第七章蒸發(fā)

1、第七章 蒸發(fā)一 填空題1蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指_；提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度的主要措施是_ _、_ _。2. 蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有（1）_ ，（2）_ ，3）_ 。3. 多效蒸發(fā)與單效蒸發(fā)相比，其優(yōu)點(diǎn)是_ ；明顯的缺點(diǎn)是 、 。多效蒸發(fā)操作流程有_ _ 、_ 和_ 。4. 按照溶液在蒸發(fā)器中的流動(dòng)情況，可將蒸發(fā)器分為兩大類：_和 。5. 要想提高生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性，可以_ ，_, _ ，_。6. 常用蒸發(fā)器主要由 和 兩部分構(gòu)成。7. 升膜式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是 ，特別適合于處理 溶液，但不適合于處理 。8. 循環(huán)型蒸發(fā)器的共同特點(diǎn)是 ，特別不適合于處理 。9. 一雙效并流蒸發(fā)器，冷凝器操作溫度為，

2、系統(tǒng)的總溫度差損失為，第一、二 效 的有效溫差分別為及。則第一效的溶液沸點(diǎn)溫度為 ；第一效的生蒸汽溫度為 。 10. 在三效并流加料蒸發(fā)流程中，從第一效至第三效，溶液濃度將愈來愈 ，蒸發(fā)室的真空度將愈來愈 ，溶液的沸點(diǎn)將愈來愈 ，各效產(chǎn)生的二次蒸汽壓力將愈來愈 。11. 與常壓蒸發(fā)比較，真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是 。12.多效蒸發(fā)中的最佳效數(shù)含義是 。13.多效蒸發(fā)的效數(shù)受到技術(shù)上的限制，主要是因?yàn)榇嬖?；多效蒸發(fā)是以犧牲設(shè)備的 已換取加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。14.寫出三種單程型蒸發(fā)器的名稱： 。這種類型的蒸發(fā)器特別適用于 。 15.蒸發(fā)操作的特點(diǎn)有 、 、 、 。16. 寫出三種循環(huán)型蒸發(fā)器的名稱： 、 、

3、 。二 簡(jiǎn)答題1. 蒸發(fā)操作的目的及特點(diǎn)是什么？蒸發(fā)設(shè)備有那幾種類型？2. 什么是蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性，為提高生蒸汽的利用率可采用哪些方法？3. 真空蒸發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？4. 如何提高蒸發(fā)的生產(chǎn)強(qiáng)度？5. 溶液蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的溫度差損失是由什么原因引起的？6. 蒸發(fā)的效數(shù)增加，對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)如何影響？7. 杜林規(guī)則的內(nèi)容是什么？8. 并流加料的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？9. 逆流加料的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？10. 多效蒸發(fā)的效數(shù)是否有限制，為什么？三 計(jì)算題【7-1】采用標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器將10%的NaOH水溶液濃縮至25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。蒸發(fā)室的操作壓力為50 kPa，試求操作條件下溶液的沸點(diǎn)升高及沸點(diǎn)。解：溶液的沸點(diǎn)升高及

4、沸點(diǎn)均按完成液來計(jì)算。查得水的有關(guān)數(shù)據(jù)為壓力p /kPa 溫度t / 汽化熱r /(kJ kg-1)101.3 100 50 81.2 2304.5在101.3 kPa時(shí)，25%NaOH溶液的沸點(diǎn)為113.07 。常壓下溶液的沸點(diǎn)升高為 a=（113.07100）=13.0750 kPa時(shí)，溶液的沸點(diǎn)升高可用兩種方法計(jì)算。（1）用杜林規(guī)則在杜林線圖的橫座標(biāo)81.2 作垂直線交組成為25%的杜林線，再由該點(diǎn)查得縱座標(biāo)的溫度為93 ，此即50kPa下溶液的沸點(diǎn)tA。=（9381.2）=11.8 （2）用式6-17經(jīng)驗(yàn)公式估算=11.5 則溶液的沸點(diǎn)升高為11.8 ，50kPa下的沸點(diǎn)為93 。兩種

5、方法計(jì)算結(jié)果相差不大?！?-2】 用連續(xù)操作的真空蒸發(fā)器將固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%的番茄汁濃縮至30%，加熱管內(nèi)液柱的深度為2.0 m，冷凝器的操作壓力為8 kPa，溶液的平均密度為1 160 kg/m3，常壓下溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高=1 ，試求溶液的沸點(diǎn)tB。解：8 kPa壓力下對(duì)應(yīng)二次蒸汽溫度為41.3 ，水的汽化熱為2497 kJ/kg。取冷凝器到蒸發(fā)室的溫差損失=1.5。溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)升高取常壓下數(shù)據(jù)，即=1。則溶液的沸點(diǎn)為的計(jì)算如下：與43.8 相對(duì)應(yīng)的壓力=9.25 kPa則 kPa=20.63 kPa與pm對(duì)應(yīng)的溶液沸點(diǎn)為60.7 ，即tB=60.7 【7-3】在一連續(xù)操作的單效蒸

