5蒸發(fā)習題及答案解析

1、蒸發(fā)習題及答案一.選擇題1.蒸發(fā)操作中，從溶液中汽化出來的蒸汽，常稱為（）。BA.生蒸汽；B.二次蒸汽；C.額外蒸汽2.蒸發(fā)室內(nèi)溶液的沸點（）二次蒸汽的溫度。BA.等于；B.高于；C.低于3.在蒸發(fā)操作中，若使溶液在（）下沸騰蒸發(fā)，可降低溶液沸點而增大蒸發(fā)器的有效溫度差。AA.減壓；B.常壓；C.加壓4. 在單效蒸發(fā)中，從溶液中蒸發(fā) 1kg 水，通常都需要（）1kg 的加熱蒸汽。CA.等于；B.小于；C.不少于5. 蒸發(fā)器的有效溫度差是指（）。AA.加熱蒸汽溫度與溶液的沸點之差；B.加熱蒸汽與二次蒸汽溫度之差；C.溫度差損失6. 提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強度的主要途徑是增大（）。CA.傳熱溫度差；B.加

2、熱蒸汽壓力；C.傳熱系數(shù)；D.傳熱面積；7. 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器屬于（）蒸發(fā)器。AA.自然循環(huán)；B.強制循環(huán)；C.膜式8. 蒸發(fā)熱敏性而不易于結晶的溶液時，宜采用（）蒸發(fā)器。BA.列文式；B.膜式；C.外加熱式；D.標準式9. 多效蒸發(fā)可以提高加熱蒸汽的經(jīng)濟程度， 所以多效蒸發(fā)的操作費用是隨效數(shù)的增加而 （） 。AA.減少；B.增加；C.不變10.蒸發(fā)裝置中，效數(shù)越多，溫度差損失（）。BA.越少；B.越大；C.不變11.采用多效蒸發(fā)的目的是為了提高（）。BA.完成液的濃度；B.加熱蒸汽經(jīng)濟程度；C.生產(chǎn)能力12.多效蒸發(fā)中，蒸汽消耗量的減少是用增加（）換取的。AA.傳熱面積；B.加熱蒸汽壓力；

3、C.傳熱系數(shù)13. 多效蒸發(fā)中，由于溫度差損失的影響，效數(shù)越多，溫度差損失越大，分配到每效的有效溫度差就（）。AA.越??；B.越大；C.不變14. （）加料的多效蒸發(fā)流程的缺點是料液粘度沿流動方向逐效增大，致使后效的傳熱系數(shù)降低。AA.并流；B.逆流；C.平流15.對熱敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸發(fā)，宜采用（）蒸發(fā)器。CA.中央循環(huán)管式；B.列文式；C.升膜式二.填空題1.蒸發(fā)是濃縮溶液的單元操作。2.為了保證蒸發(fā)操作能順利進行，必須不斷的向溶液供給熱能，并隨排除氣化出來的.溶劑蒸汽。3.蒸發(fā)操作中，造成溫度差損失的原因有：（1）溶質(zhì)的存在使蒸氣壓下降，沸點升高，液柱靜壓強引起管道流體阻力導致4

4、.蒸發(fā)器的主體由加熱室一和蒸發(fā)室組成。5.在蒸發(fā)操作中，降低單位蒸氣消耗量的主要方法有：采用多效蒸發(fā),真空蒸發(fā)，_加強設備保溫。6.蒸發(fā)操作按蒸發(fā)器內(nèi)壓力可分為：加壓，常壓，真空蒸發(fā)。7.蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣放出的熱量主要用于：(1)二次蒸汽氣化所需的潛墊(2)預熱原料液(3)補償蒸發(fā)器的熱損失。&并流加料的多效蒸發(fā)裝置中，各效的蒸發(fā)量略有增加，其原因是料液從前一效進入后一效時有自蒸發(fā)_。9.蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是指單位傳熱面積上單位時間內(nèi)所蒸發(fā)的水分量。10. 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是指單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水分量。11. 單程型蒸發(fā)器的特點是溶液通過加熱室二次，丕作循環(huán)流動，且溶液沿加熱管呈膜狀流

