课本习题：
第一章：10，20 第二章：1，3 第三章：4,12 第四章：3,10,11 第五章：4,5
1．将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m /h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：该泵是否合用？ Q(L/s) H(m) η(%)
0 19.5 0
3 19 17
6 17.9 30
-3
3
9 16.5 42
3
12 14.4 46
15 12 44
已知：酸液在输送温度下粘度为1.15⨯10Pa ⋅s ；密度为1545kg/m。摩擦系数可取为0.015。
解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：
22
u 1p 1u 2p +z 1++H e =+z 2+2+∑H f 2g ρg 2g ρg
式中z 1=0, z 2=7m , p 1=p 2=0(表压) ，u1=u 2≈0 管内流速：u =
4Q
πd 2
=
36
3600*0. 785*0. 0802
=1. 99m /s
管路压头损失：∑H f
l +∑l e u 21601. 992
=λ=0. 015=6. 06m
d 2g 0. 082*9. 81
管路所需要的压头：H e =(z 1-z 1)+∑H f =7+6. 06=13. 06m 以（L/s）计的管路所需流量：Q =
36*1000
=10L /s 3600
由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。
2. (13分) 用内径100mm 的钢管从江中将200C 的水送入敞口蓄水池内，水由池底进入，池中水面高出江面28m ，管路的长度（包括所有局部阻力的当量长度在内）为60m ，水在管内的流速为1.5m/s。仓库存有下列四种规格的离心泵，应从中选用哪一台？已知管路的摩擦系数λ=0.02，若当地大气压为10mH 20，吸入管路的压头损失为1m ，动压头可忽略，泵的入口比江面高4m ，问此泵的安
装高度是否符合要求？ 附：仓库现有四台泵的性能
解：将江水面所在的截面记为1，蓄水池水面记为截面2，在1,2截面间列
伯努利方程： (1分)
2
P 2-P 1u 2-u 12
得H =+(Z 2-Z 1) ++∑H f 1-2 （2分）
ρg 2g
其中P 1=0(表压), P 2=0(表压) （Z 2-Z 1）=28m, u1=u2＝0 (1分)
∑H
f 1-2
l u 2601. 52=λ=0. 02⨯⨯m =1. 38m （2分）
d 2g 0. 12⨯9. 8
代入得：
H =(28+1. 38) m =29. 4m (1分)
1
Q =πd 2u =0. 25π⨯0. 12⨯1. 5m 3/s
4
＝0. 01178m 3/s （1分） ＝42. 4m 3/h
根据扬程和流量，选第四台泵 （1分）
u 2H g =H s --∑H f 吸
2g
（3分） ＝（6－0－1）m ＝5m
泵的安装符合要求 （1分）
3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内，管径为φ108×4mm
管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内) 。已知： 水的流量为56.5m 3·h -1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m -3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：
(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和有效功率；
图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m
A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σl e =100m Q = 56.5m3/h
∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s
μ = 1cp = 10-3 Pa ·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流
⑵ 以1-1面为水平基准面, 在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z 1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H =Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf
∵Z 1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z 2=18m, u 2=0 p 2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)
=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m ∴H = 18+25+4.9 = 47.9m
Ne = HQρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw
4．（12分）在内管为φ180×10mm 的套管换热器中，将流量为3.5×104 kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/(kg. K) ，环隙走冷却水，其进出口温度分别为20℃和30℃，平均比热为4.174 kJ/(kg. K) ， 两流体逆流流动，基于传热外表面积的总传热系数K o =2000W/(m2. K) ，热损失可以忽略。试求： （1）冷却水用量为多少kg/h？ （2）所需的管长？
