第七章蒸发

河南工程学院——《化工原理》习题蒸发1第七章蒸发一填空题1．蒸发器的生产强度是指______；提高蒸发器的生产强度的主要措施是_____、___。2.蒸发过程中引起温度差损失的原因有（1）__________，（2）_________，3）_________。3.多效蒸发与单效蒸发相比，其优点是_______；明显的缺点是、。多效蒸发操作流程有______、_______和______。4.按照溶液在蒸发器中的流动情况，可将蒸发器分为两大类：________和。5.要想提高生蒸汽的经济性，可以________，________,_________，_________。6.常用蒸发器主要由和两部分构成。7.升膜式蒸发器的优点是，特别适合于处理溶液，但不适合于处理。8.循环型蒸发器的共同特点是，特别不适合于处理。9.一双效并流蒸发器，冷凝器操作温度为６０℃，系统的总温度差损失为９℃，第一、二效的有效温差分别为１８℃及２５℃。则第一效的溶液沸点温度为；第一效的生蒸汽温度为。10.在三效并流加料蒸发流程中，从第一效至第三效，溶液浓度将愈来愈，蒸发室的真空度将愈来愈，溶液的沸点将愈来愈，各效产生的二次蒸汽压力将愈来愈。11.与常压蒸发比较，真空蒸发的优点是。12.多效蒸发中的最佳效数含义是。13.多效蒸发的效数受到技术上的限制，主要是因为存在；多效蒸发是以牺牲设备的已换取加热蒸汽的经济性。14.写出三种单程型蒸发器的名称：。这种类型的蒸发器特别适用于。15.蒸发操作的特点有、、、。16.写出三种循环型蒸发器的名称：、、。二简答题1.蒸发操作的目的及特点是什么？蒸发设备有那几种类型？2.什么是蒸发操作的经济性，为提高生蒸汽的利用率可采用哪些方法？3.真空蒸发的优缺点是什么？4.如何提高蒸发的生产强度？5.溶液蒸发时产生的温度差损失是由什么原因引起的？6.蒸发的效数增加，对操作费用和设备费如何影响？7.杜林规则的内容是什么？8.并流加料的优缺点有哪些？9.逆流加料的优缺点有哪些？河南工程学院——《化工原理》习题蒸发210.多效蒸发的效数是否有限制，为什么？三计算题【7-1】采用标准蒸发器将10%的NaOH水溶液浓缩至25%（质量分数）。蒸发室的操作压力为50kPa，试求操作条件下溶液的沸点升高及沸点。解：溶液的沸点升高及沸点均按完成液来计算。查得水的有关数据为压力p/kPa温度t/℃汽化热r/(kJ∙kg-1)101.31005081.22304.5在101.3kPa时，25%NaOH溶液的沸点为113.07℃。常压下溶液的沸点升高为Δa=（113.07–100）℃=13.07℃50kPa时，溶液的沸点升高可用两种方法计算。（1）用杜林规则在杜林线图的横座标81.2℃作垂直线交组成为25%的杜林线，再由该点查得纵座标的温度为93℃，此即50kPa下溶液的沸点tA。=（93–81.2）℃=11.8℃（2）用式6-17经验公式估算af=2(81.2273)0.016213.072304.5℃=11.5℃则溶液的沸点升高为11.8℃，50kPa下的沸点为93℃。两种方法计算结果相差不大。【7-2】用连续操作的真空蒸发器将固体质量分数为4.0%的番茄汁浓缩至30%，加热管内液柱的深度为2.0m，冷凝器的操作压力为8kPa，溶液的平均密度为1160kg/m3，常压下溶质存在引起的沸点升高a=1℃，试求溶液的沸点tB。解：8kPa压力下对应二次蒸汽温度为41.3℃，水的汽化热为2497kJ/kg。取冷凝器到蒸发室的温差损失=1.5℃。溶质引起的沸点升高取常压下数据，即=1℃。则溶液的沸点为B41.341.311.543.8t的计算如下：m2Lgpp与43.8℃相对应的压力p=9.25kPa则m11602.09.819.2510002pkPa=20.63kPa与pm对应的溶液沸点为60.7℃，即tB=60.7℃【7-3】在一连续操作的单效蒸发器中将NaOH水溶液从10%浓缩至45%（质量分数），河南工程学院——《化工原理》习题蒸发3原料液流量为1000kg/h。蒸发室的操作绝对压力为50kPa（对应饱和温度为81.2℃），加热室中溶液的平均沸点为115℃，加热蒸汽压力为0.3MPa（133.3℃），蒸发器的热损失为12kW。试求（1）水分蒸发量；（2）60℃和115℃两个加料温度下加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量。解：（1）水分蒸发量010.10(1)1000(1)0.45xWFxkg/h=777.8kg/h（2）加热蒸汽消耗量及单位蒸汽耗用量用焓浓图计算。10%NaOH水溶液60℃的焓220kJ/kg，115℃的焓为440kJ/kg；45%NaOH水溶液115℃的焓545kJ/kg；115℃水蒸汽的焓为2702.5kJ/kg,0.3MPa下r=2168.1kJ/kg。60℃加料时10L()WHFWhFhQDr=777.82702.5(1000777.8)54510002203600122168.1kg/h=943.9kg/h214.18.7779.943WDe115℃加料时D1.21681236004401000545)8.7771000(5.27028.777kg/h=842.4kg/h083.18.7774.842e显然，随加料温度提高，D及e值均下降。【7-4】在单效蒸发装置中，将1/4的二次蒸汽用来预热原料液。原料液的流量为1000kg/h，温度从20℃升到70℃，其比热容C0=3.96kJ/(kg∙℃)。完成液的组成为0.28（质量分数，下同）。已知溶液的沸点为98℃，蒸发室内二次蒸汽温度为91℃，加热蒸汽温度为125℃。