(80.9?273)2???0.0162??7?6.16℃

2305 该溶液沸点为:

tA = T'1 + △' = 80.9 + 6.16 = 87.1℃

例2. 在单效蒸发中，每小时将2000kg的某种水溶液从10％连续浓缩到30％（均为质

量％）。蒸发操作的平均压强为3.92×104Pa，相应的溶液沸点为80℃。加热蒸汽绝压为1.96×105Pa。原料液的比热容为3.77kJ·(kg·℃)， 蒸发器的热损失为12000W。假设溶液的稀释热可以忽略，试求：（1）蒸发量；（2）原料液温度分别为30℃、80℃和120℃时的加热蒸汽消耗量D，并比较它们的经济性。

解：（1）求蒸发量W

因进料量F＝2000kg·h-1， 原料液和完成液中溶质含量分别为x0 = 0.1, x1 = 0.3, 则

-1

W?F(1?

x00.1)?2000?(1?)?1333kg?h?1x10.3

（2）求加热蒸汽消耗量D

∵溶液稀释热可以忽略， ∴可用下式求：

D?FCp,0(t1?t0)?Wr?QLr

-1

已知溶液沸点t1=80℃，溶液温度t0=30℃，CP,0=3.77kJ·(kg·℃), F=2000kg·h-1, Ql=12000W; 查压强为3.92×104Pa、1.96×105Pa时饱和蒸汽的汽化潜热分别为r'=2308kJ·kg-1, r=2205kJ·kg-1。

30℃时蒸汽的消耗量为：

-1

=1586kg·h

单位蒸汽消耗量为

D?2000?3.77?(80?30)?1333?2308?12000?3600/10002205

e?D1586??1.19W1333

80℃时蒸汽消耗量为：

D?2000?3.77?(80?80)?1333?2308?12000?3600/10002205

-1

=1418kg·h

e?D1418??1.06W1333

120℃时：

D?2000?3.77?(80?120)?1333?2308?1200?03600/10002205

-1

= 1278 kg·h

e?D1278??0.96W1333

可见，原料液的温度愈高，蒸发1kg水分所消耗的加热蒸汽量愈少。

习 题

1. 用一单效蒸发器将2000kg·h-1的NaOH水溶液由0.15(质量%，下同)浓缩至0.25。已知加热蒸汽压力为392kPa(绝压)，蒸发室内操作压力为101.3kPa，溶液的平均沸点为113℃，试计算两种进料情况下所需的加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量D·W-1。

（1）进料温度为20℃； （2）沸点进料。

2. 完成液浓度为30％（质量）NaOH水溶液，在压强为60kPa（绝压）的蒸发室内进行单效蒸发操作。器内溶液的深度为2m，溶液密度为1280kg·m-3。加热室用0.1MPa（表压）的饱和蒸汽加热，求传热的有效温度差。

3. 已知质量分数为0.25的NaCl水溶液在101.3kPa（绝压）下的沸点为107℃，在19.6kPa（绝压）下的沸点为65.8℃，试用杜林规则计算在49kPa下的沸点。

4. 单效蒸发器中，每小时将104kg的20％NaOH水溶液浓缩到50％。原料液温度为40℃。加热蒸汽绝压为230KPa。蒸发器总传热系数为1400w·m-2·K-1，热损失可以忽略。设因溶液静压强引起的温度差损失也可忽略。当地大气压为101.35KPa。试求蒸发量，加热蒸汽的消耗量及蒸发器的传热面积。

5. 在一套三效蒸发器内将2000kg·h-1的某种料液由浓度10％(质量,下同)浓缩至40％。设第二效蒸出的水量比第一效多15％，第三效蒸出水量比第一效多30％，求总蒸发量及各效溶液的浓度。

6. 传热面积为52m2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500kg的7％的某种水溶液，其沸点为103℃，完成液的浓度为45％。加热蒸汽压强为200kPa（表压）。蒸发器的热损失为110000W。试估计该蒸发器的总传热系数。假设溶液的稀释热可忽略。

7. 浓度为2.0%（质量）的盐溶液。在28℃下连续进入一单效蒸发器中被浓缩至3.0%。蒸发器的传热面为69.7m2，加热蒸汽为110℃饱和水蒸汽。加料量为4500kg·h-1，料液的比热为4100J·kg-1·K-1。因是稀溶液，沸点升高可以忽略，操作在0.1mPa下进行。