解：（1）热负荷
Q =W h C Ph (T 1-T 2)
3. 5⨯104
=⨯2. 38⨯1000⨯(100-60) W （3分）
3600=9. 26⨯105W
（2）冷却水用量
Q 9.26⨯105
W c =＝kg /s ＝22.2kg /s 3
C pc (t 2-t 1) 4.174⨯10（30-20）
＝8.0⨯104kg /h
（2分）
(3) 平均温差
Δt m =
(T -t 2) -(T -t 1) (100-30) -(60-20)
=K =53.6O C
2ln ln
(60-20) (T -t 1)
（3分）
传热面积
Q 9.26⨯1052
A o ==m =8.64m 2
K O Δt m 2000⨯53.6
（3分）
所需的管长：L =
A o 8. 64
=m =15. 3m （1分） πd o π⨯0. 18
-1
kg ⋅h 的有机液体，其比热为5．在某单壳程单管程列管换热器中，壳程为流量25000
C p =1800J ⋅kg -1⋅K -1，由90℃冷却至50℃，进出口温度为25℃和35℃，两流体逆流流
W ⋅m -2⋅K -1，管外侧污垢动。又知有机液体侧和水侧的对流传热系数分别为1200和5800
-42-1
热阻为1. 7⨯10m ⋅K ⋅W ，忽略管壁阻力和管内侧污垢热阻。当管子规格为φ25×
2.5mm 时，管长为3m ，试求所需管子的根数。
6习题：
拟在9.81×103Pa 的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r 为1.33×1010 1/m2，滤饼体积与滤液体积之比v 为0.333m3/m3，滤液的粘度μ为1.0×10-3Pa.S ；且过滤介质阻力可略，求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间θ，（2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？
解：（1）求θ
① 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q =1.5m3/m2 （1分） ② 求K ，题给滤饼为不可压缩，则S=0，r = r`=常数，代入已知量则：
K =2k ∆p 分)
1-S
2∆p 1-S 2∆p 2⨯9. 81⨯103
====4. 43⨯10-3m 2/s -310
μr νμr ν1. 0⨯10⨯1. 33⨯10⨯0. 333 (3
③求θ
q 21. 52
θ===508s -3
k 4. 43⨯10当过滤介质可略时，q2=kθ，则有 （1.5分）
过滤时间加倍时，增加的滤液量
① θ'=2θ=2⨯508=1016s （1分）
-332
''q =k θ=4. 43⨯10⨯1016=2. 12m /m ② （1.5分） 32
'q -q =2. 12-1. 5=0. 62m /m ③ 增加的滤液量为：
即每平方米过滤面积上将再得0.62m3 滤液。 （2分） 7习题：
用板框式压滤机在2.95×105pa 的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号
为BMS20/635-25，共26个框。现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m 2/s，q e =0.023m3/m2，且1m 3滤液可得滤饼0.020m 3求：① 滤饼充满滤框所需的过滤时间。②若洗涤时间为0.793h ，每批操作的辅助时间为15min ，则过滤机的生产能力为多少？ 解：
① 过滤时间θ
过滤面积为：A =2⨯(0. 635) 2⨯26=20. 98m 2 （ 1分） 滤饼体积为：V s =(0. 635) 2⨯0. 025⨯26=0. 262m 3 （ 1分） 滤液体积为：V =
V s
=0. 262/0. 020=13. 10m 3 （ 1分） v
而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2 （ 1分）
q 22qq e (0. 624) 2+0. 624⨯0. 023
==3700s （ 2分） 过滤时间θ=
K 1. 13⨯10-4
② 生产能力Q
操作周期T=Q+Qw +QD =3700+0.793×3600+15×60=7455s （ 1分）
3600V 3600⨯13. 10
==6. 33m 2/h （ 1分） Q =T 7455
8. （12分）需要将850kg/h的某水溶液从15%（质量浓度，下同）浓缩到35%。现有一传热面积为10m 2的循环型蒸发器可供使用。原料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 ，当地大气压为100kPa 。假设蒸发器的总传热系数为1000W/(m2K) ，热损失和溶液的稀释热效应可以忽略。饱和水蒸汽的物性数据见附表。求：
（1）二次蒸汽的量为多少kg/h?（3分） （2）热负荷为多少W ？（4分） （3）加热蒸汽的温度和压强。（5分）
饱和水蒸汽表
压强 (kPa)
20 80
100 120 140 160
解：（1） W =F (1-
温度 (℃) 60.1 93.2
99.6 104.5 109.2 113.0
汽化热 (kJ/kg)
2355 2275 2260 2247 2234 2224
x 00. 15) =850⨯(1-) kg /h =486kg /h (3分) x 10. 35
（2）蒸发室的绝对压强为（100－80）kPa=20kPa，对应的饱和温度t ’=60.1℃，汽化潜热r ’=2355kJ/kg。 (1分) 热负荷：
