蒸发习题和答案解析.doc

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1、.蒸发习题及答案1. 蒸发操作中,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。 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,通常都需要1kg的加热蒸汽。 C A. 等于； B. 小于； C. 不少于5. 蒸发器的有效温度差是指。 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主

2、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. 中央循环管式蒸发器属于蒸发器。 A A. 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。 B A. 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。 A A. 减少； B. 增加； C. 不变10. 蒸发装置中,效数越多,温度差损失。 B A. 越少； B. 越大； C. 不变11. 采用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

3、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。 A A. 传热面积； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数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。 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,致使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,宜采用蒸发器。 C A. 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

4、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： 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. 蒸发器的主体由_加热室_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。8. 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

5、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_循环流动,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有效的成膜,在每根管的顶部装有_液体分布器_。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_下降_,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

6、%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引起的沸点升高值。解：查附录：15kPa的饱和蒸气压为53.5,汽化热为2370kJ/kg查附录5,常压下25%NaOH溶液的沸点为113所以,a= 113-100=13所以沸点升高值为=f a=0.72913=9.5操作条件下的沸点：t=9.5+53.5=63用杜林直线求解蒸发室压力为15kPa时,纯水的饱和温度为53.5,由该值和浓度25%查图5-7,此条件下溶液的沸点为65因此,用杜林直线计算溶液沸点升高值为=63-53.5=9.52、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

7、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8000Wm-2k-1,沸腾溶液的传热膜系数为3500 Wm-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=21002205103/3600=1.286106W溶液温度计t=81+9=90蒸汽温度T=120 1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500K=2435W/m2KS=Q/K=1.286106/2435=17.6 m23、某效蒸发器每小时将1000kg的25%质量百分数,

8、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45C,蒸发器的总传热系数为1000 Wm-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:qmW= qmF =1000=500Kg/h=0.139Kg/s加热蒸汽消耗量:t1=t0=0.139kg/s传热面积: Q=KS 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4540 kg

9、进料温度为21C,蒸发器的传热系数为2349Wm-2k-1,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-1。8%NaOH的比热容为3.85kJkg-1oC-1,110C水蒸气的汽化潜热为2234.4kJkg-1。解：qmw=4540=2522kJ/hrt=Tt=109.288=21.2传热速率：Q=qmF Cpo+qmwr=4540/36003.85103+2522/36002298.6103=1936103 WqmD =Q/r=1936103/

10、=0.87kg/s=3130kg/h5、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10401.021.114.53.4解：溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：t1+1.11t+1.1180.由溶液静压强引起的温度差损失：80-7556、双效并流蒸发系统的进料速率为1th-1,原液浓度为10%,第一效和第二效完成液浓度分别为15%和

11、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 qw1qw2x1=0.15qmF=1000kg/hx0=0.195C108Cx2=0.3自蒸发水分量为:其中 t1=108C, t2=95C,x120%,近似地 cp1=cpw1-x1=4.187=3.56kJ/95C时 r2=2270.9kJ/kg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

12、热面积均为140m2。各效的总传热系数分别为：K1=2950Wm-2C-1, K2=2670Wm-2C-1 , K1=2900Wm-2C-1。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t1=19Ct2=21Ct3=40C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=120C r1=2205kJ/kgT2= t1= T1-t1=120-19=101C r2=r1 =2257kJ/kgT3= t2= T2-t2=101-21=80C r3=r2 =2307kJ/kgTK= t3= 40C r3 =2401kJ/k

13、g总蒸发量 估算各效蒸发量及料液量因为各效溶液的比热熔均相同,故a 代入已知值解得：d 因此,可解出qmF = 43180kg/hqmw1= 11634kg/hqmw2= 13454kg/hqmw3= 12740kg/h验算tCCCC各效温差与初估温差相差较大,应重新分配a分配t取t1=20Ct2=20Ct3=40Cb估算各效沸点及相应的汽化热T2= t1= T1-t1=120-20=100C r2=r1 =2258kJ/kgT3= t2= T2-t2=100-20=80C r3=r2 =2307.8kJ/kgTK= 40C r3 =2401kJ/kg 计算总蒸发量按式a、b及式c计算各效蒸发

