传热、蒸发

△t1＝Ts－t1＝120.2－20＝100.2℃ △t2＝Ts－t2＝120.2－90＝30.2℃ 所以 ?tm??t1??t2100.2?30.2??58.4?C

ln(?t1/?t2)ln(100.2/30.2)3、计算传热系数K

已知αi＝65W/(m2·℃)，αo＝10000 W/(m2·℃)；根据题意，两侧污垢热阻及管壁热阻可忽略不计，则有

K?111?111?6510000?64.6W/(m2??C)

?i??o4、计算传热面积

要求换热器需具有的传热面积 S需＝Q126349??33.49m2 K?tm64.6?58.4换热器本身具有的传热面积（取内表面） S实＝nd内?l?151?38?2?2.5?3.14?3?46.94m2

1000S实/S需＝46.94/33.49＝1.40，能满足要求。

19、今欲用一单效蒸发器将浓度为11.6%的NaOH溶液浓缩至18.3%(皆为质量分率，下同)，已知每小时的处理量为10t，求所需要蒸发的水分量。

解 已知 F=10000kg/h； Xw1=0.116 Xw2=0.183

将以上数值代入下式，得 W=10000×(1－

20、设上题中溶液的沸点为337.2K，加热蒸汽的压强为0.2MPa，原料液的比热为3.7

0.116)=3660kg/h 0.183kJ/kg.K。设备的热损失按热负荷的5%计算，试分别计算原料液温度为293K、337.2K和367.2K时的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。

解 加热蒸汽量可根据(2-7)求得 D＝

F?c0?(t1?t0)?W?r?QL

R从例2-1中已知 F＝10000kg/h W＝3660kg/h 已知 c0＝3.7 kJ/kg.K t1＝337.2 K t0＝293 K QL＝0.05Q

从附录中查得加热蒸汽压强0.2Mpa时的汽化潜热R=2202.7 kJ/kg，温度为337. 2 K时二次蒸汽的汽化潜热r =2344.7 kJ/kg。将以上数值代入式(2-7)，得 (1) 原料液温度为293K时

10000?3.7?(337.2?293)?3660?2344.7D＝

0.95?2202.7 ＝ 4883 kg/h 单位蒸汽消耗量

D4883?＝1.33 W3660(2) 原料液温度为337.2K时 D＝

3660?2344.7＝ 4101kg/h

0.95?2202.7

D4101?＝1.12 W3660(3) 原料液温度为367.2K时

D＝

10000?3.7?(337.2?367.2)?3660?2344.7

0.95?2202.7＝3571 kg/h

D3571?＝0.98 W3660

21、今欲用一单效蒸发器将浓度为68%的硝酸氨水溶液浓缩至90%，每小时的处理量为10t。已知加热蒸汽的压强为689.5kPa，蒸发室内的压强为20.68 kPa，假设溶液的沸点为334K，沸点进料，蒸发器的传热系数为1200W/m2·K，热损失以5%考虑，试求蒸发器所需要的传热面积。

解 (1) 首先根据式 (2-2) 求出水分蒸发量 W＝F·(1－

XW1) XW2已知 F＝10000kg/h，

Xw1＝0.68

Xw2＝0.90

将以上各值代入上式，得

0.68) ＝2444kg/h W＝10000×(1－

0.90 (2) 根据式 (2-8) 求沸点进料下的蒸汽消耗量

W?r?QL D＝

R由题意 QL＝0.05DR 将其代入上式并整理得 D＝

W?r

(1?0.05)R从水蒸汽表上查得加热蒸汽压强为689.5 kPa时 R＝2069.4 kJ/kg T = 437.6 K 二次蒸汽压强为20.68 kPa时 r＝2356.7 kJ/kg t1＝334 K 将以上各值代入上式，得 D＝

2444?2356.7＝2929.8kg/h

0.95?2069.4(3) 由式(2-10)计算蒸发器的传热面积

S?QDR ?K(T?t1)K(T?t1)已知 K＝1200 W/m2·K

1032929.8?2069.4?3600＝13.54 m2

则 S＝

1200?(437.6?334)

22、浓度为18.32%的NaOH水溶液在50 kPa下沸腾，试求溶液沸点升高的数值。 解 由附录查得18.32%的水溶液在常压下的沸点为107 ℃，故： Δ常′ ＝107-100 ＝7℃

再由水蒸汽表查得50kPa时饱和蒸汽的温度(即纯水的沸点)T′＝81.2 ℃，汽化潜热为2304.5 kJ/kg，故校正系数为：

(81.2?273)T'2 f＝0.0162 ＝0.0162×＝0.882

r2304.52溶液的沸点升高为：

Δ＇＝f·Δ常′ ＝0.882×7＝6.17 ℃

23、若设上题中的溶液在沸腾状态下的密度为1200kg/m3，加热管内液面的高度为2.4m，试求由于液柱静压力引起的沸点升高。若取????＝1K，再求溶液的沸点t1。

解 (1) 先根据式(2-15)求出溶液的平均压力

P均＝P0 +

3

?gh 21200?9.81?2.4 ＝50×10＋＝64.13×103Pa

2从水蒸汽表上查得P均下水的沸点Tp均＝87.4℃ 从上例中已查得Tp0 ＝81.2℃ Δ″＝Tp均－Tp0

＝87.4－81.2＝6.2℃

(2) t1＝T＇+Δ＝T＇+Δ＇+ Δ″ + ???? 由例2-4已查得T＇＝81.2℃，已求得Δ＇＝6.17℃，故 t1＝81.2 +6.17 +6.2 +1＝94.57℃