Q =W γ/=486⨯2355kJ /h =1. 14⨯106kJ /h =3. 18⨯105W (3分)
（3）溶液的沸点为：t 1=(60.1+18)℃＝78.1℃ (1分)
Q 3. 18⨯105
T =+t 1=(+78. 1) ℃=109. 9℃ (3分)
KS 1000⨯10
查得对应的压强为144kPa (1分)
9、在单效蒸发器内，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa ，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。 解：
查附录：15kPa 的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃
所以沸点升高值为
Δ=f Δa=0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解
(53. 5+273)=0. 729T '2
f =0. =0. r '2370
2
蒸发室压力为15kPa 时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃
因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃
10、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg •h -1，加热水蒸
气的温度为120ºC ，其汽化热为2205kJ •kg -1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC ，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC ，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W •m -2k -1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W•m -2k -1。 求蒸发器的传热面积。
忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解：
36
热负荷 Q=2100×2205×10/3600=1.286×10W 溶液温度计t=81+9=90℃ 蒸汽温度T=120 ℃
∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m2K
∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2
11、某效蒸发器每小时将1000kg 的25%（质量百分数，下同）NaOH 水溶液浓缩到50%。
已知：加热蒸气温度为120ºC ，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC ，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC ，蒸发器的总传热系数为1000 W•m -2k -1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相
-1
等，均为2205kJ •kg 。
求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解：
蒸发水份量:q mW = qmF (1-x0/x1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量:
q mD =
q mF c p 0(t 1-t 0) +q mW r '
R
∵t 1=t0
∴
传热面积:
∵Q=KS(T-t) 蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105℃
q mD
q mw r '=
R =0.139kg/s
Q 0. 139⨯2205⨯103
S ===20. 4m 2
120-105K T -t 1000∴
12、将8%的NaOH 水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg进料温度为21ºC ，蒸发器的传热
系数为2349W •m -2k -1，蒸发器内的压强为55.6Kpa ，加热蒸汽温度为110ºC ，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。
已知：8%NaOH的沸点在55.6Kpa 时为88ºC ，88ºC 时水的汽化潜热为2298.6kJ •kg -1。 8%NaOH的比热容为3.85kJ •kg -1o C -1，110ºC 水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ •kg -1。 解：
q mw =4540(1－8/18)=2522kJ/h
t=T－t=109.2－88=21.2℃
传热速率：
Q=q mF Cpo (t1－t 0)+q mw r ＇
=4540/3600×3.85×10×(88－21)+2522/3600×2298.6×10=1936×10W
3
3
3
Q 1936⨯103
S ===38. 9m 2
K ∆t 2349⨯21. 2
q mD =Q/r＇=1936×10/(2234.4×10)=0.87kg/s=3130kg/h
13、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%（质量百分率，下同）的NaOH 水溶液浓缩
到40%，二次蒸气压强为40kPa ，二次蒸气的饱和温度为75ºC 。已知在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80ºC 。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度升高的值。