（1）计算蒸发的水量及蒸发器的传热系数。

（2）在上述蒸发器中，将加料量提高至6800kg·h-1，其它操作条件（加热蒸汽及进料温度、进料浓度、操作压强不变时，可将溶液浓缩至多少浓度？

8. 临时需要将850kg·h_1的某种水溶液以15％连续浓缩到35％。现有一传热面积为10m2

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80KPa。假设蒸发器的总传热系数为1000w·m-2·K-1，热损失可以忽略。试求加热蒸汽压强。当地大气压为100KPa。

9. 在双效并流蒸发设备中，每小时蒸发1000kg的10％某种水溶液。第一效的完成液浓度为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总蒸发量的百分数。

10. 一并流操作的三效蒸发器用以浓缩水溶液，加热蒸汽为121℃饱和水蒸汽。末效蒸发室的操作压强为26.1KPa（绝压）。原料预热至沸点加入第一效内，料液的浓度很低，沸点升高可不计。各效蒸发器的传热系数分别为K1=2840w·m-2·K-1；K2=1990w·m-2·K-1；K3=1420w·m-2·K-1。各效传热面积相等，试作某些简化假定以估计各效溶液的沸点。

11. 欲设计一个三效并流蒸发系统，以将某种水溶液从10％浓缩到50％。进料量为22700kg·h-1，温度为40℃。加热蒸汽温度为121℃。末效的二次蒸汽温度为51.7℃。各效的总传热系数为K1=2840 w·m-2·K-1、K2=1700w·m-2·K-1、K3=1135w·m-2·K-1。 各效溶液的比热、汽化潜热分别均可取为4.186kJ·kg-1·K-1及2326kJ·kg-1（即比热和汽化潜热可视为不随温度和浓度而变）。假设各种的温度差损失和热损失均可忽略。试求蒸发器的传热面积（假定各效的面积相等）、加热蒸汽量及各效的完成液流量。

12. 在双效并流蒸发设备中各效的传热面积均为110m2。将某种溶液从10%连续浓缩至50%(质量)的产品。已知第一效和第二效的总传热系数分别为2.8w·m-2·K-1和1.7w·m-2·K-1。加热蒸汽为375KPa的干饱和蒸汽。冷凝器操作压力为13.5KPa。浓溶液的沸点升高3K。

若进料温度为310K，则此装置的最大流率为多少？

设在所有操作条件下的潜热为2330kJ·kg-1，比热为4.18 kJ·kg-1。

思 考 题

1. 试说明什么叫蒸发操作？此单元操作的必要条件是什么？为什么？ 2. 蒸发器主要由哪几部分组成？并说明各部分的作用。 3. 什么叫传热的温度差损失？引起温度差损失的原因有哪些？ 4. 对于非常压下各种浓度溶液的沸点升高有哪些计算方法？

5. 试分析多效蒸发虽然提高了蒸汽的利用率，但却降低了其生产强度的原因。 6. 并流加料的多效蒸发装置中，一般各效的总传热系数逐效减小，而蒸发量却逐效略有增加，试分析原因。

7. 多效蒸发中，“最后一效的操作压强，是由后面的冷凝器的冷凝能力确定的”。这种说法是否正确？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？

8. 欲设计多效蒸发装置将NaOH水溶液从10%浓缩到60%，宜采用何种加料方式？（料液温度为30℃）

9. 在上题条件下，可供使用的加热蒸汽压力为400kPa(绝压)，末效蒸发器内真空度为80kPa。为提高加热蒸汽的经济性，拟采用5效蒸发装置，是否适宜？

10. 一单效蒸发器，原来在加热蒸汽压强为0.2MPa，蒸发室压强为0.02MPa下连续操作，现发现完成液的浓度变稀，当即检查加料情况，得知加料量F、组成x0、温度t0均未变，试问可能是哪些原因引起完成液浓度变稀？这些原因所产生的结果使蒸发器内溶液沸点升高，还是降低？为什么？