6、發(fā)器中將NaOH水溶液從10%濃縮至45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），原料液流量為1 000 kg/h。蒸發(fā)室的操作絕對(duì)壓力為50 kPa（對(duì)應(yīng)飽和溫度為81.2 ），加熱室中溶液的平均沸點(diǎn)為115 ，加熱蒸汽壓力為0.3 MPa（133.3 ），蒸發(fā)器的熱損失為12 kW。試求（1）水分蒸發(fā)量；（2）60 和115 兩個(gè)加料溫度下加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗用量。解：（1）水分蒸發(fā)量 kg/h=777.8 kg/h（2）加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗用量用焓濃圖計(jì)算。10%NaOH水溶液60 的焓220 kJ/kg，115 的焓為440 kJ/kg；45% NaOH水溶液115的焓545kJ/kg；115水蒸汽

7、的焓為2702.5kJ/kg,0.3 MPa下r=2168.1 kJ/kg。60 加料時(shí)=kg/h=943.9 kg/h115 加料時(shí)kg/h=842.4kg/h顯然，隨加料溫度提高，D及e值均下降?！?-4】 在單效蒸發(fā)裝置中，將1/4的二次蒸汽用來預(yù)熱原料液。原料液的流量為1 000kg/h，溫度從20 升到70 ，其比熱容C0=3.96 kJ/(kg )。完成液的組成為0.28（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。已知溶液的沸點(diǎn)為98 ，蒸發(fā)室內(nèi)二次蒸汽溫度為91 ，加熱蒸汽溫度為125 。忽略蒸發(fā)裝置的熱損失。試求（1）傳熱的有效溫差和溫差損失；（2）原料液的組成x0；（3）加熱蒸汽消耗量和經(jīng)濟(jì)性。解：

8、（1）有效溫差和溫差損失=27 =7（2）料液組成91 下蒸汽的冷凝熱kJ/kg kg/h=347.1 kg/hkg/h（3）加熱蒸汽消耗量及其經(jīng)濟(jì)性98 和125 的相變熱分別為2263.4kJ/kg和2191.8kJ/kg=kg/h【7-5】 在單效真空蒸發(fā)器中將牛奶從15%濃縮至50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），原料液流量為F=1500 kg/h， 其平均比熱容C0=3.90 kJ/(kg )，進(jìn)料溫度為30 。操作壓力下，溶液的沸點(diǎn)為65 ，加熱蒸汽壓力為105 Pa（表壓）。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3 kPa。蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K0=1 160 W/(m2)，其熱損失為8 kW。試求（1）產(chǎn)品的流量；

9、（2）加熱蒸汽消耗量；（3）蒸發(fā)器的傳熱面積。解：（1）產(chǎn)品流量kg/h=1050 kg/hkg/h=450 kg/h（2）65 下水的汽化熱為=2343.4 kJ/kg201.3 kPa下的蒸汽冷凝熱r=2204.5kJ/kg，T=120.3 忽略牛奶的稀釋熱，則=kg/h=1222 kg/h(3)蒸發(fā)器的傳熱面積kJ/h=2.665×106kJ/h=740 kW=55.3 m2=11.54 m2【7-6】 在雙效并流蒸發(fā)裝置上濃縮鹽的水溶液。已知條件為：第1效，濃縮液的組成為x1（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），流量為L(zhǎng)1=500 kg/h，溶液沸點(diǎn)為105 （即二次蒸汽溫度），該溫度下水的汽

10、化熱=2 245.4 kJ/kg，物料平均比熱容cp=3.52 kJ/(kg )；第2效，完成液組成為32%，溶液沸點(diǎn)為90 ，該溫度下水的汽化熱=2283.1 kJ/kg。忽略溶液的沸點(diǎn)升高、稀釋熱及蒸發(fā)裝置的熱損失。試計(jì)算原料液的處理量F及其組成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】 在三效并流蒸發(fā)裝置上濃縮糖水溶液。沸點(diǎn)升高及蒸發(fā)器的熱損失均可忽略不計(jì)。已知第一效的生蒸汽壓力p0=270.3 kPa（對(duì)應(yīng)飽和溫度130 ）、第三效溶液的沸點(diǎn)t3=55（對(duì)應(yīng)p3=15.74 k Pa）。各

