5蒸发习题及答案解析

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1、蒸发习题及答案一.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.传热温度差；B.加热蒸汽

2、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

3、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，液柱静压强引起管道流体阻力导致

4、4. 蒸发器的主体由加热室一和蒸发室组成。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。&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二次，丕作循环流动，且溶液沿加热管呈膜

5、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隆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%Na0H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53.5C，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，

6、a=113-100=13Cf二0.0162宁0.016270=729所以沸点升高值为 =fa=0.729X13=9.5C操作条件下的沸点：t=9.5+53.5=63C(2)用杜林直线求解蒸发室压力为15kPa时，纯水的饱和温度为53.5C，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65C因此，用杜林直线计算溶液沸点升高值为 =63-53.5=9.5C2、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2100kgh-1,加热水蒸气的温度为120C,其汽化热为2205kJkg-1。已知蒸发器内二次蒸气温度为81C，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9C,饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8

7、000Wm-2k-1,沸腾溶液的传热膜系数为3500Wm-2k-i。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=2100X2205X103/3600=1.286X10eW溶液温度计t=81+9=90C蒸汽温度T=120Cl/K=l/h+1/h=1/8000+1/350012.K=2435W/m2KS=Q/K（Tt）=1.286X106/2435X（12090）=17.6m23、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120C,进入冷凝器的二次蒸气温度为60C,溶质和液柱引起的沸点升高值为

8、45C,蒸发器的总传热系数为1000Wm-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2205kJkg-1。求：蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。解：蒸发水份量:q=q（1-x/x）=1000X（l-25/50）=500Kg/h=0.139Kg/smWmF01加热蒸汽消耗量:qc(t-1)+qrmFp010mWmDRTt二t10qrqmwmDR=0.139kg/s传热面积:TQ=KS（T-t）蒸发器中溶液的沸点温度：t=60+45=105C0.139x2205x心2。畑s/Q、/、K(T-1)1000(120-105)4、将

9、8%的NaOH水溶液浓缩到18%,进料量为4540kg进料温度为21C，蒸发器的传热系数为2349Wm-2k-i,蒸发器内的压强为55.6Kpa,加热蒸汽温度为110C,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88C,88C时水的汽化潜热为2298.6kJkg-i。8%NaOH的比热容为3.85kJkg-ioC-i,110C水蒸气的汽化潜热为2234.4kJkg-i。解：q=4540（18/18）=2522kJ/hmwt=Tt=109.288=21.2C传热速率：Q=qmFC（tt）+qmwrmFpo10mw=4540/3600X3.85X103X

10、（88-21）+2522/3600X2298.6X103=1936X103WsKb屠罄38.9m2q=Q/r=1936X103/（2234.4X103）=0.87kg/s=3130kg/hmD5、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75C。已知在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80C。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%Na0H水溶液杜林线的数据计算:t=34+1

11、.1111=34+1.11X80=122.8C由溶液静压强引起的温度差损失：w=80-75=5C6、双效并流蒸发系统的进料速率为1th-i,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108C和95C。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qmw1二qmF二10001-二333.3kg/hqmw2二(qmF-qmw1=(1000-333.3)1-0.150T丿二333.4kg/h自蒸发水分量为:Cq-q丄(t-1)q二mFm.wlpl12mWr2其中t=108OC,t=95C

12、12x20%，近似地c=c(1-x)=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kgC)1 p1pw195C时r=2270.9kJ/kg所以自蒸发量为CFqMt丿(1000-333.3)X3.56(108-95)1359/7q二mFmw1p_113.59kg/hmwr2270.92自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为qmwmw2X100%1359X100%40.8%333.47、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90C。用120C的饱和水蒸气加热。末效二次蒸气的温度为40C。各效的传热面积均为140m2。各效的总传热系数分别为:K=2950Wm-2C-i,K=2670

13、Wm-2C-i,K=2900Wm-2C-i。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t=19C t=21C2 t=40C3因为忽略各种温差损失，故各效的加热蒸汽温度及沸点为r=2205kJ/kg二r=2257kJ/kgr=r=2307kJ/kg32r=2401kJ/kgT=120C1T=t=Tt=120-19=101C2 111T=t=T-At=101-21=80C3 222T=t=40CK3(2)总蒸发量仁x1仃0.05)1一一0qIx丿mFI0.4丿2qqFmwmF0.875qmF(3)估算各效蒸发量及料液量

