蒸发习题及答案.docx

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蒸发习题及答案

蒸发习题及答案之杨若古兰创作

1.蒸发操纵中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）.B

A.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.B

A.等于；B.高于；C.低于

3.在蒸发操纵中，若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的无效温度差.A

A.减压；B.常压；C.加压

4.在单效蒸发中，从溶液中蒸发1kg水，通常都须要（）1kg的加热蒸汽.C

A.等于；B.小于；C.很多于

5.蒸发器的无效温度差是指（）.A

A.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次要途径是增大（）.C

A.传热温度差；B.加热蒸汽压力；

C.传热系数；D.传热面积；

7.地方轮回管式蒸发器属于（）蒸发器.A

A.天然轮回；B.强制轮回；C.膜式

8.蒸发热敏性而不容易于结晶的溶液时，宜采取（）蒸发器.B

A.列文式；B.膜式；C.外加热式；D.尺度式

9.多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操纵费用是随效数的添加而（）.A

A.减少；B.添加；C.不变

10.蒸发安装中，效数越多，温度差损失（）.B

A.越少；B.越大；C.不变

11.采取多效蒸发的目的是为了提高（）.B

A.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，蒸汽耗费量的减少是用添加（）换取的.A

A.传热面积；B.加热蒸汽压力；C.传热系数

13.多效蒸发中，因为温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的无效温度差就（）.A

A.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，导致后效的传热系数降低.A

A.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，宜采取（）蒸发器.C

A.地方轮回管式；B.列文式；C.升膜式

二.填空题

1.蒸发是___浓缩溶液___的单元操纵.

2.为了包管蒸发操纵能顺利进行，必须不竭的向溶液供给___热能___，并随排除气化出来的___溶剂蒸汽___.

3.蒸发操纵中，形成温度差损失的缘由有：

（1）溶质的存在使蒸气压降低，沸点升高,

（2）液柱静压强惹起,

（3）管道流体阻力导致.

4.蒸发器的主体由___加热室__和__蒸发室__构成.

5.在蒸发操纵中，降低单位蒸气耗费量的次要方法有：

采取多效蒸发,___真空蒸发_,____加强设备保温.

6.蒸发操纵按蒸发器内压力可分为：

_加压_,_常压_,_真空_蒸发.

7.蒸发操纵中，加热蒸气放出的热量次要用于：

（1）二次蒸汽气化所需的潜垫

（2）预热原料液（3）抵偿蒸发器的热损失.

8.并流加料的多效蒸发安装中，各效的蒸发量略有添加，其缘由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__轮回流动，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无效的成膜，在每根管的顶部装有_液体分布器_.

13.天然轮回蒸发器内溶液的轮回是因为溶液的_受热程度分歧，而惹起的_密度差别所致.

14.尺度式蒸发器内溶液的轮回路线是从地方轮回管_降低_，而从其它加热管_上升，其轮回的缘由主如果因为溶液的_受热程度_分歧，而惹起的_密度差别_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惹起的沸点升高值.

解：

查附录：

15kPa的饱和蒸气压为℃，汽化热为2370kJ/kg

（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=f×13=℃

操纵条件下的沸点：

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℃，由该值和浓度25%查图5-7，此条件下溶液的沸点为65℃

是以，用杜林直线计算溶液沸点升高值为

Δ=63-53.5=℃

2、在单效蒸发器顶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，因为溶质和液柱惹起的沸点升高值为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=2100×2205×103×106W

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）]=17.6m2

3、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，溶质和液柱惹起的沸点升高值为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，蒸发器的热损失和浓缩热可以忽略，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耗费量.

解：

蒸发水份量:

qmW=qmF（1-x0/x1）=1000×（1-25/50）=500Kg/h=/s

加热蒸汽耗费量:

∵t1=t0

∴

=/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，加热蒸汽温度为110ºC，求理论上须要加热蒸气量和蒸发器的传热面积.

已知：

8%NaOH的沸点在时为88ºC，88ºC时水的汽化潜热为kJ•kg-1.

8%NaOH的比热容为•kg-1oC-1，110ºC水蒸气的汽化潜热为kJ•kg-1.

解：

qmw=4540（1－8/18）=2522kJ/h

rt=T－t=109.2－88=℃

传热速率：

Q=qmFCpo（t1－t0）+qmwr＇

=4540/3600××103×（88－21）+2522/3600××103=1936×103W

qmD=Q/r＇=1936×103×103）=/s=3130kg/h

5、在一地方轮回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.已知在操纵压强下蒸发纯水时，其沸点为80ºC.求溶液的沸点和因为溶液的静压强惹起的温度升高的值.

10%及40%NaOH水溶液杜林线的斜率及截距如下：

浓度（%）

斜率

截距

10

40

解：

溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：

t1＝３４

＝３４+1.11×80

＝１２２.８℃

由溶液静压强惹起的温度差损失：

＝80-75＝5℃

6、双效并流蒸发零碎的进料速率为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因为温度降发生自蒸发，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

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

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、在三效蒸发零碎中将某水溶液从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.若忽略溶液中溶质和液柱高度惹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耗费量.