5、動，故又稱為液膜式蒸發(fā)器。12. 降膜式蒸發(fā)器為了使液體在進入加熱管后能有效的成膜，在每根管的頂部裝有液體分布13. 自然循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)溶液的循環(huán)是由于溶液的受熱程度不同，而引起的密度差異所致。14. 標準式蒸發(fā)器內(nèi)溶液的循環(huán)路線是從中央循環(huán)管下隆而從其它加熱管上升，其循環(huán)的原因主要是由于溶液的受熱程度不同，而引起的密度差異所致。三.計算題1、在單效蒸發(fā)器內(nèi)，將 10%Na0H 水溶液濃縮到 25%,分離室絕對壓強為 15kPa,求溶液的沸點和溶質(zhì)引起的沸點升高值。解：查附錄：15kPa 的飽和蒸氣壓為 53.5C，汽化熱為 2370kJ/kg(1)查附錄 5,常壓下 25%NaOH 溶液的沸點

6、為 113C所以，a=113-100=13Cf二0.0162寧0.016270=729所以沸點升高值為=fa=0.729X13=9.5C操作條件下的沸點：t=9.5+53.5=63C(2)用杜林直線求解蒸發(fā)室壓力為 15kPa 時，純水的飽和溫度為 53.5C，由該值和濃度 25%查圖 5-7，此條件下溶液的沸點為 65C因此，用杜林直線計算溶液沸點升高值為=63-53.5=9.5C2、在單效蒸發(fā)器中用飽和水蒸氣加熱濃縮溶液，加熱蒸氣的用量為 2100kgh-1,加熱水蒸氣的溫度為 120C,其汽化熱為 2205kJkg-1。已知蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸氣溫度為 81C，由于溶質(zhì)和液柱引起的沸點升高值為

7、 9C,飽和蒸氣冷凝的傳熱膜系數(shù)為 8000Wm-2k-1,沸騰溶液的傳熱膜系數(shù)為 3500Wm-2k-i。求蒸發(fā)器的傳熱面積。忽略換熱器管壁和污垢層熱阻，蒸發(fā)器的熱損失忽略不計。解：熱負荷 Q=2100X2205X103/3600=1.286X10eW溶液溫度計 t=81+9=90C 蒸汽溫度 T=120Cl/K=l/h+1/h=1/8000+1/350012.K=2435W/m2KS=Q/K（Tt）=1.286X106/2435X（12090）=17.6m23、某效蒸發(fā)器每小時將 1000kg 的 25%（質(zhì)量百分數(shù)，下同）NaOH 水溶液濃縮到 50%。已知：加熱蒸氣溫度為 120C,進

8、入冷凝器的二次蒸氣溫度為 60C,溶質(zhì)和液柱引起的沸點升高值為45C,蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為 1000Wm-2k-1。溶液被預熱到沸點后進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的熱損失和稀釋熱可以忽略,認為加熱蒸氣與二次蒸氣的汽化潛熱相等，均為 2205kJkg-1。求：蒸發(fā)器的傳熱面積和加熱蒸氣消耗量。解：蒸發(fā)水份量:q=q（1-x/x）=1000X（l-25/50）=500Kg/h=0.139Kg/smWmF01加熱蒸汽消耗量:qc(t-1)+qrmFp010mWmDRTt 二 t10qrqmwmDR=0.139kg/s傳熱面積:TQ=KS（T-t）蒸發(fā)器中溶液的沸點溫度：t=60+45=105Cs/Q、/、K(

9、T-1)1000(120-105) )4、 將8%的NaOH水溶液濃縮到18%,進料量為4540kg進料溫度為21C， 蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)為2349Wm-2k-i,蒸發(fā)器內(nèi)的壓強為 55.6Kpa,加熱蒸汽溫度為 110C,求理論上需要加熱蒸氣量和蒸發(fā)器的傳熱面積。已知：8%NaOH 的沸點在 55.6Kpa 時為 88C,88C 時水的汽化潛熱為 2298.6kJkg-i。8%NaOH的比熱容為 3.85kJkg-ioC-i,110C 水蒸氣的汽化潛熱為 2234.4kJkg-i。解：q=4540（18/18）=2522kJ/hmwt=Tt=109.288=21.2C傳熱速率：Q=qmFC（t

