蒸发部分试题.docx

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蒸发部分试题

蒸发部分

[填空题]

1何谓蒸发？

尿素蒸发为何采用真空蒸发？

参考答案：

液体变成气体的转化过程，叫做蒸发，进行蒸发所必须具备的条件是：

（1）不断提供热能；

（2）不断排除液体转化成的气体。

真空蒸发就是减压蒸发，和常压蒸发相比有以下优点：

在减压条件下液体的沸点降低，可使加热蒸汽和沸腾液之间的温差增大，这样即为利用低压蒸汽创造了条件，又可达到减少传热面积的目的。

在较低温度下进行蒸发，可避免某些物质在高温下产生的不良反应，真空蒸发中损失于外界的热量较少，因而用于补偿这种损失而消耗的蒸汽减少。

根据以上理由，尿液在真空下进行蒸发浓缩，对降低缩二脲生成，减少尿素水解损失有利。

为使提高尿液浓度以达到99.7%的造粒要求，在140℃条件下，必须使与液体接触的气相中水汽分压不高于25mmHg。

为满足这一要求，可以再压力为25mmHg的条件下蒸发，或在较高压力下通入大量惰性气体以降低水汽分压。

比较起来，以用高真空的办法较为经济，因而工业上提浓尿素，绝大多数是在高真空度条件下进行。

[填空题]

2尿素蒸发为什么采用膜式蒸发器？

参考答案：

所谓膜式蒸发器，指液体并不充满管内而是沿管壁的一层液膜形式上升（称升膜式蒸发器），同时在管外加热蒸汽的作用下，在管内1/3高度处，大量蒸汽从液膜中蒸出，故管内中心为高速流动的气流，由于液膜极薄，流速极高，这样就使加热器有极高的传热系数，以致在极短的时间内就把尿液增浓到指标，这对减少缩二脲的生成是非常有利的，是保证尿素溶液迅速穿过结晶温度，而不致结晶。

[填空题]

3为什么蒸发采用两段蒸发？

用相图说明。

参考答案：

从尿素溶液的蒸汽压浓度——温度图来看，如果要把尿液提浓到99.7%以上，只有在真空条件下才是有利的，因为在稍大于熔点（132.7℃）温度下操作得到产品中缩二脲含量才低，如果在138℃下操作，其蒸汽压只有3Kpa，这样低的压力如直接只用一段蒸发操作，大量的水分以低压过热蒸汽形式蒸出，体积极大又不能直接冷凝，须进行升压，显然设备十分庞大，不经济，故采用两段蒸发。

考虑到尿素饱和蒸汽压有一个极大值（220mmHg），在不高于此压力下，任何温度都不结晶，故这样第一段压力在稍大于220mmHg（绝压）下进行，以尽可能多蒸出一些水分，然后进入第二段蒸发。

因为操作温度大于熔点几度，在138℃下操作，99.7%尿液的蒸汽压为3kpa（绝压），故操作压力为3Kpa（绝压）。

从一段到二段不可避免进入结晶区，工艺上采用高气速的膜式蒸发器，使尿液在短时间内通过还来不及结晶就完成了蒸发过程，亦防止了缩二脲的生成及尿素的水解。

[填空题]

4如何确定一、二段蒸发的工艺条件？

参考答案：

尿液的提浓有这样的特点，如在较低的压力下蒸发则随蒸发的进行，尿液浓度达到一定时，就分析出了结晶，而形成固液混合物。

如图所示，如在0.1绝压下蒸发，当尿液浓度达到70%沸点温度为59℃时，尿液就形成饱和溶液，继续蒸发，则尿液中将析出结晶，我们称达到饱和溶液的这点温度为尿液的第一沸点。

对析出结晶的尿液如果继续加热蒸发，到某一较高温度及浓度时，尿液中结晶就消失，这点称为尿液的第二沸点。

从下表可看出，随着压力升高，第一沸点和第二沸点互相接近，在压力为0.273绝对大气压时两点重合。

为防止尿液中析出结晶，一段蒸发应在略高于0.273绝压（200mmHg）的压力下进行。

先蒸发掉大量的水，使尿液浓度达到95%，95%的尿液饱和温度为120℃，实际控制在128~132℃。

如果一段蒸发压力过高，则一段蒸发掉的水过少，会使二段蒸发超负荷。

第二段蒸发出口尿液浓度，要求达到99.7%，为达到这浓度，蒸发压力应尽可能低，温度超过尿素的熔点（132.7℃），正常操作范围138~142℃，以免大量生成缩二脲。

当尿液浓度为99.7%，温度在138℃时，溶液的饱和蒸汽压为22.5mmHg绝压，因而二段蒸发操作压力应不高于3Kpa（绝）。

[填空题]

