第七章 蒸发

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？10. 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50 kPa ，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) 101.3 10050 81.2 2304.5在101.3 kPa 时，25%NaOH 溶液的沸点为113.07 ℃。

常压下溶液的沸点升高为Δ a =（113.07–100）℃=13.07℃50 kPa 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t A 。

∆'=（93–81.2）℃=11.8 ℃（2）用式6-17经验公式估算a f '∆=∆=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2.0 m ，冷凝器的操作压力为8 kPa ，溶液的平均密度为1 160 kg/m 3，常压下溶质存在引起的沸点升高a ∆'=1 ℃，试求溶液的沸点t B 。

解：8 kPa 压力下对应二次蒸汽温度为41.3 ℃，水的汽化热为2497 kJ/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B 41.341.31 1.543.8t ''''=+∆=+++∆=+∆∆''的计算如下：m 2Lgp p ρ'=+与43.8 ℃相对应的压力p '=9.25 kPa则 m 1160 2.09.819.2510002p ⨯⨯⎡⎤=+⎢⎥⨯⎣⎦kPa=20.63 kPa与p m 对应的溶液沸点为60.7 ℃，即t B =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），原料液流量为1 000 kg/h 。

蒸发室的操作绝对压力为50 kPa （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0.3 MPa （133.3 ℃），蒸发器的热损失为12 kW 。

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)0.45x W F x ⎡⎤=-=⨯-⎢⎥⎣⎦kg/h=777.8 kg/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220 kJ/kg ，115 ℃的焓为440 kJ/kg ； 45% NaOH 水溶液115℃的焓545kJ/kg ；115℃水蒸汽的焓为2702.5kJ/kg, 0.3 MPa 下r =2168.1 kJ/kg 。

60 ℃加料时10L()WH F W h Fh Q D r'+--+==777.82702.5(1000777.8)54510002203600122168.1⨯+-⨯-⨯+⨯⎡⎤⎢⎥⎣⎦kg/h=943.9 kg/h 214.18.7779.943===W D e115 ℃加料时=D ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯-⨯-+⨯1.21681236004401000545)8.7771000(5.27028.777kg/h=842.4kg/h 083.18.7774.842==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1 000kg/h ，温度从20 ℃升到70 ℃，其比热容C 0=3.96 kJ/(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x 0；（3）加热蒸汽消耗量和经济性。

解：（1）有效温差和温差损失()m 112598t T t ∆=-=-℃=27 ℃()91981-='-=∆T t ℃=7℃（2）料液组成91 ℃下蒸汽的冷凝热6.2281='r kJ/kghkJ 1098.1h kJ )2070(96.31000)(500⨯=-⨯⨯=-t t FC p6.22811980004⨯=W kg/h=347.1 kg/h1.347kg/h )28.01(1000)1(010=-⨯=-=xx x F W kg/h 1828.00=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/kgrQ t t FC r W D Lp +-+'=)(10=0.409kg/h 8.2191)7098(96.310004.22631.347=-⨯⨯+⨯kg/h8486.00.4091.347===D WE 【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 =1500 kg/h ， 其平均比热容C 0=3.90 kJ/(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105 Pa （表压）。

当地大气压为101.3 kPa 。

蒸发器的总传热系数K 0=1 160 W/(m 2∙℃)，其热损失为8 kW 。

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-⨯=-=x x F W kg/h=1050 kg/h⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-=50151500)1(110x x F W F L kg/h=450 kg/h（2）65 ℃下水的汽化热为r '=2343.4 kJ/kg201.3 kPa 下的蒸汽冷凝热r =2204.5kJ/kg ，T =120.3 ℃ 忽略牛奶的稀释热，则010L()p Wr FC t t Q D r+-+==⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+-⨯⨯+⨯5.220483600)3065(90.315004.23431050kg/h =1222 kg/h164.110501222==e (3)蒸发器的传热面积[]4.23431050)3065(90.31500⨯+-⨯⨯=Q kJ/h=2.665×106kJ/h=740 kW()m B 120.365t T t ∆=-=-℃=55.3 ℃ 3.55116010740300⨯⨯=∆=m t K Q S m 2=11.54 m 2 【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，浓缩液的组成为x 1（质量分数，下同），流量为L 1=500 kg/h ，溶液沸点为105 ℃（即二次蒸汽温度），该温度下水的汽化热1r '=2 245.4 kJ/kg ，物料平均比热容c p =3.52 kJ/(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 '=2283.1 kJ/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x 0。

解：12120.16(1)500(1)0.32x W L x =-=⨯-kg/h=250 kg/h22121211()2502283.1500 3.52(25)2245.4p W r LC t t D W r '+-⨯+⨯⨯-⎡⎤===⎢⎥'⎣⎦kg/h=234.6 kg/h ()11234.6500F W L =+=+kg/h=734.6 kg/h6.234)16.01(6.73401=-⨯=x W kg/h 解得 x 0=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p 0=270.3 kPa （对应饱和温度130 ℃）、第三效溶液的沸点t 3=55℃（对应p 3=15.74 k Pa ）。

各效的总传热系数分别为：K 0,1=2600 W/(m 2∙℃)，K 0,2=2000 W/(m 2∙℃)，K 0,3=1400 W/(m 2∙℃)。