第七章蒸发

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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 ，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6 0。，系统的总温度差损失为9P，第一、二 效的有效温差分

2、别为18。及25。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。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：、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

3、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 re汽化热(kJ -

4、kg-i)101.31005081.22304.5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 a= (113.07 T00)C=13.07C50 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 C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 C，此即50kPa下溶液的沸点tA。 = (93 - 81.2)C=11.8 C(2)用式6-17经验公式估算 = / = 0.0162x(81X13.。7 C=11.5 C则溶液的沸点升高为11.8 C, 50kPa下的沸点为93 C。两种方法计算结

5、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十1 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 蒸发室的温差损失勇=1.5C。溶质引起的沸点升高取常压下数据，即=1C。则溶液的沸点为t = 41.3+ = 41.3+1 +1.5 + = 43.8+ B”的计算如下：P = P，+ m 2与43.8 C相对应的压力p，=9.25 kPacm 11

6、60 X 2.0 X 9.819.25 +1000 x 2PmkPa=20.63 kPa与Pm对应的溶液沸点为60.7 C，即土=60.7 C【7-3】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 kW。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。W _ F (1笔)_ 1000 x (1业)kg/

7、h=777.8 kg/h0.45解：（1）水分蒸发量x1（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 C 的焓 220 kJ/kg, 115 C 的焓为 440 kJ/kg；45% NaOH 水溶液 115C 的焓 545kJ/kg； 115C水蒸汽的焓为 2702.5kJ/kg, 0.3 MPa 下 r=2168.1 kJ/kg。60 C加料时10 Lr777.8 x 2702.5 + (1000 777.8) x 545 1000 x 220 + 3600 x12kg/h=943.9 kg/hkg/h=842.4kg/hD _ WH f + (F W)h

8、Fh + Q2168.1D 943.9 1 c. e _ 1.214W 777.8115 C加料时777.8 x 2702.5 + (1000 777.8) x 545 1000 x 440 + 3600 x 122168.1e _ 世 _ 1.083777.8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 C升到70 C,其比热容。0=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。

9、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：（1）有效温差和温差损失Z _T t _(12598)C=27 C =-T ,_(98 91)C=7C(2)料液组成91 。下蒸汽的冷凝热r = 2281.6kJ/kgFC 0(t 10) _ 1000x3.96x(70 20)kJh _ 1.98x 105 kJhW = 4 x198000 kg/h=347.1 kg/h2281.6xxW = F (1 - f) = 1000 x (1 )kg/h = 347.1 kg/hx0.28% = 0.1828(3) 加热蒸汽消耗量

10、及其经济性98 C和 125 C 的相变热分别为 2263.4kJ/kg 和 2191.8kJ/kg2191.8D = W + 牛0(1-) + Q = 347.1x 22634 +1000x 3.虾(98-70) kg/h=409.0kg/h r2191.8E = W = 347.1 = 0.8486D 409.0尸=1500 kg/h,沸点为65 C【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 其平均比热容C0=3.90 kJ/(kg-C),进料温度为30 C。操作压力下，溶液的 ，加热蒸汽压力为105 Pa (表压)。当地大气压为101.3 kPa。

11、蒸发器的总传热 系数K=1 160 W/(m2C),其热损失为8 kW。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。解：(1)产品流量0.15)kg/h=1050 kg/h0.501500 x 匚50 )kg/h=450 kg/hxW = F (1 - 0) = 1500 x (1 -x1xL = F W = F 1 (1 f)x一1(2) 65 C下水的汽化热为r=2343.4 kJ/kg201.3 kPa 下的蒸汽冷凝热 r=2204.5kJ/kg, 7=120.3 CD = Wr + FC (t t ) + Qr忽略牛奶的稀释热，则kg/h1050 x 2343

12、.4 +1500 x 3.90 x (65 30) + 3600 x 82204.5=1222 kg/he =理=1.1641050(3)蒸发器的传热面积Q = I1500x 3.90 x (65 30) + 1050x2343.4kJ/h=2.665 X 106kJ/h=740 kWAt = T t =(120.3-65)C=55.3 CS =- = 740x103 m2=11.54 m2 0 K At1160x55.3【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 （质量分数，下同），流量为L1=500 kg/h,溶液沸点为105 C （即二次蒸汽温度），

13、该 温度下水的汽化热rf =2 245.4 kJ/kg,物料平均比热容c=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r=2283.1 kJ/kg。忽略溶液的沸点升高2稀释热及蒸发装置的热损失。试计算原料液的处理量F及其组成不。解：w = L (1-% =500x(1-0.16)kg/h=250 kg/h21 x0.32D = W = V 户虬=r 250 x 2283+500 妇.52 2 (-25) kg/h=234.6 kg/h21rL2245.4_1F = W + L =(234.6+ 500)kg/h=734.6 kg/hW = 7

