(完整版)化工原理-第七章-蒸发

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，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

2、. 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。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。A

3、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（）。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:溶质的存

4、在使蒸气压下降，沸点升高 ，（2） 液柱静压强引起，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_,_直互_,_宴至_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

5、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,_不作一循环流动,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.问答题1998-2005-提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？提高沸腾集热系数；降低单程气化率；高速流体使污垢不易沉积1999-20

6、07-什么是蒸发设备的生产强度单位传热面的蒸发量U=W/A=Q/Ar2001-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附近的局部浓度增高现象；缓加热面上结垢现象。2006-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2007-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液环状流动的区域因为该区域的给热系数最大设原料液浓度，温

7、度，完3-分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。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小，生产能力大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：必须小于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 .采用标准蒸发器将 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沸点升高及沸点。解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。查得水的有关数据为压力p /

8、kPa温度t /C汽化热r/(kJ霰g-1)2 01.31005081.22304.5在101.3 kPa时，25%NaOH溶液的沸点为113.07 C。常压下溶液的沸点升高为Aa= (113.07- 100) C =13.07 C50 kPa时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。(1)用杜林规则在杜林线图的横标 81.2 C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 C,此即50kPa下溶液的沸点tAo=(93 - 81.2) C =11.8 C(2)用式6-17经验公式估算2f a= 0.0162 (. 13.07 c=11.5 C2304.5则溶液的沸点升高为 11.8

9、 C, 50kPa下的沸点为93 C。两种方法计算结果相差不大。51 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升高a=1 C,试求溶液的沸点tB。解：8 kPa压力下对应二次蒸汽温度为41.3 C,水的汽化热为 2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸发室的温差损失=1.5CO溶质引起的沸点升高取常压下数据，即 =1 Co则溶液的沸点为tB41.341.3 1 1.543.8的计算如下:Pm PLg2与43.8 C相对应的压力 p =9.25 k

10、Pa 1160 2.0 9.81 , pm9.25 kPa=20.63 kPa与Pm对应的溶液沸点为 60.7 C,即tB=60.7 C52 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。蒸发室的操作绝对压力为50 kPa （对应饱和温度为 81.2 C）,加热室中溶液的平均沸点为115 C,加热蒸汽压力为 0.3 MPa （133.3 C）,蒸发器的热损失为12 kWo试求（1）水分蒸发量；（2） 60 C和115 C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W F（1 x0）1000 （1 010）

11、 kg/h=777.8 kg/hx10.45（2）加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用烙浓图计算。10%NaOH 水溶液 60 C 的烙 220 kJ/kg , 115 C 的始为 440 kJ/kg ;45% NaOH 水溶液 115 c 的烙 545kJ/kg ; 115c水蒸汽的始为 2702.5kJ/kg,0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg。60 C加料时D WH （F W）h1 Fh0 QL rkg/h=943.9 kg/h777.8 2702.5 (1000 777.8) 545 1000 220 3600 122168.11.214D 943.9 eW 777.8115

12、 C加料时D 777.8 2702.5 (1000 777.8) 545 1000 440 3600 12 kg/h=842 4kg/h2168.11.083842.4 e777.8显然，随加料温度提高，D及e值均下降。53 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 C升到70 C,其比热容 Co=3.96 kJ/（kg ?C）。完成液的组成为 0.28 （质量分数， 下同）。已知溶液的沸点为 98 C,蒸发室内二次蒸汽温度为 91 C,加热蒸汽温度为125 C。 忽略蒸发装置的热损失。试求（1）传热的有效温差和温差损失；（2）原料液的

