(完整版)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； 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 .提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）。CA.传热温度差；B

2、.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。 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

3、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（）。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）

4、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舒室组成。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 .单程型蒸

5、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 _M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_,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 C,

6、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，A a= 113-100=13 CT 253.5 273 2f 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 53.5 C,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2100kg?h-1,

7、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)=1.286 106/2435 (

8、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：to)Rqmwr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、：qmF C p0 (t1 qmD. t i=t 0qmDqmwr传热面积：.Q=KS（T-t）=0.139kg/s蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105 C0.139 2205 103220.4m1000 120 105= 12 2 .8 C4、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?kg-1。

10、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。qmw=4540(1 8/18)=2522kJ/ht=T t=109.2 -88=21.2 C传热速率：Q= qmF Cpo(t1 t0)+qmw/=4540/3600 X 3.85 X 103X(88- 21)+2522/3600 X 2298.6 X 103=1936X 103 W338.9m21936 102349 21.2qmD =Q/r / =1936X 103/(2234.4 X 103)=0.87kg/s=3130kg/h5、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10%

11、（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80oCo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101.024.5401.113.4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由溶液静压强引起的温度差损失:tw T= 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

12、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 qmF 1X01000 1Xi0.10.15333.3kg/hqmw2 (qmFqmw1)XiX2(10000 15333.3) 1 茬 333.4kg/h自蒸发水分量为qmwqmFqmw1 Cp1 (t1 t2)其中 t1=108?C, t2=95?C,=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kg?C)X1 13.59kg/h2270.9自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为qmwqmw213.59100%100% 40.8%333.4

13、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=2950W?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-At=i20-i9=i0i?CT3= t2= T2

14、- A2=101-21=80?CTk= t3= 40?C门=2205kJ/kg r2=r?1 =2257kJ/kg r3=r?2 =2307kJ/kg r?3 =2401kJ/kg1X0qmw q mF 10.05qmFX2(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0.40.875qmFQiKiSt1q mwi riqmF cp (t1t。)(a)Q2K2st2qmw2 r2(qmF qmw1)cp(t2L)(b)Q3K3st3q mw3 r3(qmFqmw1q mw2 )c p (t3t2)代入已知值2950 360010002670 3600140192257qmw1qwF

15、4.2(10190)(c)10001360 3600140212307qmw2(qwFqmw1 )4.2(80101)1000解得：140402401qmw3(qwFqmw1 qmw2) 4.2(40 80)q mF611500 48.85qmw1(d)q mw235628 1.906qmw1(e)q mw351713.5 3.35qmw1q mw q mw1 q mw2qmw3q mw1(f)(35628 1.906qmw1) (51713.5 3.55qmw1)(g)qmw 0.875qmF0.875(611500因此，可解出qmF = 43180kg/hqmw1= 11634kg/hqm

16、w2 = 13454kg/hqmw3 = 12740kg/h(4)验算At48.85qmw1)(h)Q1q mw1 r1qmF c p (t1t0) 116342257 43180 4.2(101 90) 28252850kJ/hQ2Q3 曳 K1qmD2r2qmD3r3q mw1r2qmw2 r3282528502950 360011634 225713454 2307266026257940kJ /h31038380kJ /h1000(2)总蒸发量Q2K2262579402670 36002732t1t2t31000310383801360 360063401000266027326340

17、11732TiTk120 4080?CK1QKQ2K7QKQ3K7Q26601173227321173263401173280808018.1?C18.6343.3K各效温差与初估温差相差较大，应重新分配(a)分配A t取 Ai=20?CA2=20?CA 3=40?C(b)估算各效沸点及相应的汽化热T2= t1= T1-At=120-20=100?CT3= t2= T2- A2=100-20=80?CTk= 40?C(c)计算总蒸发量按式(a)、代入已知值2950 3600(b)及式(?C?Cc)计算各效蒸发量10002670 3600140202258qmw1 qwF10001360 360

