化工原理蒸发.docx

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1、化工原理-第七章-蒸发一.选择题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，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。 AA. 减压 ；B. 常压 ；C. 加压4. 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。 CA. 等于；B. 小于；C. 不少于5. 蒸发器的有效温度差是指。 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

2、度的主要途径是增大。 CA. 传热温度差；B. 加热蒸汽压力；C. 传热系数；D. 传热面积；7. 中心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，宜承受蒸发器。 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. 削减；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. 承受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. 生产力气12

3、. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的削减是用增加换取的。 AA. 传热面积；B. 加热蒸汽压力；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，安排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淌方向逐效增大，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，宜承受蒸发器。 CA. 中心循环管式；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。3.

4、蒸发操作中，造成温度差损失的缘由有：2(1) 溶质的存在使蒸气压下降，沸点上升 ,(2) 液柱静压强引起,(3) 管道流体阻力导致。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：承受多效蒸发,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，加热蒸气放出的热量主要用于：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，其缘由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

5、水重量。10. 蒸发器的生产力气是指_单位时间内蒸发的水重量_。11. 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。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。三问答题1998-2023-提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？提高沸腾集热系

6、数；降低单程气化率；高速流体使污垢不易沉积1999-2023-什么是蒸发设备的生产强度单位传热面的蒸发量U=W/A=Q/Ar2023-循环型蒸发器中，降低单程气化率的目的是什么降低溶液在加热壁面四周的局部浓度增高现象；缓加热面上结垢现象。2023-蒸发操作节能的措施多效蒸发；额外蒸汽的引出；二次蒸汽的再压缩热泵蒸发；冷凝水热量的利用2023-提高蒸发器生产强度的途径有哪些？加大传热温差；提高蒸发器的传热系数；加热蒸汽的利用率1- 蒸发操作不同于一般环热过程的主要点有哪些？溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其他单元操作相比节能更重要2- 为什么要尽可能扩大管内沸腾时的汽

7、液环状流淌的区域由于该区域的给热系数a 最大3- 分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产力气的大小。设原料液浓度，温度，完成液浓度，加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等单效间歇蒸发起先D 小，生产力气大4- 多效蒸发的效数受哪些限制经济上限制：W/D 的上升达不到与效数成正比，W/A 的下降与效数成反比快； 技术上限制： SD 必需小于T-t0，而 T-t0 是有限的5- 比较单效与多效蒸发之优缺点单效蒸发生产强度高，设备费用低，经济性低。多效蒸发经济性四计算题1. 承受标准蒸发器将 10%的 NaOH 水溶液浓缩至 25%质量分数。蒸发室的操作压力为 50 kPa，试求操作条件下溶液的

8、沸点上升及沸点。解：溶液的沸点上升及沸点均按完成液来计算。查得水的有关数据为压力 p /kPa温度 t /汽化热 r /(kJ kg-1)101.31005081.22304.5在 101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为 113.07 。常压下溶液的沸点上升为 a=113.07100=13.0750 kPa 时，溶液的沸点上升可用两种方法计算。（1） 用杜林规章在杜林线图的横标 81.2 作垂直线交组成为 25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度为 93 ，此即 50kPa 下溶液的沸点 t 。AD=9381.2=11.8 （2） 用式 6-17 阅历公式估算D = f D= 0.

9、0162 (81.2+ 273)2 =11.5 a2304.513.07则溶液的沸点上升为 11.8 ，50kPa 下的沸点为 93 。两种方法计算结果相差不大。2. 用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为4.0%的番茄汁浓缩至 30%，加热管内液柱的深度为 2.0 m，冷凝器的操作压力为 8 kPa，溶液的平均密度为 1 160 kg/m 3，常压下溶质存在引起的沸点上升D =1 ，试求溶液的沸点 t 。aB解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为 41.3 ，水的汽化热为2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸发室的温差损失D =1.5。溶质引起的沸点上升取常压下数据，即D =1。则溶液的沸点为

