1、第五章 習題解答1. 什么樣的溶液適合進行蒸發？答：在蒸發操作中被蒸發的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶劑的溶液。只要是在蒸發過程中溶質不發生汽化的溶液都可以。2. 什么叫蒸發？為什么蒸發通常在沸點下進行？答：使含有不揮發溶質的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質濃度提高的單元操作稱為蒸發。在蒸發操作過程中物料通常處于相變狀態，故蒸發通常在沸點下進行。3. 什么叫真空蒸發？有何特點？答：真空蒸發又稱減壓蒸發，是在低于大氣壓力下進行蒸發操作的蒸發處理方法。將二次蒸汽經過冷凝器后排出，這時蒸發器內的二次蒸汽即可形成負壓。操作時為密閉設備，生產效率高，操作條件好。真空蒸發的特點在于：操作壓力降低

2、使溶液的沸點下降，有利于處理熱敏性物料，且可利用低壓強的蒸汽或廢蒸汽作為熱源；對相同壓強的加熱蒸汽而言，溶液的沸點隨所處的壓強減小而降低，可以提高傳熱總溫度差；但與此同時，溶液的濃度加大，使總傳熱系數下降；真空蒸發系統要求有造成減壓的裝置，使系統的投資費和操作費提高。4. 與傳熱過程相比，蒸發過程有哪些特點？答：傳熱性質為壁面兩側流體均有相變的恒溫傳熱過程。有些溶液在蒸發過程中有晶體析出、易結垢或產生泡沫、高溫下易分解或聚合；溶液的濃度在蒸發過程中逐漸增大、腐蝕性逐漸增強。二次蒸汽易挾帶泡沫。在相同的操作壓強下，溶液的沸點要比純溶劑的沸點高，且一般隨濃度的增大而升高，從而造成有效傳熱溫差減小。

3、減少加熱蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝熱、冷凝水的顯熱是蒸發操作過程中應考慮的節能問題。5. 單效蒸發中，蒸發水量、生蒸氣用量如何計算？答：蒸發器單位時間內從溶液中蒸發出的水分質量，可用熱負荷來表示。也可作物料衡算求得。在蒸發操作中，加熱蒸汽冷凝所放出的熱量消耗于將溶液加熱至沸點、將水分蒸發成蒸汽及向周圍散失的熱量。蒸汽的消耗量可通過熱量衡算來確定。6. 何謂溫度差損失？溫度差損失有幾種？答：溶液的沸點溫度t往往高于二次蒸汽的溫度T，將溶液的沸點溫度t與二次蒸汽的溫度T'之間的差值，稱為溫度差損失。蒸發操作時，造成溫度差損失的原因有：因蒸汽壓下降引起的溫度差損失、因蒸發器中液柱靜壓

4、強而引起的溫度差損失和因管路流體阻力引起的溫度差損失。溫度差損失的存在，將使傳熱推動力降低。扣除了溶液沸點升高值后的傳熱溫差，叫做有效傳熱溫度差。7. 何謂蒸發器的生產能力？何謂蒸發器的生產強度？怎樣提高蒸發器的生產強度？答：蒸發器的生產能力是指單位時間內從溶液中蒸發出的水分質量，即蒸發量W。有時也用熱負荷來表示。蒸發器的生產強度簡稱蒸發強度，是指單位時間、單位傳熱表面上蒸發出水分的質量，以U表示。提高蒸發強度的基本途徑是提高總傳熱系數K和傳熱溫度差。8. 蒸發時，溶液的沸點比二次蒸氣的飽和溫度高的原因是什么？答：溶液中的溶質使溶濟蒸汽壓下降引起的溶液沸點升高；蒸發器中液柱靜壓強而引起的溶液沸

5、點升高；因蒸氣的流動阻力引起的溶液沸點升高。9. 多效蒸發中，“最后一效的操作壓強是由后面的冷凝能力確定的。”這種說法是否正確？冷凝器后使用真空泵的目的是什么？答：不對。蒸發室的操作壓強是根據工藝操作要求，料液的特性，經濟效果等應方面而定的。最后一效操作壓強是由后面冷凝器的真空度確定的，真空度太高時，會導致冷凝器冷凝困難。冷凝器后使用真空泵的目的是去除不凝性氣體。10. 為什么要采用多效蒸發？效數是否愈多愈好？答：在工業生產中，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱熱源，后效的加熱室作為前效二次蒸汽的冷凝器，多效蒸發操作僅第一效需要消耗生蒸汽。各效(末效除外)的二次蒸汽都作為下一效蒸發器的加熱蒸汽，