5叙述蒸汽喷射泵的工作原理及构造？

参考答案：

蒸汽喷射泵是利用蒸汽减压节流的能量形成真空的，喷射泵的构造及其内部流体速度及压力分布如图所示：

压力为3.4bar的工作蒸汽流经喷嘴时，以极高的速度从出口流向扩散管，由于速度快，动能增加，因而蒸汽的压能减少，压力最低（高真空），因而能把被抽气体吸入。

高速蒸汽流和抽气体发生碰撞、混合，进行能量交换，流向扩散管。

在扩散管内的收缩段蒸汽流和被抽气体逐步混合成均匀的混合气体，速度降低，压力上升，在扩散管喉部附近产生正激波，混合气流由超声速将为亚声速。

然后在扩散管的膨胀段继续受到压缩，压力进一步升高，速度相应降低，在扩散管出口达到稍高于大气压或后一级喷射泵的进口压力而把被抽气体排出。

[填空题]

6蒸汽喷射泵有何优缺点？

常出现什么故障？

参考答案：

和别的真空泵相比，蒸汽喷射泵构造简单，操作方便结构紧凑，因没有运动部分，故不需要借动设

备和基础，能安装于任何地方，适于室外操作。

在必须得到高度真空的情况下，蒸汽喷射泵就显得特别优越于往复泵及水环泵。

用汞蒸气来操作的实验用喷射泵可以达到绝压为0.3mmHg。

而往复泵、水环泵中只能达到绝压20mmHg，而且产生高度真空时，往复泵应是多段的，结构很复杂。

蒸汽喷射泵有以下几个缺点：

①蒸汽效率低，蒸汽消耗量大，因而只有应用于绝压要求30—40mmHg的场合才是经济的。

②启动很慢，因喷射泵抽气量是一定的，刚开始启动时，因为压力还高，因而真空提高很慢。

而往复泵、水环泵排气量是定容的，压力高、排气量大，因而启动快。

③吸进的气体与蒸汽混合在一起回收困难。

④喷嘴喉管易腐蚀磨损。

[填空题]

7多级喷射泵为何要设置级间冷凝器？

尿素生产中为何要采用表面式冷凝器？

参考答案：

设置级间冷凝器的目的是为了减小喷射泵的负荷，减少蒸汽消耗量，达到所要求的真空度。

喷射泵每抽出1公斤气体，需消耗1.3—1.7公斤蒸汽。

如这部分蒸汽不经冷凝，靠下一级喷射泵抽走，则以下各级喷射泵将愈来愈大，蒸汽消耗愈来愈高，这样使不经济的。

设置级间冷凝器后，可凝性蒸汽绝大部分冷凝下来，因而喷射泵只需要负担抽出不凝性气体的任务，负荷减轻很多。

现有的二段蒸发器升压器前，未设置冷凝器，因在22.5mmHg绝压下，低于23.5℃水温才能冷凝下来，一般工厂水温够啊与23.5℃，所以无法设置冷凝器。

如有低温的冷却水可以利用，将进升压器的气体中的水汽大部分冷凝下来，则升压器就可以设计得小很多。

一般喷射泵的级间冷凝器，都采用气—水直接接触的混合式冷凝器。

尿素生产中，因蒸出的蒸汽中含有少量的NH3、CO2和尿素，为冷凝回收部分有用的物质，故均采用间接接触的表面式冷凝器。

[填空题]

8蒸发系统设置U型管的作用是什么？

如何确定U型管的高度？

参考答案：

正常生产中一段蒸发、二段蒸发的操作压力分别为真空度35Kpa，3.5Kpa。

设置U型管的目的是形成液封，防止一段蒸发和二段蒸发之间窜气，保证各段压力稳定。

U型管的高度必须保证管内液柱压力大于操作中U型管两端所能出现的最大压差，同时满足U型管底部正压取样的要求。

因此，U型管要略大于7米高度，但U型管也不宜太长，否则阻力增加，过料困难，物料停留时间延长。

[填空题]

9蒸发系统开车怎样提高温度和真空？

参考答案：

①尿液引进蒸发系统前先预热一、二段蒸发加热器，排除加热器中惰性气体。

并先以水为介质在系统内流动，并试提一、二段真空。

②尿液引进蒸发系统后注意二段蒸发分离器的液位，启动熔融尿素溶液循环回T101尿液贮槽，此时一、二段蒸发温度逐步上升。

③配合温度的提高，缓慢提高一、二段真空度，在提高真空度过程中一定要注意温度的调节始终在前，使加热温度大于在操作条件下的尿液结晶温度。

在提真空时，还要始终保持二段真空度高于一段约15Kpa，否则易造成尿液到不了二段，造成二段温度升不起来。

④当一段温度到130℃，真空度达40~35Kpa；二段温度到146~150℃，真空度达10~5Kpa，就可转造粒，造粒后把工艺指标调到最佳值。

[填空题]

