蒸发习题及答案

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 B A 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 B A 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 A A 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 C A 等于 B 小于 C 不少于 5 蒸发器的有效温度差是指 A 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 6 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大 C A 传热温度差 B 加热蒸汽压力 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 A A 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 B A 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 A A 减少 B 增加 C 不变 10 蒸发装置中 效数越多 温度差损失 B A 越少 B 越大 C 不变 11 采用多效蒸发的目的是为了提高 B A 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 A A 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 分配到每效的有 效温度差就 A A 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 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 C A 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降 沸点升高 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 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 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 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 汽化热为 2370kJ kg 1 查附录 5 常压下 25 NaOH 溶液的沸点为 113 所以 a 113 100 13 729 0 2370 273 5 53 0162 0 0162 0 2 2 r T f 所以沸点升高值为 f a 0 729 13 9 5 操作条件下的沸点 t 9 5 53 5 63 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 5 由该值和浓度 25 查图 5 7 此条件 下溶液的沸点为 65 因此 用杜林直线计算溶液沸点升高值为 63 53 5 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 120 C 其汽化热为 2205kJ kg 1 已知蒸发器内二次蒸气温度为 81 C 由于溶质和液柱引起的沸点升高值为 9 C 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 2205 103 3600 1 286 106W 溶液温度计 t 81 9 90 蒸汽温度 T 120 1 K 1 h1 1 h2 1 8000 1 3500 K 2435W m2K S Q K T t 1 286 106 2435 120 90 17 6 m2 3 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 120 C 进入冷凝器的二次蒸气温度为 60 C 溶质和液柱引起 的沸点升高值为 45 C 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 x0 x1 1000 1 25 50 500Kg h 0 139Kg s 加热蒸汽消耗量 R rqttcq q mWpmF mD 010 t1 t0 R rq q mw mD 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 2 3 4 20 1051201000 102205139 0 m tTK Q S 4 将 8 的 NaOH 水溶液浓缩到 18 进料量为 4540 kg 进料温度为 21 C 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 110 C 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 88 C 88 C 时水的汽化潜热为 2298 6kJ kg 1 8 NaOH 的比热容为 3 85kJ kg 1oC 1 110 C 水蒸气的汽化潜热为 2234 4kJ kg 1 解 qmw 4540 1 8 18 2522kJ h t T t 109 2 88 21 2 传热速率 Q qmF Cpo t1 t0 qmwr 4540 3600 3 85 103 88 21 2522 3600 2298 6 103 1936 103 W 2 3 9 38 2 212349 101936 m tK Q S qmD Q r 1936 103 2234 4 103 0 87kg s 3130kg h 5 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 75 C 已知在操作压强下蒸 发纯水时 其沸点为 80 C 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 10 40 1 02 1 11 4 5 3 4 解 溶液沸点用 40 NaOH 水溶液杜林线的数据计算 t1 1 11t 1 11 80 由溶液静压强引起的温度差损失 Ttw 80 75 5 6 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 108 C 和 95 C 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 hkg x x qq mFwm 3 333 15 0 1 0 110001 1 0 1 hkg x x qqq mwmFwm 4 333 3 0 15 0 1 3 3331000 1 2 1 12 自蒸发水分量为 2 2111 r ttcqq q pmwmF wm 其中 t1 108 C t2 95 C x1 20 近似地 cp1 cpw 1 x1 4 187 1 0 15 3 56kJ kg C 95 C 时 r 2 2270 9kJ kg 所以自蒸发量为 hkg r ttcqq q pmwmF wm 59 13 9 2270 95108 56 3 3 3331000 2 2111 自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为 8 40 100 4 333 59 13 100 2 mw wm q q 7 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 90 C 用 120 C 的饱和水蒸气加热 末效二次蒸气的温度为 40 C 各效的传热面积均为 140m2 各效 的总传热系数分别为 K1 2950W m 2 C 1 K2 2670W m 2 C 1 K1 2900W m 2 C 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 qw1qw2 x1 0 15 qmF 1000kg h x0 0 1 95 C108 C x2 0 3 1 初步估算各效的温差 设 t1 19 C t2 21 C t3 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 C r1 2205kJ kg T2 t1 T1 t1 120 19 101 C r2 r 1 2257kJ kg T3 t2 T2 t2 101 21 80 C r3 r 2 2307kJ kg TK t3 40 C r 3 2401kJ kg 2 总蒸发量 mFmFmFmw qq x x qq875 0 4 0 05 0 11 2 0 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 0111111 ttcqrqtSKQ pmFmw a 12122222 ttcqqrqtSKQ pmwmFmw b 232133333 ttcqqqrqtSKQ pmwmwmFmw c 代入已知值 90101 2 4225719140 1000 36002950 1 wFmw qq 10180 2 4 230721140 1000 36002670 12 mwwFmw qqq 8040 2 4 240140140 1000 36001360 213 mwmwwFmw qqqq 解得 1 85 48611500 mwmF qq d 12 906 1 35628 mwmw qq e 