蒸发习题及答案要点

1、蒸发习题及答案1 .蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。ba.生蒸汽； b.二次蒸汽； c.额外蒸汽2 .蒸发室内溶液的沸点（）二次蒸汽的温度。ba.等于； b.高于； c.低于3 .在蒸发操作中，若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。aa.减压；b.常压；4 .在单效蒸发中，从溶液中蒸发a.等于；b.小于；5 .蒸发器的有效温度差是指（c.加压1kg水，通常都需要（c.不少于）。a）1kg的加热蒸汽。ca.加热蒸汽温度与溶液的沸点之差；b.加热蒸汽与二次蒸汽温度之差;c.温度差损失6 .提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）。ca.传热温度差；b.加热

2、蒸汽压力；c.传热系数；d.传热面积；7 .中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。 aa.自然循环； b.强制循环；c.膜式8 .蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。ba.列文式；b.膜式； c.外加热式；d.标准式9 .多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而（）。aa.减少；b.增加；c.不变10 .蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）。ba.越少；b.越大；c.不变11 .采用多效蒸发的目的是为了提高（）。ba.完成液的浓度；b.加热蒸汽经济程度；c.生产能力12 .多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。aa.传热面积； b.加热蒸汽

3、压力；c.传热系数13 .多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效 温度差就（）。aa.越小；b.越大；c.不变14 .（）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低。aa.并流；b.逆流；c.平流15 .对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。ca.中央循环管式；b.列文式；c.升膜式二.填空题1 .蒸发是浓缩溶液 的单元操作。2 .为了保证蒸发操作能顺利进行，必须不断的向溶液供给热能，并随排除气化出来的溶剂蒸汽。3 .蒸发操作中，造成温度差损失的原因有：（1）溶质的存在使蒸气压下隆，沸点升高,（2）液柱静压强

4、引起,（3）管道流体阻力导致。4 .蒸发器的主体由加热室和蒸舒寄组成。5 .在蒸发操作中，降低单位蒸气消耗量白主要方法有：采用多效蒸操,真空蒸好_,加强设备保温。6 .蒸发操作按蒸发器内压力可分为：_m_,_逋压_,_真空_蒸发。7 .蒸发操作中，加热蒸气放出的热量主要用于：（1） 一次蒸汽气化所需的潜垫（2）预圾原料1夜(3)补偿蒸发器的热损失。8 .并流加料的多效蒸发装置中，各效的蒸发量略有增加,其原因是料液从前一效进入后一 效时有_自蒸发_。9 .蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内所蒸发的水分量。10 .蒸发器的生产能力是指 _单位时间内蒸发的水分量 _。11 .单程型蒸发器的

5、特点是溶液通过加热室一次一不彳循环流动，且溶液沿加热管呈膜区流动，故又称为_液膜式_蒸发器。12 .降膜式蒸发器为了使液体在进入加热管后能有效的成膜,在每根管的顶部装有液体分布器13 .自然循环蒸发器内溶液的循环是由于溶液的受热程度不同,而引起的密度差异所致。14 .标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中央循环管_,而从其它加热管 上升，其循环的原因主要是由于溶液的 _受热程度_不同，而成起的_密度差异_所致。三.计算题1、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 c,汽化热

6、为 2370kj/kg(1)查附录5,常压下25%naoh溶液的沸点为113c所以，aa= 113-100=13 cq2t 253.5 273f =0.0162 =0.0162 = 0.729r2370所以沸点升高值为a=f a a=0.729x 13=9.5 c操作条件下的沸点：t=9.5+53.5=63 c(2)用杜林直线求解蒸发室压力为15kpa时，纯水的饱和温度为 53.5c,由该值和浓度 25%查图5-7,此条件下 溶液的沸点为65 c因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 a =63-53.5=9.5 c2、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

7、,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：热负荷 q=2100 x 2205 x 103/3600=1.286 x 106w溶液温度计t=81+9=90c蒸汽温度t=120 c . 1/k=1/h 1 + 1/h2=1/8000+1/3500k=2435w/m 2k1- s=q/k(t-t)=1.286 106/2435

