化工原理蒸發(fā)2解析

化工原理習(xí)題（下）1.單位加熱蒸汽消耗量是指（蒸發(fā)1Kg水分消耗的加熱蒸量），單位為（Kg/Kg）2．按溶液在加熱室中運(yùn)動(dòng)的情況，可將蒸發(fā)器分為（循環(huán)型）和（非循環(huán)型）兩大類(lèi)。3.生蒸汽是指（用來(lái)加熱水溶液的新鮮蒸氣又稱(chēng)為生蒸汽，以區(qū)別于二次蒸汽）4.單效蒸發(fā)是指（將第二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作。）5.按操作壓力來(lái)分，可分為（加壓、常壓及減壓）蒸發(fā)。工業(yè)上的蒸發(fā)操作經(jīng)常在減壓下進(jìn)行，稱(chēng)為（真空蒸發(fā)）6.溶液因蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高與溫度差損失的數(shù)值（相等）7.按加料方式不同，常見(jiàn)的多效蒸發(fā)操作流程有：（并流加料法）、（逆流加料法）和（平流加料法）三種。8.對(duì)于蒸發(fā)同樣任務(wù)來(lái)說(shuō)，單效蒸發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益（不如）多效的，單效蒸發(fā)的生產(chǎn)能力和多效的（相同），而單效的生產(chǎn)強(qiáng)度為多效的（n倍）。9.控制蒸發(fā)操作的總傳熱系數(shù)Ko的主要因素是（溶液沸騰側(cè)污垢熱阻和沸騰傳熱系數(shù)）在蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和操作中，必須考慮蒸汽中（不凝氣的及時(shí)排除），否則蒸氣冷凝傳熱系數(shù)會(huì)（大幅度下降）。10．多效蒸發(fā)系統(tǒng)的效數(shù)是有一定限制的，超過(guò)限制會(huì)出現(xiàn)（總溫度差損失等于或大于蒸發(fā)器兩端點(diǎn)溫度差），用式子表達(dá)為∑△≥（T-Tk），此時(shí)蒸發(fā)操作（無(wú)法進(jìn)行）。11.在同條件下蒸發(fā)同樣任務(wù)的溶液時(shí)，多效蒸發(fā)的總溫度差損失（大于）單效的，且效數(shù)越多，溫度差損失（也越大）。12.試題：在蒸發(fā)操作中，溶液的沸點(diǎn)升高△/，（D）（A）與溶液類(lèi)別有關(guān)，與濃度無(wú)關(guān)；（B）與濃度有關(guān)，與溶液類(lèi)別、壓強(qiáng)無(wú)關(guān)；（C）與壓強(qiáng)有關(guān)，與溶液類(lèi)別、濃度無(wú)關(guān)；（D）與溶液類(lèi)別、濃度及壓強(qiáng)都有關(guān)。13.一般來(lái)說(shuō)，減少蒸發(fā)器傳熱表面積的主要途徑是（C）（A）增大傳熱速率；（B）減小有效溫度差；（C）增大總傳熱系數(shù)；（D）減小總傳熱系數(shù)。14.二次蒸汽又稱(chēng)為生蒸汽，以區(qū)別于新鮮的加熱蒸汽。（×）15.蒸發(fā)器有用直接熱源和間接熱源加熱的，而工業(yè)上經(jīng)常采用的是間接蒸汽加熱的蒸發(fā)器。（√）16.在膜式蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)，液體沿管壁呈膜狀流動(dòng)，管內(nèi)沒(méi)有液層，故因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失可忽略。（√）17.若單效蒸發(fā)器的傳熱表面積與多效中單臺(tái)的傳熱表面積相等，對(duì)蒸發(fā)同樣多的水分，則多效的生產(chǎn)強(qiáng)度為單效的n倍。（×）18.何謂多效蒸發(fā)？答：將二次蒸汽引到另一臺(tái)蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)的蒸發(fā)操作稱(chēng)為多效蒸發(fā)。19.簡(jiǎn)述蒸發(fā)操作有何自身特點(diǎn)？答：有以下自身特點(diǎn)：（1）其傳熱性質(zhì)屬于壁面兩側(cè)均有相變化的恒溫傳熱；（2分）（2）物料（溶液）的工藝特性各種各樣，從而對(duì)蒸發(fā)器提出了特殊要求；（2分）（3）二次蒸汽中挾帶著大量的液沫，故在蒸發(fā)器的加熱室上方設(shè)置了空間較大的分離室，使液沫沉降下來(lái)。有時(shí)還在分離室頂部設(shè)置除沫器，進(jìn)一步除沫。