11、效的總傳熱系數(shù)分別為：K0,1=2600 W/(m2)，K0,2=2000 W/(m2)，K0,3=1400 W/(m2)。各效蒸發(fā)器傳熱面積相等。試按如下兩種簡(jiǎn)化估算各效溶液沸點(diǎn)：（1）各效傳熱量相等；（2）各效等壓力降。解：（1）各效傳熱量相等的溶液沸點(diǎn) =111.96 同理 （2）等壓力降原則的沸點(diǎn)相鄰兩效間的壓力差為kPa=84.85 kPakPa 同理 kPa 可見，不同簡(jiǎn)化方法估算溶液的沸點(diǎn)值有一定差別。【7-8】在中央循環(huán)管蒸發(fā)器內(nèi)將NaOH水溶液由10%濃縮至20%，試求：（1）利用圖7-4求50kPa時(shí)溶液的沸點(diǎn)。（2）利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算50kPa時(shí)溶液的沸點(diǎn)。解：由于中央循環(huán)

12、管蒸發(fā)器內(nèi)溶液不斷地循環(huán)，故操作時(shí)器內(nèi)溶液濃度始終接近完成液的濃度。從附錄中查出壓強(qiáng)為101.33kPa及50kPa時(shí)水的飽和溫度分別為100及81.2，壓強(qiáng)為50kPa時(shí)的汽化熱為2304.5kJ/kg。（1）利用圖7-4求50kPa壓強(qiáng)下的沸點(diǎn) 50kPa壓強(qiáng)下水的沸點(diǎn)為81.2，在圖7-4的橫標(biāo)上找出溫度為81.2的點(diǎn)，根據(jù)此點(diǎn)查出20%NaOH水溶液在50kPa壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)為88。（2）利用經(jīng)驗(yàn)公式求50kPa壓強(qiáng)下的沸點(diǎn) 用式7-9求20%NaOH水溶液的杜林線的斜率，即 k=1+0.142x=1+0.142×0.2=1.028再求該線的截距，即 ym=150.75x22.

13、71x=150.75×0.222.71×0.2=5.488又由式7-10知該線的截距為 ym=tAktw=5.488將已知值代入上式，得 tA1.028×81.2=5.488解得 tA=88.96 即在50kPa壓強(qiáng)下溶液沸點(diǎn)為88.96。由于查圖7-4時(shí)引入誤差，以及式7-9及式7-10均為經(jīng)驗(yàn)公式，也有一定的誤差，故二種方法的計(jì)算結(jié)果略有差異?！?-9】某工廠臨時(shí)需要將1000kg/h的某水溶液由15%濃縮至40%，沸點(diǎn)進(jìn)料，現(xiàn)有一傳熱面積為10m2的小型蒸發(fā)器可供使用。操作條件下的溫度差損失可取為18，蒸發(fā)室的操作壓強(qiáng)為20kPa（該壓強(qiáng)下水的飽和溫度為60

14、.1，蒸發(fā)潛熱為2355KJ/Kg）。已知蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為1000W/(m2.)，熱損失可以忽略。試求加熱蒸汽的溫度至少應(yīng)為多大才能滿足生產(chǎn)要求。解：（1）蒸發(fā)量 （2）傳熱量 （3）溶液沸點(diǎn)t = T + =60.1+18=78.1 （4）求Ts 由 【7-10】在單效蒸發(fā)器中每小時(shí)將5400kg、20%NaOH水溶液濃縮至50%。原料液溫度為60，比熱容為3.4kJ/（kg·），加熱蒸汽與二次蒸汽的絕對(duì)壓強(qiáng)分別為400kPa及50kPa。操作條件下溶液的沸點(diǎn)為126，總傳熱系數(shù)Ko為1560W/（m2·）。加熱蒸汽的冷凝水在飽和溫度下排除。熱損失可以忽略不計(jì)。試求：（

15、1）考慮濃縮熱時(shí)：加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗量；傳熱面積。（2）忽略濃縮熱時(shí)：加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗量；若原料液的溫度改為30及126，分別求項(xiàng)。表7-1 蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K值蒸發(fā)器的型式總傳熱系數(shù)W/（m2·）水平沉浸加熱式6002300標(biāo)準(zhǔn)式（自然循環(huán)）6003000標(biāo)準(zhǔn)式（強(qiáng)制循環(huán)）12006000懸筐式6003000外加熱式（自然循環(huán)）12006000外加熱式（強(qiáng)制循環(huán)）12007000升膜式12006000降膜式12003500蛇管式3502300解：從附錄中分別查出加熱蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有關(guān)參數(shù)為400kPa：蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg 汽化熱r=2138.5kJ/kg 冷凝水的焓hw=603.61kJ/kg 溫度T=143.450kPa： 蒸汽的焓H=2644.3kJ/kg 汽化熱r=2304.5kJ/kg 溫度T=81.2（1）考慮濃縮熱時(shí)加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽耗量蒸發(fā)量W=F由圖7-3查出60時(shí)20%NaOH水溶液的焓、126時(shí)50%NaOH水溶液的焓分別為h0=210kJ/kg，h1=620kJ/kg。用式7-6求加熱蒸汽消耗量，即 =4102kJ/h 傳熱面積 Q=Dr=4102×2138.5=8772×103kJ/h=2437kW Ko=1560W/（m2·）=1.56kW/（m2&