(完整版)化工原理-第七章-蒸發(fā)

1、化工原理-第七章-蒸發(fā)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(diǎn)（）二次蒸汽的溫度。BA.等于；B.咼于；C.低于3.在蒸發(fā)操作中，溫度差。A若使溶液在（）下沸騰蒸發(fā)，可降低溶液沸點(diǎn)而增大蒸發(fā)器的有效A.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(diǎn)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(qiáng)度的主要途徑是增大（）。CA.傳熱溫度差；B.加熱

2、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(qiáng)制循環(huán)；C.膜式8. 蒸發(fā)熱敏性而不易于結(jié)晶的溶液時(shí)，宜采用（）蒸發(fā)器。BA.列文式；B.膜式；C.外加熱式；D.標(biāo)準(zhǔn)式9. 多效蒸發(fā)可以提高加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度，所以多效蒸發(fā)的操作費(fèi)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(jì)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；C

3、.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(diǎn)是料液粘度沿流動(dòng)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(duì)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(jìn)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(diǎn)升高,。4. 蒸發(fā)器的主體由加熱室

4、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(qiáng)設(shè)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(yù)熱原料液（3）補(bǔ)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(jìn)入后一效時(shí)有自蒸發(fā)。9. 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位傳熱面積上單位時(shí)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(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量。11. 單程型蒸發(fā)器的特點(diǎn)是溶液通過加熱室二次，不作循環(huán)流動(dòng)，且溶液沿加熱管呈膜狀流動(dòng)，故又稱為液膜式蒸

5、發(fā)器。12降膜式蒸發(fā)器為了使液體在進(jìn)入加熱管后能有效的成膜，在每根管的頂部裝有寶體分布器。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(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器內(nèi)溶液的循環(huán)路線是從中央循環(huán)管下降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。三問答題1998- 2005-提高蒸發(fā)器內(nèi)液體循環(huán)速度的意義在哪？提高沸騰集熱系數(shù)； 降低單程氣化率； 高速流體使污垢不易沉積1999- 2007-什么是蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度單位傳熱面的蒸發(fā)量U=W/A=Q/Ar2001-循環(huán)型蒸發(fā)器中，降低單程氣化率的目的是什么 降低溶液在加熱壁面附近的局

6、部濃度增高現(xiàn)象； 緩加熱面上結(jié)垢現(xiàn)象。2006-蒸發(fā)操作節(jié)能的措施 多效蒸發(fā)； 額外蒸汽的引出； 二次蒸汽的再壓縮（熱泵蒸發(fā)）； 冷凝水熱量的利用2007-提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的途徑有哪些？ 加大傳熱溫差； 提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)； 加熱蒸汽的利用率1- 蒸發(fā)操作不同于一般環(huán)熱過程的主要點(diǎn)有哪些？溶質(zhì)常析出在加熱面上形成垢層；熱敏性物質(zhì)停留時(shí)間不得過長(zhǎng)；與其他單元操作相比節(jié)能更重要2- 為什么要盡可能擴(kuò)大管內(nèi)沸騰時(shí)的汽液環(huán)狀流動(dòng)的區(qū)域因?yàn)樵搮^(qū)域的給熱系數(shù)°最大3- 分析比較單效蒸發(fā)器的間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)的生產(chǎn)能力的大小。設(shè)原料液濃度，溫度，完成液濃度，加熱蒸汽壓強(qiáng)以及冷凝器操作壓強(qiáng)均相等

7、單效間歇蒸發(fā)起先A小，生產(chǎn)能力大4- 多效蒸發(fā)的效數(shù)受哪些限制經(jīng)濟(jì)上限制：W/D的上升達(dá)不到與效數(shù)成正比，W/A的下降與效數(shù)成反比快；技術(shù)上限制：必須小于T-tO,而T-tO是有限的5- 比較單效與多效蒸發(fā)之優(yōu)缺點(diǎn)單效蒸發(fā)生產(chǎn)強(qiáng)度高，設(shè)備費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性低。多效蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性四計(jì)算題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50kPa，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/°C汽化熱r/(kJkg-i)101.31005081.22304.5在101.3kPa時(shí)，25

8、%NaOH溶液的沸點(diǎn)為113.07C。常壓下溶液的沸點(diǎn)升高為Aa=(113.07-100)C=13.07C50kPa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)則在杜林線圖的橫標(biāo)81.2C作垂直線交組成為25%的杜林線，再由該點(diǎn)查得縱標(biāo)的溫度為93C,此即50kPa下溶液的沸點(diǎn)tA。A=(93-81.2)C=11.8C(2) 用式6-17經(jīng)驗(yàn)公式估算A'二fA=a°01宓篤翥學(xué)2X137C=11.5C則溶液的沸點(diǎn)升高為11.8C，50kPa下的沸點(diǎn)為93C。兩種方法計(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

9、為2.0m，冷凝器的操作壓力為8kPa，溶液的平均密度為1160kg/m3，常壓下溶質(zhì)存在引起的沸點(diǎn)升高A'=1C,試求溶液的沸點(diǎn)tB。aB解：8kPa壓力下對(duì)應(yīng)二次蒸汽溫度為41.3C,水的汽化熱為2497kJ/kg。取冷凝器到蒸發(fā)室的溫差損失A=1.5C。溶質(zhì)引起的沸點(diǎn)升高取常壓下數(shù)據(jù)，即A，=1C。則溶液的沸點(diǎn)為(B二41，3心413+1+1-5+=43-8沁A的計(jì)算如下:PLg2與43.8°C相對(duì)應(yīng)的壓力p'=9.25kPa則p=9.25+1160%2.0x9X1kPa=20.63kPamL1000x2_與pm對(duì)應(yīng)的溶液沸點(diǎn)為60.7C,即tB=60.7C3.

