蒸发习题及答案

10蒸发习题及答案一.选择题蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为〔 。B生蒸汽； B.二次蒸汽； C.额外蒸汽蒸发室内溶液的沸点〔 〕二次蒸汽的温度。B等于； B.高于； C.低于在蒸发操作中，假设使溶液在〔 〕下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。A减压； B.常压； C.加压在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都需要〔 〕1kg的加热蒸汽。C等于； B.小于； C.不少于蒸发器的有效温度差是指〔 。A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.温度差损失提高蒸发器生产强度的主要途径是增大〔 。C传热温度差； B.加热蒸汽压力；C.传热系数； D.传热面积；中心循环管式蒸发器属于〔 〕蒸发器。A自然循环； B.强制循环； C.膜式蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜承受〔 〕蒸发器。B列文式；B.膜式；C.外加热式；D.标准式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〔 。A削减； B.增加； C.不变蒸发装置中，效数越多，温度差损失〔 。B越少； B.越大； C.不变承受多效蒸发的目的是为了提高〔 。B完成液的浓度；B.加热蒸汽经济程度；C.生产力气多效蒸发中，蒸汽消耗量的削减是用增加〔 〕换取的。A传热面积； B.加热蒸汽压力； C.传热系数多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，安排到每效的有效温度差就〔 。A越小； B.越大； C.不变〔 〕加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流淌方向逐效增大，致使A并流； B.逆流； C.平流对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜承受〔 〕蒸发器。C中心循环管式； B.列文式； C.升膜式二.填空题蒸发是 浓缩溶液 的单元操作。为了保证蒸发操作能顺当进展必需不断的向溶液供给 热能 并随排解气化出来的 溶剂蒸汽 。蒸发操作中，造成温度差损失的缘由有：溶质的存在使蒸气压下降，沸点上升,液柱静压强引起 ,管道流体阻力导致 。蒸发器的主体由 加热室 和 蒸发室 组成。在蒸发操作中降低单位蒸气消耗量的主要方法有承受多效蒸发, 真空蒸发_, 加强设备保温。蒸发操作按蒸发器内压力可分为：_加压_,_常压_,_真空_蒸发。蒸发操作中，加热蒸气放出的热量主要用于1〕二次蒸汽气化所需的潜垫预热原料液〔3〕补偿蒸发器的热损失。入后一效时有_自蒸发_。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重量。蒸发器的生产力气是指_单位时间内蒸发的水重量_。单程型蒸发器的特点是溶液通过加热室一次，_不作 循环流淌，且溶液沿加热管呈_膜状流淌，故又称为_液膜式_蒸发器。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_。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。标准式蒸发器内溶液的循环路线是从中心循环管_下降_，而从其它加热管_上升，其循环的缘由主要是由于溶液的_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%，分别室确定压强为15kPa，求溶液的沸点和溶质引起的沸点上升值。解：查附录：15kPa53.52370kJ/kg(1)5，25%NaOH113℃所以，Δa=113-100=13℃f0.0162

T2r

0.0162

53.527322370

0.729所以沸点上升值为Δ=fΔa=×13=9.5℃操作条件下的沸点：t=+=63℃(2)用杜林直线求解15kPa时，纯水的饱和温度为53.5℃，由该值和浓度255-7，此条件65℃因此，用杜林直线计算溶液沸点上升值为Δ==9.5℃2、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12º2205k•kg-18º由于溶质和液柱引起的沸点上升值为9ºC，饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W•m-2k-1，3500W•m-2k-1。求蒸发器的传热面积。无视换热器管壁和污垢层热阻，蒸发器的热损失无视不计。解：热负荷Q=2100×2205×103/3600=×106W溶液温度计t=81+9=90℃蒸汽温度T=120℃∵1/K=1/h+1/h=1/8000+1/35001 2∴K=2435W/m2K∴S=Q/[K(T-t)]=×106/[2435×(120-90)]=17.6m23、某效蒸发器每小时将1000kg25%〔质量百分数，下同〕NaOH50120ºC，60ºC，溶质和45ºC，蒸发器的总传热系数为1000W•m-2k-1。溶液被预热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:q=q(1-x/x)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/smW mF 0 1加热蒸汽消耗量:q c (tq mF p0 1mD

t)q r0 mWR∵t=t1 0q ∴mD

q rmwR =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℃Q 0.1392205103∴t∴

20.4m248NaOH184540kg21ºC，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。：8%NaOH88ºC，88ºC•kg-1。8%NaOH•kg-1oC-1，110ºC•kg-1。解：q=4540(1－8/18)=2522kJ/hmwt=T－t=－88=21.2℃传热速率：Q=qC(t－t)+qr＇mF po 1 0 mw=4540/3600××103×(88－21)+2522/3600××103=1936×103WQ 1936103S 38.9m2Kt 234921.2q=Q/r＇=1936×103/×103)=0.87kg/s=3130kg/hmD5、在一中心循环管式蒸发器内将浓度为10%〔质量百分率，下同〕的NaOH4040kPa75ºC。在操作压强下蒸发纯80ºC。求溶液的沸点和由于溶液的静压强引起的温度上升的值。10%40%NaOH浓度〔%〕浓度〔%〕1040斜率截距40%NaOHt＝３４+1＝３４+×80＝１２２.８℃由溶液静压强引起的温度差损失：t Tw＝80-75＝5℃61t•h-110%，第一效和其次效完成液浓1530108ºC95ºC。当溶液从第一效进入其次效由于温度降产生自蒸发，求自蒸发量和自蒸发量占其次效总蒸发量的百分数。解：qw1qw1qw2q=1000kmFg/h1908˚C5˚C12 x 0.1q q