20.蒸發(fā)操作中使用真空泵的目的是什么？常用的真空泵有哪些？答：目的是不斷地抽出由溶液帶入的不凝性氣體，以維持蒸發(fā)操作所需要的真空度。（3分）常用的有：噴射泵、往復(fù)式真空泵及水環(huán)式真空泵。21.簡(jiǎn)述在選蒸發(fā)器類(lèi)型時(shí)，應(yīng)考慮哪些因素？答：應(yīng)首先考慮所選蒸發(fā)器能保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力；（2分）然后再考慮以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（2）傳熱效果好（3）便于制造與維修（4）價(jià)格低（5）對(duì)所蒸發(fā)的溶液有良好的適應(yīng)性（3分）（共5分）22.簡(jiǎn)述蒸發(fā)操作中引起溫度差損失的原因？答：原因有：（1）因溶液蒸氣壓下降而引起（1分）（2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起（1分）（3）由于管路阻力而引起（1分）23.在單效蒸發(fā)操作中，加熱蒸汽放出的熱量一般消耗于哪些方面？答：一般消耗于三個(gè)方面：（1）將WKg/h水分蒸發(fā)成二次蒸汽；（1分）（2）將FKg/h原料液從溫度to加熱到蒸發(fā)操作的沸點(diǎn)t1；（2分）（3）損失于周?chē)h(huán)境中。（1分）24.什么叫蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力？什么叫蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度？它的表達(dá)式和單位是什么？答：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從溶液中蒸發(fā)的水分（即蒸發(fā)量W）稱(chēng)為蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力。（2分）單位傳熱表面積上單位時(shí)間內(nèi)從溶液中蒸出的水分量稱(chēng)為蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度。以U表示。（2分）其表達(dá)式為：U=WS，單位為Kg/(m2.h)（1分）25.簡(jiǎn)述蒸發(fā)操作節(jié)能的主要措施。答：主要措施有以下幾點(diǎn)：（1）由單效蒸發(fā)改為多效蒸發(fā)可節(jié)省生蒸汽。（1分）（2）對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行良好的保溫，以減少熱損失。（1分）（3）利用冷凝水來(lái)預(yù)熱料液；作為蒸發(fā)熱源及其他工藝用水。（1分）（4）提高蒸發(fā)裝置末效產(chǎn)生的二次蒸汽壓強(qiáng)以作為蒸發(fā)熱源。（熱泵蒸發(fā)），但它不適用于溶液沸點(diǎn)上升過(guò)大的操作。（2分）26.試題：在中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中，將10%NaOH水溶液濃縮至25%。加熱蒸汽飽和溫度為105℃，冷凝器內(nèi)絕對(duì)壓強(qiáng)不允許超過(guò)15KPa，已知加熱管內(nèi)液層高度為1.6m，25%NaOH水溶液的密度為1230Kg/m3，常壓下因溶液蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高△/a為13℃。求：（1）因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失△/；（2）因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失△//；（3）總溫度差損失∑△；（4）有效溫度差△t；（5）溶液的沸點(diǎn)t1。解：計(jì)算溫度差損失時(shí)應(yīng)按25%的組成計(jì)（本題中）（1）求?'①取冷凝器絕壓PK為15KPa，可查出15KPa下水蒸汽的飽和溫度TK為53.5℃取因流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失?'''為1℃，故二次蒸汽溫度T/=54.5℃。（2分）②可查出二次蒸汽其他參數(shù)為：T/=54.5℃，p/=15.4KPa,汽化熱r/=2367.6KJ/Kg。