13、组成X0； （3）加热蒸汽消耗量和经济性。解：（1）有效温差和温差损失tm T t1125 98 C=27 Ct1 T 98 91 C=7C(2)料液组成91 C下蒸汽的冷凝热 r 2281.6 kJ/kgFC p0 (t t。) 1000 3.96 (70 20) kJ h 1.98 105 kJ h4 198000W kg/h=347.1 kg/h2281.6W F(1 x0) 1000 (1 _x)kg/h 347.1kg/h x10.28X0 0.1828（3）加热蒸汽消耗量及其经济性98 C和125 C的相变热分别为WrFCp°（t1 t） QlD p2263.4kJ/kg

14、 和 2191.8kJ/kg_ 347.1 22634 1000 3.96 (98 70)rW 347.1E- 0.8486D 409.02191.8kg/h 409.0kg/h954 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=1500kg/h,其平均比热容 Co=3.90 kJ/（kg ?C）,进料温度为30 C。操作压力下，溶液的沸点为 65 C,加热蒸汽压力为105Pa （表压）。当地大气压为101.3 kPa。蒸发器的总传热系数 Ko=1 160 W/（m2?C）,其热损失为8 kWo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

15、。解：（1）产品流量0.150.50)kg/h=1050 kg/hX0F(1) 1500 (1Xix0L F W F 1 (1)Xi1500 kg/h=450 kg/h50(2) 65 C下水的汽化热为 r =2343.4 kJ/kg201.3 kPa下的蒸汽冷凝热忽略牛奶的稀释热，则D Wr FCp°（t1 t°）r=2204.5kJ/kg , T=120.3 CQL = 1050 23434 1500 3.90 (65 30) 3600 8 kg/h2204.5=1222 kg/h1.1641222 e 1050(3)蒸发器的传热面积Q 1500 3.90 (65 30

16、) 1050 2343.4 kJ/h=2.665 X 106kJ/h=740 kWtm T tB120.3 65 C =55.3 C3S0 Q740 10 m2=11.54 m2Ko tm 1160 55.355 在双效并流蒸发装置上浓缩盐的水溶液。已知条件为：第 1效，浓缩液的组成为 xi （质量分数，下同），流量为Li=500 kg/h ,溶液沸点为105 （即二次蒸汽温度），该温度下水的汽化热r1 =2 245.4 kJ/kg ,物料平均比热容 cp=3.52 kJ/（kg ?C）；第2效，完成液组成为 32%,溶液沸点为90 C,该温度下水的汽化热 r2 =2283.1 kJ/kg。忽

17、略溶液的沸点升高、稀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xo。解：W2 L"1 当 500 (1 016) kg/h=250 kg/hX20.32D2 W1 W2r之 LCP.篦 250 2283.1 500 “2 ( 25)kg/h=234.6 kg/h ri2245.4F W1 Li234.6 500 kg/h=734.6 kg/hWi 734.6 (1 工)234.6 kg/h0.16解得X0=0.108956 在三效并流蒸发装置上浓缩糖水溶液。沸点升高及蒸发器的热损失均可忽略不计。已知第一效的生蒸汽压力p0=270.3 kPa (对应饱和温度 130 C)、

18、第三效溶液的沸点t3=55 C(对应 p3=15.74 k Pa)。各效的总传热系数分别为：K0,1=2600 W/(m 2?C ), K0,2=2000 W/(m 2?C),K0,3=1400 W/(m2?C)。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：(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11Ltm-1- (130 55)2600-1- 18.04 CK。K0,2K0,32600 2000 1400t1130 18.04 C =111.96 C同理 t2 23.45 C t2 88.51 C13 55 c(2)等压力降原则的沸点 相邻两

19、效间的压力差为Pi270.3 15.743kPa=84.85 kPaP1 185.5 kPat1 117.6 C同理 p2 100.6 kPa t2 99.9 C可见，不同简化方法估算溶液的沸点值有一定差别。8、某效蒸发器每小时将 1000kg的25%(质量百分数，下同)NaOHK溶液浓缩到50%已知: 加热蒸气温度为1200G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,蒸发器的总彳热系数为1000 W?m2k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 _-1 2205kJ?kg。求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。解：蒸发