10、在一連續(xù)操作的單效蒸發(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1000kg/h。蒸發(fā)室的操作絕對(duì)壓力為50kPa(對(duì)應(yīng)飽和溫度為81.2C),加熱室中溶液的平均沸點(diǎn)為115C,加熱蒸汽壓力為0.3MPa(133.3C),蒸發(fā)器的熱損失為12kW。試求(1)水分蒸發(fā)量；(2)60C和115C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W=F(1-嗎)=1000x(1-0.10)kg/h=777.8kg/hx0.45_1(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60C的焓220kJ/kg,115C的焓為440kJ/kg；4

11、5%NaOH水溶液115C的焓545kJ/kg；115C水蒸汽的焓為2702.5kJ/kg,0.3MPa下r=2168.1kJ/kgo60C加料時(shí)WH'+(F-W)h-Fh+QI0Lkg/h=943.9kg/h=777.8x2702.5+(1000777.8)x5451000x220+3600x12=2168.1943.9777.8=1.2145115C加料時(shí)D777.8x2702.5+(1000777.8)x5451000x440+3600x12kg/h=8424kg/h2168.11.083842.4e777.8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

12、次蒸汽用來預(yù)熱原料液。原料液的流量為1000kg/h，溫度從20C升到70C,其比熱容C0=3.96kJ/(kgC)。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98C,蒸發(fā)室內(nèi)二次蒸汽溫度為91C,加熱蒸汽溫度為125Co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：(1)有效溫差和溫差損失AtT-1(125-98)C=27Cm1Aq-T,=(98-91)C=7C2)料液組成91C下蒸汽的冷凝熱r'-2281.6kJ/kgFC(t-1)1000x3.96x(70-20)Jh1.98x105kJhp00

13、4x1980002281.6kg/h=347.1kg/hxxW=F(1-f)=1000x(1)kg/h=347.1kg/hx0.281x0=0.18283）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/kg2191.8D=Wr'+巴0(t"Ql=3471x22634十丄000：3.9"(98一70)kg/h二409.0kg/hrW347.1E=D0.8486409.05.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=1500kg/h,其平均比熱容C0=3.90kJ/（kg°C）,進(jìn)料

14、溫度為30°C。操作壓力下，溶液的沸點(diǎn)為65C,加熱蒸汽壓力為105Pa（表壓）。當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa。蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)K=1160W/（m“C）,其熱損失為8kW。試求（1）產(chǎn)品的流量；（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W=F(1-第)=1500x(1-0.15)kg/h=1050kg/hx0.501xL二F-W二F1(1f)x11500x匕kg/h=450kg/h50丿9（2）65C下水的汽化熱為r'=2343.4kJ/kg201.3kPa下的蒸汽冷凝熱r=2204.5kJ/kg,T=120.3C忽略牛奶的稀釋熱,則cWr+FC(t

15、-1)+Q10Lrkg/h1050x2343.4+1500x3.90x(6530)+3600x82204.5=1222kg/h1222e10501.164(3) 蒸發(fā)器的傳熱面積Q11500x3.90x(6530)+1050x2343.4kJ/h=2.665X106kJ/h=740kWAtTt(120.365)°C=55.3CmBSQ740x103m2=11.54m20KAt1160x55.30m6.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=500kg/h,溶液沸點(diǎn)為105C（即二次蒸汽溫度），該溫度下水的汽化熱r，=2

16、245.4kJ/kg，物料平均比熱容cp=3.52kJ/（kgC）；第2效，完成液組成為32%，溶液沸點(diǎn)為90°C,該溫度下水的汽化熱”=2283.1kJ/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：W=L(1=500x(1°)kg/h=250kg/h21x0.322Wr'+LC(tt)D=W=I十p2L2ir1E遊十囂2(-25)kg/h12600=18.04OC+260020001400$=55°Cp1=185.5kPat=117.6C1F=W+L=(234.6+500)kg/h=734.6kg/h11x

17、Wi=73462(1花)=2346kg/h解得x0=0.10897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=270.3kPa(對(duì)應(yīng)飽和溫度130°C)、第三效溶液的沸點(diǎn)t3=55°C(對(duì)應(yīng)p3=15.74kPa)。各效的總傳熱系數(shù)分別為:K0=2600W/(m2C),K0,2=2000W/(m2°C),K03=1400W/(m2°C)。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)1KAt=Atxar=(1

18、3055)x1m111+KKK0,10,20,3t=(13018.04)°C=11196OC1同理&=23.45°Ct=88.51OC222)等壓力降原則的沸點(diǎn)相鄰兩效間的壓力差為kPa=84.85kPa/270.315.74)同理p=100.6kPat=99.9C22可見,不同簡(jiǎn)化方法估算溶液的沸點(diǎn)值有一定差別。8、某效蒸發(fā)器每小時(shí)將1000kg的25%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同)NaOH水溶液濃縮到50%。已知：加熱蒸氣溫度為120°C,進(jìn)入冷凝器的二次蒸氣溫度為60°C,溶質(zhì)和液柱引起的沸點(diǎn)升高值為45°C，蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000Wm-2k-i。溶液被預(yù)熱到沸點(diǎn)后進(jìn)入蒸發(fā)器,蒸發(fā)器的熱損失和稀釋熱可以忽略,認(rèn)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