10为何蒸发系统清洗时要停止加热和抽真空？

参考答案：

为了防止蒸发系统停车时残存尿液结晶堵塞，因此短停时需冲水稀释，长停时需冲洗置换。

在短停冲水稀释后如果未停加热和未停抽真空，会造成水分被蒸发干，设备和管道内结晶析出。

因此在短停稀释时要多冲一些冷凝液，稀释时停止抽真空和停止加热。

在长期停车冲洗置换时，也必须停止加热和抽真空，待系统冲满后彻底排放，然后再进行第二次冲洗，如果在清洗置换时开加热蒸汽和抽真空不仅白白浪费蒸汽，还使冲洗水不断大量蒸发影响清洗效果。

冬天，稀释或清洗时为了防冻，应注意使用设备、管道的保温蒸汽或稍开蒸发器的加热蒸汽。

[填空题]

11喷头溢料有哪些原因？

参考答案：

喷头溢料的原因有以下几方面：

①断电或其他故障造成喷头停止运转或喷头打滑。

②喷头上的小孔逐渐堵塞，造成小孔堵塞的原因有：

a.尿液中含杂质太多。

b.开车送造粒时，尿液温度低。

c.停造粒时，主线未倒料或倒料不干净，未吹除喷头。

③喷头超负荷太多，转速与负荷不相符。

影响缩二脲生成的原因有：

①尿液中游离氨浓度。

②停留时间。

③尿液温度。

[填空题]

12生成中如何降低缩二脲的含量？

参考答案：

在正常生产过程中，缩二脲在各工序增长的情况为：

高压系统：

0.3%（wt），循环系统0.1~0.2%（wt），蒸发系统0.4~0.5%（wt）。

可见在蒸发系统缩二脲的增值最大，这是因为在该系统中尿液浓度较高，其中游离氨已基本蒸出，氨分压大大降低，因此停留时间和温度对缩二脲的生成最为敏感。

在生产中应加以注意。

①尽可能使系统高负荷运行。

②维持一、二段蒸发加热器温度在低限操作。

③各尿液物料分离器保持较低液位。

④尽量避免尿液在高浓度，高温度情况下打循环。

⑤L107出口以后的夹套保温蒸汽压力保持0.28Mpa（表），不可太高。

[填空题]

13尿素粉尘是如何形成的？

为何有时尿素成品颗粒含有空心、残缺、过大、过小、发红，是何原因？

参考答案：

尿素粉尘形成的原因有机械和化学两个方面。

当喷头孔口加工不规则或杂质堵塞时，小孔的某点摩擦力大于表面张力时，就会在该处形成脱离主流的细小雾滴，这就是孔口机械原因造成的粉尘。

另一方面，在造粒过程中，有少量的尿素发生了化学分解，一部分NH3在降温后再生成尿素，即呈微细粒的粉尘，这就是粉尘形成的化学原因。

当尿液中游离氨含量过高时，液滴外表被冷却固化后，内部还在气化，形成空心。

机械强度小易破碎而残缺。

喷头局部堵塞、量太小、喷头转速过快、过慢都会造成粒子过大和过小不均匀。

尿液温度过高，喷头电机停转，喷头溢料，或因含缩二脲较高熔点降低会使粒子发粘或不成粒子。

尿液浓度低，含水量高也会造成粒子强度小、松散、不均匀。

当系统中因加氧量太少或H2S超标等原因腐蚀严重时，粒子会因含Fe过多呈粉红色或红色。

[填空题]

14影响尿素成品含水量高的因素有哪些？

参考答案：

影响尿素成品含水量高的因素有：

①一、二段蒸发温度低。

②一、二段蒸发真空度低。

③蒸发器列管或花板漏。

④L-107下液管及P-108出口管至喷头的夹套蒸汽漏入尿液管内。

⑤升压器冲洗阀内漏或忘关。

⑥P-108的冲洗水阀内漏。

⑦造粒塔顶风帽设计不好刮进雨水。

⑧空气中水蒸气分压高于尿素粒子表面蒸汽压。

[填空题]

15什么停车时先破真空后降温度，而开车则反之？

参考答案：

根据尿素—水二元相图得知，尿素饱和蒸汽压有极大值，相当于图中A点处，蒸汽压为220mmHg，在大于220mmHg的压力下操作，任何尿素溶液不会进入结界区，若进料时组成为D点735mmHg82%浓度，当在一段蒸发要得到95%