将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾解析.docx
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将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾解析
第五章蒸发
一、填空题
1、将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使部分溶剂气化并使溶液得到浓缩的过程称
为。
答案：
蒸发
2、真空蒸发的目的是为了和。
答案：
降低溶液沸点，有效利用热源
3、按蒸发器的个数分，蒸发可分为和。
答案：
单效蒸发，多效蒸发
4、蒸发是的单元操作。
答案：
浓缩溶液
5、为了保证蒸发操作能够正常进行，必须不断地向溶液供给，将不断移除。
答案：
热能，二次蒸汽
6、蒸发器由和两大部分组成。
答案：
加热室，蒸发室
7、蒸发操作中所指的生蒸汽为;二次蒸汽为溶液蒸发过程中。
答案：
作为为热源用的蒸汽，汽化的水蒸汽
&料液在高于沸点下进料时，其加热蒸汽消耗量沸点进料时的蒸汽消耗量，因为此时料液
进入蒸发器后有现象产生。
答案：
小于，自蒸
9、蒸发过程实质上是传热过程，因此，蒸发器也是一种。
答案：
换热器
10、工业上常用的多效蒸发流程有、、、。
答案：
并流加料流程，逆流加料流程，平流加料流程、错流加料流程
11、单程型蒸发器的特点是物料一次通过加热室即能完成浓缩要求，且溶液沿加热管呈
流动，故又称为蒸发器。
答案：
膜状，薄膜
12、采用真空蒸发时，需要在冷凝器后安装真空装置，其作用是排除，以维持蒸
发操作所要求的。
答案：
不凝性气体，真空度
13、蒸发操作按蒸发器内操作压力可分为：
,蒸发。
答案：
加压、减压、真空
14、标准式蒸发器内溶液循环的原因主要是由于溶液的不同而引起所致。
答案：
受热程度，密度差异
15、强制循环型蒸发器内溶液循环的原因主要是由于溶液在作用下按而造成
的循环。
答案：
外加机械，规定方向流动
16、是评价蒸发器性能的重要指标。
答案：
生产强度
17、蒸发器的生产强度是指—
答案：
单位加热室传热面积上单位时间内所蒸发的溶剂量
18、采用多效蒸发的目的是一
答案：
通过二次蒸汽的再利用，以节约能耗，从而提高蒸发装置的经济性。
19、在多效蒸发中，从前面几效引出额外蒸汽，其目的是提高整个装置的
答案：
经济程度
20、在蒸发操作中，降低单位蒸汽消耗量的方法有答案：
采用多效蒸发，真空蒸发，加强设备保温
二、选择题
1、在蒸发操作中，从溶液中汽化出的蒸汽称为（
A:
生蒸汽B:
二次蒸汽C:
额外蒸汽
2、关于蒸发，下列说法错误的是（）
A:
蒸发操作是一个恒温传热过程B
C:
蒸发器主要由加热室和蒸发室构成。
）
D:
不能确定答案：
B
答案：
A
:
蒸发操作是一个变温传热过程
D:
蒸发操作可在真空条件下进行。
3、额外蒸汽是指（）答案:
C
A:
加热蒸汽B:
溶液汽化生成的蒸汽C:
将二次蒸汽引出，作为其它换热设备的热源
4、蒸发室内溶液的沸点（）二次蒸汽的温度。
A:
低于B:
等于C:
高于D:
不能确定
5、在蒸发操作中，若使溶液在（）
A:
常压B:
减压C:
加压
6、列文式蒸发器属于（）蒸发器
A.:
自然循环B:
强制循环
7、中央循环管式蒸发器属于（
A：
自然循环B：
强制循环
8、提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（
A.传热温度差；B.加热蒸汽压力；
C.传热系数；D.传热面积；
9、蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。
A.列文式；B.膜式；C.外加热式；D.标准式
10、采用多效蒸发的目的是为了提高（
A.完成液的浓度；B.加热蒸汽经济程度；C.生产能力
11、逆流加料的多效蒸发，宜用于处理粘度随温度和浓度（
A.变化较大；B.变化较少；
12、标准式蒸发器适用于（
A：
易结晶B：
粘度大
13、对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，
A：
中央循环管式B：
列文式
14、平流加料的多效蒸发流程，浓缩液
A.在第一效；B.在未效；
15、蒸发器的有效温度差是指（A：
温度差损失
C：
加热蒸汽与二次蒸汽温度之差
16、在蒸发操作中，当加热蒸汽温度一定时，水时的传热温度差。