10、t）+qmwrmFpo10mw=4540/3600X3.85X103X（88-21）+2522/3600X2298.6X103=1936X103WsKb屠罄屠罄38.9m2q=Q/r=1936X103/（2234.4X103）=0.87kg/s=3130kg/hmD5、在一中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)將濃度為 10%（質(zhì)量百分率，下同）的 NaOH 水溶液濃縮到 40%,二次蒸氣壓強為 40kPa,二次蒸氣的飽和溫度為 75C。已知在操作壓強下蒸發(fā)純水時，其沸點為0.139x2205x心心2。畑。畑8 0 C 。 求 溶 液 的 沸 點 和 由 于 溶 液 的 靜 壓 強 引 起 的 溫 度 升 高

11、的 值 。10%及 40%NaOH 水溶液杜林線的斜率及截距如下：濃度（）斜率截距101.024.5401.113.4解：溶液沸點用 40%Na0H 水溶液杜林線的數(shù)據(jù)計算:t=34+1.1111=34+1.11X80=122.8C由溶液靜壓強引起的溫度差損失：=80-75=5C6、 雙效并流蒸發(fā)系統(tǒng)的進料速率為 1th-i,原液濃度為 10%,第一效和第二效完成液濃度分別為15%和 30%。兩效溶液的沸點分別為 108C 和 95C。當溶液從第一效進入第二效由于溫度降產(chǎn)生自蒸發(fā),求自蒸發(fā)量和自蒸發(fā)量占第二效總蒸發(fā)量的百分數(shù)。解：自蒸發(fā)水分量為:Cq-q丄(t-1)q二mFm.wlpl12mW

12、r r2其中 t=108OC,t=95C12x20%，近似地 c=c(1-x)=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kgC)1p1pw1qmw1二qmF二10001-二333.3kg/hqmw2二(qmF-qmw1=(1000-333.3)1-0.150T丿二333.4kg/hw兩效并流蒸發(fā)的流程見圖95C 時 r=2270.9kJ/kg所以自蒸發(fā)量為仁x1仃0.05)1一一 qIx丿mFI0.4丿0.875qmF(3)估算各效蒸發(fā)量及料液量因為各效溶液的比熱熔均相同，故QKSAtqr+qc(t一t)111mw11mFp10a)QKSAtqr+(q一q)c(t一t)222mw22mFm

13、w1p21(b)QKSAtqr+(q一q一q)c(t一t)333mw33mFmw1mw2p32(c)代入已知值2950 x3600X140X192257q+qX4.2(101-90)1000mw1wF2670 x3600X140X212307q+(q-q)X4.2(80-101)1000mw2wFmw1x0X140X402401q+(q-q-q)X4.2(40-80)1000mw3wFmw1mw2解得：q611500-48.85qmFmw1d)q35628-1.906qmw2mw1(e)CFqMt丿(1000-333.3)X3.56(108-95)1359/7q二mFmw1p_113.59kg

14、/hmwr2270.92自蒸發(fā)量占第二效總蒸發(fā)量的百分數(shù)為X100%1359X100%40.8%333.47、在三效蒸發(fā)系統(tǒng)中將某水溶液從 5%連續(xù)濃縮到 40%。進料溫度為 90C。用 120C 的飽和水蒸氣加熱。末效二次蒸氣的溫度為 40C。各效的傳熱面積均為 140m2。各效的總傳熱系數(shù)分別為:K=2950Wm-2C-i,K=2670Wm-2C-i,K=2900Wm-2C-i。若忽略溶液中溶質(zhì)和液柱高度引起的沸點升高和蒸發(fā)器的熱損失。求：原料液的流量和加熱蒸氣消耗量。解：(1)初步估算各效的溫差設t=19Ct=21C2t=40C3因為忽略各種溫差損失，故各效的加熱蒸汽溫度及沸點為T=12