忽略蒸发装置的热损失。试求（1）传热的有效温差和温差损失；（2）原料液的组成x0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性。解：（1）有效温差和温差损失m112598tTt℃=27℃91981Tt℃=7℃（2）料液组成91℃下蒸汽的冷凝热6.2281rkJ/kghkJ1098.1hkJ)2070(96.31000)(500ttFCp河南工程学院——《化工原理》习题蒸发46.22811980004Wkg/h=347.1kg/h1.347kg/h)28.01(1000)1(010xxxFWkg/h1828.00x（3）加热蒸汽消耗量及其经济性98℃和125℃的相变热分别为2263.4kJ/kg和2191.8kJ/kgrQttFCrWDLp)(10=0.409kg/h8.2191)7098(96.310004.22631.347kg/h8486.00.4091.347DWE【7-5】在单效真空蒸发器中将牛奶从15%浓缩至50%（质量分数），原料液流量为F=1500kg/h，其平均比热容C0=3.90kJ/(kg∙℃)，进料温度为30℃。操作压力下，溶液的沸点为65℃，加热蒸汽压力为105Pa（表压）。当地大气压为101.3kPa。蒸发器的总传热系数K0=1160W/(m2∙℃)，其热损失为8kW。试求（1）产品的流量；（2）加热蒸汽消耗量；（3）蒸发器的传热面积。解：（1）产品流量)50.015.01(1500)1(10xxFWkg/h=1050kg/h50151500)1(110xxFWFLkg/h=450kg/h（2）65℃下水的汽化热为r=2343.4kJ/kg201.3kPa下的蒸汽冷凝热r=2204.5kJ/kg，T=120.3℃忽略牛奶的稀释热，则010L()pWrFCttQDr=5.220483600)3065(90.315004.23431050kg/h=1222kg/h164.110501222e(3)蒸发器的传热面积4.23431050)3065(90.31500QkJ/h=2.665×106kJ/h=740kWmB120.365tTt℃=55.3℃3.55116010740300mtKQSm2=11.54m2【7-6】在双效并流蒸发装置上浓缩盐的水溶液。已知条件为：第1效，浓缩液的组成河南工程学院——《化工原理》习题蒸发5为x1（质量分数，下同），流量为L1=500kg/h，溶液沸点为105℃（即二次蒸汽温度），该温度下水的汽化热1r=2245.4kJ/kg，物料平均比热容cp=3.52kJ/(kg∙℃)；第2效，完成液组成为32%，溶液沸点为90℃，该温度下水的汽化热2r=2283.1kJ/kg。忽略溶液的沸点升高、稀释热及蒸发装置的热损失。试计算原料液的处理量F及其组成x0。解：12120.16(1)500(1)0.32xWLxkg/h=250kg/h22121211()2502283.15003.52(25)2245.4pWrLCttDWrkg/h=234.6kg/h11234.6500FWLkg/h=734.6kg/h6.234)16.01(6.73401xWkg/h解得x0=0.1089【7-7】在三效并流蒸发装置上浓缩糖水溶液。沸点升高及蒸发器的热损失均可忽略不计。已知第一效的生蒸汽压力p0=270.3kPa（对应饱和温度130℃）、第三效溶液的沸点t3=55℃（对应p3=15.74kPa）。各效的总传热系数分别为：K0,1=2600W/(m2∙℃)，K0,2=2000W/(m2∙℃)，K0,3=1400W/(m2∙℃)。各效蒸发器传热面积相等。试按如下两种简化估算各效溶液沸点：（1）各效传热量相等；（2）各效等压力降。解：（1）各效传热量相等的溶液沸点0,11m0,10,20,3112600(13055)18.04C111111260020001400KttKKK04.181301t℃=111.96℃同理223.45Ct288.51Ct355Ct（2）等压力降原则的沸点相邻两效间的压力差为i270.315.743pkPa=84.85kPa5.1851pkPa6.1171t℃同理6.1002pkPa9.992t℃可见，不同简化方法估算溶液的沸点值有一定差别。河南工程学院——《化工原理》习题蒸发6【7-8】在中央循环管蒸发器内将NaOH水溶液由10%浓缩至20%，试求：（1）利用图7-4求50kPa时溶液的沸点。（2）利用经验公式计算50kPa时溶液的沸点。解：由于中央循环管蒸发器内溶液不断地循环，故操作时器内溶液浓度始终接近完成液的浓度。从附录中查出压强为101.33kPa及50kPa时水的饱和温度分别为100℃及81.2℃，压强为50kPa时的汽化热为2304.5kJ/kg。（1）利用图7-4求50kPa压强下的沸点50kPa压强下水的沸点为81.2℃，在图7-4的横标上找出温度为81.2℃的点，根据此点查出20%NaOH水溶液在50kPa压强下的沸点为88℃。（2）利用经验公式求50kPa压强下的沸点用式7-9求20%NaOH水溶液的杜林线的斜率，即k=1+0.142x=1+0.142×0.2=1.028再求该线的截距，即ym=150.75x2－2.71x=150.75×0.22－2.71×0.2=5.488又由式7-10知该线的截距为ym=tA′－ktw′=5.488将已知值代入上式，得tA′－1.028×81.2=5.488解得tA′=88.96℃即在50kPa压强下溶液沸点为88.96℃。由于查图7-4时引入误差，以及式7-9及式7-10均为经验公式，也有一定的误差，故二种方法的计算结果略有差异。【7-9】某工厂