化工原理蒸發(fā)2

1、 化工原理習(xí)題（下）1.單位加熱蒸汽消耗量是指（ 蒸發(fā)1Kg水分消耗的加熱蒸量），單位為（Kg/Kg）2按溶液在加熱室中運動的情況，可將蒸發(fā)器分為（ 循環(huán)型）和（非循環(huán)型）兩大類。3. 生蒸汽是指（用來加熱水溶液的新鮮蒸氣又稱為生蒸汽，以區(qū)別于二次蒸汽）4. 單效蒸發(fā)是指（將第二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作。）5. 按操作壓力來分，可分為（加壓、常壓及減壓）蒸發(fā)。工業(yè)上的蒸發(fā)操作經(jīng)常在減壓下進行，稱為（真空蒸發(fā)）6. 溶液因蒸汽壓下降而引起的沸點升高與溫度差損失的數(shù)值（相等）7. 按加料方式不同，常見的多效蒸發(fā)操作流程有：（并流加料法）、（逆流加料法）和（平流加料法）三種。8. 對于

2、蒸發(fā)同樣任務(wù)來說，單效蒸發(fā)的經(jīng)濟效益（不如）多效的，單效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力和多效的（相同），而單效的生產(chǎn)強度為多效的（n倍）。9. 控制蒸發(fā)操作的總傳熱系數(shù)Ko的主要因素是（溶液沸騰側(cè)污垢熱阻和沸騰傳熱系數(shù)）在蒸發(fā)器的設(shè)計和操作中，必須考慮蒸汽中（不凝氣的及時排除），否則蒸氣冷凝傳熱系數(shù)會（大幅度下降）。10多效蒸發(fā)系統(tǒng)的效數(shù)是有一定限制的，超過限制會出現(xiàn)（總溫度差損失等于或大于蒸發(fā)器兩端點溫度差），用式子表達為 （T-Tk），此時蒸發(fā)操作（無法進行）。11. 在同條件下蒸發(fā)同樣任務(wù)的溶液時，多效蒸發(fā)的總溫度差損失（大于）單效的，且效數(shù)越多，溫度差損失（也越大）。12. 試題：在蒸發(fā)操作中，溶液的

3、沸點升高/，（ D ）（A） 與溶液類別有關(guān)，與濃度無關(guān)；（B） 與濃度有關(guān)，與溶液類別、壓強無關(guān)；（C） 與壓強有關(guān)，與溶液類別、濃度無關(guān)；（D） 與溶液類別、濃度及壓強都有關(guān)。 13. 一般來說，減少蒸發(fā)器傳熱表面積的主要途徑是（ C ）（A）增大傳熱速率；（B）減小有效溫度差；（C）增大總傳熱系數(shù)；（D）減小總傳熱系數(shù)。14. 二次蒸汽又稱為生蒸汽，以區(qū)別于新鮮的加熱蒸汽。 （ ）15. 蒸發(fā)器有用直接熱源和間接熱源加熱的，而工業(yè)上經(jīng)常采用的是間接蒸汽加熱的蒸發(fā)器。 （ ）16. 在膜式蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)，液體沿管壁呈膜狀流動，管內(nèi)沒有液層，故因液柱靜壓強而引起的溫度差損失可忽略。 （ ）

4、17. 若單效蒸發(fā)器的傳熱表面積與多效中單臺的傳熱表面積相等，對蒸發(fā)同樣多的水分，則多效的生產(chǎn)強度為單效的n倍。 （ ）18. 何謂多效蒸發(fā)？ 答：將二次蒸汽引到另一臺蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)的蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。19. 簡述蒸發(fā)操作有何自身特點？答：有以下自身特點：（1）其傳熱性質(zhì)屬于壁面兩側(cè)均有相變化的恒溫傳熱；（2分）（2）物料（溶液）的工藝特性各種各樣，從而對蒸發(fā)器提出了特殊要求； （2分）（3）二次蒸汽中挾帶著大量的液沫，故在蒸發(fā)器的加熱室上方設(shè)置了空間較大的分離室，使液沫沉降下來。有時還在分離室頂部設(shè)置除沫器，進一步除沫。20. 蒸發(fā)操作中使用真空泵的目的是什

5、么？常用的真空泵有哪些？答：目的是不斷地抽出由溶液帶入的不凝性氣體，以維持蒸發(fā)操作所需要的真空度。（3分）常用的有：噴射泵、往復(fù)式真空泵及水環(huán)式真空泵。 21. 簡述在選蒸發(fā)器類型時，應(yīng)考慮哪些因素？ 答：應(yīng)首先考慮所選蒸發(fā)器能保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力；（2分） 然后再考慮以下幾點：（1）結(jié)構(gòu)簡單 （2）傳熱效果好 （3）便于制造與維修 （4）價格低 （5）對所蒸發(fā)的溶液有良好的適應(yīng)性 （3分） （共5分）22. 簡述蒸發(fā)操作中引起溫度差損失的原因？答：原因有：（1）因溶液蒸氣壓下降而引起（1分） （2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起（1分） （3）由于管路阻力而引起（1分）23. 在單效蒸發(fā)操作中