14、因为各效溶液的比热熔均相同，故QKSAtqr+qc(t一t)111mw11mFp10a)QKSAtqr+(q一q)c(t一t)222mw22mFmw1p21(b)QKSAtqr+(q一q一q)c(t一t)333mw33mFmw1mw2p32(c)代入已知值2950x3600x140x192257q+qx4.2(101-90)1000mw1wF2670x3600x140x212307q+(q-q)x4.2(80-101)1000mw2wFmw1x0X140X402401q+(q-q-q)x4.2(40-80)1000mw3wFmw1mw2解得：q611500-48.85qmFmw1d)q3562

15、8-1.906qmw2mw1(e)q=51713.5-3.35q(f)mw3mw1(f)(g)mw1mw1(h)工q=q+q+q=q+(35628-1.906q)+(51713.5-3.55q)mwmw1mw2mw3mw1工q=0.875q=0.875(611500-48.85q)mwmFmw1因此，可解出q=43180kg/hmFq=11634kg/hmw1q=13454kg/hmw2q=12740kg/hmw3验算AtQ=qr+qc(t-1)=11634x2257+43180x4.2(101-90)=28252850kJ/h1 mw11mFp10Q=qr=qr=11634x2257=262

16、57940kJ/h2 mD22mw12Q3=qr=qrmD33mw23=13454x2307=31038380kJ/h2950x3600=28252850=2660K1000126257940=2670x3600=100031038380TM硕=63401000VQ=2660+2732+6340=11732KVAt=T-T=120-40=801KCQKV2660=VAt=x80=18.111732CAt=x80=18.63工Q11732Cq3634011732X80二43.3C各效温差与初估温差相差较大，应重新分配(a)分配t取t=20C1t=20C2t=40C3(b)估算各效沸点及相应的汽化

17、热T=t=T-t=120-20=100Cr=r=2258kJ/kg211121T=t=T-t=100-20=80Cr=r=2307.8kJ/kg322232T=40Cr=2401kJ/kgK3(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2950X3600x140x20二2258q+qx4.2(100-90)1000mw1wF2670X3600x140x20二2307.8q+(q-q)x4.2(80-100)1000mw2wFmw1x-X140x40二2401q+(q-q-q)x4.2(40-80)1000mw3wFmw1mw2解得：q=708000一53.7qmFmw

18、1q二37432-1.994qmw2mw1q=58339.4一3.693qmw3mw1(374321.9946q)+(58339.43.693q)mw1mw1.77q)mw1258.4+43240x4.2(10080)二29736680kJ/h267920600kJ/hQ二qr二qr二12780x2307.8二29693680kJ/h3 mD33mw23Q_29736680K_2950x3600i1000279206002670x3600_29051000g_60241000工_2800+2905+6024_11729KAt1yAt_280011729x80_19.1CAtAtQ2At_290

19、511729x80_19.8Cq3At_602411729x80_41.1C与前面所设的t=20C1t=20C2t=40C3很相近，故认为该温差分配合适，所以qmF=43240kg/hmD_2973668022051_13486kg/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2000kgh-i,经第一效浓缩到10%。第一、二效的溶液沸点分别为95C和75C。蒸发器消耗生蒸汽量为800kgh-i。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280kjkg-i。忽略热损失，求蒸发水量。解：第一效蒸发水量：已知：q=800kg/h,r二r=2280kJ/kg,mD111q=q=

20、800kg/hmw1mD1第二效蒸发水量：已知：q=q=800Kg/h,mD2mw1q=q-q=2000-800=1200kg/hmF2mFmw1X=X=qX/(q-q)=2000X0.05/(2000-800)=0.033021mF0mFmw1t=95Ct=70Cr=r=2280kJ/kg1 222C=C(1-X)=4.187X(l-0.0833)=3.84kJ/(kgC)popw02qr二qc(t-1)+qrmD22mF2p021mw22qqmw2mD2蒸发水量二840kg/hqmF2cp0(t2-)-800-12x38475-95)r22802q=q+qmwmw1mw2=800+840=

21、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2.4X104kgh-i,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，80C；传热系数：K=1500Wm-2C-i第二效：传热系数：K=1000Wm-2C-i第三效：完成液浓度：30%传热系数：K=560Wm-2C-i末效冷凝器压强：0.2atm料液比热容为：3.77kJkg-1oC-1（设各效传热面积相等）解：一）总蒸发量qmw二qmF1x1-0x丿32.4x1041-1.55x104kg/h二）估算各效溶液浓度设各效水分蒸发量相等，故qqmw1

22、mw2mw3所以Zqmw1.55x1043二5.17x103kg/hqxx=mF0iq-q-qmFmw1mwi可得=0.135=13.5%2.4x104x10.6%2.4x1045170同理可得x=0.1865=18.65%x=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AP=十=1.6atm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1二次蒸汽压力，atm3.4二次蒸汽温度，C137.2二次蒸汽焓，kJ/kg2734二次蒸汽潜热,kJ/kg2157231.80.2116.359.727032605221623562、计算各效