3
3
解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：
t 1＝３４+1.11t
＝３４+1.11×80 ＝１２２. ８℃
由溶液静压强引起的温度差损失：
∆''=t w -T '
＝80-75＝5℃
课本习题：
第一章：10，20 第二章：1，3 第三章：4,12 第四章：3,10,11 第五章：4,5
1．将浓度为95%的硝酸自常压罐输送至常压设备中去，要求输送量为36m /h, 液体的扬升高度为7m 。输送管路由内径为80mm 的钢化玻璃管构成，总长为160（包括所有局部阻力的当量长度）。现采用某种型号的耐酸泵，其性能列于本题附表中。问：该泵是否合用？ Q(L/s) H(m) η(%)
0 19.5 0
3 19 17
6 17.9 30
-3
3
9 16.5 42
3
12 14.4 46
15 12 44
已知：酸液在输送温度下粘度为1.15⨯10Pa ⋅s ；密度为1545kg/m。摩擦系数可取为0.015。
解：（1）对于本题，管路所需要压头通过在储槽液面（1-1’）和常压设备液面（2-2’）之间列柏努利方程求得：
22
u 1p 1u 2p +z 1++H e =+z 2+2+∑H f 2g ρg 2g ρg
式中z 1=0, z 2=7m , p 1=p 2=0(表压) ，u1=u 2≈0 管内流速：u =
4Q
πd 2
=
36
3600*0. 785*0. 0802
=1. 99m /s
管路压头损失：∑H f
l +∑l e u 21601. 992
=λ=0. 015=6. 06m
d 2g 0. 082*9. 81
管路所需要的压头：H e =(z 1-z 1)+∑H f =7+6. 06=13. 06m 以（L/s）计的管路所需流量：Q =
36*1000
=10L /s 3600
由附表可以看出，该泵在流量为12 L/s时所提供的压头即达到了14.4m ，当流量为管路所需要的10 L/s，它所提供的压头将会更高于管路所需要的13.06m 。因此我们说该泵对于该输送任务是可用的。
2. (13分) 用内径100mm 的钢管从江中将200C 的水送入敞口蓄水池内，水由池底进入，池中水面高出江面28m ，管路的长度（包括所有局部阻力的当量长度在内）为60m ，水在管内的流速为1.5m/s。仓库存有下列四种规格的离心泵，应从中选用哪一台？已知管路的摩擦系数λ=0.02，若当地大气压为10mH 20，吸入管路的压头损失为1m ，动压头可忽略，泵的入口比江面高4m ，问此泵的安
装高度是否符合要求？ 附：仓库现有四台泵的性能
解：将江水面所在的截面记为1，蓄水池水面记为截面2，在1,2截面间列
伯努利方程： (1分)
2
P 2-P 1u 2-u 12
得H =+(Z 2-Z 1) ++∑H f 1-2 （2分）
ρg 2g
其中P 1=0(表压), P 2=0(表压) （Z 2-Z 1）=28m, u1=u2＝0 (1分)
∑H
f 1-2
l u 2601. 52=λ=0. 02⨯⨯m =1. 38m （2分）
d 2g 0. 12⨯9. 8
代入得：
H =(28+1. 38) m =29. 4m (1分)
1
Q =πd 2u =0. 25π⨯0. 12⨯1. 5m 3/s
4
＝0. 01178m 3/s （1分） ＝42. 4m 3/h
根据扬程和流量，选第四台泵 （1分）
u 2H g =H s --∑H f 吸
2g
（3分） ＝（6－0－1）m ＝5m
泵的安装符合要求 （1分）
3、如图用离心泵将20℃的水由敞口水池送到一表压为2.5atm 的塔内，管径为φ108×4mm
管路全长100m(包括局部阻力的当量长度，管的进、出口当量长度也包括在内) 。已知： 水的流量为56.5m 3·h -1，水的粘度为1厘泊，密度为1000kg·m -3，管路摩擦系数可取为0.024，计算并回答：
(1)水在管内流动时的流动形态；(2) 管路所需要的压头和有效功率；
图2-1 解：已知：d = 108-2×4 = 100mm = 0.1m
A=(π/4)d2 = 3.14×(1/4)×0.12 = 0.785×10-2 m l+Σl e =100m Q = 56.5m3/h
∴u = q/A = 56.5/(3600×0.785×10-2) = 2m/s
μ = 1cp = 10-3 Pa ·S ρ=1000 kg.m-3, λ = 0.024 ⑴ ∵ Re = duρ/μ=0.1×2×1000/10-3 = 2×105 > 4000 ∴水在管内流动呈湍流
⑵ 以1-1面为水平基准面, 在1-1与2-2面间列柏努利方程： Z 1 +(u12/2g)+(p1/ρg)+H =Z2+(u22/2g)+(p2/ρg)+ΣHf
∵Z 1=0, u1=0, p = 0 (表压), Z 2=18m, u 2=0 p 2/ρg=2.5×9.81×104/(1000×9.81)=25m ΣHf =λ[(l+Σle )/d](u2/2g)
=0.024×(100/0.1)×[22/(2×9.81)] = 4.9m ∴H = 18+25+4.9 = 47.9m
Ne = HQρg = 47.9×1000×9.81×56.5/3600 = 7.4kw
4．（12分）在内管为φ180×10mm 的套管换热器中，将流量为3.5×104 kg/h的某液态烃从100℃冷却到60℃，其平均比热为2.38kJ/(kg. K) ，环隙走冷却水，其进出口温度分别为20℃和30℃，平均比热为4.174 kJ/(kg. K) ， 两流体逆流流动，基于传热外表面积的总传热系数K o =2000W/(m2. K) ，热损失可以忽略。试求： （1）冷却水用量为多少kg/h？ （2）所需的管长？
解：（1）热负荷