15、0C1T=t=Tt=120-19=101C2111T=t=T-At=101-21=80C3222T=t=40CK3(2)總蒸發(fā)量qmwmw2r=2205kJ/kg二 r=2257kJ/kgr=r=2307kJ/kg32r=2401kJ/kg2qqFmwmFq=51713.5-3.35q(f)mw3mw1(f)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=1274

16、0kg/hmw3驗算 A AtQ=qr+qc(t-1)=11634x2257+43180 x4.2(101-90)=28252850kJ/h1mw11mFp10Q=qr=qr=11634x2257=26257940kJ/h2mD22mw12=28252850=2660K126257940=2670 x3600=100031038380TM碩=63401000VQ=2660+2732+6340=11732KVAt=T-T=120-40=801KCQKV2660=VAt=x80=18.111732CAt=x80=18.63(g)mw1mw1(h)Q3=qr=qrmD33mw23=13454x230

17、7=31038380kJ/h2950 x36001000工Q11732CC各效溫差與初估溫差相差較大，應重新分配(a)分配t取t=20C1t=20C2t=40C3(b)估算各效沸點及相應的汽化熱T=t=T-t=120-20=100Cr=r=2258kJ/kg211121T=t=T-t=100-20=80Cr=r=2307.8kJ/kg322232T=40Cr=2401kJ/kgK3(c)計算總蒸發(fā)量按式(a)、(b)及式(c)計算各效蒸發(fā)量代入已知值2950X3600X140X20二2258q+qX4.2(100-90)1000mw1wF2670X3600X140X20二2307.8q+(q-

18、q)X4.2(80-100)1000mw2wFmw1x-X140X40二2401q+(q-q-q)X4.2(40-80)1000mw3wFmw1mw2解得：q=708000一53.7qmFmw1q二37432-1.994qmw2mw1q=58339.4一3.693qmw3mw1(374321.9946q)+(58339.43.693q)mw1mw1.77q)mw1Q3634011732X80二43.3258.4+43240X4.2(10080)二29736680kJ/h267920600kJ/hQ二qr二qr二12780 x2307.8二29693680kJ/h3mD33mw23Q_29736

19、680K_2950 x3600i10001000g_60241000工_2800+2905+6024_11729KC與前面所設的t=20C1t=20C2t=40C3很相近，故認為該溫差分配合適，所以qmF=43240kg/h8、用雙效蒸發(fā)器，濃縮濃度為 5%（質(zhì)量分率）的水溶液，沸點進料，進料量為 2000kgh-i,經(jīng)第一效濃縮到 10%。第一、二效的溶液沸點分別為 95C 和 75C。蒸發(fā)器消耗生蒸汽量為 800kgh-i。各溫度下水蒸氣的汽化潛熱均可取為 2280kjkg-i。忽略熱損失，求蒸發(fā)水量。279206002670 x3600_2905At1yAt_280011729x80_1

20、9.1CAtAtQ2At_290511729x80_19.8CQ3At_602411729x80_41.1mD_2973668022051_13486kg/h解：第一效蒸發(fā)水量：已知：q=800kg/h,r 二 r=2280kJ/kg,mD111q=q=800kg/hmw1mD1第二效蒸發(fā)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/kg1222C=C(1-X)=4.187X(l-0.083

21、3)=3.84kJ/(kgC)popw02qr二qc(t-1)+qrmD22mF2p021mw22qmF2cp0(t2-)-800-12x38475-95)r r22802q=q+qmwmw1mw2=800+840=1640kg/h.9、用三效并流加料的蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮 NaOH 水溶液，系統(tǒng)對原液的處理量為 2.4X104kgh-i,求生蒸氣的消耗量和各效蒸發(fā)器的傳熱面積。參數(shù)如下：第一效：生蒸氣壓強：4atm進料：濃度 10.6%；溫度，80C；傳熱系數(shù)：K=1500Wm-2C-i第二效：傳熱系數(shù)：K=1000Wm-2C-i第三效：完成液濃度：30%傳熱系數(shù)：K=560Wm-2C-i末效冷凝器

