化工原理蒸发2解析.docx

1、化工原理蒸发2解析 化工原理习题（下）1.单位加热蒸汽消耗量是指（ 蒸发1Kg水分消耗的加热蒸量），单位为（Kg/Kg）2按溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为（ 循环型）和（非循环型）两大类。3. 生蒸汽是指（用来加热水溶液的新鲜蒸气又称为生蒸汽，以区别于二次蒸汽）4. 单效蒸发是指（将第二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作。）5. 按操作压力来分，可分为（加压、常压及减压）蒸发。工业上的蒸发操作经常在减压下进行，称为（真空蒸发）6. 溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高与温度差损失的数值（相等）7. 按加料方式不同，常见的多效蒸发操作流程有：（并流加料法）、（逆流加料法）和（平流加料法

2、）三种。8. 对于蒸发同样任务来说，单效蒸发的经济效益（不如）多效的，单效蒸发的生产能力和多效的（相同），而单效的生产强度为多效的（n倍）。9. 控制蒸发操作的总传热系数Ko的主要因素是（溶液沸腾侧污垢热阻和沸腾传热系数）在蒸发器的设计和操作中，必须考虑蒸汽中（不凝气的及时排除），否则蒸气冷凝传热系数会（大幅度下降）。10多效蒸发系统的效数是有一定限制的，超过限制会出现（总温度差损失等于或大于蒸发器两端点温度差），用式子表达为 （T-Tk），此时蒸发操作（无法进行）。11. 在同条件下蒸发同样任务的溶液时，多效蒸发的总温度差损失（大于）单效的，且效数越多，温度差损失（也越大）。12. 试题：在

3、蒸发操作中，溶液的沸点升高/，（ D ）（A） 与溶液类别有关，与浓度无关；（B） 与浓度有关，与溶液类别、压强无关；（C） 与压强有关，与溶液类别、浓度无关；（D） 与溶液类别、浓度及压强都有关。 13. 一般来说，减少蒸发器传热表面积的主要途径是（ C ）（A）增大传热速率；（B）减小有效温度差；（C）增大总传热系数；（D）减小总传热系数。14. 二次蒸汽又称为生蒸汽，以区别于新鲜的加热蒸汽。 （ ）15. 蒸发器有用直接热源和间接热源加热的，而工业上经常采用的是间接蒸汽加热的蒸发器。 （ ）16. 在膜式蒸发器的加热管内，液体沿管壁呈膜状流动，管内没有液层，故因液柱静压强而引起的温度差损

4、失可忽略。 （ ）17. 若单效蒸发器的传热表面积与多效中单台的传热表面积相等，对蒸发同样多的水分，则多效的生产强度为单效的n倍。 （ ）18. 何谓多效蒸发？ 答：将二次蒸汽引到另一台蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联的蒸发操作称为多效蒸发。19. 简述蒸发操作有何自身特点？答：有以下自身特点：（1）其传热性质属于壁面两侧均有相变化的恒温传热；（2分）（2）物料（溶液）的工艺特性各种各样，从而对蒸发器提出了特殊要求； （2分）（3）二次蒸汽中挟带着大量的液沫，故在蒸发器的加热室上方设置了空间较大的分离室，使液沫沉降下来。有时还在分离室顶部设置除沫器，进一步除沫。20. 蒸发操作中使

5、用真空泵的目的是什么？常用的真空泵有哪些？答：目的是不断地抽出由溶液带入的不凝性气体，以维持蒸发操作所需要的真空度。（3分）常用的有：喷射泵、往复式真空泵及水环式真空泵。 21. 简述在选蒸发器类型时，应考虑哪些因素？ 答：应首先考虑所选蒸发器能保证产品质量和生产能力；（2分） 然后再考虑以下几点：（1）结构简单 （2）传热效果好 （3）便于制造与维修 （4）价格低 （5）对所蒸发的溶液有良好的适应性 （3分） （共5分）22. 简述蒸发操作中引起温度差损失的原因？答：原因有：（1）因溶液蒸气压下降而引起（1分） （2）因加热管内液柱静压强而引起（1分） （3）由于管路阻力而引起（1分）23.