Q =W h C Ph (T 1-T 2)
3. 5⨯104
=⨯2. 38⨯1000⨯(100-60) W （3分）
3600=9. 26⨯105W
（2）冷却水用量
Q 9.26⨯105
W c =＝kg /s ＝22.2kg /s 3
C pc (t 2-t 1) 4.174⨯10（30-20）
＝8.0⨯104kg /h
（2分）
(3) 平均温差
Δt m =
(T -t 2) -(T -t 1) (100-30) -(60-20)
=K =53.6O C
2ln ln
(60-20) (T -t 1)
（3分）
传热面积
Q 9.26⨯1052
A o ==m =8.64m 2
K O Δt m 2000⨯53.6
（3分）
所需的管长：L =
A o 8. 64
=m =15. 3m （1分） πd o π⨯0. 18
-1
kg ⋅h 的有机液体，其比热为5．在某单壳程单管程列管换热器中，壳程为流量25000
C p =1800J ⋅kg -1⋅K -1，由90℃冷却至50℃，进出口温度为25℃和35℃，两流体逆流流
W ⋅m -2⋅K -1，管外侧污垢动。又知有机液体侧和水侧的对流传热系数分别为1200和5800
-42-1
热阻为1. 7⨯10m ⋅K ⋅W ，忽略管壁阻力和管内侧污垢热阻。当管子规格为φ25×
2.5mm 时，管长为3m ，试求所需管子的根数。
6习题：
拟在9.81×103Pa 的恒定压强差下过滤悬浮液。滤饼为不可压缩，其比阻r 为1.33×1010 1/m2，滤饼体积与滤液体积之比v 为0.333m3/m3，滤液的粘度μ为1.0×10-3Pa.S ；且过滤介质阻力可略，求：（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间θ，（2）若将此过滤时间延长一倍可以再获得多少滤液？
解：（1）求θ
① 由题给条件可得，单位面积上所得滤液量q =1.5m3/m2 （1分） ② 求K ，题给滤饼为不可压缩，则S=0，r = r`=常数，代入已知量则：
K =2k ∆p 分)
1-S
2∆p 1-S 2∆p 2⨯9. 81⨯103
====4. 43⨯10-3m 2/s -310
μr νμr ν1. 0⨯10⨯1. 33⨯10⨯0. 333 (3
③求θ
q 21. 52
θ===508s -3
k 4. 43⨯10当过滤介质可略时，q2=kθ，则有 （1.5分）
过滤时间加倍时，增加的滤液量
① θ'=2θ=2⨯508=1016s （1分）
-332
''q =k θ=4. 43⨯10⨯1016=2. 12m /m ② （1.5分） 32
'q -q =2. 12-1. 5=0. 62m /m ③ 增加的滤液量为：
即每平方米过滤面积上将再得0.62m3 滤液。 （2分） 7习题：
用板框式压滤机在2.95×105pa 的压强差下，过滤某种悬浮液。过滤机的型号
为BMS20/635-25，共26个框。现已测得操作条件下的过滤常数K=1.13×10-4m 2/s，q e =0.023m3/m2，且1m 3滤液可得滤饼0.020m 3求：① 滤饼充满滤框所需的过滤时间。②若洗涤时间为0.793h ，每批操作的辅助时间为15min ，则过滤机的生产能力为多少？ 解：
① 过滤时间θ
过滤面积为：A =2⨯(0. 635) 2⨯26=20. 98m 2 （ 1分） 滤饼体积为：V s =(0. 635) 2⨯0. 025⨯26=0. 262m 3 （ 1分） 滤液体积为：V =
V s
=0. 262/0. 020=13. 10m 3 （ 1分） v
而q=V/A=13.10/20.98=0.624m3/m2 （ 1分）
q 22qq e (0. 624) 2+0. 624⨯0. 023
==3700s （ 2分） 过滤时间θ=
K 1. 13⨯10-4
② 生产能力Q
操作周期T=Q+Qw +QD =3700+0.793×3600+15×60=7455s （ 1分）
3600V 3600⨯13. 10
==6. 33m 2/h （ 1分） Q =T 7455
8. （12分）需要将850kg/h的某水溶液从15%（质量浓度，下同）浓缩到35%。现有一传热面积为10m 2的循环型蒸发器可供使用。原料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 ，当地大气压为100kPa 。假设蒸发器的总传热系数为1000W/(m2K) ，热损失和溶液的稀释热效应可以忽略。饱和水蒸汽的物性数据见附表。求：
（1）二次蒸汽的量为多少kg/h?（3分） （2）热负荷为多少W ？（4分） （3）加热蒸汽的温度和压强。（5分）
饱和水蒸汽表
压强 (kPa)
20 80
100 120 140 160
解：（1） W =F (1-
温度 (℃) 60.1 93.2
99.6 104.5 109.2 113.0
汽化热 (kJ/kg)
2355 2275 2260 2247 2234 2224
x 00. 15) =850⨯(1-) kg /h =486kg /h (3分) x 10. 35
（2）蒸发室的绝对压强为（100－80）kPa=20kPa，对应的饱和温度t ’=60.1℃，汽化潜热r ’=2355kJ/kg。 (1分) 热负荷：
Q =W γ/=486⨯2355kJ /h =1. 14⨯106kJ /h =3. 18⨯105W (3分)
（3）溶液的沸点为：t 1=(60.1+18)℃＝78.1℃ (1分)
Q 3. 18⨯105
T =+t 1=(+78. 1) ℃=109. 9℃ (3分)
KS 1000⨯10
查得对应的压强为144kPa (1分)
9、在单效蒸发器内，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，分离室绝对压强为15kPa ，求溶液的沸点和溶质引起的沸点升高值。 解：
