.46?C， 蒸发器的传热量Q??Fcp?t1?t2??Wr??0.95
Q?2000??3.77?78.46?40???10000?2000?2312?0.95 ?5?? ?2.11?107kJ?h?1?5.86?106W，
5.86?1062?25? 传热面积A?2170?109.2?78.46??88.0m
加热蒸气耗量D?2.11?1022347?9445kg?h?1。
5-11、在一单效蒸发器中与大气压下蒸发某种水溶液。原料液在沸点105℃下加入蒸发器中。若加热蒸汽压力为245kPa（绝压）时，蒸发器的生产能力为1200kg?h?1（以原料液计）。当加热蒸汽改为343.2kPa（绝压）时，试求其生产能力。假设总传热系数和完成液浓度均不变化，热损失可以忽略。（答：1860kg?h?1） 解：查表得：245kPa下蒸气饱和温度为126.25?C，
a137.9?C， 343.2kP下蒸气饱和温度为 由传热方程，列出下列比例式：
QaQb?KA(T?t)aKA(T?t)b?126.25?105137.9?105?0.646，
上式中，a——开始情况，b——蒸气压力变化后情况
?x0??Fa?1??x1????x0??Fb?1??x1??? 又
QaQb?WarWbr??FaFb?0.646，
?1 ?Fb?12000.646?1860kg?h。
28
第6章 蒸馏
6-1.苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压数据为 0苯的饱和蒸气压t/C 甲苯的饱和蒸??气压pB/kPa pA/kPa 80.2 101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4 233.05 101.33 根据上表数据作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t?y?x图及y?x图。此溶液服从拉乌尔定律。
解：xA?
t/C 0P?PB000PA?PB；yA?PAP0xA
xA yA 80.2 84.1 88.0 92.0 96.0 100 104 108 110.4 1.0 0.823 0.659 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0 1.0 0.925 0.83 0.72 0.596 0.453 0.304 0.123 0 1.0x(y)0.80.60.40.20.080859095100105110t/C0
29
1.00.8y0.60.40.20.00.00.20.40.60.81.0x6-2．利用习题6-1的数据 （1）计算相对挥发度?。（2）写出平衡方程式。 （3）算出y?x的一系列平衡数据与习题1作比较。 （答：（1） ??2.44， （2）y?解：⑴??PAPB00
2.44x1?1.44x）
，
0t/C ? 2.53 2.56 2.52 2.50 2.44 2.40 2.39 2.36 2.30 2xA yA 80.2 84.1 88.0 92.0 96.0 100 104 108 110.4 ?? ⑵y?1.0 0.823 0.659 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0 1 0.919 0.825 0.716 0.595 0.456 0.309 0.131 0 ?2.44
2.53?2.56?2.52?2.50?2.44?2.40?2.39?2.36?2.30
1????1?x1?1.44x ⑶由?计算所得的一系列y、x值与习题6-1之值很接近。
??x2.44x6-3．将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为
850kmol?h，流入精馏塔的回流液量为670kmol?h。试求：
（1）每小时能获得多少kmol的馏出液？多少kmol的釜液？ （2）回流比R?LD?1?1 为多少？
?1 (答：D?180kmol?h解：V?L?D，
， W?608.6kmol?h?1；R?3.72 )
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