10、t= 41.3 + D = 41.3 +1+1.5 + D = 43.8 + D BD 的计算如下：p= p + r Lgm2与 43.8 相对应的压力 p =9.25 kPa则p= 9.25 + 1160 2.0 9.81 kPa=20.63 kPam1000 2与 pm 对应的溶液沸点为 60.7 ，即 tB=60.7 3. 在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH 水溶液从 10%浓缩至 45%质量分数，原料液流量为 1 000 kg/h。蒸发室的操作确定压力为 50 kPa对应饱和温度为 81.2 ，加热室中溶液的平均沸点为 115 ，加热蒸汽压力为 0.3 MPa133.3 ，蒸发器的热

11、损失为12 kW。试求1水分蒸发量；260 和 115 两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量。解：1水分蒸发量xW = F (1- x) = 1000 (1- 0.10)kg/h=777.8 kg/h010.45 （2） 加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用焓浓图计算。10%NaOH 水溶液 60 的焓 220 kJ/kg，115 的焓为 440 kJ/kg；45% NaOH 水溶液 115的焓 545kJ/kg；115水蒸汽的焓为 2702.5kJ/kg,0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg。60 加料时WH + (F -W )h D =1r- Fh + Q0L= 777.8

12、 2702.5 + (1000- 777.8) 545 -1000 220 + 3600 12 kg/h=943.9 kg/he = D = 943.9 = 1.214W777.82168.1115 加料时D = 777.8 2702.5 + (1000 - 777.8) 545 - 1000 440 + 3600 12 kg/h=842.4kg/h2168.1e = 842.4 = 1.083777.8明显，随加料温度提高，D 及 e 值均下降。04. 在单效蒸发装置中，将 1/4 的二次蒸汽用来预热原料液。原料液的流量为 1 000kg/h，温度从 20 升到 70 ，其比热容 C0=3.

13、96 kJ/(kg )。完成液的组成为 0.28质量分数，下同。溶液的沸点为 98 ，蒸发室内二次蒸汽温度为 91 ，加热蒸汽温度为 125 。无视蒸发装置的热损失。试求1传热的有效温差和温差损失；2原料液的组成x ；3加热蒸汽消耗量和经济性。解：1有效温差和温差损失Dt= T - tm1= (125- 98)=27 D = t1- T = (98 - 91)=72料液组成91 下蒸汽的冷凝热r = 2281.6 kJ/kgFC(t - tp 00) = 1000 3.96 (70 - 20) kJh = 1.98 105 kJhW = 4 198000 kg/h=347.1 kg/h2281

14、.6x0xW = F (1 -1x= 0.18280) = 1000 (1 -x0)kg/h = 347.1 kg/h0.28（3） 加热蒸汽消耗量及其经济性98 和 125 的相变热分别为 2263.4kJ/kg 和 2191.8kJ/kgWr + FCD =(t - t) + Qp01Lr= 347.1 2263.4 +10003.96(98- 70)kg/h= 409.0kg/h2191.8=W347.1E0.8486D409.05. 在单效真空蒸发器中将牛奶从15%浓缩至 50%质量分数，原料液流量为 F=1500 kg/h， 其平均比热容 C0=3.90 kJ/(kg )，进料温度为

15、 30 。操作压力下，溶液的沸点为65 ，加热蒸汽压力为 105 Pa表压。当地大气压为 101.3 kPa。蒸发器的总传热系数 K0=1160 W/(m2)，其热损失为8 kW。试求1产品的流量；2加热蒸汽消耗量；3蒸发器的传热面积。解：1产品流量W = F (1 - x0 ) = 1500 (1 - 0.15) kg/h=1050 kg/hx1L = F -W = F0.50- (1- x0 ) = 1500 15 kg/h=450 kg/h1x50 1265 下水的汽化热为r =2343.4 kJ/kg201.3 kPa 下的蒸汽冷凝热 r=2204.5kJ/kg，T=120.3 无视牛