查附录：15kPa 的饱和蒸气压为53.5℃，汽化热为2370kJ/kg (1)查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃ 所以，Δa= 113-100=13℃
所以沸点升高值为
Δ=f Δa=0.729×13=9.5℃ 操作条件下的沸点： t=9.5+53.5=63℃ (2)用杜林直线求解
(53. 5+273)=0. 729T '2
f =0. =0. r '2370
2
蒸发室压力为15kPa 时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃
因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 Δ=63-53.5=9.5℃
10、在单效蒸发器中用饱和水蒸气加热浓缩溶液，加热蒸气的用量为2100kg •h -1，加热水蒸
气的温度为120ºC ，其汽化热为2205kJ •kg -1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81ºC ，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC ，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W •m -2k -1，沸腾溶液的传热膜系数为3500 W•m -2k -1。 求蒸发器的传热面积。
忽略换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失忽略不计。 解：
36
热负荷 Q=2100×2205×10/3600=1.286×10W 溶液温度计t=81+9=90℃ 蒸汽温度T=120 ℃
∵1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500 ∴K=2435W/m2K
∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×106/[2435×(120-90)]=17.6 m2
11、某效蒸发器每小时将1000kg 的25%（质量百分数，下同）NaOH 水溶液浓缩到50%。
已知：加热蒸气温度为120ºC ，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC ，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC ，蒸发器的总传热系数为1000 W•m -2k -1。溶液被预热到沸点后进入蒸发器，蒸发器的热损失和稀释热可以忽略，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相
-1
等，均为2205kJ •kg 。
求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解：
蒸发水份量:q mW = qmF (1-x0/x1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量:
q mD =
q mF c p 0(t 1-t 0) +q mW r '
R
∵t 1=t0
∴
传热面积:
∵Q=KS(T-t) 蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105℃
q mD
q mw r '=
R =0.139kg/s
Q 0. 139⨯2205⨯103
S ===20. 4m 2
120-105K T -t 1000∴
12、将8%的NaOH 水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg进料温度为21ºC ，蒸发器的传热
系数为2349W •m -2k -1，蒸发器内的压强为55.6Kpa ，加热蒸汽温度为110ºC ，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。
已知：8%NaOH的沸点在55.6Kpa 时为88ºC ，88ºC 时水的汽化潜热为2298.6kJ •kg -1。 8%NaOH的比热容为3.85kJ •kg -1o C -1，110ºC 水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ •kg -1。 解：
q mw =4540(1－8/18)=2522kJ/h
t=T－t=109.2－88=21.2℃
传热速率：
Q=q mF Cpo (t1－t 0)+q mw r ＇
=4540/3600×3.85×10×(88－21)+2522/3600×2298.6×10=1936×10W
3
3
3
Q 1936⨯103
S ===38. 9m 2
K ∆t 2349⨯21. 2
q mD =Q/r＇=1936×10/(2234.4×10)=0.87kg/s=3130kg/h
13、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%（质量百分率，下同）的NaOH 水溶液浓缩
到40%，二次蒸气压强为40kPa ，二次蒸气的饱和温度为75ºC 。已知在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80ºC 。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度升高的值。
3
3
解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：
t 1＝３４+1.11t
＝３４+1.11×80 ＝１２２. ８℃
由溶液静压强引起的温度差损失：
∆''=t w -T '
＝80-75＝5℃