蒸发习题和答案解析

..蒸发习题及答案蒸发操作中,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.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<1>查附录5,常压下25%NaOH溶液的沸点为113所以,Δa=113-100=13所以沸点升高值为Δ=fΔa=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因此,用杜林直线计算溶液沸点升高值为Δ=63-53.5=9.52、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3500W•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>]=17.6m3、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1000W•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:∵t1=t0∴=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∴4、将8%的NaOH水溶液浓缩到18%,进料量为4540kg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2298.6kJ•kg-1。8%NaOH的比热容为3.85kJ•kg-1oC-1,110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ•kg-1。解：qmw=4540<1－8/18>=2522kJ/ht=T－t=109.2－88=21.2传热速率：Q=qmFCpo<t1－t0>+qmwr＇=4540/3600×3.85×103×<88－21>+2522/3600×2298.6×103=1936×103WqmD=Q/r＇=1936×103/<2234.4×103>=0.87kg/s=3130kg/h5、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75ºC。已知在操作压强下蒸发纯水时,其沸点为80ºC。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10401.021.114.53.4解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：t1＝３４+1.11t＝３４+1.11×80＝１２２由溶液静压强引起的温度差损失：＝80-75＝56、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108ºC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qw1qw2x1=0.15qmF=1000kg/hx0=0.195˚C108˚Cx2=0.3自蒸发水分量为: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所以自蒸发量为自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为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120ºC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•m-2•ºC-1,K2=2670W•m-2•ºC-1,K1=2900W•m-2•ºC-1解：〔1初步估算各效的温差设Δt1=19˚CΔt2=21˚CΔt3=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˚Cr1=2205kJ/kgT2=t1=T1-Δt1=120-19=101˚Cr2=r΄1=2257kJ/kgT3=t2=T2-Δt2=101-21=80˚Cr3=r΄2=2307kJ/kgTK=t3=40˚Cr΄3=2401kJ/kg<2>总蒸发量<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〔a<b><c>代入已知值解得：〔d<e><f><g><h>因此,可解出qmF=43180kg/hqmw1=11634kg/hqmw2=13454kg/hqmw3=12740kg/h<4>验算Δt˚C˚C˚C˚C各效温差与初估温差相差较大,应重新分配〔a分配Δt取Δt1=20˚CΔt2=20˚CΔt3=40˚C〔b估算各效沸点及相应的汽化热T2=t1=T1-Δt1=120-20=100˚Cr2=r΄1=2258kJ/kgT3=t2=T2-Δt2=100-20=80˚Cr3=r΄2=2307.8kJ/kgTK=40˚Cr΄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解得：因此,可解出qmw1=12363kg/hqmw2=12780kg/hqmw3=12583kg/hqmF=43240kg/h<d>验算Δt˚C˚C˚C与前面所设的Δt1=20˚CΔt2=20˚CΔt3=40˚C很相近,故认为该温差分配合适,所以qmF=43240kg/h8、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2000kg•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。蒸发器消耗生蒸汽量为800kg•h-1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280kJ•kg-1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/hX02=X1=qmFX0/<qmF-qmw1>=2000×0.05/<2000-800>=0.033t1=95˚Ct2=70˚Cr2=r2’Cpo=Cpw<1-X02>=4.187×<1-0.0833>=3.84kJ/<kg˚C>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：K1=1500W•m-2•ºC-1第二效：传热系数：K2=1000W•m-2•ºC第三效：完成液浓度：30%传热系数：K3=560W•m-2•ºC-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：总蒸发量估算各效溶液浓度设各效水分蒸发量相等,故所以可得同理可得x2=0.1865=18.65%x3=0.3=30%估算各效溶液的沸点和有效温度差蒸汽压力按等压分配原则,各效压降为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/kg215722162356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Δ1΄=143-137.2=5.8˚CΔ2΄=127-116.3=10.7˚CΔ3΄=78-59.7=18.3˚C∑Δ΄=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Δ1″=1˚CΔ2″=2˚CΔ3″=5˚C∑Δ″=8˚C管路损失引起的温度差每一效为1˚C,因此∑Δ″΄=3˚C因此三效的总温差损失为∑Δ=∑Δ΄+∑Δ″+∑Δ″΄=34.8+8+3=45.8˚C4atm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ΔtT=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∑Δt=ΔtT-∑Δ=91.4-45.8=45.6˚C各效的沸点计算于下t1=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分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。同理可求得β2=0.00695,β3=0.02由于系数ηi=0.98-0.07Δxi,所以η1=0.98-0.07×〔=0.962同理可求得η2=0.946η3=0.896由式〔5-19a忽略蒸汽汽化潜热的差别,代入已知量所以〔a所以〔b〔c由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系〔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=qmD1r1=7840×2115=1.65×107W同理可求得Q2=2.94×106WQ3=3.14×106W各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2˚C,因此已知总的有效温差∑Δt=45.6˚C,当各效传热面积相同时,各效分配