（1分）③求△/校正系數(shù)f=20.0162(T'273)r'+=20.0162(54.5273)2367.6+=0.734。（1分）?'=f?'a=0.73413?=9.54℃。（1分）（2）求?''液柱中部壓強(qiáng)pm=p'+2glρ=15.4+12309.811.621000???=25.5KPa（1分）查出此壓強(qiáng)下對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和溫度tpm=63.33℃。故?''=tpm-T'=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?'''+?''+'=T=54.5+9.54+8.83=72.87℃。（1分）27.傳熱面積為S0=52m2的蒸發(fā)器，在常壓下每小時(shí)蒸發(fā)2500Kg的7%的某種水溶液。原料液的溫度為95℃，在蒸發(fā)器中溶液的沸點(diǎn)為103℃。完成液的濃度為45%，加熱蒸汽的溫度為132.9℃。蒸發(fā)器的熱損失為110KW，假設(shè)溶液的濃縮熱可略。計(jì)算該蒸發(fā)器基于外表面積的總傳熱系數(shù)K0。已查出在常壓下水蒸汽的汽化潛熱為2258KJ/Kg。解：（1）先求蒸發(fā)量W：01x0.07WF(1)2500(1)2111Kg/hx0.45=-=-=（2分）（2）求Cp0因x0（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：333025002111K52(132.9103)3.89410(10395)225810110136003600??-=???-+??+?解出：K0=936W/（m2?℃）（2分）28.在單效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)CaCl2水溶液，蒸發(fā)室操作壓強(qiáng)為101.33KPa。加熱室內(nèi)溶液的高度為1m，溶液的濃度為42%，密度為1340Kg/m3。求溶液的沸點(diǎn)t1和總溫度差損失△。解：（1）有教材上冊(cè)附錄二十一查出101.33kpa下，42%CaCl2水溶液，因溶液蒸氣壓下降而引起的溫度差損失?'=20℃。（1分）（2）因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失?''。Pm=P/+gl2ρ=101330+13409.8111079032??=Pa=107.9KPa。（1分）由附錄查出在107.9KPa下水的沸點(diǎn)為102℃故?''=102-100=2℃。（1分）（3）求△及t1?''+?'=?=20+2=22℃(1分)t1=△+Tk=22+100=122℃(1分)29.在傳熱外表面積為50m2的中央循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)，將某種水溶液從10%濃縮到25%，進(jìn)料溫度為50℃。已知常壓下25%濃度的溶液因蒸汽壓下降而引起的沸點(diǎn)升高為3.2℃，因液體靜壓強(qiáng)而引起的沸點(diǎn)升高為4.1℃，基于傳熱外表面積的總傳熱系數(shù)為1300W/（m2.℃）。加熱蒸汽的絕壓為120KPa，冷凝器的溫度為59℃，濃縮熱可略。求：（1）該蒸發(fā)器每小時(shí)能至少處理多少公斤原料液F？（2）加熱蒸汽消耗量D/（3）單位蒸汽消耗量e解：取因流動(dòng)阻力而引起的溫度差?'''為1℃，故二次蒸汽溫度為60℃，查出其汽化熱為2355.1KJ/Kg。據(jù)加熱蒸汽絕壓為120KPa，查出其溫度為104.5℃，氣化熱為2246.8KJ/Kg。（2分）（1）求原料液處理量F。①由題給條件并暫且忽略熱損失可得：Q=Wr/+FCpo(t1-to)（A）W=F(1-o1XX)(B)(2分)聯(lián)立以上兩式，即可求出F，其兩式中各量為：②溶液沸點(diǎn)t1。t1=?''+?'+'T,已知?''=4.1℃題給的△/a應(yīng)校正到操作壓強(qiáng)下。f=()220.0162T'2730.0162(60273)0.763r'2355.1++==（1分）△/=f△/a=0.763×3.2=2.44℃（1分）故t1=60+2.44+4.1=66.54℃（1分）③求傳熱速率φφ=KoSo(T-t1)=61300360050(104.566.54)8.883101000??-=?KJ/h(2分)④原料液比熱容Cpo取水的比熱容Cpw=4.187KJ/(Kg.