第七章蒸发

1、第七章 蒸发一 填空题1蒸发器的生产强度是指_；提高蒸发器的生产强度的主要措施是_ _、_ _。2. 蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）_ ，（2）_ ，3）_ 。3. 多效蒸发与单效蒸发相比，其优点是_ ；明显的缺点是 、 。多效蒸发操作流程有_ _ 、_ 和_ 。4. 按照溶液在蒸发器中的流动情况，可将蒸发器分为两大类：_和 。5. 要想提高生蒸汽的经济性，可以_ ，_, _ ，_。6. 常用蒸发器主要由 和 两部分构成。7. 升膜式蒸发器的优点是 ，特别适合于处理 溶液，但不适合于处理 。8. 循环型蒸发器的共同特点是 ，特别不适合于处理 。9. 一双效并流蒸发器，冷凝器操作温度为，

2、系统的总温度差损失为，第一、二 效 的有效温差分别为及。则第一效的溶液沸点温度为 ；第一效的生蒸汽温度为 。 10. 在三效并流加料蒸发流程中，从第一效至第三效，溶液浓度将愈来愈 ，蒸发室的真空度将愈来愈 ，溶液的沸点将愈来愈 ，各效产生的二次蒸汽压力将愈来愈 。11. 与常压蒸发比较，真空蒸发的优点是 。12.多效蒸发中的最佳效数含义是 。13.多效蒸发的效数受到技术上的限制，主要是因为存在 ；多效蒸发是以牺牲设备的 已换取加热蒸汽的经济性。14.写出三种单程型蒸发器的名称： 。这种类型的蒸发器特别适用于 。 15.蒸发操作的特点有 、 、 、 。16. 写出三种循环型蒸发器的名称： 、 、

3、 。二 简答题1. 蒸发操作的目的及特点是什么？蒸发设备有那几种类型？2. 什么是蒸发操作的经济性，为提高生蒸汽的利用率可采用哪些方法？3. 真空蒸发的优缺点是什么？4. 如何提高蒸发的生产强度？5. 溶液蒸发时产生的温度差损失是由什么原因引起的？6. 蒸发的效数增加，对操作费用和设备费如何影响？7. 杜林规则的内容是什么？8. 并流加料的优缺点有哪些？9. 逆流加料的优缺点有哪些？10. 多效蒸发的效数是否有限制，为什么？三 计算题【7-1】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

4、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)101.3 100 50 81.2 2304.5在101.3 kPa时，25%NaOH溶液的沸点为113.07 。常压下溶液的沸点升高为 a=（113.07100）=13.0750 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座标81.2 作垂直线交组成为25%的杜林线，再由该点查得纵座标的温度为93 ，此即50kPa下溶液的沸点tA。=（9381.2）=11.8 （2）用式6-17经验公式估算=11.5 则溶液的沸点升高为11.8 ，50kPa下的沸点为93 。两种

5、方法计算结果相差不大。【7-2】 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/m3，常压下溶质存在引起的沸点升高=1 ，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 ，水的汽化热为2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸发室的温差损失=1.5。溶质引起的沸点升高取常压下数据，即=1。则溶液的沸点为的计算如下：与43.8 相对应的压力=9.25 kPa则 kPa=20.63 kPa与pm对应的溶液沸点为60.7 ，即tB=60.7 【7-3】在一连续操作的单效蒸

6、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 ），加热室中溶液的平均沸点为115 ，加热蒸汽压力为0.3 MPa（133.3 ），蒸发器的热损失为12 kW。试求（1）水分蒸发量；（2）60 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 kg/h=777.8 kg/h（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

7、的焓为2702.5kJ/kg,0.3 MPa下r=2168.1 kJ/kg。60 加料时=kg/h=943.9 kg/h115 加料时kg/h=842.4kg/h显然，随加料温度提高，D及e值均下降。【7-4】 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=3.96 kJ/(kg )。完成液的组成为0.28（质量分数，下同）。已知溶液的沸点为98 ，蒸发室内二次蒸汽温度为91 ，加热蒸汽温度为125 。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）原料液的组成x0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性。解：

8、（1）有效温差和温差损失=27 =7（2）料液组成91 下蒸汽的冷凝热kJ/kg kg/h=347.1 kg/hkg/h（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/kg=kg/h【7-5】 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=1 160 W/(m2)，其热损失为8 kW。试求（1）产品的流量；