A:
大于B:
等于C:
小于
17、蒸发装置中，效数越多，温度差损失（
A.越少；B.越大；C.不变D:
不能确定
18、下列各蒸发流程中适用于处理蒸发过程中伴有结晶析出的溶液的是（A：
并流加料流程
19、温度差损失△/A:
蒸发器的操作压力C:
加热蒸汽压力
20、采用多效蒸发是为了提高（
A:
完成液浓度B:
蒸发器生产能力
三、判断题
1、提高蒸发器生产强度的主要途径是增大传热面积。
（答案：
X
2、蒸发器的传热温度差等于加热蒸汽的温度与蒸发器操作压力相对应的二次蒸汽的饱和温度之
差。
（）
答案：
X
3、在蒸发操作中，由于溶液中含量有溶质，故其沸点必然低于纯溶剂在同一压力下的沸点。
（答案：
X
答案:
C下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。
答案:
C：
升膜D：
降膜
）蒸发器。
C:
升膜D:
降膜
C.不变化
）
C：
答案：
答案：
）。
）。
答案；
答案：
答案：
）的溶液。
D：
无关
溶液的蒸发。
易结垢
宜采用（C:
升膜
（）排出。
D：
粘度小）蒸发器。
D：
降膜
C.分别在各效D：
在中间某效
）
B：
加热蒸汽温度与溶液沸点之差
D：
溶液沸点与二次蒸汽温度之差蒸发溶液时的温度差（
D:
不能确定）。
答案：
答案：
答案：
答案：
答案：
B
在相同压力下蒸发纯
答案：
C
答案:
B）
B:
逆流加料流程C:
平流加料流程D:
逆流加料流程
的大小除与溶液种类和溶液中溶质的浓度有关外，还与（）
B:
蒸发器内液柱高度
D:
加热蒸器的温度
）
C:
加热蒸汽经济程度
答案：
有关。
答案：
答案:
D:
蒸发器生产强度
4、采用多效蒸发流程是为了提高完成液的浓度。
（）答案：
X
5、并流加料流程中，传热系数逐效增大。
（）答案：
X
6、逆流加料多效蒸发流程是指原料液由末效加入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出；加热蒸汽依次由第一效流向末效。
（）
答案：
“
7、对粘度随浓度的增加而迅速增大的溶液，宜采用并流加料的多效蒸发流程。
（）答案：
X
8、由溶液的沸点升高造成的温度差损失等于溶液的沸点与相同压力下水的沸点之差，（）答案：
“
9、在多效蒸发中，后一效蒸发器的加热室相当于前一效蒸发器产生的二次蒸汽的冷凝器。
（）答案：
“
10、悬筐式蒸发器是强制循环型蒸发器。
（）
答案：
X
11、逆流加料时，溶液在效间有自蒸发现象，可产生较多的二次蒸汽。
（）
答案：
X
12、蒸发器内二次蒸汽的温度即溶液的沸点。
（）
答案：
X
13、蒸发过程，二次蒸汽的温度高于溶液的沸点温度。
（）
答案：
X
14、蒸发过程中，有结晶析出的或易结垢的溶液不宜采用升膜式蒸发器。
（）
答案：
“
15、升膜式蒸发器宜处理热敏性及易起泡和溶液。
（）
答案：
“
16、膜式蒸发器属于循环型蒸发器。
（）
答案：
X
17、多效蒸发中，各加料流程后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低。
（）
答案：
“
18、工业生产中，多效蒸发效数越多越好。
（）
答案：
X
19、并流加料蒸发流程中，后效溶液的沸点低于前效溶液的沸点。
（）
答案：
“
20、逆流加料时，溶液在效间流动可以利用效间压强差，不需用泵输送，能量消耗小。
（）
答案：
X
三、简答题
1、蒸发过程中引起温度差损失的原因有哪些？
答：
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）溶液中溶质的存在使蒸汽压下降，沸点升高
（2）
加热管内液柱静压强引起（3）管道流体阻力导致
2、实现多效蒸发的必要条件是什么？
答案：
实现多效蒸发的必要条件是：
后一效蒸发器的操作压力和溶液的沸点低于前一效的。
2、什么叫真空蒸发？
有何特点？
答：
在减压条件下操作的蒸发过程称为真空蒸发。
其特点为
（1）减压下溶液的沸点下降，有利于
处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源。
（2）溶液的沸点随所处的压强减小而降低，故对相同压强的加热蒸汽而言，当溶液于减压时可以提高传热总温度差，但与此同时溶液的粘度加大，使总传热系数下降。
（3）真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。