6、，加熱蒸汽放出的熱量一般消耗于哪些方面？答： 一般消耗于三個方面：（1）將W Kg/h水分蒸發(fā)成二次蒸汽；（1分） （2）將F Kg/h原料液從溫度to加熱到蒸發(fā)操作的沸點t1；（2分） （3）損失于周圍環(huán)境中。（1分）24. 什么叫蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力？什么叫蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度？它的表達式和單位是什么？答： 單位時間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)的水分（即蒸發(fā)量W）稱為蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。（2分） 單位傳熱表面積上單位時間內(nèi)從溶液中蒸出的水分量稱為蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度。以U表示。（2分） 其表達式為：U=，單位為Kg/(m2.h)（1分）25. 簡述蒸發(fā)操作節(jié)能的主要措施。答： 主要措施有以下幾點：（1） 由單效蒸發(fā)改

7、為多效蒸發(fā)可節(jié)省生蒸汽。（1分）（2） 對蒸發(fā)器進行良好的保溫，以減少熱損失。（1分）（3） 利用冷凝水來預(yù)熱料液；作為蒸發(fā)熱源及其他工藝用水。（1分）（4） 提高蒸發(fā)裝置末效產(chǎn)生的二次蒸汽壓強以作為蒸發(fā)熱源。（熱泵蒸發(fā)），但它不適用于溶液沸點上升過大的操作。（2分）26. 試題：在中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中，將10%NaOH水溶液濃縮至25%。加熱蒸汽飽和溫度為105，冷凝器內(nèi)絕對壓強不允許超過15KPa，已知加熱管內(nèi)液層高度為1.6m，25%NaOH水溶液的密度為1230Kg/m3，常壓下因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點升高/a為13。求：（1）因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失/；（2）因液柱靜壓

8、強而引起的溫度差損失/；（3）總溫度差損失；（4）有效溫度差t； （5）溶液的沸點t1 。解：計算溫度差損失時應(yīng)按25%的組成計（本題中）（1）求 取冷凝器絕壓PK為15KPa，可查出15 KPa下水蒸汽的飽和溫度TK為53.5取因流動阻力而引起的溫度差損失為1，故二次蒸汽溫度T/=54.5。（2分） 可查出二次蒸汽其他參數(shù)為：T/=54.5，p/=15.4KPa,汽化熱r/=2367.6KJ/Kg。（1分） 求/校正系數(shù)f=0.734。（1分）=fa=9.54。（1分）（2）求 液柱中部壓強pm= +=15.4+=25.5KPa（1分） 查出此壓強下對應(yīng)的水蒸汽飽和溫度tpm=63.33。

9、故=tpm- =63.33-54.5=8.83。（1分） （3）=9.54+8.83+1=19.37。(1分) （4）t=T-Tk-=105-53.5-19.37=32.13。（1分） （5）t1 =54.5+9.54+8.83=72.87。（1分）27. 傳熱面積為S0=52m2的蒸發(fā)器，在常壓下每小時蒸發(fā)2500Kg的7%的某種水溶液。原料液的溫度為95，在蒸發(fā)器中溶液的沸點為103。完成液的濃度為45%，加熱蒸汽的溫度為132.9。蒸發(fā)器的熱損失為110KW，假設(shè)溶液的濃縮熱可略。計算該蒸發(fā)器基于外表面積的總傳熱系數(shù)K0。已查出在常壓下水蒸汽的汽化潛熱為2258KJ/Kg。解： （1）先

10、求蒸發(fā)量W：（2分）（2）求Cp0因x00.2，故3.894KJ/（Kg） （2分） （3）求K0：Q=K0S0（T-t1）=FCp0(t1-t0)+Wr/+QL=Dr (2分)其中：F=2500Kg/h，Cp0=3.894KJ/（Kg），t1=103,t0=95,W=2111Kg/h,r/=2258KJ/Kg，QL=110KW，S0=52m2，（1分）T=132.9，代入式中可得： 解出： K0=936W/（m2） （2分）28. 在單效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)CaCl2水溶液，蒸發(fā)室操作壓強為101.33KPa。加熱室內(nèi)溶液的高度為1m，溶液的濃度為42%，密度為1340Kg/m3。求溶液的沸點t1