℃)因Xo⑤求F將各有關(guān)量代入式（A）和（B）可得：Q=2355.1W+3.768F（66.54-50）=8.883×106（C）W=F（1-0.10.25）=0.6F（D）將（D）式代入（C）式可得:2355.1×0.6F+3.768F×16.54=8.883×106可解出F=6.02×103Kg/h（2分）（2）加熱蒸氣消耗量D/①D=63Q8.883103.9510r2246.8?==?Kg/h(1分)②取熱損失系數(shù)為0.97，加熱蒸氣的實(shí)際消耗量為：D/=33D3.95104.072100.970.97?==?Kg/h(1分)（3）單位蒸汽消耗量ee=33D'4.072101.13W0.66.0210?==??30.在傳熱外表面積為10m2的蒸發(fā)器內(nèi)將某水溶液由15%濃縮到40%，沸點(diǎn)進(jìn)料，要求每小時(shí)蒸得375Kg濃縮液，加熱蒸氣壓強(qiáng)為200KPa，蒸發(fā)室操作壓強(qiáng)為20KPa，此操作條件的總溫度差損失為8℃，濃縮熱可忽略。假設(shè)熱損失可略。求：（1）開(kāi)始投入使用時(shí)，此蒸發(fā)器基于外表面積的總傳熱系數(shù)Ko為多少？（2）操作一段時(shí)間后，問(wèn)物料結(jié)垢，為完成同樣蒸發(fā)任務(wù)，需將加熱蒸氣的壓強(qiáng)提高到350KPa，問(wèn)此時(shí)蒸發(fā)器的K0/為多少？（因流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失?'''可略）解：（1）由附錄查出20KPa水蒸汽飽和溫度為60.1℃，汽化熱2354.9KJ/Kg；200KPa水蒸汽飽和溫度為120.2℃；350KPa水蒸汽飽和溫度為138.8℃。（2分）①蒸發(fā)量W：01x0.15WF(1)F(1)0.625Fx0.40=-=-=（A）已知，F(xiàn)-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）②求K0：已知沸點(diǎn)進(jìn)料；濃縮熱可略；且熱損失不計(jì)，則QWr'=?；且?''+?'=8℃溶液沸點(diǎn)t1=?''+?'+'T=60.1+8=68.1℃(1分)()31oW.r'6252354.910Ko785(Tt)S3600120.2-68.110??===-??W/（m2.℃）(2分)（2）此時(shí)，K0/為：()()31W.r'6252354.910Ko'T'tSo3600138.868.110??==-?-?=578W/（m2.℃）31.將7%的某種水溶液在常壓?jiǎn)涡д舭l(fā)器中連續(xù)濃縮到24%，原料液的溫度為20℃。估計(jì)出因溶液蒸汽壓下降而引起的溫度差損失為3.5℃，因液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失3.0℃。加熱蒸汽壓強(qiáng)為294.3KPa（絕壓）；蒸發(fā)器的傳熱外表面積S0為43m2，基于外表面積的總傳熱系數(shù)K0為1100W/（m2.℃）,熱損失為蒸發(fā)器傳熱量的5%。已查出在常壓及294.3KPa時(shí)水蒸氣飽和溫度分別為100℃及132.9℃。汽化潛熱分別為2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。求：完成液的流量Kg/h。（假設(shè)濃縮熱可忽略）解：（1）溶液的沸點(diǎn)t1=?''+?'+'T=100+3.5+3=106.5℃(1分)（2）溶液的比熱Cp=Cpw（1-x0）=4.187（1-0.07）=3.894KJ/（Kg.℃）(1分)（3）蒸發(fā)器的傳熱速率為QQ=K0S0（T-t1）=1100×43×（132.9-106.5）=12.49×105W（2分）（4）熱量衡算知：①Q(mào)=1.05〔F.Cp,0(t1-to)+W.r/〕(2分)②W=F（1-XoX1）=F（1-0.070.24）=0.71F（1分）代入①式得：③1.05〔F×3.894×（106.5-20）+0.71F×2258〕×10003600=12.49×105即1.05（336.83F+0.71F×2258）×10003600=12.49×1051940F=4282285.7；F=2207.4Kg/h（3分）（5）完成液流量為F-W=2207.4-0.71×2207.4=640.15Kg/h32.臨時(shí)需要將850Kg/h的某種水溶液從15%連續(xù)濃縮到35%?，F(xiàn)有一個(gè)S0為10m2的小型蒸發(fā)器可供使用。原料