3、多效蒸发中，在冷冷凝器后使用真空泵的目的是什么？
答：
多效蒸发中，在冷冷凝器后使用真空泵的目的是排除不凝性气体，维持蒸发器内要求的真空度。
4、分别说明除沫器和冷凝器的作用答：
除沫器的作用：
分离二次蒸汽夹带的液沫，以防止有用溶质的损失或污染冷凝液体。
冷凝器的作用：
冷凝二次蒸汽，以便于排除或回收溶剂蒸汽。
5、在工业生产中采用多效蒸发的目的是什么？
答：
在工业生产中采用多效蒸发的目的是：
通过二次蒸汽的再利用，以节约能耗，从而提高蒸发装置的经济性。
6、蒸发过程的特点有哪些？
答：
蒸发过程的特点是：
（1）蒸发是一种分离过程，可使溶液中的溶质与溶剂得到部分分离，但溶质与溶剂分离是靠热源传递热量使溶剂沸腾汽化，其汽化速率取决于传热速率，故而蒸发为一传热过程。
（2）被蒸发的物料是由挥发性溶剂和不挥发的的组成的溶液。
在相同温度下，溶液的蒸汽压林纯溶剂的蒸汽压小；在相同压强下，溶液的沸点比纯溶剂的沸点高，且随浓度的增加而升高。
（3）溶剂的汽化要吸收能量，热源耗量很大。
（4）由于被蒸发溶液的种类和性质不同，蒸发
过程所需的设备和操作方式也随之有很大的差异。
7、工业生产中常用的多效蒸发流程有哪些？
答：
工业生产中常用的多效蒸发流程有：
并流加料流程、逆流加料流程、平浪加料流程、错流加料流程
7、为什么说采用多效蒸发操作可以节省加热蒸汽用量？
答：
因为多效蒸发是除末效外，各效产生的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽用，从而提高了加热蒸汽的经济程度，若蒸发水分量相同时，多效蒸发消耗的加热蒸汽量远小于单效蒸发。
8、何谓蒸发器的生产能力？
何谓蒸发器的生产强度？
怎样提高蒸发器的生产强度答：
蒸发器的生产能力是指单位时间内蒸发的水分量。
蒸发器的生产强度是指单位加热室传热面积上单位时间内所蒸发的溶剂量。
增大蒸发器的总传热系数和传热温度差可有效提高蒸发器的生产强度。
8、什么是温度差损失？
造成温度差损失的原因有哪些？
答：
蒸发器内溶液的沸点与冷凝器操作压强下水的沸点之差称为温度差损失。
造成温度差损失的原因有：
（1）由于溶质的存在使溶液沸点升高所致
（2）由于加热管中液柱高度所致（3）由于二次
蒸汽从分离室流至冷凝器的流动阻力所致。
9、蒸发时，溶液的沸点比二次蒸汽的饱和温度高的原因是什么？
答：
主要原因是由于溶液中含有不挥发的溶质，使其蒸汽压比同温度下纯水的蒸汽压低，表现出同压下溶液的沸点高于纯水的沸点。
10、多效蒸发中，“最后一效的操作压强是由后面的冷凝能力确定的。
”这种说法是否正确？
答案：
不对。
蒸发室的操作压强是根据工艺操作要求，料液的特性，经济效果等应方面而定的。
最后一效操作压强是由后面冷凝器的真容度确定的，真空度太高时，导致冷凝器的T*太低，冷凝困难，这是决定最后一效的操作压强时应考滤的。
11、中央循环管式蒸发器主要由哪几部分组成？
各部分的作用是什么？
答案：
（1）主要由加热室和蒸发室两部分组成。
（2）加热室由直立的加热管束组成，在管束中央有一根直径较大的管子—中央循环管。
加热室的作用是向溶液供给热能，使溶剂气化。
由于中央循环管与其它加热管子的截面不等，即溶液在管内受热程度不同，形成密度差异。
溶液在中央管下降，在加热管上升，于是形成溶液在器内的循环流动。
（3）蒸发室的作用是将二次蒸汽所带出的液沫加以分离。
12、蒸发操作中，降低单位蒸汽蒸汽消耗量的主要方法有哪些？
答：
蒸发操作中，降低单位蒸汽蒸汽消耗量的主要方法有：
（1）采用多效蒸发
（2）真空蒸发
（3）加强设备保温
13、蒸发操作中，加热蒸汽放出的热量主要有哪些用途？
答：
蒸发操作中，加热蒸汽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。
四、计算题
1、10吨/h、23C的11.6%（质量%NaOHK溶液在单效蒸发器内浓缩至18.3%（质量%。
已知原
料液的比热为3.7kJ./（kg•K,蒸发器内压力维持20.26kPa（绝对压力），若温度差损失刀△
=11C，所用加热蒸气压力为121.56kPa，试计算：
（1）蒸发水份量；
（2）加热蒸汽耗量及单位蒸汽
耗量。
（设热损失为理论耗热的10%P大=100kPa）。
附：
饱和水蒸汽的性质
压力kN.m
温度C
蒸气焓kJ.kg
汽化潜热kJ.kg
20.26
60.50
2610.30
2355.00
100.00
99.60
2670.30
2259.50
121.56
105.10
