蒸发习题含答案.pdf
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1、精品文档 . 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
2、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
3、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。
4、 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 , 精品文档 . (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 _,
5、_ 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
6、_。 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, a= 113-100=13 729.0 2
7、370 2735.53 0162.00162.0 22 r T f 所以沸点升高值为 =fa=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 =63-53.5=9.5 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 -1 ,加热水蒸气 的温度为120oC ,其汽化热为2205kJ?kg -1 。已知蒸发器内二次蒸气温度为81oC ,由于溶 质和液柱引起的沸点升
8、高值为9oC ,饱和蒸气冷凝的传热膜系数为8000W ?m -2k-1 ,沸腾溶 液的传热膜系数为3500 W?m -2 k -1 。 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。 精品文档 . 解:热负荷 Q=2100 220510 3/3600=1.286 106W 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 K=2435W/m 2K S=Q/K(T-t)=1.28610 6/2435 (120 -90)=17.6 m2 3、某效蒸发器每小时将1000kg 的 25% (质量百分数,下同)NaOH
9、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 值为45oC ,蒸发器的总传热系数为1000 W?m -2 k -1 。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 ?kg -1 。 求:蒸发器的传热面积和加热蒸气消耗量。 解:蒸发水份量:qmW= q mF (1-x 0/x1)=1000(1 -25/50)=500Kg/h=0.139Kg/s 加热蒸汽消耗量: R rqttcq q mWpmF mD )( 010 t1=t0 R rq q mw
10、 mD =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 2 3 4 .20 1051201000 102205139.0 m tTK Q S 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 数为 2349W ?m -2k-1 ,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。 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 -1 。 8%NaOH 的比
11、热容为3.85kJ ?kg -1o C -1 ,110oC 水蒸气的汽化潜热为2234.4kJ ?kg -1 。 解: qmw=4540(1 8/18)=2522kJ/h t=T t=109.2 88=21.2 传热速率: Q=qmF Cpo(t 1t0)+qmwr =4540/3600 3.85 10 3(88 21)+2522/3600 2298.6 103=1936 103 W 2 3 9.38 2 .212349 101936 m tK Q S qmD =Q/r =193610 3/(2234.4 10 3)=0.87kg/s=3130kg/h 5、在一中央循环管式蒸发器内将浓度为10
12、% (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 精品文档 . 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( % )斜率截距 10 40 1.02 1.11 4.5 3.4 解:溶液沸点用40%NaOH 水溶液杜林线的数据计算: t1 +1.11t +1.1180 . 由溶液静压强引起的温度差损失: Ttw 80-75 5 6、双效并流蒸发系统的进料速率为1t ?h -1,原液浓度为 10% ,第一效和第二
13、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 hkg x x qq mFwm /3.333 15.0 1.0 110001 1 0 1 hkg x x qqq mwmFwm /4.333 3.0 15. 0 1)3.3331000(1)( 2 1 12 自蒸发水分量为: 2 2111 )( r ttcqq q pmwmF wm 其中 t 1=108?C, t2=95? C, x120% ,近似地 cp1=cpw(1-x1)=4.
14、187(1-0.15)=3.56kJ/(kg?C) 95? C时 r?2=2270.9kJ/kg 所以自蒸发量为 hkg r ttcqq q pmwmF wm /59.13 9 .2270 )95108(56.3)3 .3331000( )( 2 2111 自蒸发量占第二效总蒸发量的百分数为 %8.40%100 4 .333 59.13 %100 2mw wm q q 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 气加热。 末效二次蒸气的温度为40oC 。各效的传热面积均为140m 2。各效的总传热系数分别为: K1=2950W ?m
15、 -2 ?oC -1, K2=2670W ?m -2 ?oC -1 , K1=2900W ?m -2 ?oC -1 。若忽略溶液中溶质和液柱高度引 qw1 qw2 x1=0.15 qmF=1000kg/h x0=0.1 95?C108?C x2=0.3 精品文档 . 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 t1=19? C t2=21?C t3=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 r 1=2205kJ/kg T2= t1= T1-t1=120-19=101 ? C r2=r ?1 =22
16、57kJ/kg T3= t 2= T2-t2=101-21=80 ?C r3=r ?2 =2307kJ/kg TK= t3= 40 ?C r?3 =2401kJ/kg (2) 总蒸发量 mFmFmFmw qq x x qq875. 0 4. 0 05.0 11 2 0 (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 )( 0111111 ttcqrqtSKQ pmFmw (a) )()( 12122222 ttcqqrqtSKQ pmwmFmw (b) )()( 232133333 ttcqqqrqtSKQ pmwmwmFmw (c) 代入已知值 )90101(2 .422571
17、9140 1000 36002950 1wFmw qq )10180(2 .4)(230721140 1000 36002670 12mwwFmw qqq )8040(2.4)(240140140 1000 36001360 213mwmwwFmw qqqq 解得: 1 85.48611500 mwmF qq ( d) 12 906.135628 mwmw qq (e) 13 35.35 .51713 mwmw qq (f) )55. 35.51713()906.135628( 111321mwmwmwmwmwmwmw qqqqqqq (g) )85.48611500(875.0875. 01
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