6、 在单效蒸发操作中，加热蒸汽放出的热量一般消耗于哪些方面？答： 一般消耗于三个方面：（1）将W Kg/h水分蒸发成二次蒸汽；（1分） （2）将F Kg/h原料液从温度to加热到蒸发操作的沸点t1；（2分） （3）损失于周围环境中。（1分）24. 什么叫蒸发器的生产能力？什么叫蒸发器的生产强度？它的表达式和单位是什么？答： 单位时间内从溶液中蒸发的水分（即蒸发量W）称为蒸发器的生产能力。（2分） 单位传热表面积上单位时间内从溶液中蒸出的水分量称为蒸发器的生产强度。以U表示。（2分） 其表达式为：U=，单位为Kg/(m2.h)（1分）25. 简述蒸发操作节能的主要措施。答： 主要措施有以下几点：（

7、1） 由单效蒸发改为多效蒸发可节省生蒸汽。（1分）（2） 对蒸发器进行良好的保温，以减少热损失。（1分）（3） 利用冷凝水来预热料液；作为蒸发热源及其他工艺用水。（1分）（4） 提高蒸发装置末效产生的二次蒸汽压强以作为蒸发热源。（热泵蒸发），但它不适用于溶液沸点上升过大的操作。（2分）26. 试题：在中央循环管式蒸发器中，将10%NaOH水溶液浓缩至25%。加热蒸汽饱和温度为105，冷凝器内绝对压强不允许超过15KPa，已知加热管内液层高度为1.6m，25%NaOH水溶液的密度为1230Kg/m3，常压下因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高/a为13。求：（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失/

8、；（2）因液柱静压强而引起的温度差损失/；（3）总温度差损失；（4）有效温度差t； （5）溶液的沸点t1 。解：计算温度差损失时应按25%的组成计（本题中）（1）求1 取冷凝器绝压PK为15KPa，可查出15 KPa下水蒸汽的饱和温度TK为53.5取因流动阻力而引起的温度差损失为1，故二次蒸汽温度T/=54.5。（2分）2 可查出二次蒸汽其他参数为：T/=54.5，p/=15.4KPa,汽化热r/=2367.6KJ/Kg。（1分）3 求/校正系数f=0.734。（1分）=fa=9.54。（1分）（2）求 液柱中部压强pm= +=15.4+=25.5KPa（1分） 查出此压强下对应的水蒸汽饱和温

9、度tpm=63.33。 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. 传热面积为S0=52m2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500Kg的7%的某种水溶液。原料液的温度为95，在蒸发器中溶液的沸点为103。完成液的浓度为45%，加热蒸汽的温度为132.9。蒸发器的热损失为110KW，假设溶液的浓缩热可略。计算该蒸发器基于外表面积的总传热系数K0。已查出在常压下水蒸汽的汽化潜热为2258K

10、J/Kg。解： （1）先求蒸发量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. 在单效蒸发器中，蒸发CaCl2水溶液，蒸发室操作压强为101.33KPa。加热室内溶液的高度为1m，溶液的浓度为42%，密度为1340Kg

11、/m3。求溶液的沸点t1和总温度差损失。解： （1）有教材上册附录二十一查出101.33kpa下，42%CaCl2水溶液，因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失=20。（1分）（2）因液柱静压强而引起的温度差损失。 Pm=P/+=101330+Pa=107.9KPa。（1分） 由附录查出在107.9KPa下水的沸点为102 故=102-100=2。（1分）（3）求及t1=20+2=22 (1分)t1=+Tk=22+100=122 (1分)29. 在传热外表面积为50m2的中央循环管式蒸发器内，将某种水溶液从10%浓缩到25%，进料温度为50。已知常压下25%浓度的溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高为

12、3.2，因液体静压强而引起的沸点升高为4.1，基于传热外表面积的总传热系数为1300W/（m2. ）。加热蒸汽的绝压为120KPa，冷凝器的温度为59，浓缩热可略。求：（1）该蒸发器每小时能至少处理多少公斤原料液F？（2）加热蒸汽消耗量D/ （3）单位蒸汽消耗量e解： 取因流动阻力而引起的温度差为1，故二次蒸汽温度为60，查出其汽化热为2355.1KJ/Kg。据加热蒸汽绝压为120KPa，查出其温度为104.5，气化热为2246.8KJ/Kg。（2分）（1）求原料液处理量F。 由题给条件并暂且忽略热损失可得：Q=Wr/+FCpo(t1-to) （A） W=F(1-) (B) (2分) 联立以上