2684.70
2245.40
221.56
123.20
2713.70
2196.30
答：
〈1〉
求W
7.0311.6
W=F（1-）=1010（1-）=3660（kg/h）
站18.3
〈2〉求D及D/w
D=[wx（i-Ct）+FxC（t-t）+Q]/r'
由P'=20.26kPa查表得r'=2355kJ/.kg
T'=60.50C
而t=T'+》△=60.5+1仁71.5C
Q=0.1[wxr'+FXC（t—t）]
•••D=[3660x（2610.3-3.7x71.5）+10X10x3.7（71.5-23）]x1.1/2196.3=5199.62kg/h
D/W=5199.62/3360=1.547
2、每小时要将2吨6%勺NaCI水溶液增浓至30%（均为质量%，蒸发器内压力为50kN.m（绝压），原料液比热均为4kJ.kg.K，进料温度为20C，加热蒸气压力为250kN.m（绝
压）。
已知在此操作条件下的温度差损失刀△=14C,试求：
（1）加热蒸气消耗量为多少kg.h?
⑵若蒸发器的传热系数K=800kN.m.K，则需传热面积为多少m?
附：
饱和水蒸气的性质
压力kN.m
温度C
蒸气焓kJ.kg
汽化潜热kJ.kg
50
81.2
2644.3
2304.5
100
99.6
2670.3
2259.5
250
127.2
2719.7
2185.4
350
138.8
2736.1
2152.3
〈1〉求D
D
={wx（i
-Ct）+FxC（t—t）+Q}/（r
）
W=F（1
—（X/X
）=2x10（1—6/30）=1600kg/h
由P'
=50kN.m
查表得：
r'=2304.5kJ/kg
答:
T'=81.2C
=250kN.m查表得：
r=2185.4kJ/kg
T=127.2C
=T'+=81.2+14=95.2C
Q=0.1Dr
D={1600x（2644.3-4x95.2）+2000x4（95.2—）}/2185.4
=1932.5kg/h
〈2〉求AA=Q/（k•△t）
Q=Dr=1932.5x2185.4=4765330Kj/h=1173kw
△t=T—t=127.2—95.2=32C
2
K=800w/（m.K）A=（1173x10）/（800x32）=45.8m
3、某厂用一单效蒸发器将10t/h、60C的10%NaOI水溶液浓缩至20%（均为质量%。
蒸发器内操
作压力为40.52kPa（绝压），加热蒸气压力采用202.6kPa（绝压），原料液的比热为3.77kJ/
（.kg•.K），器内液面高度为1.2m。
已知在此操作条件下，△‘=5C，传热系数K=1400w/
（m-.K），器内溶液的平均密度为1176kg.m，蒸发器的散热损失为83700Kj/.h，忽略浓缩热，试求：
（1）蒸发水分量为多少kg./h?
（2）加热蒸气消耗量为多少kg/.h?
（3）蒸发器所需的传热面积为多少m?
压力
kPa
温度
C气化潜热
kJ/.kg蒸汽焓kJ./kg
40.52
762319.5
2790.2
50
81.2
2304.5
2587.6
202.6
1212201.0
2709.2
答：
〈1>求W
W=F（1—X
/X
）=10x10
（1—10/20）=5000kg/.h
〈1>
求D
D
=〔wx（i-ct
）+FxCp（t—t
）+Q
由P
=40.52kPa
查表得：
r'
=2319.5kJ/kg,T'
=76C
P
=202.6kPa
查表得：
r
=2201.0kJ/kg,T
=121C
而t
=T'
+△'
+△〃
附：
饱和水蒸气的性质
〕/r
•/P'=P'+pgL/2=40.52X10+（1176X9.81X1.2）/2
=4744.2kPa
查表得：
T'=78.6C
•••△"=78.6-76=2.6C
•••t=76+5+2.6=83.6C•D=[5000X（2790.2-3.77X83.6）+10X10X3.77（83.6-60）+83700]/2201
=6065kg/h
（3）求AA=Q/K.△t=（6065X2201X1000）/[3600X1400X（121-83.6）]=70.8m
4、某单效蒸发器将比热为3.85kJ/.（kg•.K）的某溶液从浓度为12%浓缩至60%（质量%。
采用
196.2kPa（表压）的生蒸汽加热；蒸发室的真空度维持在610mmH，g已知该溶液在此真空度下的沸点
为70C，若每小时蒸发的水分量为5000kg./h。
问：
（1）该蒸发器处理的料液量为多少kg/.h?
