5蒸发习题及答案.doc

-蒸发习题及答案一.选择题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，假设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展，必须不断的向溶液供应_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： (1)溶质的存在使蒸气压下降，沸点升高, (2)液柱静压强引起, (3)管道流体阻力导致。4. 蒸发器的主体由_加热室_和_蒸发室_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. 蒸发器的生产强度是指_单位传热面积上单位时间所蒸发的水分量。10. 蒸发器的生产能力是指_单位时间蒸发的水分量_。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，将10%NaOH水溶液浓缩到25%，别离室绝对压强为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(1)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=0.729×13=9.5操作条件下的沸点：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，加热水蒸气的温度为120ºC，其汽化热为2205kJkg-1。蒸发器二次蒸气温度为81ºC，由于溶质和液柱引起的沸点升高值为9ºC，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=2100×2205×103/3600=1.286×106W溶液温度计t=81+9=90蒸汽温度T=120 1/K=1/h1+1/h2=1/8000+1/3500K=2435W/m2KS=Q/K(T-t)=1.286×106/2435×(120-90)=17.6 m23、*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%。：加热蒸气温度为120ºC，进入冷凝器的二次蒸气温度为60ºC，溶质和液柱引起的沸点升高值为45ºC，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 (1-*0/*1)=1000×(1-25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s加热蒸汽消耗量:t1=t0=0.139kg/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4540 kg进料温度为21ºC，蒸发器的传热系数为2349Wm-2k-1，蒸发器的压强为55.6Kpa，加热蒸汽温度为110ºC，求理论上需要加热蒸气量和蒸发器的传热面积。：8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88ºC，88ºC时水的汽化潜热为2298.6kJkg-1。8%NaOH的比热容为3.85kJkg-1oC-1，110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJkg-1。解：qmw=4540(18/18)=2522kJ/hrt=Tt=109.288=21.2传热速率：Q=qmF Cpo(t1t0)+qmwr=4540/3600×3.85×103×(8821)+2522/3600×2298.6×103=1936×103 WqmD =Q/r=1936×103/(2234.4×103)=0.87kg/s=3130kg/h5、在一中央循环管式蒸发器将浓度为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。在操作压强下蒸发纯水时，其沸点为80ºC。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+1.11×80.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 qw1qw2*1=0.15qmF=1000kg/h*0=0.195C108C*2=0.3自蒸发水分量为:其中 t1=108C， t2=95C，*1<20%，近似地 cp1=cpw1-*1=4.187(1-0.15)=3.56kJ/(kgC)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*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=2950Wm-2ºC-1, K2=2670Wm-2ºC-1 , K1=2900Wm-2ºC-1。假设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/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一样，故a (b) (c)代入值解得：d (e) (f) (g) (h)因此，可解出qmF = 43180kg/hqmw1= 11634kg/hqmw2= 13454kg/hqmw3= 12740kg/h(4)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(c) 计算总蒸发量按式a、b及式c计算各效蒸发量代入值解得：因此，可解出qmw1= 12363kg/hqmw2= 12780kg/hqmw3= 12583kg/hqmF = 43240kg/h(d)验算tCCC与前面所设的t1=20Ct2=20Ct3=40C很相近，故认为该温差分配适宜，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95ºC和75ºC。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：qmD1=800kg/h, r1=r1=2280kJ/kg,qmw1= qmD1=800kg/h第二效蒸发水量：qmD2= qmw1=800Kg/h,qmF2= qmF - qmw1=2000-800=1200kg/h*02=*1= qmF *0/( qmF - qmw1)=2000×0.05/(2000-800)=0.033t1=95C t2=70C r2=r2=2280kJ/kgCpo=Cpw(1-*02)=4.187×(1-0.0833)=3.84kJ/(kgC)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2.4×104kgh-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：4atm进料：浓度10.6%；温度，80ºC；传热系数：K1=1500 Wm-2ºC-1第二效：传热系数：K2=1000 Wm-2ºC-1第三效：完成液浓度：30% 传热系数：K3=560 Wm-2ºC-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*2 = 0.1865=18.65%*3 = 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 = +=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，假设无温差损失，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(四)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=0.98-0.07*i，所以1=0.98-0.07×= 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异，代入量所以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、(b)、 (c)和 (d)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(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因此各效的传热量为Q1= qmD1 r1=7840×2115=1.65×107W同理可求得Q2=2.94×106WQ3=3.14×106W各效传热系数分别为1500、1000、560W/m2C，因此总的有效温差t=45.6C，当各效传热面积一样时，各效分配到的温差为同理可算得t2=11.5Ct3=22C(六)复核及结果校正因为，以上结果是建立在两个假定根底上的，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*2=18.2%*3=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。重新计算方法一样，此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=4.4×106WQ2=2.95×106WQ3=3.2×106Wt1=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. z.