14、34.6 x (1-V) = 234.6 kg/h10.16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 C）、第三效溶液的沸点 t3=55C（对应p3=15.74 k Pa ）。各效的总传热系数分别为：K01=2600 W/（m2C）, K02=2000 W/（m2-C）, K03=1400 W/（m2-C）0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12600=18.0

15、4。+2600 2000 14001KAt =At x 1=(130- 55) x+ ,K0,1、K0,2气3t =(130-18.04)C=111.96 C 1C t3 = 5 5P C同理At = 23.45Ct = 8 8. 51(2)等压力降原则的沸点相邻两效间的压力差为a ( 270.3 15.74 p Qi vpAp = kPa=84.85 kPa1 I 3 Jp1 = 185.5kPat1 = 117.6 C同理 p 2 = 100.6 kPa12 = 99.9 C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

16、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100C及81.2C，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81.2C,在图7-4的 横标上找出温度为81.2C的点，根据此点查出20%NaOH水溶液在50kPa压强下的沸点为 88 Co(2) 利用经验公式求50kPa压强下的沸点 用式7-9求20%NaOH水

17、溶液的杜林线的 斜率，即k=1+0.142x=1+0.142X 0.2=1.028再求该线的截距，即ym=150.75x2 2.71x=150.75 X 0.22 2.71X0.2=5.488又由式7-10知该线的截距为y jt Jktw =5.488将已知值代入上式，得tj1.028X81.2=5.488解得tA =88.96C即在50kPa压强下溶液沸点为88.96C。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

18、小型蒸发器可供使用。操作条件下的温度差损失可取为18C，蒸发室 的操作压强为20kPa (该压强下水的饱和温度为60.1C，蒸发潜热为2355KJ/Kg)。已知 蒸发器的传热系数为1000W/(m2.C)，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 W = F(1 -坐)=1000 x (1 1|) = 625(kg/h)(2) 传热量 Q = Wr = 625x2355/3600 = 409kW(3) 溶液沸点 t = T + A=60.1+18=78.1C(4) 求 Ts由 Q = KA(Ts -1)KA409 x 1031000 x 10+ 78.

19、1 = 119.5 C【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 60C，比热容为3.4kJ/(kg C),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126C，总传热系数Ko为1560W/ (m2C)。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：(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30C 及126C，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/ (m2C)水平沉浸加热

20、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Ow=603.61kJ/kg温度 T=143.4C50kPa： 蒸汽的焓 H =2644.3kJ/kg汽化热 r =2304.5kJ/kg温度 T =81.2C(1)考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗量蒸

21、发量 W=F 一 = 5400,1 - 02 = 3240kg/hIxj 0.5)由图7-3查出60C时20%NaOH水溶液的焓、126C时50%NaOH水溶液的焓分别为外=210kJ/kg, h=620kJ/kg。用式7-6求加热蒸汽消耗量，即D _ WH +(F - W * - Fhr_ 3243 264席 +(540(- 324 0 620- 5405 21021385=4102kJ/he _D _ 些 _ 1.266W 3240传热面积QK Ato mQ=Dr=4102 X 2138.5=8772X103kJ/h=2437kWK =1560W/ (m2 C) =1.56kW/ (m2

22、C) oAtm=143.4126=17.4C所以 s _2437 _ 89.78m2o 1.56 317.4取20%的安全系数，则So=1.2X89.78=107.7m2(2)忽略浓缩热时忽略浓缩热时按式7-6a计算加热蒸汽消耗量。因忽略热损失，故式7-6a改为D _ Wr，+ FC, 0 匕-10) _ 3240 x 2304.5 + 5400 x 3.4(126 - 60) _ 40 舞山_ r _213.8_e _ 空 _ 1.2523240由此看出不考虑浓缩热时约少消耗1%的加热蒸汽。计算时如果缺乏溶液的焓浓数据， 可先按不考虑浓缩热的式7-6计算，最后用适当的安全系数加以校正。改变原料液温度时的情况原料液为30C时:D _ 3240 x 2304.5 + 5400 x 3.4126 - 30)_ 4316k/h2138.5 ge _ 4316 _ 1.3323240原料液为126 C时:213詹D _ 324&230 .布 + 5403 危。26-126 _349kg/he _ 3492 _ 1.0783240由以上计算结果看出，原料液温度越高，蒸发1kg水分消耗的加热蒸汽越少。