（2）沸点进料时，单位蒸汽消耗量为多少？
（忽略溶液沸点升高）（设热损失为加热蒸汽放出热
量的5%;（3）当K=1400w/（.m2.K）时，加热面积需多少m?
当地大气压为101.3kPa。
附：
饱和水蒸汽性质
压力kN.m
温度C汽化潜热kJ.kg
20
60.1
2355
81.3
93.6
2274
196.2
120
2205
297.5
133
2169
（1）求
F
F=W/（
1-X
/X
）=5000/（1-12/60）=4000kg./h
（2）
求D
/W
T沸点进料，
t
=t
答：
而Q=0.05D.r
:
.D=（W*r'）/（0.95r）
•D/W=r'/（0.95r）
P*=[（760-610）X101.3]/760=20kPa查表知：
r'=2355kJ/.kg
•/P=196.2+101.3=297.5kPa
查表得：
r=2169Kj/.kg,T=133C
•（D）/（W）=（2355）/（0.95X2169）=1.143
（3）求A,A=（Q/（心t）
而Q=D.r=1.143X5000X2169=12395835kJ/.h
•A=（12395835X10）/[3600X1400（133-70）]=39.04m
5、在单效真空蒸发器中，将流量为10000kg/.h，比热为3.6kJ/.（kg•.K）的某水溶液从10%连
续浓缩至50%（均为质量%。
原料液温度为31C，估计溶液的温度差损失2△=7C。
蒸发室的操
作压强为20kPa（绝压），加热蒸汽采用压强为196.2kPa（绝压），蒸汽冷凝水在饱和温度下排
出。
假设总传热系数为1000w./（nf.K），热损失可忽略，当地大气压为100kPa。
热损失耗量为多
少kg/.h?
（2）蒸发器的传热面积为多少m?
附：
饱和水蒸汽的性质
压力kN.m温度C汽化潜kJ/.kg蒸汽焓kJ/.kg
20
60.1
2355
2606.4
120
104.5
2246.8
2684.3
196.2
120
2205
2708.9
296.2
132.8
2170
2726
答：
（1）求
D
D
=[w•（i-ct
），
+F•C（t
+t）+Q
]/r
W
=F（1-X
/X）=10000（1-10/50）=8000kg/.h
由
P=20kPa查表得：
r'=2355kJ./kg
T
=60.1C
P=196.2kN.m查表得：
r=2205kJ./kg
T=120C
而t=T'+》△=.60.1+7=67.1C
Q=0
•••D=[8000X（2606.4-3.6X67.1）+10000X（67.1-31）]/2205=9168kg/.h
（2）求A,
A=Q/（K%△t）=（9168X2205X1000）/[3600X1000（120-67.1）]
=106.2m
6、某食品厂准备选用一个真空蒸发器，将每小时1500kg的牛奶从浓度15%浓缩到50%（均为质
量%。
采用沸点进料，已知加热蒸汽为115C,而冷凝器内的蒸汽温度为61C，蒸发器的传热系数
K=1160w/（.m2•.K），经计算各项温度差损失为：
△'=1.5《，△〃=3.5《，△"'=1C。
蒸发器
的散热损失为加热蒸汽放出热量的5%，溶液比热3.6kJ.kg。
试求：
（1）成品量为多少kg/.h？
（2）加热蒸汽耗量为多少kg./h？
（设冷凝水在饱和温度下排出）；（3）需多大传热面积？
附：
饱和水蒸汽性质
答：
（1）求（F-W）
蒸汽焓
F-W=F.（X）/（X
2）求D
D=[wX（i-ct
）=1500X（15）/（50）=450kg.h
）+FXCp（t-t）+Q]/（r
•/W=F（1-X/X）=1500（1-15/50）=1050kg.h由T=115C查表知：
r=2221kJ./kg
•••冷凝器内蒸汽温度61C
•••T'=T冷-△”'=
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