8、 (120-90)=17.6 m 23、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等， 均为 2205kj?kg-1。求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。解：蒸发水份量：qmw= qmf (1-xo/xi)=1000 (1-25/50)=500kg/h=0.139kg/s 加热蒸汽消耗量：qmd =

9、1. t i=t 0qmwr qmd = zt-=0.139kg/s传热面积：q=ks（t-t）蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105 cs- q . 0.139 2205 103k t -t1000 120 -1052=20.4m4、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 2298.6 kj?kg-1。 8%naoh

10、的比热容为3.85kj?kg-1oc-1, 1100c水蒸气的汽化潜热为2234.4 kj?kg-1。解：qmw=4540(1 8/18)=2522kj/ht=t t=109.2 -88=21.2 c传热速率：q= qmf cpo(t 1 t0)+qmwrz=4540/3600 x 3.85 x 103x(88- 21)+2522/3600 x 2298.6 x 103=1936x 103 wqs =k 431936 102349 21.22=38.9mqmd =q/r / =1936 x 103/(2234.4 x 103)=0.87kg/s=3130kg/h浓度（）斜率截距101.024.

11、5401.113.45、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。10%及40%naoh水溶液杜林线的斜率及截距如下：解：溶液沸点用40%naoh溶液杜林线的数据计算:t1= 3 4 +1.11t=34 +1.11 80= 12 2 .8 cqmfcp0(t1 -t0) , qmwr由溶液静压强引起的温度差损失:.二 tw -t= 80-75= 5 c6、双效并流蒸发系统的进料速率为1t?h-

12、1,原液浓度为10%,第一效和第二效完成液浓度分别为15%和30%。两效溶液的沸点分别为1080c和95oc。当溶液从第一效进入第二效由于温度降产生自蒸发，求自蒸发量和自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数。解：两效并流蒸发的流程见图qmw1 = qmf1.独xi )00.1、= 1000 1 -| = 333.3kg/h、0.15 j yqmw2z-x1(qmf qmw1)1ix2 )= (1000 333.3) 1015 1= 333.4kg/hi 0.3 j -臼蒸发水分量为：qmf -qmw1 cp1(t1 -t2)其中 ti=108?c,t2=95?c,x120%,近似地 cp1=cpw(

13、1-x1) 95?c 时r?2=2270.9kj/kg所以自蒸发量为qmf - qmw1 cp1 (t1 一t2)=4.187(1-0.15)=3.56kj/(kg?c)(1000-333.3) 3.56(108-95) =13.592270.9自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为qmwqmw213.59100% = 100% =40.8%333.47、在三效蒸发系统中将某水溶液从5%连续浓缩到40%。进料温度为90oc。用1200c的饱和水蒸气加热。末效二次蒸气的温度为40oc。各效的传热面积均为 140m2。各效的总传热系数分别为：k1=2950w?m2?oc1, k2=2670w?m2?o

14、c1 , k1=2900w?m2?oc-1。若忽略溶液中溶质和液柱高度引起的沸点升高和蒸发器的热损失。求：原料液的流量和加热蒸气消耗量。解：(1)初步估算各效的温差设 a1=19?ca2=21?ca 3=40?c因为忽略各种温差损失，故各效的加热蒸汽温度及沸点为t1=120?ct2= t1= t1- &1=120-19=10小t3= t2= t2- a2=101-21=80?ctk= t3= 40?c门=2205kj/kg r2=r?1 =2257kj/kg r3=r?2 =2307kj/kg r?3 =2401kj/kg. qmw qmf1.冬x2=qmf0.0504 :。875(3)估算各

15、效蒸发量及料液量因为各效溶液的比热熔均相同，故qi =ksti =qmw1ri qmfcp(ti -to)(a)q2 = k2sh2 = qmw2r2 , (qmf -qmw)cp(t2 -11)(b)q3 = k3s-t3 = qmw3 r3(qmf - qmw1 - qmw2 )cp(t3 - t2)代入已知值(c)2950 3600 140 1910002670 3600 一 人 140 2110001360 3600 ，八140 401000解得：=2257qmw1=2307qmw2=2401qmw3qmf =611500 -48.85qmw1qmw2 =35628 -1.906qmw