13 35 3 5 51713 mwmw qq f 55 3 5 51713 906 1 35628 111321mwmwmwmwmwmwmw qqqqqqq g 85 48611500 875 0875 0 1mwmFmw qqq h 因此 可解出 qmF 43180kg h qmw1 11634kg h qmw2 13454kg h qmw3 12740kg h 4 验算 t hkJttcqrqQ pmFmw 28252850 90101 2 443180225711634 01111 hkJrqrqQ mwmD 26257940225711634 21222 hkJrqrqQ mwmD 31038380230713454 32333 2660 1000 36002950 28252850 1 1 K Q 2732 1000 36002670 26257940 2 2 K Q 6340 1000 36001360 31038380 3 3 K Q 11732634027322660 K Q 8040120 1 K TTt C 1 1880 11732 2660 1 1 1 t K Q K Q t C 63 1880 11732 2732 2 2 2 t K Q K Q t C 3 4380 11732 6340 3 3 3 t K Q K Q t C 各效温差与初估温差相差较大 应重新分配 a 分配 t 取 t1 20 C t2 20 C t3 40 C b 估算各效沸点及相应的汽化热 T2 t1 T1 t1 120 20 100 C r2 r 1 2258kJ kg T3 t2 T2 t2 100 20 80 C r3 r 2 2307 8kJ kg TK 40 C r 3 2401kJ kg 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 90100 2 4225820140 1000 36002950 1 wFmw qq 10080 2 4 8 230720140 1000 36002670 12 mwwFmw qqq 8040 2 4 240140140 1000 36001360 213 mwmwwFmw qqqq 解得 1 7 53708000 mwmF qq 12 994 1 37432 mwmw qq 13 693 3 4 58339 mwmw qq 693 3 4 58339 9946 137432 111321mwmwmwmwmwmwmw qqqqqqq 77 53708000 875 0 875 0 1mwmF qq 因此 可解出 qmw1 12363kg h qmw2 12780kg h qmw3 12583kg h qmF 43240kg h d 验算 t hkJttcqrqQ pmFmw 29736680 80100 2 443240 4 225812363 01111 hkJrqrqQ mwmD 267920600 4 225812363 21222 hkJrqrqQ mwmD 29693680 8 230712780 32333 2800 1000 36002950 29736680 1 1 K Q 2905 1000 36002670 27920600 2 2 K Q 6024 1000 36001360 29493680 3 3 K Q 11729602429052800 K Q 1 1980 11729 2800 1 1 1 t K Q K Q t C 8 1980 11729 2905 2 2 2 t K Q K Q t C 1 4180 11729 6024 3 3 3 t K Q K Q t C 与前面所设的 t1 20 C t2 20 C t3 40 C 很相近 故认为该温差分配合适 所以 qmF 43240kg h hkg r Q qmD 13486 2205 29736680 1 1 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 2000 kg h 1 经第一效浓缩到 10 第一 二效的溶液沸点分别为 95 C 和 75 C 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 r1 r1 2280kJ kg qmw1 qmD1 800kg h 第二效蒸发水量 已知 qmD2 qmw1 800Kg h qmF2 qmF qmw1 2000 800 1200kg h X02 X1 qmF X0 qmF qmw1 2000 0 05 2000 800 0 033 t1 95 C t2 70 C r2 r2 2280kJ kg Cpo Cpw 1 X02 4 187 1 0 0833 3 84kJ kg C 22120222 rqttcqrq mwpmFmD hkg r ttcq qq pmF mDmw 840 2280 9575 84 31200 800 2 1202 22 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 4 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 80 C 传热系数 K1 1500 W m 2 C 1 第二效 传热系数 K2 1000 W m 2 C 1 第三效 完成液浓度 30 传热系数 K3 560 W m 2 C 1 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 hkg x x qq mFmw 1055 1 30 6 10 1104 21 44 3 0 二 估算各效溶液浓度 设各效水分蒸发量相等 故 hkg n q qqq mw mwmwmw 1017 5 3 1055 1 3 4 321 所以 mwimwmF mF i qqq xq x 1 0 可得 5 13135 0 5170104 2 6 10104 2 4 4 1 x 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 6 1 3 2 0 14 p atm 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 二次蒸汽焓 kJ kg273427032605 二次蒸汽潜热 kJ kg 215722162356 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 1 143 137 2 5 8 C 2 127 116 3 10 7 C 3 78 59 7 18 3 C 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 1 1 C 2 2 C 3 5 C 8 C 管路损失引起的温度差每一效为 1 C 因此 3 C 因此三效的总温差损失为 34 8 8 3 45 8 C 4atm 的生蒸汽的饱和温度为 T1 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 tT 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 t tT 91 4 45 8 45 6 C 各效的沸点计算于下 t1 143 1 144 C t2 127 2 129 C t3 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 0301 0 144187 42734 14480 11 10 1 tcH tt p 分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计 算 同理可求得 2 0 00695 3 0 02 由于系数 i 0 98 0 07 xi 所以 1 0 98 0 07 13 5 10 6 0 962 同理可求得 2 0 946 3 0 896 由式 5 19a 忽略蒸汽汽化潜热的差别 代入已知量 962 0 0301 0 77 3 104 2 4 11 1 10 011 mDpmFmDmw q r tt cqqq 所以 2620962 0 11 mDmw qq a 946 0 00965 0 187 4 77 3104 2 1 4 1 2 2 21 1012 mwmw pwmwpmFmwmw qq r tt cqcqqq 所以 5959185 0 12 mwmw qq b 896 0 02 0 187 4 187 4 77 3 104 2 21 4 2 3 3 32 21023 mwmwmw pwmwpwmwpmFmwmw qqq r tt cqcqcqqq 123 075 0 1621821 0 mwmwmw qqq c 由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系 15500 321 mwmwmwmw qqqq 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 h qmw2 5125kg h qmw3 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 qmD1 r1 7840 2115 1 65 107W 同理可求得 Q2 2 94 106W Q3 3 14 106W 各效传热系数分别为 1500 1000 560W m2 C 因此 3070 1500 4600000 1 1 K Q 2940 2 2 K Q 5620 3 3 K Q 11630562029403070 K Q i i ii pwwim