第四章 蒸发

1、用一单效蒸发器将2500kg/h的NaOH水溶液由10%浓缩到25%（均为质量百分数），已知加热蒸气压力为450kPa，蒸发室内压力为101.3kPa,溶液的沸点为115℃，比热容为3.9kJ/(kg·℃)，热损失为20kW。试计算以下两种情况下所需加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。 （１）进料温度为25℃；（2）沸点进料。 解：

（1） 求水蒸发量W 应用式（4-1）

W?F(1?x00.1)?2500(1?)?1500kg/h x10.25（2）求加热蒸汽消耗量 应用式（4-4）

D?FC0(t1?t0)?Wr'?QL

r由书附录查得450kPa和115℃下饱和蒸汽的汽化潜热为2747.8和2701.3kJ/kg 则进料温度为25℃时的蒸汽消耗量为：

2500?(115?25)?1500?2701.3?20?36008.78?105?4.05?106?7.2?104D???1820kg/h

2747.82747.8单位蒸汽消耗量由式（4-5a）计算，则

DW?1.21

原料液温度为115℃时

D2?1500?2701.3?20?3600?1500kg/h

2747.8单位蒸汽消耗量

D2?1.0 W 由以上计算结果可知，原料液的温度愈高，蒸发1 kg水所消耗的加热蒸汽量愈少。

2、试计算30%（质量百分数）的NaOH水溶液在60 kPa（绝）压力下的沸点。

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解：

?tA?T'?Δ

T查 蒸汽在600kPa下的饱和温度为85.6℃，汽化潜热为2652kJ/kg

‘

'Δ'由式（4-9） Δ'?fΔ'常可求

其中 f由式（4-10）求得，即

(T'?273)2(85.6?273) f?0.0162?0.0162?0.785

r'2652.1 查附录 Δ'常为160℃ 则 Δ'常=160-100=60℃ ?Δ?60?0.785?47.1℃ 即 tA?85.6?47.1?13.27℃

3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCl2水溶液，已知完成液浓度为35.7％（质分数），密度为1300kg/m3，若液面平均深度为1.8m，加热室用0.2MPa（表压）饱和蒸汽加热，求传热的有效温差。 解：

确定溶液的沸点t1 (1)计算Δ

查附录 p=101.3kPa, T=100℃,r’=2677.2 kJ/kg

‘

''查附录 常压下35%的CaCl2水溶液的沸点近似为tA?115℃ ?Δ?115?100?15℃ (2)计算Δ pav?p?''

'?av?g?h2?101.3?103?1300?9.81?1.8?1.128?3kPa

2查附录 当pav=1.128?103kPa时,对应的饱和蒸汽温度 Tpav=102.7℃ ?Δ?102.7?100?2.7℃ (3)取Δ?1℃ (4)溶液的沸点

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''''' t1?T'?Δ'?Δ''?Δ'''?100?15?2.7?1?118.7℃ 则传热的有效温度差?t为：

0.4MkPa（表压）饱和蒸汽的饱和蒸汽温度 T=133.4℃

?t?T?t1?133.4?118.7?14.7℃

４、用一双效并流蒸发器将10%（质量％，下同）的NaOH水溶液浓缩到45%，已知原料液量为5000kg/h，沸点进料，原料液的比热容为3.76kJ/kg。加热蒸汽用蒸气压力为500 kPa（绝），冷凝器压力为51.3kPa，各效传热面积相等，已知一、二效传热系数分别为K1=2000 W/(m2·K)，K２=1200 W/(m2·K)，若不考虑各种温度差损失和热量损失，且无额外蒸汽引出，试求每效的传热面积。 解：

（1）总蒸发量由式（4-24）求得 W?F(1?x00.1)?5000(1?)?3889kg/h xn0.45（2）设各效蒸发量的初值，当两效并流操作时 W1:W2?1:1.1

又 W?W1?W2 W1?3889 ?185k2g/h21kg/h W21?2037

再由式（4-25）求得 x1?Fx05000?0.1??0.159

(F?W1)1852 x2?0.45

（3）假定各效压力，求各效溶液沸点。按各效等压降原则，即 各效的压差为： ?p?500?51.3?224.4kPa 2故 p1=500-224.4=275.6 kPa p3=51.3kPa

查第一效p1=275.6 kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度 T1=130.2℃，其r1=2724.2 kJ/kg 查第二效p2=51.3 kPa下饱和水蒸气的饱和蒸汽温度 T2=81.8℃，其r2=2645.3 kJ/kg

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查加热蒸汽p=500kPa下, 饱和温度T=151.7℃,r=2752.8 kJ/kg （4）求各效的传热面积，由式（4-33）得

因不考虑各种温度差损失和热损失，且无额外蒸汽引出，故加热蒸汽消耗 D1?W1?1852kg/h

D2?W2?2037kg/h

?T1?t1 T2?t2 T1?T1' A1?Q1D1r11852?2724.22

???117.3 mK1?t1K1(T?t1)2000?(151.7?130.2)W2r2Q22037?2645.32

? m ??92.8K2?t2K2(T1'?t2)1200?(130.2?81.8)A2?(5) 校核第1次计算结果，由于A1≠A2 ，重新计算。 1）A1=A2=A

调整后的各效推动力为：

?t1?'Q1 K1AQ2 K2A?t2?'将上式与式（4—34）比较可得

?t1?'A1?t1A?t' ?t2?22=69.5 AA且 ?t1'??t2'??t1??t2 经处理可得：

A?A1?t1?A2?t2?t1??t2'' ?117.3?21.5?92.8?48.42

?100.3 m

21.5?48.4则 ?t1'?25.1℃，?t2'?44.8℃ 2）重新调整压降

'?151.7?25.1?126.6℃ ?t1'?T?t1'，则 t1其对应的饱和压力p1'=244.3kPa时,其r1?2718kJ/kg

' 32