16、1qmw3 =51713.5 -3.35qmw1 q mw qmw1 qmw2qmw3 qmw1qwf4.2(101 -90)(qwf -qmw1) 4.2(80-101) (qwf -qmw1 -qmw2) 4.2(40 -80)(d)(e)(f)(35628-1.906qmw1) (51713.5 - 3.55qmw)(g) qmw =0.875qmf = 0.875(611500-48.85qmw1)(h)因此，可解出qmf = 43180kg/hqmw1= 11634kg/hqmw2 = 13454kg/hqmw3 = 12740kg/h(4)验算atq1 =qmw1rl qmfcp(

17、t1 -t0) =11634 2257 43180 4.2(101 - 90) = 28252850kj / hq2 =qmd2r2 =qmw1r2 =11634 2257 = 26257940kj /hq3 =qmd3r3 =qmw2r3 =13454 2307 =31038380kj/hq128252850=2660k12950 36001000(2)总蒸发量q2k2q3 k1t.：t2二t3、-k2660 80 =18.111732?c-2k- vqkq3、qk：t273280=18.6311732634080 =43.311732?c?c26257940 二27322670 36001

18、00031038380 =63401360 36001000% =2660 2732 6340 =11732 k t =t -tk =120-40 = 80?c各效温差与初估温差相差较大，应重新分配(a)分配a t取 a1=20?ca2=20?ca 3=40?c(b)估算各效沸点及相应的汽化热r2=r?i =2258kj/kg r3=r?2 =2307.8kj/kg r?3 =2401kj/kgt2= ti= ti- at=120-20=100?ct3= t2= t2- a2=100-20=80?ctk= 40?c(c)计算总蒸发量按式(a)、(b)及式(c)计算各效蒸发量 代入已知值2950

19、 3600140 20 = 2258qmwi qwf 4.2(100 -90)1000 2670 3600 140 20 = 2307.8qmw2 (qwf -qmwi) 4.2(80 -100)10001360 3600 140 40 =240* (qwf -qmwi -qmw2) 4.2(40 -80)1000解得：qmf = 708000 -53.7qmwiqmw2 =37432 -1.994qmwiqmw3 =58339.4 -3.693qmwimw-qmwi qmw2 qmw = qmw (37432 - 1.9946qmw1) (58339.4 - 3.693qmwi)=0.875

20、qmf =0.875(708000 -53.77qmw1)因此，可解出qmw1= 12363kg/hqmw2 = 12780kg/hqmw3 = 12583kg/hqmf = 43240kg/h(d)验算atqiqmw1 qmfcp(t1 -t0) =12363 2258.4 43240 4.2(100 -80) =29736680kj /hq2=qmd2r2 =qmw1r2 =12363 2258.4 =267920600kj/hq3= qmd3r3 =qmw2r3 =12780 2307.8 = 29693680kj/h29736680 =28002950 36001000q2279206

21、00 - 29052670 36001000q3k329493680 二60241360 36001000=2800 2905 6024 =11729大、-k2800 “ 彳80 =19.111729?c,t2-2% -k290580 =19.811729?cq3-t慧-41?c与前面所设的a 1=20?ca2=20?ca 3=40?c很相近，故认为该温差分配合适，所以qmf = 43240kg/hqmd q - 1297366802205-13486kg/h2000 kg?8、用双效蒸发器，浓缩浓度为 5% （质量分率）的水溶液，沸点进料，进料量为h-1,经第一效浓缩到10%。第一、二效的溶

22、液沸点分别为95oc和75oc。蒸发器消耗生蒸汽量为800 kg?h-1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280 kj?kg-1。忽略热损失,求蒸发水量。解：第一效蒸发水量：已知：qmdi=800kg/h,ri=ri?=2280kj/kg,qmwi= qmdi=800kg/h第二效蒸发水量：已知：qmd2= qmw1=800kg/h,qmf2= qmf - qmwi=2000-800=1200kg/hx02=xi= qmf xo/( qmf- qmwi)=2000 x 0.05/(2000-800)=0.033ti=95?c t2=70?cr2=r2 =2280kj/kgcpo=cpw(1-