11、和總溫度差損失。解： （1）有教材上冊附錄二十一查出101.33kpa下，42%CaCl2水溶液，因溶液蒸氣壓下降而引起的溫度差損失=20。（1分）（2）因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。 Pm=P/+=101330+Pa=107.9KPa。（1分） 由附錄查出在107.9KPa下水的沸點為102 故=102-100=2。（1分）（3）求及t1=20+2=22 (1分)t1=+Tk=22+100=122 (1分)29. 在傳熱外表面積為50m2的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)，將某種水溶液從10%濃縮到25%，進料溫度為50。已知常壓下25%濃度的溶液因蒸汽壓下降而引起的沸點升高為3.2，因液體靜壓強而引

12、起的沸點升高為4.1，基于傳熱外表面積的總傳熱系數(shù)為1300W/（m2. ）。加熱蒸汽的絕壓為120KPa，冷凝器的溫度為59，濃縮熱可略。求：（1）該蒸發(fā)器每小時能至少處理多少公斤原料液F？（2）加熱蒸汽消耗量D/ （3）單位蒸汽消耗量e解： 取因流動阻力而引起的溫度差為1，故二次蒸汽溫度為60，查出其汽化熱為2355.1KJ/Kg。據(jù)加熱蒸汽絕壓為120KPa，查出其溫度為104.5，氣化熱為2246.8KJ/Kg。（2分）（1）求原料液處理量F。 由題給條件并暫且忽略熱損失可得：Q=Wr/+FCpo(t1-to) （A） W=F(1-) (B) (2分) 聯(lián)立以上兩式，即可求出F，其兩式

13、中各量為：溶液沸點t1。t1=,已知=4.1題給的/a應(yīng)校正到操作壓強下。f= （1分）/=f/a=0.7633.2=2.44 （1分）故t1=60+2.44+4.1=66.54 （1分）求傳熱速率=KoSo(T-t1)=KJ/h (2分)原料液比熱容Cpo 取水的比熱容Cpw=4.187KJ/(Kg. ) 因Xo0.2 故Cpo=Cpw（1-Xo）=4.187（1-0.1）=3.768KJ/（Kg. ） (2分)求F 將各有關(guān)量代入式（A）和（B）可得：Q=2355.1W+3.768F（66.54-50）=8.883106 （C）W=F（1-）=0.6F （D）將（D）式代入（C）式可得:2

14、355.10.6F+3.768F16.54=8.883106 可解出F=6.02103Kg/h （2分） （2）加熱蒸氣消耗量D/ D=Kg/h (1分) 取熱損失系數(shù)為0.97，加熱蒸氣的實際消耗量為：D/=Kg/h (1分) （3）單位蒸汽消耗量e e=30. 在傳熱外表面積為10m2的蒸發(fā)器內(nèi)將某水溶液由15%濃縮到40%，沸點進料，要求每小時蒸得375Kg濃縮液，加熱蒸氣壓強為200KPa，蒸發(fā)室操作壓強為20KPa，此操作條件的總溫度差損失為8，濃縮熱可忽略。假設(shè)熱損失可略。求：（1）開始投入使用時，此蒸發(fā)器基于外表面積的總傳熱系數(shù)Ko為多少？（2）操作一段時間后，問物料結(jié)垢，為完成

15、同樣蒸發(fā)任務(wù)，需將加熱蒸氣的壓強提高到350KPa，問此時蒸發(fā)器的K0/為多少？（因流動阻力而引起的溫度差損失可略）解： （1）由附錄查出20KPa水蒸汽飽和溫度為60.1，汽化熱2354.9KJ/Kg；200KPa水蒸汽飽和溫度為120.2；350KPa水蒸汽飽和溫度為138.8。（2分）蒸發(fā)量W： （A） 已知， F-W=375 （B）把（A）式代入（B）式可得： F-0.625F=375，可得： F=1000Kg/h， W=625Kg/h （1分）求K0： 已知沸點進料；濃縮熱可略；且熱損失不計，則；且=8 溶液沸點t1= =60.1+8=68.1 (1分)W/（m2. ） (2分)（2

16、）此時，K0/為：=578 W/（m2. ） 31. 將7%的某種水溶液在常壓單效蒸發(fā)器中連續(xù)濃縮到24%，原料液的溫度為20。估計出因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失為3.5，因液柱靜壓強而引起的溫度差損失3.0。加熱蒸汽壓強為294.3KPa（絕壓）；蒸發(fā)器的傳熱外表面積S0為43m2，基于外表面積的總傳熱系數(shù)K0為1100W/（m2. ）,熱損失為蒸發(fā)器傳熱量的5%。已查出在常壓及294.3KPa時水蒸氣飽和溫度分別為100及132.9。汽化潛熱分別為2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。求：完成液的流量Kg/h。（假設(shè)濃縮熱可忽略）解： （1）溶液的沸點t1= =100+3.5+3=