13、两式，即可求出F，其两式中各量为：溶液沸点t1。t1=,已知=4.1题给的/a应校正到操作压强下。f= （1分）/=f/a=0.7633.2=2.44 （1分）故t1=60+2.44+4.1=66.54 （1分）求传热速率=KoSo(T-t1)= KJ/h (2分)原料液比热容Cpo 取水的比热容Cpw=4.187KJ/(Kg. ) 因Xo0.2 故Cpo=Cpw（1-Xo）=4.187（1-0.1）=3.768KJ/（Kg. ） (2分)求F 将各有关量代入式（A）和（B）可得：Q=2355.1W+3.768F（66.54-50）=8.883106 （C）W=F（1-）=0.6F （D）将（

14、D）式代入（C）式可得:2355.10.6F+3.768F16.54=8.883106 可解出F=6.02103Kg/h （2分） （2）加热蒸气消耗量D/ D=Kg/h (1分) 取热损失系数为0.97，加热蒸气的实际消耗量为：D/=Kg/h (1分) （3）单位蒸汽消耗量e e=30. 在传热外表面积为10m2的蒸发器内将某水溶液由15%浓缩到40%，沸点进料，要求每小时蒸得375Kg浓缩液，加热蒸气压强为200KPa，蒸发室操作压强为20KPa，此操作条件的总温度差损失为8，浓缩热可忽略。假设热损失可略。求：（1）开始投入使用时，此蒸发器基于外表面积的总传热系数Ko为多少？（2）操作一段

15、时间后，问物料结垢，为完成同样蒸发任务，需将加热蒸气的压强提高到350KPa，问此时蒸发器的K0/为多少？（因流动阻力而引起的温度差损失可略）解： （1）由附录查出20KPa水蒸汽饱和温度为60.1，汽化热2354.9KJ/Kg；200KPa水蒸汽饱和温度为120.2；350KPa水蒸汽饱和温度为138.8。（2分）蒸发量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： 已知沸点进料；浓缩热可略；且热损失不计，则；且=8 溶液沸点t1= =60.1+8=68.1 (1分)W/

16、（m2. ） (2分)（2）此时，K0/为：=578 W/（m2. ） 31. 将7%的某种水溶液在常压单效蒸发器中连续浓缩到24%，原料液的温度为20。估计出因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为3.5，因液柱静压强而引起的温度差损失3.0。加热蒸汽压强为294.3KPa（绝压）；蒸发器的传热外表面积S0为43m2，基于外表面积的总传热系数K0为1100W/（m2. ）,热损失为蒸发器传热量的5%。已查出在常压及294.3KPa时水蒸气饱和温度分别为100及132.9。汽化潜热分别为2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。求：完成液的流量Kg/h。（假设浓缩热可忽略）解： （1）溶液的沸点t1

17、= =100+3.5+3=106.5 (1分)（2）溶液的比热Cp=Cpw（1-x0）=4.187（1-0.07）=3.894KJ/（Kg. ） (1分)（3）蒸发器的传热速率为Q Q=K0S0（T-t1）=110043（132.9-106.5）=12.49105W （2分）（4）热量衡算知： 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=22

18、07.4Kg/h （3分）（5） 完成液流量为F-W=2207.4-0.712207.4=640.15Kg/h32.临时需要将850Kg/h的某种水溶液从15%连续浓缩到35%。现有一个S0为10m2的小型蒸发器可供使用。原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作条件下溶液的各种温度差损失总计为18。蒸发室的真空度为78.48103Pa，假设热损失可略，且蒸发器的K0为1000W/（m2. ）,当地大气压为98.1KPa。求：加热蒸汽压强P。（假设浓缩热可忽略）解： （1）由附录查出在98.1-78.48=19.62KPa下水的饱和温度为59.7，汽化潜热为2355.9KJ/Kg (1分)（2）蒸发