18、0140201000 解得：14040q mFq mw2708000 53.7q,37432 1.994qmw1q mw3r2=r?1 =2258kJ/kg r3=r?2 =2307.8kJ/kg r?3 =2401kJ/kg4.2(100 90)2307.8q mw2 (qwF q mw1 )4.2(80 100)2401qmw3 (qwF q mw1 q mw2 )4.2(40 80)mw158339.4 3.693qmw1q mw qmw1 q mw2 q mW3 qmw1 (37432 1.9946qmw1) (58339.4 3.693qmw1)0.875(708000 53.77q

19、mwi)0.875qmF 因此，可解出qmwi= 12363kg/h qmw2 = 12780kg/h qmw3 = 12583kg/h qmF = 43240kg/h(d)验算AtQiq mw1 r1qmF c p (t1t0) 12363 2258.4 43240 4.2(100 80)29736680kJ /hQ2qmD2r2q mw1r2123632258.4 267920600 kJ / hQ3qmD3r3qmw2r3127802307.8 29693680kJ /hQ129736680K12950 360028001000Q227920600K22670 360029051000Q

20、3K3294936801360 360060241000t1t2t328002905602411729K1QQ2K2QQ3K3Q28001172929051172960241172980808019.1?C19.841.1?CK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/h?CQ1qmD129736680220513486 kg/h2000 kg?蒸发器消耗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。生蒸汽量为80

21、0 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= q mw1 =800Kg/h,qmF2= qmF - qmwi=2000-800=1200kg/hX02=Xi= qmF Xo/( qmF- qmwi)=2000 X 0.05/(2000-800)=0.033ti=95?C t2=70?Cr2=r2 =2280kJ/kgCpo=Cpw(1-X 02)=4.187 (1-0.0833)=3.8

22、4kJ/(kg?C)qmD2r2qmF2cp0。2 t1 ) qmw2r2qmF2cp0(t2 t1)1200 3.84(75 95)门,，-qmw2qmD2800 8840kg/h22280蒸发水量qmw = qmw1+ qmw2=800+840=1640kg/h.2.4 x 104kg?h-1,9、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，80oC;传热系数：K=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

23、：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qmw qmF 1 上 2.4 104 1 1.55 104kg/hX330（二）估算各效溶液浓度 设各效水分蒸发量相等，故q mw1 q mw2 q mw3一一 一 4Qmw1.55 10n35.17 103kg/hX1所以qmFX0Xi q mF q mw1 qmwi可得_40.13513.5%2.4 1010.6%_42.4 105170同理可得x2= 0.1865=18.65%X3 = 0.3=30%（三）估算各效溶液的沸

24、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） 0.2P 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/kg273427032605二次蒸汽潜热，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-

25、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?CW =2?C加 =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 = EA ?+EA +Z2A ?=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=TAE A =91-45.8=45.6?C各效的沸点计算于下t1=

26、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 380 1441Hi Cpt12734 4.187 144p算。同理可求得淬0.00695 ,即0.02由于系数yi=0.98-0.07皿所以印=0.98-0.07K13.5-10.6) = 0.962同理可求得砰=0.946邛=0.8960.0301分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计由式（5-19a）上（c cqm,wi qm,Di（qm,F cpoqm,w1cpw忽略蒸汽汽化潜注的差别，代入已知量qm,w2cpwqm,wi N

27、ti 1)1cpw)ricc0ct0 t1q mw1qmD1q mF cp01所以qmw1 0.962qmD1 2620qmw2 qmw1 qmF cp0 qmw1 cpw_ 4qmw1 (2.4 103.77所以qmw2 0.9185qmw1 595qmw3qmw2q mF cp0qmw1 cpw一 一 4qmw2 (2.4 103.77_4_1 qmD1 2.4 103.77 ( 0.0301) 0.962(a)tt2224.187 qmw1)(0.00965) 0.946(b)t2 t3q mw2c pw334.187 qmw1 4.187 qmw2 )(0.02)0.896q mw3 0.821qmw2 1621 0.075qmw1由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系(c)q mw q mw1 q mw2 q mw315500(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= qmD1 门=7840 2115=1.65 107W同理可求得Q2= 2.94 106WQ3= 3.14 106W各效传热系数分别