蒸发习题及答案

1、蒸发习题及答案1. 蒸发操作中，从溶液中汽化岀来的蒸汽，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（A.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（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。C.加压1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。CC.不少于）。AA.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.加热蒸

2、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.加热蒸汽压

3、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。A.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，并随排除气化岀来的 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降，沸点升高,液柱静压强引起,管道流

4、体阳力导致。4. 蒸发器的主体由 加热室 和_蒸发室组成。5. 在蒸发操作中，降低单位蒸气消耗量的主要方法有：采用多效蒸发,真空蒸发_,加强设备保温。6. 蒸发操作按蒸发器内压力可分为：_加压_,_常压，真空_蒸发。7. 蒸发操作中，加热蒸气放岀的热量主要用于：（1）二次蒸汽气化所需的潜垫（2）预热原料液（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. 单程型蒸发器的特点是溶液通过加热室

5、一次,_不作循环流动，且溶液沿加热管呈_膜状 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一液体分布器一。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_下降_，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，而引起的_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,汽化热为 2

6、370kJ/kg(1) 查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113 °C所以， a= 113-100=13 C所以沸点升高值为寸 a=x 13=9.5 C操作条件下的沸点：t=+=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 =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，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

7、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 3500W?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= X 106W溶液温度计t=81+9=90 C蒸汽温度T=120 C 1/K=1/h 1 + 1/h2=1/8000+1/3500 K=2435W/m 2K S=Q/K(T-t)= X106/2435 X20-90)=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

8、为120oC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60o C,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/X1)=1000 X1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s加热蒸汽消耗量： t 1=t 0q mw rqmDR =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 C3c Q 0.139

9、2205 1021000120105S20.4m24、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，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的沸点在时为 88oC, 88oC时水的汽化潜热为 ？kg-1。 8%NaOH的比热容为？kg-1oC-1，110oC水蒸气的汽化潜热为？kg-1。解：qmw=4540(1 8/18)=2522kJ/ht=T 1= 88=21.2 C传热速率：Q=qmF Cpo(t1 to)+qmw/=4540/3600 XX 10

10、3x (88 21)+2522/3600 XX 103=1936X 103 W33qmD =Q/r / =1936 X 10 / X 10 )=0.87kg/s=3130kg/h5、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：浓度(%)斜率截距1040解：溶液沸点用 40%NaOHK溶液杜林线的数据计算:t1=3 4 +=34 + X80= 12

11、 2 . 8C由溶液静压强引起的温度差损失:=80-75 = 5 C6、双效并流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108oC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自蒸发水分量为：其中 t1=108?C， t2=95?C，xi<20%，近似地 Cpi=Cpw (1-xi) =(kg?C)95?C 时 r?2=kg所以自蒸发量为自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为7、在三效蒸发系统中将某水溶液从5%连续浓缩到40%。进料

12、温度为90oC。用120oC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：Ki=2950W?m2?oC-1,K2=2670W?n?oC-1 , Ki=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 At 19?C 2=21?CA3=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r1=2205kJ/kgr2=r?1 =2257kJ/kg r3=r?2 =2307kJ/kg r?3 =2401kJ/kgT1=120?CT2=

13、 t1= T1- At=120-19=101?CT3= t2= T2- A2=101-21=80?CTk= t3= 40?C(2) 总蒸发量(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Q1K 1 S t1qmw1 r1q mF Cp (t1t0)K2S t2q mw1 )Cp(t2t1)Q3K 3S t3q mw3r3(qmFqmw1qmw2)Cp(t312)代入已知值解得：qmF61150048.85q mw1(d)qmw2356281.906qmw1(e)qmw351713.53. 35q mw1(f)Q2q mw2 r 2(qmFq mw q mw1 q mw2 q m

14、w3q mw1(a)(b)(c)(35628 1.906qmw1) (517135 3.55qmw1)qmw 0.875qmF因此，可解岀0.875(611500 48.85qmw1)(h)qmF = 43180kg/h qmw1 = 11634kg/h qmw2 = 13454kg/h qmw3 = 12740kg/h(4)验算AttTiTk120 4080?Ct1QtKQ2t2K2tQ26608018.111732?C27328018.6311732?CQ3t3K3Q6340801173243.3K各效温差与初估温差相差较大，应重新分配(a) 分配取 1=20?C 2=20?C 3=40?

15、C(b) 估算各效沸点及相应的汽化热T2= t1= T1- t=120-20=100?CT3= t2= T2- 2=100-20=80?C Tk= 40?C(c)计算总蒸发量 按式(a)、 代入已知值 解得： 因此，可解岀 qmw1 = 12363kg/h qmw2 = 12780kg/h qmw3 = 12583kg/h qmF = 43240kg/h (d)验算Q1 K?Cr2=r?1 =2258kJ/kgr3=r?2 =kgr?3 =2401kJ/kgb)及式（c）计算各效蒸发量t12800117298019.1t2KQ2互Q29051172980?C19.8?Ct3Q3K3Q60241

16、17298041.1?CK与前面所设的 t=20?C 2=20?C3=40?C很相近，故认为该温差分配合适，所以qmF = 43240kg/h&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2000 kg?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：qmD1=800kg/h,n=r1?=2280kJ/kg,qmw1= qmD1=800kg/h第二效蒸发水量：已知：qmD2= qmw1

17、=800Kg/h,qmF2= qmF - qmw1=2000-800=1200kg/hXo2=X1= qmF Xo/( qmF - qmw1)=2000 X (2000-800)= t1=95?C t2=70?Cr2=r2 =2280kJ/kgCpo=Cpw(1-X 02)= >=(kg?C) 蒸发水量qmw = qmwl+ 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x104kg?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%;温度，80oC;传热系数：-2 -1K1

18、=1500 W?m ?oC第二效：传热系数：-2 -1K2=1000 W?m ?oC第三效：完成液浓度:30%传热系数：-2 -1K3=560 W?m ?oC末效冷凝器压强：料液比热容为：？kg-1oc-1，（设各效传热面积相等） 解：（一）总蒸发量（二）估算各效溶液浓度 设各效水分蒸发量相等，故 所以可得同理可得X2 = =%X3 = =30%（三）估算各效溶液的沸点和有效温度差(41)0.231.61、蒸汽压力按等压分配原则，各效压降为123二次蒸汽压力，atm二次蒸汽温度，？C二次蒸汽焓，kJ/kg273427032605二次蒸汽潜热，kJ/kg215722162356atm因此，计算得

19、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2、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1?=?C&?=?CA3?=?CEA ?=+=?C取各效由于液柱高度引起的温差分别为A" =?CAj” =2CA3" =?CEA" = 8?C管路损失引起的温度差每一效为1?C，因此EA" ?= 3?C因此三效的总温差损失为EA = EA ?+ EA" +EA" ?=+8+3=?C4atm的生蒸汽的饱和温度为

20、Ti=?C，其潜热为ri=2115kJ/kg。因此，若无温差损失，总的传热温差为 T=-Tk=除去损失的温差后，三效蒸发的有效总温差为EA t=iAH咯效的沸点计算于下ti=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to t180 1441H1 cpt12734 4.187 144同理可求得近，傾=由于系数n=， 所以n=（）=同理可求得0.0301分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。n=由式(5-19a)忽略蒸汽汽化潜热的差别，代入已知量 所以qmw10.962qmD12

21、620所以qmw20.9185qmw1595qmw30.821q mw216210.075qmw1由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系qmwqmw1qmw2q mw315500(a)(b)(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Q1= q=7840 ><2115= X107W同理可求得Q2= >06WQ3= >06W各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2?C，因此已知总的有效温差 EA t