解：

（1）初步估算各效的温差

设Δt1=19˚C

Δt2=21˚C

Δt3=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/kg

T2=t1=T1-Δt1=120-19=101˚Cr2=r΄1=2257kJ/kg

T3=t2=T2-Δt2=101-21=80˚Cr3=r΄2=2307kJ/kg

TK=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不异，故

（a）

（b）

（c）

代入已知值

解得：

（d）

（e）

（f）

（g）

（h）

是以，可解出

qmF=43180kg/h

qmw1=11634kg/h

qmw2=13454kg/h

qmw3=12740kg/h

（4）验算Δt

˚C

˚C

˚C

˚C

各效温差与初估温差相差较大，应从头分配

（a）分配Δt

取Δt1=20˚C

Δt2=20˚C

Δt3=40˚C

（b）估算各效沸点及响应的汽化热

T2=t1=T1-Δt1=120-20=100˚Cr2=r΄1=2258kJ/kg

T3=t2=T2-Δt2=100-20=80˚Cr3=r΄2

TK=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：

是以，可解出

qmw1=12363kg/h

qmw2=12780kg/h

qmw3=12583kg/h

qmF=43240kg/h

（d）验算Δt

˚C

˚C

˚C

与前面所设的

Δt1=20˚C

Δt2=20˚C

Δt3=40˚C

很附近，故认为该温差分配合适，所以

qmF=43240kg/h

8、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.蒸发器耗费生蒸汽量为800kg•h-1.各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280kJ•kg-1.忽略热损失，求蒸发水量.

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/h

X02=X1=qmFX0/（qmF-qmw1）=2000×

t1=95˚Ct2=70˚Cr2=r2’=2280kJ/kg

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零碎浓缩NaOH水溶液，零碎对原液的处理量为×104kg•h-1，求生蒸气的耗费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，80ºC；

传热系数：

K1=1500W•m-2•ºC-1

第二效：

传热系数：

K2=1000W•m-2•ºC-1

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：

料液比热容为：

•kg-1oC-1，

（设各效传热面积相等）

解：

（一）总蒸发量

（二）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%

（三）估算各效溶液的沸点和无效温度差

1、蒸汽压力按等压分配准绳，各效压降为

atm

是以，计算得各效蒸汽压力，并由此查得响应二次蒸汽压力下的参数，列表于下

1

2

3

二次蒸汽压力，atm

二次蒸汽温度，˚C

二次蒸汽焓，kJ/kg

2734

2703

2605

二次蒸汽潜热，kJ/kg

2157

2216

2356

2、计算各效温度损失，求无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，是以可求取各效因为溶液蒸汽压降低所惹起的温差

Δ1΄=143-137.2=5.8˚C

Δ2΄=127-116.3=10.7˚C

Δ3΄=78-59.7=18.3˚C

∑Δ΄=5.8+10.7+18.3=34.8˚C

取各效因为液柱高度惹起的温差分别为

Δ1″=1˚C

Δ2″=2˚C

Δ3″=5˚C

∑Δ″=8˚C

管路损失惹起的温度差每一效为1˚C，是以

∑Δ″΄=3˚C

是以三效的总温差损失为

∑Δ=∑Δ΄+∑Δ″+∑Δ″΄=34.8+8+3=45.8˚C

4atm的生蒸汽的饱和温度为T1=151.1˚C，其潜热为r1=2115kJ/kg.是以，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，三效蒸发的无效总温差为

∑Δt=ΔtT-∑Δ=91.4-45.8=45.6˚C

各效的沸点计算于下

t1=143+1=144˚C

t2=127+2=129˚C

t3=78+5+1=84˚C

（四）生蒸汽耗费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，β3

因为系数ηii，所以

η1=0.98-0.07×（）

同理可求得

η2

η3

由式（5-19a）

忽略蒸汽汽化潜热的不同，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

生蒸汽耗费量

qmD1=7840kg/h

各效蒸发量分别为

qmw1=4920kg/h

qmw2=5125kg/h

qmw3=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

是以各效的传热量为

Q1=qmD1r1=7840×2115=1.65×107W

同理可求得

Q2=2.94×106W

Q3=3.14×106W

各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2˚C，是以

已知总的无效温差∑Δt=45.6˚C，当各效传热面积不异时，各效分配到的温差为

同理可算得

Δt2=11.5˚C

Δt3=22˚C

（六）复核及结果校订

因为，以上结果是建立在两个假定基础上的，是以计算出的结果须要校核

1、末效沸点为t3=84˚C，现求得Δt3=22˚C，是以末效加热蒸汽温度为

T3=Δt3+t3=84+22=106˚C

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

同理可得到

x2=18.2%

x3=30%

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

tA=116˚C,故

t2=116+2+1=119˚C

4、由所求到的Δt2=11.5˚C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

T2=Δt2+t2=11.5+119=130.5˚C

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

tA=136.5˚C,故

t1=136.5+1+1=138.5˚C

可见，复核得到的各效沸点和沸点初值（后者为t1=144˚C，t2=129˚C）相差较大，故须要从头计算.此时用新结果作为初值，从头计算自蒸发系数→计算qmD1→各效水分蒸发量→无效温差→从头复核溶液的沸点→……继续到满足精度为止.

从头计算方法不异，本题的结果为

生蒸汽耗费量

qmD1=7510kg/h

各效蒸发量分别为

qmw1=4895kg/h

qmw2=5176kg/h

qmw3=5430kg/h

是以各效的传热量为

Q1=4.4×106W

Q2=2.95×106W

Q3=3.2×106W

Δt1=11.5˚C

Δt2=11.6˚C

Δt3=22.5˚C

t1=139˚C

t2=119.5˚C

t3=84˚C

（七）传热面积

同理可计算其余各效的面积

S2=254m2

S3=254m2