1010001 333.3kg/h

mF x1

0.15 x 0.15q (q

q )1 1(1000333.3)1 333.4kg/hmw2

mF mw1 x2

0.3自蒸发水重量为:qq

q

c (tp1 1

t)2mw

r2其中t=108˚C，t=95˚C，1x<20%，近似地c

2=c〔1-x〕==(kg˚C)195˚Cr

p1 pw 1=kg2所以自蒸发量为qq

qmw1

c (tp1

t)2

13.59kg/hmwq

r2自蒸发量占其次效总蒸发量的百分数为13.59

2270.9mwqmw2

100% 100%40.8%333.4754090ºC120ºC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K=2950W•m-2•ºC-1,K=2670W•m-2•ºC-1,K=2900W•m-2•ºC-1。1 2 1热蒸气消耗量。解：〔1〕初步估算各效的温差Δt=19˚C1Δt=21˚C2Δt=40˚C3由于无视各种温差损失，故各效的加热蒸汽温度及沸点为T=120˚C r=2205kJ/kg1 1T=t=T-Δt=120-19=101˚C

=2257kJ/kg2 1 1 1 2 1T=t=T-Δt=101-21=80˚C

=2307kJ/kg3 2 2 2 3 2T=t=40˚C r΄=2401kJ/kgK 3 3总蒸发量

0.05q q 1 mw mF x

q mF

0.4

0.875qmF 2估算各效蒸发量及料液量由于各效溶液的比热熔均一样，故Q K1

St1

qmw1

rq c (tmF p

t)0

〔a〕Q K2

St2

q2

r(q

q )c (tmw1 p

t)1

(b)Q K3

St3

qmw3

r(q

qmw1

q )c (tmw2 p

t)2

(c)代入值29503600140192257q1000

qmw1

4.2(10190)26703600140212307q1000

mw2

(qwF

qmw1

)4.2(80101)13603600140402401q1000解得：

mw3

(qwF

qmw1

qmw2

)4.2(4080)q 61150048.85qmF

mw1 〔d〕(e)q 356281.906q(e)mw2 mw1(f)q 51713.53.35q(f)mw3 mw1q q q q q (35628mw mw1 mw2 mw3 mw1(g)q 0.875q 0.875(61150048.85qmw mF(h)因此，可解出q=43180kg/hmFq=11634kg/hqq

=13454kg/h=12740kg/hQ q1

mw1

rq c(t1 mF p

验算Δtt)116342257431804.2(10190)28252850kJ/h0Q q2Q q

rr

q rmw12q r

11634225726257940kJ/h13454230731038380kJ/h3 mD33 mw231Q 282528501K 2950360011000

2660Q2K2

26257940267036001000

27323Q 310383803K 1360360031000

6340 Q26602732634011732K TT1 K

1204080˚Ct1

Q11K t26608018.111Q 11732K ˚CQ2t2

K t27328018.632Q 117322K ˚Ct3

Q33K t63408043.33Q 11732K ˚C各效温差与初估温差相差较大，应重安排〔a〕安排ΔtΔt=20˚C1Δt=20˚C2Δt=40˚C3〔b〕估算各效沸点及相应的汽化热T=t=T-Δt=120-20=100˚C

=2258kJ/kg2 1 1 1 2 1T=t=T-Δt=100-20=80˚C

=kg3 2 2 2 3 2΄T=40˚C ΄K计算总蒸发量按式a〔b〕及式〕代入值

=2401kJ/kg329503600140202258q1000

qmw1

90)26703600140202307.8q1000

mw2

(qwF

q

)4.2(80100)140402401q1000解得：q 70800053.7qmF mw1q 374321.994qmw2 mw1q 58339.43.693qmw3 mw1

mw3

(qwF

q

qmw2

)4.2(4080) q q q q q (374321.9946q )(58339.43.693q )mw mw1 mw2 mw3 mw1 mw1 mw10.875q 0.875(70800053.77q )mF mw1因此，可解出qmw1qmw2qmw3

=12363kg/h=12780kg/h=12583kg/hq=43240kg/hmFQ q1

mw1

rq c(t1 mF p

验算Δtt)123632258.4432404.2(10080)29736680kJ/h0Q q2Q q

rr

q rmw12q r

123632258.4267920600kJ/h127802307.829693680kJ/h3 mD33 mw231Q 297366801K 2950360011000