23、x 02)=4.187 (1-0.0833)=3.84kj/(kg?c)qmd2r2 q mf 2cp0 (t2 - t1), qmw2r2qmw2 = qmd2qmf2cp0 02 t)1200 3.84(75 - 95)=800 2280=840kg/h蒸发水量qmw = qmw1+ qmw2=800+840=1640kg/h.9、用三效并流加料的蒸发系统浓缩naoh水溶液，系统对原液的处理量为2.4x 104kg?h-1,求生蒸气的消耗量和各效蒸发器的传热面积。参数如下：第一效：生蒸气压强：4atm进料：浓度10.6%;温度，80oc;传热系数：ki=1500 w?m2 ?oc-1第二效

24、：传热系数：k2=1000 w?m2 ?oc-1第三效：完成液浓度：30%传热系数：k3=560 w?m2?oc1末效冷凝器压强：0.2atm料液比热容为：3.77kj?kg-1oc-1,（设各效传热面积相等）解：（一） 总蒸发量_ x j 106、“工 qmw=qmf 1-% =2.4x104 1| = 1.55m104kg/hix3 ji 30 j（二）估算各效溶液浓度设各效水分蒸发量相等，故一 一 一 、 qmw 1.55 10431 一qmw1 =qmw2 = qmw3 = =;=5.17 10 kg/hn3所以xiqmfx0q mf q mw1 i q mwi可得xi2.4 104

25、10.6%2.4 104 -5170-0.135 =13.5%同理可得x2 = 0.1865=18.65%x3= 0.3=30%（三） 估算各效溶液的沸点和有效温度差1、蒸汽压力按等压分配原则，各效压降为(4 1) -0.2 .-p 二二1.63atm因此，计算得各效蒸汽压力，并由此查得相应二次蒸汽压力下的参数，列表于下123二次蒸汽压力，atm3.41.80.2二次蒸汽温度，？c137.2116.359.7二次蒸汽夕含，kj/kg273427032605二次蒸汽潜热，kj/kg2157221623562、计算各效温度损失，求有效温差和各效溶液的沸点由图5-7查得各效溶液的沸点ta分别为143

26、?c、127?c、78?c,因此可求取各效由于溶液蒸汽压降低所引起的温差ai?=143-137.2=5.8?ca2?=127-116.3=10.7?ca3?=78-59.7=18.3?c三 a ?=5.8+10.7+18.3=34.8?c取各效由于液柱高度引起的温差分别为ai =1?c及 =2?c域=5?c ” = 8?c管路损失引起的温度差每一效为1?c,因此汇 a ?= 3?c因此三效的总温差损失为汇 a = 汇 a ?+ 汇 a +e a ” ?=34.8+8+3=45.8?c4atm的生蒸汽的饱和温度为ti=151.1?c,其潜热为r1=2115kj/kg。因此，若无温差损失,总的传热

27、温差为at=t1-tk=151.1-59.7=91.4?c除去损失的温差后，三效蒸发的有效总温差为汇 a t=iae a =91-45.8=45.6?c各效的沸点计算于下t1=143+1=144?ct2=127+2=129?ct3=78+5+1=84?c（四）生蒸汽消耗量和各效水分蒸发量以所求得各效溶液的沸点作为初值，求各效的自蒸发系数t0 -3h1 -cpt180 -1442734-4.187 144=-0.0301分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计30同理可求得阴0.00695, ,=0.02由于系数4=0.98-0.07 ai为所以 b=0.98-0.07 k13.5-10.6) = 0.

28、962 同理可求得砰=0.946邛=0.896由式（5-19a）1qm,wi - qm,di . (qm,f cpoqm,w1cpwqm,w2cpwqm,wi jcpw)忽略蒸汽汽化潜注的差别，代入已知量(ti -tirift0 11r4iqmwi = |qmdi+ qmfcpo2-1 11 = gmdi + 2.4 父 10 父 3.77 m(0.0301) i 0.962-2115=1.65 107w同理可求得q2= 2.94 106w6q3= 3.14 10 w各效传热系数分别为1500、1000、560w/m2?c,因此qiki4600000 “rc=3070q2k2二 2940q3k