6、故提高了生蒸汽的利用率即經濟性。隨著多效蒸發效數的增加，溫度差損失隨之加大。因此多效蒸發的效數是有一定限制的。11. 用一單效蒸發器將2000kg/h的NaCl水溶液由11%濃縮至25%（均為質量%），試計算所需蒸發水分量。解：蒸發水分量：12. 在一蒸發器中，將2500kg/h的NaOH水溶液由8%濃縮至27%（均為質量%）。已知加熱蒸汽壓力為450kPa，蒸發室壓力為100kPa (均為絕壓)。溶液沸點為115，比熱為3.9 kJ(kg/K)，熱損失為70kW。試計算以下兩種情況的加熱蒸汽消耗量和單位蒸汽消耗量。25進料；沸點進料。解：25進料沸點進料13. 用一單效蒸發器將1500kg/

7、h的水溶液由5濃縮至25（均為質量）。加熱蒸汽壓力為190kPa，蒸發壓力為30kPa（均為絕壓）。蒸發器內溶液沸點為78，蒸發器的總傳熱系數為1450W/(m2·)。沸點進料，熱損失不計。試計算：完成液量；加熱蒸汽消耗量；傳熱面積。解：完成液量加熱蒸汽消耗量：傳熱面積：14.某食品廠準備用一單效膜式蒸發器將番茄汁從12%濃縮至濃度為28%（均為質量分數）。蒸發器的傳熱面積為5m2，傳熱系數K=1500W/(m2·K)，加熱蒸汽的溫度采用115（其汽化潛熱為2221kJ.kg-1，冷凝水在飽和溫度下排出），蒸發室內蒸汽的溫度為57.3，二次蒸汽的汽化潛熱為2359kJ/kg

8、，采用沸點進料，經計算知：=0.7，=0；熱損失相當于蒸發器傳熱量的5%。求：此蒸發器每小時可處理多少kg番茄汁？加熱蒸汽耗量為多少kg/h？解：求F t1=T+"=57.3+0.7+0=58 Q=5×1500(115-58)=427500W 求D15.現采用某單效真空蒸發器來濃縮某水溶液。已知進料量為10t/h，料液從15%濃縮至濃度為60%（均為質量%），沸點進料；加熱蒸汽壓力為300kN/m2（絕壓）；冷凝水在飽和溫度下排出；冷凝器內的真空度為610mmHg，各項溫度差損失分別為=2.5，=3.5，'''=1；熱損失為加熱蒸汽放出熱量的5%，傳

9、熱系數K=2500w/(m2·K)，試：估算單位蒸汽耗量為多少？估算蒸發器的傳熱面積為多少m2？若產品濃度達不到要求，你認為可采取什么措施？解：蒸發量：單位蒸汽耗量蒸發器的傳熱面積：適當增加蒸發器持液量；提高回執蒸氣溫度；降低二次蒸氣溫度。16.在單效真空蒸發器中，將流量為10000kg·h-1的某水溶液從10%連續濃縮至50%。原料液溫度為31。估計溶液沸點升高為7，蒸發室的絕對壓強為0.2 kgf/cm2。加熱蒸汽壓強為2 kgf/cm2（絕壓），其冷凝水出口溫度為79。假設總傳熱系數為1000 w/(m2·K)，熱損失可忽略。試求加熱蒸消耗量和蒸發器的傳熱面

10、積。當地大氣壓為1 kgf/cm2。已知0.2 kgf/cm2時蒸汽飽和溫度為59.7，汽化潛熱為2356kJ/kg及焓2605.45kJ/kg；2 kgf/cm2時蒸汽飽和溫度為119.6，汽化潛熱為2206kJ/kg及焓為2708 kJ/kg。答：溶液沸點：t1=59.7+7=66.7蒸發量：溶液比熱：Cp=4.187×(1-x0)=4.17×(1-0.1)=3.77 kJ/(kg·K)Q=FCp(t1-t0)+Wr+QL=10000×3.77×(66.7-31)+8000×2356=20193890kJ/h=5609414W(1)蒸汽耗量D=Q/r=20193890/2206=9154 kg/h(2)蒸發器的傳熱面積：17. 欲用一標準式蒸發器將10%的NaOH水溶液濃縮至25%。加料量為12t/h。原料液的比熱為3.76kJ/K，進料溫度為50，加熱室內溶液的密度為1200kg·m3。料液平均高度為1.4m，蒸發室內真空度為51.3kPa，加熱蒸汽壓力為300kPa