16、奶的稀释热，则Wr + FC(t - t) + Q = 1050 2343.4 + 1500 3.90 (65 - 30) + 3600 8 kg/hD =p 010rL2204.5=1222 kg/h=1222e1.1641050(3)蒸发器的传热面积Q = 1500 3.90(65 - 30) +1050 2343.4kJ/h=2.665106kJ/h=740 kWDt= T - tmB= (120.3- 65)=55.3 QS0 = K Dt0m= 740103m2=11.54 m21160 55.36. 在双效并流蒸发装置上浓缩盐的水溶液。条件为：第1 效，浓缩液的组成为 x1质量分数

17、，下同，流量为 L1=500 kg/h，溶液沸点为 105 即二次蒸汽温度，该温度p下水的汽化热r =2 245.4 kJ/kg，物料平均比热容c1=3.52 kJ/(kg )；第2 效，完成液组成为32%，溶液沸点为 90 ，该温度下水的汽化热r =2283.1 kJ/kg。无视溶液的沸点上升、稀2释热及蒸发装置的热损失。试计算原料液的处理量F 及其组成 x 。解：W = L (1- x01) = 500(1- 0.16) kg/h=250 kg/h21x20.32W r+ LC (t - t ) 250 2283.1+ 5003.52(-25) kg/h=234.6 kg/hD = W =

18、2 21p21= 21r12245.4F = W + L11= (234.6+ 500)kg/h=734.6 kg/hW = 734.6 (1 -x0 ) = 234.6kg/h10.16解得x0=0.10897. 在三效并流蒸发装置上浓缩糖水溶液。沸点上升及蒸发器的热损失均可无视不计。第一效的生蒸汽压力 p0=270.3 kPa对应饱和温度 130 、第三效溶液的沸点 t3=55对应 p3=15.74 k Pa。各效的总传热系数分别为：K0,1=2600 W/(m2)，K0,2=2023 W/(m2)，K0,3=1400 W/(m2)。各效蒸发器传热面积相等。试按如下两种简化估算各效溶液沸点

19、：（1） 各效传热量相等；（2） 各效等压力降。解：1各效传热量相等的溶液沸点11Dt = Dt K110,11= (130- 55)2600111= 18.04C1m+K(0,1K) 0,2K0,3260020231400t= 130-18.041=111.96 同理Dt = 23.45Ct = 88.51Ct = 55C2232等压力降原则的沸点相邻两效间的压力差为Dp = 270.3 -15.74 kPa=84.85 kPai3p = 185.5 kPat11= 117.6 同理p= 100.6 kPat= 99.9 22可见，不同简化方法估算溶液的沸点值有确定差异。8、某效蒸发器每小时

20、将 1000kg 的 25%质量百分数，下同NaOH 水溶液浓缩到 50%。： 加热蒸气温度为 120C，进入冷凝器的二次蒸气温度为 60C，溶质和液柱引起的沸点上升值为 45C，蒸发器的总传热系数为1000 Wm-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无视，认为加热蒸气与二次蒸气的汽化潜热相等，均为2205kJkg-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/smWmF01加热蒸汽消耗量:qc(t - t ) + qrq= mFp 010mW mDRt =t

21、10q= mDqrmwR=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=105Q0.139 2205 103S = K (T - t ) =1000(120 - 105)= 20.4m 29、将 8%的 NaOH 水溶液浓缩到 18%，进料量为 4540 kg 进料温度为 21C，蒸发器的传热系数为 2349Wm-2k-1，蒸发器内的压强为55.6Kpa，加热蒸汽温度为110C，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。：8%NaOH 的沸点在 55.6Kpa 时为 88C，88C 时水的汽化潜热为 2298.6kJkg-1。8%NaOH 的比热容为 3.85kJkg-1oC-1，110C 水蒸气的汽化潜热为 2234.4kJkg-1。解：q =4540(18/18)=2522kJ/hmwt=Tt=109.288=21.2传热速率：Q=q C (t t )+q rmFpo10mw=4540/36003.85103(8821)+2522/36002298.6103=1936103 WQ1936 103S = 38.9m 2KDt2349 21.2q =Q/r=1936103/(2234.4103)=0.87kg/s=3130kg/hmD