化工原理自测题

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?（2）求加热蒸汽消耗量 应用式（4-4）

x00.1)?2500(1?)?1500kg/hx10.25

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

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/h2747.82747.8

单位蒸汽消耗量由式（4-5a）计算，则

D?1.21 W

原料液温度为115℃时

D2?1500?2701.3?20?3600?1500kg/h2747.8

单位蒸汽消耗量

D2?1.0W

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。 解：

'?t?T'?ΔA

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?0.785r'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?132.7℃

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?3kPa2

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

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/hxn0.45

（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/h21

7g/ h W21?203k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?224.42kPa

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 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?185k2g/h

D2?W2?2037kg/h

?T1?t1 T2?t2 T1?T1' A1?Q1D1r11852?2724.2??K1?t1K1(T?t1)2000?(151.7?130.2)?117.3 m2

A2?W2r2Q22037?2645.3??'K2?t2K2(T1?t2) 1200?(130.2?81.8)?92.8 m2

(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?'Q1K1A

?t2?'Q2K2A

将上式与式（4—34）比较可得

?t1?'A1?t1A?t'?t2?22A A=69.5

''且 ?t1??t2??t1??t2

经处理可得：

A?A1?t1?A2?t2?t1??t2''

?117.3?21.5?92.8?48.421.5?48.4?100.3 m2

''?t?25.1?t?44.8℃ 12则 ℃，

2）重新调整压降

''' ?t1?T?t1，则 t1?151.7?25.1?126.6℃

'kJ/kg 其对应的饱和压力p1=244.3kPa时,其r1?2718'

第五章 吸收

气液平衡

1．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×102kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m3。

－

试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。 解：

查得30℃，水的ps?4.2kPa

*p.3?4.2?97.1kPa A?p?ps?101

c?稀溶液：

?MS?1000?55.56kmol/m318

cA2.875?10?2x???5.17?10?4c55.56

p*97.15E?A??1.876?10kPa?4x5.17?10

cA2.875?10?2H?*??2.96?10?4kmol/(k?mP3a)97.1pA

E1.876?105m???1852p101.3

2．在压力为101.3kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大物质的量浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为

*pA?2000x。

解：混合气中氨的分压为

pA?yp?0.02?101.33?2.03kPa

与混合气体中氨相平衡的液相浓度为

x*?pA2000?2..3?1.02?10?32000

c*A?x*c?1.02?10?310003?0.0564kmol/m18

3．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分数）空气-CO2混合气与水充分接触，试求液相中CO2的物质的量浓度。 解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPa CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液

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