第八章 萃 取

例. 有356kg未知浓度的料液由醋酸（A）、水（B）及异丙醚（S）三种物质组成，在一单级理论萃取器中与124kg混和液相接触。该混和液的组成为20％（质量）醋酸，78%（质量）异丙醚和2％（质量）水。萃余相质量为320kg，其中含醋酸20％（质量），操作条件下的平衡数据见附图所示。试估算料液的组成及萃取相的组成。 解：已知F =356kg S0 = 124kg R=320kg xA,R = 20% yA,S = 20%

总物料衡算为：

F + S0 = R + E = M = 480kg E = 480 – 320 = 160kg

由已知条件(xA,R = 0.2)，在相图上定出R点，利用辅助曲线用作平行线的办法找到E点，在图上读得yA,S = 0.4。

对溶质A作物料衡算：

S0(xA,M – yA,S) = F(xA,F – xA,M) M(xA,M – xA,R) = E(yA,E – xA,R) 即：124(xA,M – 0.2) = 356(xA,F – xA,M)

480(xA,M – 0.2) = 160(0.4 – 0.2)

160?0.2?0.2?0.27480 124?(0.27?0.2)xA,F??0.27?0.29356 例题附图 xA,M?在相图上联接RE线，并根据已知条件定出S0点；在AB边上定出F点，联FS0，FS0线与RE线交于M点。用直尺量得S0M线段长2.2cm，根据杠杆规则。 S0F?M124

???0.35F?S0M356

F'M = 0.35 S0M = 0.35×2.2 = 0.77cm

由此可以定出点F'。根据F'位置，可估算出料液的组成为：醋酸（A）29％，水（B）70％，异丙醚（S）1％。

由相图上的E点位置读得萃取相组成为：

醋酸（A）40％，水（B）18％，异丙醚（S）42％。

习 题

1. 在25℃时，丙酮－水－甲基异丁基甲酮（CH3COC4H6）的平衡数据如本题附表所示。试求：

（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线与辅助曲线。

（2）在x－y直角坐标上绘出分配曲线（x、y均以质量％表示）。

习题1 附表1 25℃时丙酮－水－甲基异丁甲酮MIBK的平衡数据（均为质量％） 丙酮 （A） 0 4.6 18.9 24.4 28.9 37.6 43.2 47.0 48.5 水层中的丙酮 5.58 11.83 15.35 20.60 23.80 水 （B） 2.2 2.3 3.9 4.6 5.5 7.8 10.7 14.8 18.8 MIBK （S） 97.8 93.1 77.2 71.0 65.6 54.6 46.1 38.2 32.8 丙酮 （A） 48.5 50.7 46.6 42.6 30.9 20.9 3.7 0 水层中的丙酮 29.50 32.00 36.00 38.00 41.50 水 （B） 24.1 23.4 32.8 45.0 64.1 75.9 94.2 98.0 MIBK （S） 27.4 25.9 20.6 12.4 5.0 3.2 2.1 2.0 MIBK层中的丙酮 40.00 42.50 45.50 47.00 48.00 习题1 附表2 25℃时丙酮－水－甲基异丁甲酮MIBK联结线数据（均为质量％）

MIBK层中的丙酮 10.66 18.00 25.50 30.50 35.30 2. 若上题的物系在单级萃取器中用600kg甲基异丁基丁酮（MIBK）从含有丙酮30％（质量）的水溶液中萃取丙酮。原料液为400kg。试求：

（1）混合液组成点M在相三角形相图上的位置。

（2）混合液分为两个互成平衡的液层后，萃取相E与萃余相R的组成与量。

（3）由0.04kg水与0.06kgMIBK形成的混合液中，需加入多少kg丙酮可使此三元混合液成为均相混合液？

3. 用一单级接触式萃取器，以三氯乙烷为萃取剂，从丙酮－水溶液中萃出丙酮。若原料液的质量为120kg，其中含丙酮54kg，萃取后所得萃余相中丙酮含量为10％（质量）。

丙酮－水－三氯乙烷系统的联结线数据见下表所列（表中各组成均为质量％）。

水 相 三氯乙烷 0.52 0.60 水 93.52 89.40 丙酮 5.96 10.00 三氯乙烷 90.93 84.40 三氯乙烷相 水 0.32 0.60 丙酮 8.75 15.00