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

5、程型蒸发器的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

6、 C,汽化热为 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2100

7、kg?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：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 10

8、6/2435 (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

9、：qmD =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?k

10、g-1。 8%NaOH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

11、率截距101.024.5401.113.45、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

12、蒸发系统的进料速率为1t?h-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?

13、C,X1<20%,近似地 Cp1=Cpw(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=295

14、0W?m2?oC1, K2=2670W?m2?oC1 , 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 qm

15、F1.冬X2=qmF0.0504 :。875(3)估算各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

16、.85qmw1qmw2 =35628 -1.906qmw1qmw3 =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 =

17、 12740kg/h(4)验算AtQ1 =qmw1rl qmFcp(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.

18、311732?C?C26257940 二27322670 3600100031038380 =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(

19、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 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 -

20、1.9946qmw1) (58339.4 - 3.693qmwi)=0.875qmF =0.875(708000 -53.77qmw1)因此，可解出qmw1= 12363kg/hqmw2 = 12780kg/hqmw3 = 12583kg/hqmF = 43240kg/h(d)验算AtQi"qmw"1 qmFCp(t1 -t0) =12363 2258.4 43240 4.2(100 -80) =29736680kJ /hQ2=qmD2r2 =qmw1r2 =12363 2258.4 =267920600kJ/hQ3= qmD3r3 =qmw2r3 =12780 2307.

21、8 = 29693680kJ/h29736680 =28002950 36001000Q227920600 - 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

22、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/(

23、2000-800)=0.033ti=95?C t2=70?Cr2=r2' =2280kJ/kgCpo=Cpw(1-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

24、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：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

25、10431 一qmw1 =qmw2 = qmw3 = =;=5.17 10 kg/hn3所以XiqmFX0q mF q mw1 I q mwi可得Xi2.4 104 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/k

26、g273427032605二次蒸汽潜热，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?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

27、 = 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

28、 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) = 0.962 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-<

29、r1力所以qmw1 =0.962qmD1 -2620I + f«1 -，2 1qmw2 = qmw1 (qmF Cp0 qmw1 cpw)22r2 一=bmw1 (2.4 104 3.77 -4.187 qmw1)(0.00965)】0.946所以(a)q mw2 二 0.9185qmw1 595(b)_t2 -t3qmw3qmw2qmFcp0 - qmw1cpw - qmw2cpw3-qmw2 (2.4 104 3.77 -4.187 qmw1 -4.187 qmw2)(0.02)1 0.896qmw3 =0.821qmw2 1621 -0.075qmw1由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系q mw= qmw1 - qmw2qmw3 =15500(c)(d)联合求解式（a）、（b）、 （c）和（d）得到生蒸汽消耗量qmD1=7840kg/h各效蒸发量分别为qmw1=4920kg/hqmw2=5125kg/hqmw3=5485kg/h(五)各效传热量及温差计算不取额外蒸汽qmD2= qmw1=4920kg/h,qmD3= qmw2=5125kg/h因此各效的传热量为Qi= qmD1 r1 =7840 >2115=1.65 107W同理可求得Q2= 2.94 106W6Q3= 3.14 10 W各效