5蒸发习题及答案

蒸发习题及答案 一.选择题 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℃

?53.5?273??0.729T?2f?0.0162?0.0162r?2370

2所以沸点升高值为

Δ=f Δa=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℃

-1

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，加热水蒸气

-1

的温度为120oC，其汽化热为2205kJ?kg。已知蒸发器内二次蒸气温度为81oC，由于溶

-2-1

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?mk，沸腾溶

-2-1

液的传热膜系数为3500 W?mk。 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。

36

解：热负荷 Q=2100×2205×10/3600=1.286×10W 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

2

∴K=2435W/mK

62

∴S=Q/[K(T-t)]=1.286×10/[2435×(120-90)]=17.6 m

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

-2-1

值为45oC，蒸发器的总传热系数为1000 W?mk。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-1

?kg。

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:

qmD?qmFcp0(t1?t0)?qmWr?R

∵t1=t0

∴

qmDqmwr??R=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℃

Q0.139?2205?103S???20.4m2?120?105?K?T?t?1000∴

4、将8%的NaOH水溶液浓缩到18%，进料量为4540 kg进料温度为21oC，蒸发器的传热系

-2-1

数为2349W?mk，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。

-1

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。

-1o-1-1

8%NaOH的比热容为3.85kJ?kgC，110oC水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ?kg。 解：

qmw=4540(1－8/18)=2522kJ/h ?t=T－t=109.2－88=21.2℃

传热速率：

Q=qmF Cpo(t1－t0)+qmwr＇

333

=4540/3600×3.85×10×(88－21)+2522/3600×2298.6×10=1936×10W

Q1936?103S???38.9m2K?t2349?21.2

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（%） 10 40 斜率 1.02 1.11 截距 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：

????tw?T?

＝80-75＝5℃

-1

6、双效并流蒸发系统的进料速率为1t?h，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

qmF=1000kg/h x0=0.1 108?C qw1 qw2 95?C x1=0.15 x2=0.3 ?x0?0.1???qmw1?qmF?1??10001????333.3kg/h??x1??0.15?? qmw2?(qmF?x1??0.15???qmw1)?1???(1000?333.3)?1???333.4kg/h?x0.3??2?? ?qmw1?cp1(t1?t2)r2?

自蒸发水分量为:

qmw???qmF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

qmw???qmF?qmw1?cp1(t1?t2)r2??(1000?333.3)?3.56(108?95)?13.59kg/h2270.9

自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为

qmw?13.59?100%??100%?40.8%qmw2333.4

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

2

气加热。末效二次蒸气的温度为40oC。各效的传热面积均为140m。各效的总传热系数分别为：

-2-1-2-1 -2-1

K1=2950W?m?oC, K2=2670W?m?oC, K1=2900W?m?oC。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?C r1=2205kJ/kg

T2= t1= T1-Δt1=120-19=101?C r2=r?1 =2257kJ/kg T3= t2= T2-Δt2=101-21=80?C r3=r?2 =2307kJ/kg TK= t3= 40?C r?3 =2401kJ/kg (2)总蒸发量

?x0??0.05??q?q1??q??0.875qmF?mwmF?mF?1??x?0.4??2??

(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

Q1?K1S?t1?qmw1r1??qmFcp(t1?t0) （a）

(b)

(c)

Q2?K2S?t2?qmw2r2??(qmF?qmw1)cp(t2?t1)Q3?K3S?t3?qmw3r3??(qmF?qmw1?qmw2)cp(t3?t2)代入已知值

2950?3600?140?19?2257qmw1?qwF?4.2(101?90)1000 2670?3600?140?21?2307qmw2?(qwF?qmw1)?4.2(80?101)1000 1360?3600?140?40?2401qmw3?(qwF?qmw1?qmw2)?4.2(40?80)1000

解得：

qmF?611500?48.85qmw1 （d） qmw2?35628?1.906qmw1 (e)

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