将含有非挥发性物质的稀溶液加热沸腾解析.docx

1、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，

2、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、

3、 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

4、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 BC: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: CA: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

5、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

6、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 :

7、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：X2、 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：X3、 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

8、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：X5、 并流加料流程中，传热系数逐效增大。（ ） 答案：X6、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

9、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：X8、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：X11、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： X12、蒸发器内二次蒸汽的温度即溶液的沸点。（ ）答案：X13、蒸发过程，二次蒸汽的温度高于溶液的沸点温度。（ ）答案：X14、蒸发

10、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：X17、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：X19、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

11、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

12、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

13、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

14、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（

15、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

16、？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

17、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=11 C，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.kg20.2660.5

18、02610.302355.00100.0099.602670.302259.50121.56105.102684.702245.40221.56123.202713.702196.30答： 1 求W7.0 3 11.6W =F( 1- ) =10 10 (1- ) =3660 (kg/h )站 18.32求 D 及 D /wD =w x( i -Ct ) +F x C (t -t )+Q / r 由 P =20.26kPa 查表得 r =2355kJ/.kgT =60.50 C而 t =T + =60.5+1 仁71.5 CQ =0.1w x r +FX C (t t ) D =3660 x(

19、 2610.3-3.7 x 71.5 ) +10X 10 x 3.7(71.5-23) x 1.1/2196.3 =5199.62kg/hD /W=5199.62/3360=1.5472、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 4 kJ.kg .K ，进料温度为20 C，加热蒸气压力为 250 kN.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 ?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

20、气焓kJ.kg汽化潜热kJ.kg5081.22644.32304.510099.62670.32259.5250127.22719.72185.4350138.82736.12152.31求 DD=w x( i-Ct ) +Fx C (t t )+Q /(r)W=F(1(X /X)=2 x 10 (1 6/30)=1600kg/h由P=50kN.m查表得：r =2304.5kJ/kg答:T = 81.2 C=250 kN.m 查表得：r =2185.4 kJ/kgT =127.2 C=T +=81.2+14=95.2 CQ =0.1 D rD =1600 x( 2644.3-4 x 95.2

21、) +2000 x 4(95.2 )/2185.4=1932.5 kg/h2求 A A=Q/(k t )Q=D r =1932.5 x 2185.4=4765330Kj/h=1173 kw t =T t =127.2 95.2=32 C2K=800w/ (m.K) A=(1173 x 10 )/(800 x 32)=45.8m3、某厂用一单效蒸发器将 10t/h、60 C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

22、作条件下， =5C，传热系数K=1400w/(m- .K)，器内溶液的平均密度为 1176 kg.m ，蒸发器的散热损失为 83700 Kj/.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./kg40.5276 2319.52790.25081.22304.52587.6202.6121 2201.02709.2答：1 求 WW=F (1 X/X)=10x 10(1 10/20 ) =5000 kg/.h1 求DD=wx (i-ct)+

23、F x Cp(t t)+Q由P=40.52 kPa查表得：r =2319.5 kJ/kg , T=76 CP=202.6kPa查表得：r=2201.0 kJ/kg,T=121 C而t=T+ +附：饱和水蒸气的性质/r/ P =P+pgL/2=40.52 X 10 +(1176 X 9.81 X 1.2)/2=4744.2 kPa查表得：T =78.6 C =78.6-76=2.6 C t =76+5+2.6=83.6 C D =5000 X(2790.2-3.77 X 83.6 )+10X 10 X 3.77(83.6-60)+83700/2201=6065kg/h(3)求 A A=Q/K.

24、t =(6065X 2201X 1000)/3600 X1400X (121-83.6) =70.8m4、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

25、 ?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.kg2060.1235581.393.62274196.21202205297.51332169(1)求FF=W/ (1-X/X)=5000/(1-12/60)=4000kg./h(2)求D/ WT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) X 101.3/760=20kPa 查表知：r =2355 kJ/.kg/ P =196.2+101.3=297.5kPa查表得： r =2169 Kj/.k

26、g , T =133C( D ) /(W) =(2355) /(0.95 X2169)=1.143(3 )求 A, A= (Q / (心 t )而 Q=D .r =1.143X 5000X 2169=12395835kJ/.h A=(12395835 X 10 )/3600 X 1400(133-70)=39.04m5、在单效真空蒸发器中，将流量为 10000kg/.h，比热为3.6 kJ/. ( 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 31 C，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

27、(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/.kg2060.123552606.4120104.52246.82684.3196.212022052708.9296.2132.821702726答：(1)求DD=w (i-ct)，+F C (t+t )+Q/rW=F(1-X/X )=10000(1-10/50)=8000kg/.h由P =20kPa查表得：r =

28、2355kJ./kgT=60.1 CP=196.2kN.m 查表得： r =2205 kJ./kgT =120C而 t =T + =.60.1+7=67.1 CQ =0 D =8000 X( 2606.4-3.6 X 67.1 ) +10000 X (67.1-31)/2205 =9168kg/.h( 2)求 A,A=Q/(K % t ) =(9168X2205X1000)/3600 X1000(120 -67.1)=106.2m6、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115 C,而冷凝器内的蒸汽温

29、度为 61 C，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， =1 C。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 )/(X2)求 DD =wX (i-ct)=1500 X (15)/(50)=450kg.h) +FX Cp(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 61 C T =T冷- ”=