化工原理-第七章-蒸发要点

0化工原理-第七章-蒸发一.选择题1.蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。BA.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。BA.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。AA.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。CA.等于；B.小于；C.不少于5.蒸发器的有效温度差是指（）。AA.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（）。CA.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。AA.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。BA.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（）。AA.减少；B.增加；C.不变10.蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）。BA.越少；B.越大；C.不变11.采用多效蒸发的目的是为了提高（）。BA.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。AA.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（）。AA.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。AA.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。CA.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(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．问答题1998-2005-提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪？①提高沸腾集热系数；②降低单程气化率；③高速流体使污垢不易沉积1999-2007-什么是蒸发设备的生产强度单位传热面的蒸发量U=W/A=Q/Ar2001--循环型蒸发器中，降低单程气化率的目的是什么①降低溶液在加热壁面附近的局部浓度增高现象；②缓加热面上结垢现象。2006--蒸发操作节能的措施①多效蒸发；②额外蒸汽的引出；③二次蒸汽的再压缩（热泵蒸发）；④冷凝水热量的利用2007--提高蒸发器生产强度的途径有哪些？①加大传热温差；②提高蒸发器的传热系数；③加热蒸汽的利用率1-蒸发操作不同于一般环热过程的主要点有哪些？溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其他单元操作相比节能更重要22-为什么要尽可能扩大管内沸腾时的汽液环状流动的区域因为该区域的给热系数最大3-分析比较单效蒸发器的间歇蒸发和连续蒸发的生产能力的大小。设原料液浓度，温度，完成液浓度，加热蒸汽压强以及冷凝器操作压强均相等单效间歇蒸发起先小，生产能力大4-多效蒸发的效数受哪些限制经济上限制：W/D的上升达不到与效数成正比，W/A的下降与效数成反比快；技术上限制：必须小于T-t0，而T-t0是有限的5-比较单效与多效蒸发之优缺点单效蒸发生产强度高，设备费用低，经济性低。多效蒸发经济性四．计算题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标81.2℃作垂直线交组成为25%的杜林线，再由该点查得纵标的温度为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。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3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℃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），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。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ttFCp46.22811980004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DWE5．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=11.54m26．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5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=0.10897．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