22、壓強：0.2atm 料液比熱容為：3.77kJkg-1oC-1（設各效傳熱面積相等）解：一）總蒸發(fā)量二）估算各效溶液濃度設各效水分蒸發(fā)量相等，故qqmw2mD2蒸發(fā)水量二840kg/hqmw二qmF1x1-0 x丿32.4x1041-1.55x104kg/hqqmw1mw2mw3所以Zqmw1.55x1043二5.17x103kg/h1qxx=mF0iq-q-qmFmw1mwi可得2.4x104x10.6%2.4x1045170同理可得x=0.1865=18.65%x=0.3=30%三）估算各效溶液的沸點和有效溫度差1、蒸汽壓力按等壓分配原則，各效壓降為因此，計算得各效蒸汽壓力，并由此查得相應

23、二次蒸汽壓力下的參數(shù)，列表于下2、計算各效溫度損失，求有效溫差和各效溶液的沸點由圖 5-7 查得各效溶液的沸點 t 分別為 1431、1271、78T,因此可求取各效由于溶液蒸汽壓A降低所引起的溫差=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溫差分別為=1C=2C=5C二 8C管路損失引起的溫度差每一效為 1C,因此二 3C因此三效的總溫差損失為=+=34.8+8+3=45.8C4atm 的生蒸汽的飽和溫度為=151.1C，其潛熱為 r：=2115kJ/kg。因此，若無溫差損失，總的傳

24、熱溫差為t=T-T=151.1-59.7=91.4C除去損失的溫差后，三效蒸發(fā)的有效總溫差為t=At-YA=91.4-45.8=45.6C=0.135=13.5%AP=十十=1.6atm1二次蒸汽壓力，atm3.4二次蒸汽溫度，C137.2二次蒸汽焓，kJ/kg2734二次蒸汽潛熱,kJ/kg2157231.80.2116.359.72703260522162356T1k各效的沸點計算于下t=143+1=144Ct=127+2=129C2t=78+5+l=84C3(四)生蒸汽消耗量和各效水分蒸發(fā)量以所求得各效溶液的沸點作為初值，求各效的自蒸發(fā)系數(shù)t-tB二01H-ct80-1442734-4.

25、187x144一-0.0301分母可以用二次蒸汽汽化潛熱簡化計算。同理可求得B2=0.00695,B由于系數(shù) 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=0.8965-19a)qm,wi=0.023rq片+(qc-qc-qm,Dirm,Fpom,w1pwi、(t-1)cqc)m,w2pwm,wi-1pwri忽略蒸汽汽化潛熱的差別，代入已知量(t一t)q+qc-01mD1mFp0k:丿+2.4x104x3.77x(-0.0301)厶0.962mD1所以qmw1二0.962q2620mD1a)qmw2所以(-1q+q

26、cqc+2mw1mFp0mw1pwrq+(2.4x104x3.774.187xq)(0.00965)良0.946n2qmw2二0.9185q+595mw1b)qmw3q+勺c-qc-qcmw2mFp0mw1pwmw2pw+(2.4x104x3.774.187xqmw2mw1千Jn331-4.187xq)(0.02)x0.896mw2qmw3二0.821q+16210.075qmw2mw1c)由總蒸發(fā)量與各效蒸發(fā)量之間的關系q=q+q+q=15500mwmw1mw2mw3d)聯(lián)合求解式(a)、(b)、(c)和(d)得到生蒸汽消耗量qmD1=7840kg/hqmw1魚=5620K3工二3070+2940+5620二11630K已知總的有效溫差工t=45.6oC，當各效傳熱面積相同時，各效分配到的溫差為人KV3070一“小At=VAt=x45.6=12C1VQ11630fJK同理可算得t=11.5C2t=22oC3（六）復核及結果校正因為，以上結果是建立在兩個假定基礎上的，因此計算出的結果需要校核1、末效沸點為 t3=84oC，現(xiàn)求得t3=22oC，因此末效加熱蒸汽溫度為 T=t+t=84+2