23、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t分别为1431、1271、78T,因此可求取各效由于溶液蒸汽压A降低所引起的温差=143-137.2=5.8C=127-116.3=10.7C=78-59.7=18.3C=5.8+10.7+18.3=34.8C取各效由于液柱高度引起的温差分别为=1C=2C=5C二8C管路损失引起的温度差每一效为1C,因此二3C因此三效的总温差损失为=+=34.8+8+3=45.8C4atm的生蒸汽的饱和温度为=151.1C，其潜热为r：=2115kJ/kg。因此，若无温差损失，总的传热温差为T1kt=T-T=151.1-59.7=91.4C除去

24、损失的温差后，三效蒸发的有效总温差为t=At-YA=91.4-45.8=45.6C各效的沸点计算于下t=143+1=144Ct=127+2=129C2t=78+5+l=84C3(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t-tB二01H-ct1p180-1442734-4.187x144一-0.0301分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。同理可求得B2=0.00695,B由于系数n=0.98-0.07Ax,所以iin=0.98-0.07X(13.5-10.6)=0.9621同理可求得n=0.9462n=0.8963由式5-19a)qm,wi=0.023

25、rq片+(qc-qc-qm,Dirm,Fpom,w1pwi、(t-1)cqc)m,w2pwm,wi-1pwri忽略蒸汽汽化潜热的差别，代入已知量(t一t)q+qc-01mD1mFp0k:丿qmw1+2.4x104x3.77x(-0.0301)厶0.962mD1所以qmw1二0.962q2620mD1a)qmw2所以(-1q+qcqc+2mw1mFp0mw1pwrq+(2.4x104x3.774.187xq)(0.00965)良0.946mw1mw1n2qmw2二0.9185q+595mw1b)qmw3q+勺c-qc-qcmw2mFp0mw1pwmw2pw+(2.4x104x3.774.187x

26、qmw2mw1千Jn331-4.187xq)(0.02)x0.896mw2qmw3二0.821q+16210.075qmw2mw1c)由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系q=q+q+q=15500mwmw1mw2mw3d)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q=4920kg/hmw1q=5125kg/hmw2q=5485kg/hmw3（五）各效传热量及温差计算不取额外蒸汽q=q=4920kg/h,q=q=5125kg/hmD2mw1mD3mw2因此各效的传热量为Q=qr=7840X2115=1.65X107W1mD11同理可求得Q=2.

27、94X106W2Q=3.14X106W3各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2C，因此QjKIQ2K46000001500=2940=3070鱼=5620K3工二3070+2940+5620二11630K已知总的有效温差工t=45.6oC，当各效传热面积相同时，各效分配到的温差为人KV3070一“小At=VAt=x45.6=12C1VQ11630fJK同理可算得t=11.5C2 t=22oC3（六）复核及结果校正因为，以上结果是建立在两个假定基础上的，因此计算出的结果需要校核1、末效沸点为t3=84oC，现求得t3=22oC，因此末效加热蒸汽温度为T=t+t=84+22=106C

28、333此值也是第二效的二次蒸汽温度2、有所求得的各效蒸发水量可求得各效溶液的浓度x=空X104X106%=13.3%12.4x104-4920同理可得到x=18.2%2x=30%3、3有第二效的二次蒸汽温度和溶液的浓度，可以计算第二效溶液的沸点查图5-7得t=116C,故At=116+2+l=119C4、2由所求到的t2=11.5oC和计算得到的第二效溶液的沸点可求到第二效的加热蒸汽温度T=At+t=11.5+119=130.5C222此值也是第一效的二次蒸汽温度5、有第一效的二次蒸汽温度和溶液的浓度，可以计算第一效溶液的沸点查图5-7得t=136.5C,故At=136.5+1+1=138.5

29、C1可见，复核得到的各效沸点和沸点初值（后者为-=1441,t2=129C）相差较大，故需要重新计算。此时用新结果作为初值，重新计算自蒸发系数一计算qD各效水分蒸发量一有效温差mD1f重新复核溶液的沸点继续到满足精度为止。重新计算方法相同，本题的结果为生蒸汽消耗量q=7510kg/hmD1各效蒸发量分别为q=4895kg/hmw1q=5176kg/hmw2q=5430kg/hmw3因此各效的传热量为Q=4.4X106WQ=2.95X106W2Q=3.2X106W3 t=11.5C1 t=11.6C2 t=22.5C3t=139C1t=119.5C2t=84C3（七）传热面积QiKAt114.4x1061500x11.5二254m2同理可计算其余各效的面积S=254m22S=254m23