17、106.5 (1分)（2）溶液的比熱Cp=Cpw（1-x0）=4.187（1-0.07）=3.894KJ/（Kg. ） (1分)（3）蒸發(fā)器的傳熱速率為Q Q=K0S0（T-t1）=110043（132.9-106.5）=12.49105W （2分）（4）熱量衡算知： Q=1.05F.Cp,0(t1-to)+W.r/ (2分) W=F（1-）=F（1-）=0.71F （1分）代入式得：1.05F3.894（106.5-20）+0.71F2258=12.49105即 1.05（336.83F+0.71F2258）=12.491051940F=4282285.7；F=2207.4Kg/h （3分）

18、（5） 完成液流量為F-W=2207.4-0.712207.4=640.15Kg/h32.臨時需要將850Kg/h的某種水溶液從15%連續(xù)濃縮到35%?，F(xiàn)有一個S0為10m2的小型蒸發(fā)器可供使用。原料液在沸點下加入蒸發(fā)器，估計在操作條件下溶液的各種溫度差損失總計為18。蒸發(fā)室的真空度為78.48103Pa，假設(shè)熱損失可略，且蒸發(fā)器的K0為1000W/（m2. ）,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8.1KPa。求：加熱蒸汽壓強P。（假設(shè)濃縮熱可忽略）解： （1）由附錄查出在98.1-78.48=19.62KPa下水的飽和溫度為59.7，汽化潛熱為2355.9KJ/Kg (1分)（2）蒸發(fā)量W=F（1-）=850（

19、1-）=485.7Kg/h (2分)（3）傳熱量Q=W.r/= 485.72355.9=1144261KJ/h=317.85KW （2分）（4）溶液沸點t1=Tk+=59.7+18=77.7 (1分)（5）求T 由Q=K0S0（T-t1）得：T= （2分） 由109.5從附錄中可查出加熱蒸汽壓強為143KPa 33在常壓蒸發(fā)器中，每小時將1500Kg某種水溶液從10%連續(xù)濃縮到30%。原料液溫度為20，溶液的沸點為105。加熱蒸汽壓強為294.3KPa（絕壓），其流量為1380Kg/h。已查出在常壓及294.3KPa時水蒸汽的汽化潛熱分別為2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。且濃縮熱可忽略

20、。求：蒸發(fā)器向周圍損失的熱量QL。解： （1）求QL可由蒸發(fā)器的熱量衡算來求取： (2分)（2）=2.933106KJ/h (1分)（3）W=F（1-x0/x1）=1500(1-0.1/0.3)=1000Kg/h （2分）（4）4.187（1-0.1）=3.77KJ/（Kg） (1分)（5）QL：把以上各量代入，且F=1500Kg/h，t1=105，t0=20, r/=2258KJ/Kg （1分）=2.993106-15003.77(105-20)+10002258=254325KJ/h=70.65KW34. 在S0為85m2的單效蒸發(fā)器中，每小時蒸發(fā)1600Kg濃度為10%的某種水溶液。原料

21、液溫度為30，蒸發(fā)操作壓強為98.1KPa，加熱蒸汽絕壓為196.2KPa，已估計出有效溫度差為12。設(shè)蒸發(fā)器的K0為900W/（m2）,熱損失取蒸發(fā)器傳熱量的5%。濃縮熱可忽略。求：完成液的濃度x1。(已查出98.1KPa下蒸汽飽和溫度為99.1，汽化潛熱為2260KJ/Kg；196.2KPa下蒸汽飽和溫度為119.6)解： （1）由蒸發(fā)器的熱量衡算式及傳熱速率方程式得： (3分)（2） W=F（1-x0/x1）=1600(1-0.1/x1) (2分)（3） 4.187（1-0.1）=3.77KJ/（Kg） （1分）（4） t1=T-t=119.6-12=107.6 (1分)（5）已知K0=

22、900W/（m2），S0=85m2，t0=30, r/=2260KJ/Kg，T-t1=t=12 （1分）代入求Q式中，=9008512即1.05=9180001-0.1/x1=0.741， x1=0.386=38.6%35. 在一單效蒸發(fā)器中于常壓下蒸發(fā)某種水溶液。原料液在沸點105下加入蒸發(fā)器中。若加熱蒸汽壓強為245.25KPa（絕壓）時，處理的原料液量為1200Kg/h。當(dāng)加熱蒸汽壓強變?yōu)?43.35Kpa（絕壓）時，則能蒸發(fā)的原料液量為多少？假設(shè)K0及x1均不變化，熱損失及濃縮熱可忽略不計。解： （1）由教材上冊附錄九P269查出（用內(nèi)插法）在壓強為245.25KPa時，蒸汽飽和溫度為126.3；壓強為343.35KPa時，蒸汽飽和溫度為137.9 (1分)（2）令下標1表示原來的情況；下標2表示變化后的情況：由傳熱速率關(guān)系得兩種情況下傳熱速率之比為：已知