14、量代入已知值解得：因此,可解出qmw1= 12363kg/hqmw2= 12780kg/hqmw3= 12583kg/hqmF = 43240kg/h验算tCCC与前面所设的t1=20Ct2=20Ct3=40C很相近,故认为该温差分配合适,所以qmF = 43240kg/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2000 kgh-1,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800 kgh-1。各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280 kJkg-1。忽略热损失,求蒸发水量。解：第一效蒸发水量：已知：qmD1=800kg/h,

15、 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/hX02=X1= qmF X0/=20000.05/=0.033t1=95C t2=70C r2=r2=2280kJ/kgCpo=Cpw=4.187=3.84kJ/蒸发水量qmw = qmw1+ qmw2 =800+840=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2.4104kgh-1,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：

16、4atm进料：浓度10.6%；温度,80C；传热系数：K1=1500 Wm-2C-1第二效：传热系数：K2=1000 Wm-2C-1第三效：完成液浓度：30% 传热系数：K3=560 Wm-2C-1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（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有效温度差1、 蒸汽压力按等压分配原则,各效压降为atm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123二次蒸汽

17、压力,atm3.41.80.2二次蒸汽温度,C137.2116.359.7二次蒸汽焓,kJ/kg273427032605二次蒸汽潜热,kJ/kg2157221623562、 计算各效温度损失,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tA分别为143C、127C、78C,因此可求取各效由于溶液蒸汽压降低所引起的温差1=143-137.2=5.8C2=127-116.3=10.7C3=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1=1C2=2C3=5C= 8C管路损失引起的温度差每一效为1C,因此= 3C因此三效的总温差损失为

18、= +=34.8+8+3=45.8C4atm 的生蒸汽的饱和温度为T1=151.1C,其潜热为r1=2115kJ/kg。因此,若无温差损失,总的传热温差为tT=T1-Tk=151.1-59.7=91.4C除去损失的温差后,三效蒸发的有效总温差为t=tT -=91.4-45.8=45.6C各效的沸点计算于下t1=143+1=144Ct2=127+2=129Ct3=78+5+1=84C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分母可以用二次蒸汽汽化潜热简化计算。同理可求得2=0.00695,3=0.02由于系数i=0.98-0.07xi,所以1=0.98-0.0

19、7= 0.962同理可求得2=0.9463=0.896由式5-19a忽略蒸汽汽化潜热的差别,代入已知量所以a所以bc由总蒸发量与各效蒸发量之间的关系d联合求解式a、 和 得到生蒸汽消耗量qmD1=7840kg/h各效蒸发量分别为qmw1=4920kg/hqmw2=5125kg/hqmw3=5485kg/h各效传热量及温差计算不取额外蒸汽qmD2= qmw1=4920kg/h, qmD3= qmw2=5125kg/h因此各效的传热量为Q1= qmD1 r1=78402115=1.65107W同理可求得Q2=2.94106WQ3=3.14106W各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2

20、C,因此已知总的有效温差t=45.6C,当各效传热面积相同时,各效分配到的温差为同理可算得t2=11.5Ct3=22C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=84C,现求得t3=22C,因此末效加热蒸汽温度为T3=t3+ t3=84+22=106C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=116C, 故t2=116+2+1=119C4、 由所求到的t2=11.5C和计算得到的第二效

21、溶液的沸点可求到第二效的加热蒸汽温度T2=t2+ t2=11.5+119=130.5C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=136.5C, 故t1=136.5+1+1=138.5C可见,复核得到的各效沸点和沸点初值后者为t1=144C,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计算qmD1各效水分蒸发量有效温差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qmD1=7510kg/h各效蒸发量分别为qmw1=4895kg/hqmw2=5176kg/hqmw3=5430kg/h因此各效的传热量为Q1=4.4106WQ2=2.95106WQ3=3.2106Wt1=11.5Ct2=11.6Ct3=22.5Ct1=139Ct2=119.5Ct3=84C七传热面积同理可计算其余各效的面积S2=254m2S3=254m2.