蒸发习题及答案.docx
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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