2800Q2K2

27920600267036001000

29053Q 294936803K 1360360031000

6024 Q28002905602411729KQ11t K11 K

t28008019.111729˚CQ22t K22 KQ 33t K33 QK

t29058019.811729˚Ct60248041.111729˚C与前面所设的Δt=20˚C1Δt=20˚C2Δt=40˚C3很相近，故认为该温差分协作适，所以qmF=43240kg/hQq 1QmD r1

2973668013486kg/h22058、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2023kg•h-110%95ºC75ºC。蒸发器消800kg•h-12280kJ•kg-1。无视热损失，求蒸发水量。解：第一效蒸发水量：：q=800kg/h,

=2280kJ/kg,mD1 1 1q=q=800kg/hmw1 mD1其次效蒸发水量：：q=q=800Kg/h,mD2 mw1q=q-q=2023-800=1200kg/hmF2 mF mw1=q

-q)=2023×(2023-800)=02 1

mF

mF mw1t=95˚Ct=70˚C r=r’=2280kJ/kg1C=C

(1-X

2 2 2)=×=(kg˚C)poq r

pw 02\l“_TOC_250000“q c (tmF2 p0 2

t)q1

rmw22q q

qmF2cp0(t2

t)1

840kg/hmw2

mD2 r2

2280蒸发水量q=q+qmw mw1 mw2=800+840=1640kg/h.9NaOH104kg•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：K=1500W•m-2•ºC-11其次效：传热系数：K=1000W•m-2•ºC-12第三效：完成液浓度：30%传热系数：K=560W•m-2•ºC-13末效冷凝器压强：•kg-1C-1，〔设各效传热面积相等〕解：〔一〕总蒸发量 x

10.64 4q q 1mw mF

0 2.410x3

1

1.5510kg/h30〔二〕估算各效溶液浓度设各效水分蒸发量相等，故 q

1.55104q

q

q mw3

mw 5.17103kg/hn 3所以x qmFx0i q mF

mw1

mwi可得x 2.410410.6%0.13513.5%1 2.41045170同理可得x==%2x==30%3〔三〕估算各效溶液的沸点和有效温度差1、蒸汽压力按等压安排原则，各效压降为p(41)0.21.63 atm12123二次蒸汽压力，atm二次蒸汽温度，˚C二次蒸汽焓，kJ/kg二次蒸汽潜热，kJ/kg2734270326052157221623562、计算各效温度损失，求有效温差和各效溶液的沸点5-7tA143˚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΄Δ ==˚C΄1΄Δ ==˚C΄2΄Δ ==˚C΄3∑Δ΄=++=˚C取各效由于液柱高度引起的温差分别为Δ1˚C1Δ″=2˚C2Δ″=5˚C3∑Δ″=8˚C1˚C，因此∑Δ″΄=3˚C因此三效的总温差损失为∑Δ=∑Δ΄+∑Δ″+∑Δ″΄=+8+3=˚C4atm的生蒸汽的饱和温度为T˚Cr=2115kJ/kg1 1总的传热温差为Δt=T-TT 1 k∑Δt=ΔtT

-∑Δ=各效的沸点计算于下t=143+1=144˚C1t=127+2=129˚C2t=78+5+1=84˚C3(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1 t0t11 H

80144 0.030127344.1871441 p1简化计算。

分母可以用二次蒸汽汽化潜热同理可求得β=，β2 3由于系数ηiη=〔〕=1同理可求得η=2η=3由式〔5-19a〕 r (t t )qm,wi

q

m,Di

i(qri

cm,F

q cm,w1

q cm,w2

q

cm,wi1

) i r ir i无视蒸汽汽化潜热的差异，代入量

t q q q c

0 1 q 2.41043.77(0.0301)0.962mw1

mD1

mF p0 1

1

mD1所以〔a〕q 0.962q 2620〔a〕mw1 mD1qmw2

q

mw1

q cmF

q cmw1

t t 21r222 qmw1(2.41043.774.187qmw1)(0.00965)0.946所以qmw20.9185qmw1595 〔b〕qmw3

q

mw2

q cmF

q cmw1

q cmw2

t t32r333 q (2.41043.774.187q 4.187q )(0.02)0.896mw2 mw1 mw2〔c〕q 0.821q 16210.075q〔c〕mw3 mw2 mw1由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系〔d〕q q q q 15500〔d〕mw mw1 mw2 mw3联合求解式a、(b(c(d生蒸汽消耗量q=7840kg/hmD1各效蒸发量分别为q=4920kg/hmw1q=5125kg/hmw2q=5485kg/hmw3(五)各效传热量及温差计算不取额外蒸汽q=q

=4920kg/h, q=q

=5125kg/hmD2

mw1

mD3

mw2因此各效的传热量为Q=qr=7840×2115=×107W1 mD1 1同理可求得Q=×106W2