完整版蒸发习题及答案.docx
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完整版蒸发习题及答案
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行，必须不断的向溶液供给___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：
（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%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
（1）查附录5，常压下25%NaOH溶液的沸点为113℃
所以，Δa=113-100=13℃
所以沸点升高值为
Δ=fΔa=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
Δ=63-53.5=9.5℃
2、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2100kg•h-1，加热水蒸气的温度为120ºC，其汽化热为2205kJ•kg-1。
已知蒸发器内二次蒸气温度为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8000W•m-2k-1，沸腾溶液的传热膜系数为3500W•m-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+1/3500
∴K=2435W/m2K
∴S=Q/[K（T-t）]=1.286×106/[2435×（120-90）]=17.6m2
3、某效蒸发器每小时将1000kg的25%（质量百分数，下同）NaOH水溶液浓缩到50%。
已知：
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1000W•m-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2205kJ•kg-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-x0/x1）=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4540kg进料温度为21ºC，蒸发器的传热系数为2349W•m-2k-1，蒸发器内的压强为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。
已知：
8%NaOH的沸点在55.6Kpa时为88ºC，88ºC时水的汽化潜热为2298.6kJ•kg-1。
8%NaOH的比热容为3.85kJ•kg-1oC-1，110ºC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ•kg-1。
解：
qmw=4540（1－8/18）=2522kJ/h
t=T－t=109.2－88=21.2℃
传热速率：
Q=qmFCpo（t1－t0）+qmwr＇
=4540/3600×3.85×103×（88－21）+2522/3600×2298.6×103=1936×103W
qmD=Q/r＇=1936×103/（2234.4×103）=0.87kg/s=3130kg/h
5、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75ºC。
已知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
10
40
1.02
1.11
4.5
3.4
解：
溶液沸点用40%NaOH水溶液杜林线的数据计算：
t1＝３４+1.11t
＝３４+1.11×80
＝１２２.８℃
由溶液静压强引起的温度差损失：
＝80-75＝5℃
6、双效并流蒸发系统的进料速率为1t•h-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
自蒸发水分量为:
其中t1=108˚C，t2=95˚C，
x1<20%，近似地cp1=cpw（1-x1）=4.187（1-0.15）=3.56kJ/（kg˚C）
95˚C时r΄2=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=2950W•m-2•ºC-1,K2=2670W•m-2•ºC-1,K1=2900W•m-2•ºC-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Δt1=19˚C
Δt2=21˚C
Δt3=40˚C
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=120˚Cr1=2205kJ/kg
T2=t1=T1-Δt1=120-19=101˚Cr2=r΄1=2257kJ/kg
T3=t2=T2-Δt2=101-21=80˚Cr3=r΄2=2307kJ/kg
TK=t3=40˚Cr΄3=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相同，故
（a）
（b）
（c）
代入已知值
解得：
（d）
（e）
（f）
（g）
（h）
因此，可解出
qmF=43180kg/h
qmw1=11634kg/h
qmw2=13454kg/h
qmw3=12740kg/h
（4）验算Δt
˚C
˚C
˚C
˚C
各效温差与初估温差相差较大，应重新分配
（a）分配Δt
取Δt1=20˚C
Δt2=20˚C
Δt3=40˚C
（b）估算各效沸点及相应的汽化热
T2=t1=T1-Δt1=120-20=100˚Cr2=r΄1=2258kJ/kg
T3=t2=T2-Δt2=100-20=80˚Cr3=r΄2=2307.8kJ/kg
TK=40˚Cr΄3=2401kJ/kg
（c）计算总蒸发量
按式（a）、（b）及式（c）计算各效蒸发量
代入已知值
解得：
因此，可解出
qmw1=12363kg/h
qmw2=12780kg/h
qmw3=12583kg/h
qmF=43240kg/h
（d）验算Δt
˚C
˚C
˚C
与前面所设的
Δt1=20˚C
Δt2=20˚C
Δt3=40˚C
很相近，故认为该温差分配合适，所以
qmF=43240kg/h
8、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2000kg•h-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800kg•h-1。
各温度下水蒸气的汽化潜热均可取为2280kJ•kg-1。
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