9、（2）加热蒸汽消耗量；（3）蒸发器的传热面积。解：（1）产品流量kg/h=1050 kg/hkg/h=450 kg/h（2）65 下水的汽化热为=2343.4 kJ/kg201.3 kPa下的蒸汽冷凝热r=2204.5kJ/kg，T=120.3 忽略牛奶的稀释热，则=kg/h=1222 kg/h(3)蒸发器的传热面积kJ/h=2.665×106kJ/h=740 kW=55.3 m2=11.54 m2【7-6】 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x1（质量分数，下同），流量为L1=500 kg/h，溶液沸点为105 （即二次蒸汽温度），该温度下水的汽

10、化热=2 245.4 kJ/kg，物料平均比热容cp=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=2283.1 kJ/kg。忽略溶液的沸点升高、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x0。解：kg/h=250 kg/hkg/h=234.6 kg/hkg/h=734.6 kg/h kg/h解得 x0=0.1089【7-7】 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 ）、第三效溶液的沸点t3=55（对应p3=15.74 k Pa）。各

11、效的总传热系数分别为：K0,1=2600 W/(m2)，K0,2=2000 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：（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 =111.96 同理 （2）等压力降原则的沸点相邻两效间的压力差为kPa=84.85 kPakPa 同理 kPa 可见，不同简化方法估算溶液的沸点值有一定差别。【7-8】在中央循环管蒸发器内将NaOH水溶液由10%浓缩至20%，试求：（1）利用图7-4求50kPa时溶液的沸点。（2）利用经验公式计算50kPa时溶液的沸点。解：由于中央循环

12、管蒸发器内溶液不断地循环，故操作时器内溶液浓度始终接近完成液的浓度。从附录中查出压强为101.33kPa及50kPa时水的饱和温度分别为100及81.2，压强为50kPa时的汽化热为2304.5kJ/kg。（1）利用图7-4求50kPa压强下的沸点 50kPa压强下水的沸点为81.2，在图7-4的横标上找出温度为81.2的点，根据此点查出20%NaOH水溶液在50kPa压强下的沸点为88。（2）利用经验公式求50kPa压强下的沸点 用式7-9求20%NaOH水溶液的杜林线的斜率，即 k=1+0.142x=1+0.142×0.2=1.028再求该线的截距，即 ym=150.75x22.

13、71x=150.75×0.222.71×0.2=5.488又由式7-10知该线的截距为 ym=tAktw=5.488将已知值代入上式，得 tA1.028×81.2=5.488解得 tA=88.96 即在50kPa压强下溶液沸点为88.96。由于查图7-4时引入误差，以及式7-9及式7-10均为经验公式，也有一定的误差，故二种方法的计算结果略有差异。【7-9】某工厂临时需要将1000kg/h的某水溶液由15%浓缩至40%，沸点进料，现有一传热面积为10m2的小型蒸发器可供使用。操作条件下的温度差损失可取为18，蒸发室的操作压强为20kPa（该压强下水的饱和温度为60

14、.1，蒸发潜热为2355KJ/Kg）。已知蒸发器的传热系数为1000W/(m2.)，热损失可以忽略。试求加热蒸汽的温度至少应为多大才能满足生产要求。解：（1）蒸发量 （2）传热量 （3）溶液沸点t = T + =60.1+18=78.1 （4）求Ts 由 【7-10】在单效蒸发器中每小时将5400kg、20%NaOH水溶液浓缩至50%。原料液温度为60，比热容为3.4kJ/（kg·），加热蒸汽与二次蒸汽的绝对压强分别为400kPa及50kPa。操作条件下溶液的沸点为126，总传热系数Ko为1560W/（m2·）。加热蒸汽的冷凝水在饱和温度下排除。热损失可以忽略不计。试求：（

15、1）考虑浓缩热时：加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量；传热面积。（2）忽略浓缩热时：加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量；若原料液的温度改为30及126，分别求项。表7-1 蒸发器的总传热系数K值蒸发器的型式总传热系数W/（m2·）水平沉浸加热式6002300标准式（自然循环）6003000标准式（强制循环）12006000悬筐式6003000外加热式（自然循环）12006000外加热式（强制循环）12007000升膜式12006000降膜式12003500蛇管式3502300解：从附录中分别查出加热蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有关参数为400kPa：蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg 汽化热r=2138.5kJ/kg 冷凝水的焓hw=603.61kJ/kg 温度T=143.450kPa： 蒸汽的焓H=2644.3kJ/kg 汽化热r=2304.5kJ/kg 温度T=81.2（1）考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量蒸发量W=F由图7-3查出60时20%NaOH水溶液的焓、126时50%NaOH水溶液的焓分别为h0=210kJ/kg，h1=620kJ/kg。用式7-6求加热蒸汽消耗量，即 =4102kJ/h 传热面积 Q=Dr=4102×2138.5=8772×103kJ/h=2437kW Ko=1560W/（m2·）=1.56kW/（m2&