19、量W=F（1-）=850（1-）=485.7Kg/h (2分)（3）传热量Q=W.r/= 485.72355.9=1144261KJ/h=317.85KW （2分）（4）溶液沸点t1=Tk+=59.7+18=77.7 (1分)（5）求T 由Q=K0S0（T-t1）得：T= （2分） 由109.5从附录中可查出加热蒸汽压强为143KPa 33在常压蒸发器中，每小时将1500Kg某种水溶液从10%连续浓缩到30%。原料液温度为20，溶液的沸点为105。加热蒸汽压强为294.3KPa（绝压），其流量为1380Kg/h。已查出在常压及294.3KPa时水蒸汽的汽化潜热分别为2258KJ/Kg及2169

20、KJ/Kg。且浓缩热可忽略。求：蒸发器向周围损失的热量QL。解： （1）求QL可由蒸发器的热量衡算来求取： (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为85m2的单效蒸发器中，每小时蒸发1600Kg浓度

21、为10%的某种水溶液。原料液温度为30，蒸发操作压强为98.1KPa，加热蒸汽绝压为196.2KPa，已估计出有效温度差为12。设蒸发器的K0为900W/（m2）,热损失取蒸发器传热量的5%。浓缩热可忽略。求：完成液的浓度x1。(已查出98.1KPa下蒸汽饱和温度为99.1，汽化潜热为2260KJ/Kg；196.2KPa下蒸汽饱和温度为119.6)解： （1）由蒸发器的热量衡算式及传热速率方程式得： (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

22、 (1分)（5）已知K0=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. 在一单效蒸发器中于常压下蒸发某种水溶液。原料液在沸点105下加入蒸发器中。若加热蒸汽压强为245.25KPa（绝压）时，处理的原料液量为1200Kg/h。当加热蒸汽压强变为343.35Kpa（绝压）时，则能蒸发的原料液量为多少？假设K0及x1均不变化，热损失及浓缩热可忽略不计。解： （1）由教材上册附录九P269查出（用内插法）在压强为245.2

23、5KPa时，蒸汽饱和温度为126.3；压强为343.35KPa时，蒸汽饱和温度为137.9 (1分)（2）令下标1表示原来的情况；下标2表示变化后的情况：由传热速率关系得两种情况下传热速率之比为：已知 t沸=105 (3分)（3）在沸点进料，热损失及浓缩热均可忽略时，由热量衡算得： （3分）（4）求出Fe（加热蒸汽压强后的原料液量），已知F1=1200Kg/h F2=Kg/h 36. 在单效蒸发器中，将8%的KCl水溶液连续浓缩至23%，原料液温度为20，进料量为1000Kg/h。加热蒸汽压强为294.3KPa。该蒸发器平均操作压强为101.33KPa。使用一段时间后，在加热管表面上生成厚度为

24、2mm的垢层，使进料量只能下降到600Kg/h。蒸发器的S0为30m2，假设热损失和浓缩热均可略。已查出常压下23%KCl水溶液沸点为104；294.3KPa下蒸汽饱和温度为132.9，汽化潜热为2169KJ/Kg；101.33KPa下蒸汽的汽化潜热为2258KJ/Kg。求：垢层的导热系数。解：（1）溶液的比热Cp,0=Cp,w(1-x0)=4.187(1-0.08)=3.852KJ/(Kg. )(1分)（2）生成垢层前各有关量：（用下标1） 蒸发量W1=F1（1-）=1000（1-）=652.2Kg/h (2分)传热量Q1=F1.Cp,o(t1-to)+W1.r=10003.852(104-20)+652.22258=1796236KJ/h传热系数K0,1=W/(m2. ) （2分） (3)生成垢层后各有关量（用下标2） 蒸发量：W2=F2（1-）=600（1-）=391.3Kg/h （1分） 传热量Q2：Q2=F2.Cp,o(t1-to)+W2r=6003.852(104-20)+391.32258=1077696KJ/h (1分)传热系数 K0，2=W/（m2.） (2分)（4）求垢层导数系数 因= （1分）式中为垢层热阻，已知垢层厚度=2mm则=W/（m2.）