下载文档原格式
第五章习题解答1. 什么样的溶液适合进行蒸发？答：在蒸发操作中被蒸发的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶剂的溶液。
只要是在蒸发过程中溶质不发生汽化的溶液都可以。
2. 什么叫蒸发？为什么蒸发通常在沸点下进行？答：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。
在蒸发操作过程中物料通常处于相变状态，故蒸发通常在沸点下进行。
3. 什么叫真空蒸发？有何特点？答：真空蒸发又称减压蒸发，是在低于大气压力下进行蒸发操作的蒸发处理方法。
将二次蒸汽经过冷凝器后排出，这时蒸发器内的二次蒸汽即可形成负压。
操作时为密闭设备，生产效率高，操作条件好。
真空蒸发的特点在于：①操作压力降低使溶液的沸点下降，有利于处理热敏性物料，且可利用低压强的蒸汽或废蒸汽作为热源；②对相同压强的加热蒸汽而言，溶液的沸点随所处的压强减小而降低，可以提高传热总温度差；但与此同时，溶液的浓度加大，使总传热系数下降；③真空蒸发系统要求有造成减压的装置，使系统的投资费和操作费提高。
4. 与传热过程相比，蒸发过程有哪些特点？答：①传热性质为壁面两侧流体均有相变的恒温传热过程。
②有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢或产生泡沫、高温下易分解或聚合；溶液的浓度在蒸发过程中逐渐增大、腐蚀性逐渐增强。
二次蒸汽易挟带泡沫。
③在相同的操作压强下，溶液的沸点要比纯溶剂的沸点高，且一般随浓度的增大而升高，从而造成有效传热温差减小。
④减少加热蒸汽的使用量及再利用二次蒸汽的冷凝热、冷凝水的显热是蒸发操作过程中应考虑的节能问题。
5. 单效蒸发中，蒸发水量、生蒸气用量如何计算？答：蒸发器单位时间内从溶液中蒸发出的水分质量，可用热负荷来表示。
也可作物料衡算求得。
在蒸发操作中，加热蒸汽冷凝所放出的热量消耗于将溶液加热至沸点、将水分蒸发成蒸汽及向周围散失的热量。
蒸汽的消耗量可通过热量衡算来确定。
6. 何谓温度差损失？温度差损失有几种？答：溶液的沸点温度t往往高于二次蒸汽的温度T’，将溶液的沸点温度t 与二次蒸汽的温度T'之间的差值，称为温度差损失。
化工原理试卷1一、填空题（24分）：1、（3分）理想流体与实际流体的区别是。
2、（3分）减少流体在管路中流动阻力Σh f的措施有：__________________________________________，__________________________ ，____________ ___。
3、（3分）当不可压缩流体在水平放置的变径管路中作稳态的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压强。
（增大、不变、减小）4、（3分）一旋风分离器所分离颗粒最小临界直径为50μm，用其来分离粒度范围在20μm—50μm的粉尘，理论上其分离效率应该是。
5、（4分）在离心泵正常工作范围内，若将泵出口调节阀关小，则离心泵的轴功率，压头将，出口管路上的压力表读数将，入口管路上的真空表读数将。
（增大、不变、减小）6、（4分）一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉受潮后其保温效果将，主要原因是7、（4分）蒸发强度是指。
二、选择题（15分，每题3分）：1、对同一种流体来说，如果流体流速发生变化导致层流底层变薄，则（）A、近壁面流体速度梯度变小B、流动阻力变小C、流动阻力变大D、流体湍动程度变小2、离心泵将液体从低处送到某一高度的垂直距离称之为（）A、扬程B、升扬高度C、吸液高度D、泵进出口高度3、恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤时间减半，其它条件均不改变，则所获得的滤液量（）/1倍 D、为原来的1/2倍A、为原来的1/3倍B、为原来的2倍C、为原来的24、流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（）方式进行的。
A、热传导B、热对流C、热辐射D、以上都是5、蒸发操作的经济性取决于（）A、生产能力B、加热蒸汽的利用率C、加热蒸汽的温度D、蒸发强度三、简答题（10分）：1. 要提高传热系数K，为什么要着重提高给热系数小的一侧？请进行简要分析。
四、计算题（51分，每题17分）：1、有一输水系统如图所示，输水管直径为Φ45×2.5mm，己知管路摩擦损失Σh f为 3.2u2/2，u为管路内水的流速，求水的流量。
将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断去除，以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。
一、蒸发原理与目的蒸发原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。
它采用加热的方法，使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化除去，而溶液得到浓缩。
蒸发目的：1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。
2. 获得饱和溶液，冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。
3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。
从目的看：是使溶剂和溶质分离，属化工分离，传质过程。
从机理看：溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率，属传热过程。
二、基本流程图热源：水蒸汽，一般称为加热蒸汽。
二次蒸汽：当蒸发的物料为水溶液时，蒸发产生的溶剂蒸汽，亦称为水蒸气。
注意：加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。
料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。
二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多效蒸发。
蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。
三、蒸发过程的特点与方法特点：(1) 传热性质传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。
(2) 溶液特性有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等。
(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度下纯溶剂的蒸气压。
因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。
溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。
(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫，须除去。
(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。
食品工业蒸发的特点1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器2.腐蚀性设备防腐,不锈钢3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械装置消泡5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀；蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等；均形成垢层蒸发的分类●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，例如海盐的晒制。
D．物质的热导率均随温度的升高而增大3.传热的目的是为ABC。
A．加热或冷却B．换热，以回收利用热量C．保温D．萃取4.根据冷、热两流体的接触方式的不同，换热器包括ABC等类型。
A．直接混合式B．蓄热式C．间壁式D．沉降式5.热量传递的基本方式为ABC。
A．热传导（简称导热）B．对流传热C．热辐射D．相变传热6.下列有关导热系数论断中正确的是ABCDE。
A．导热系数λ的大小是当导热温差为1℃，导热距离为1m、导热面积为1m2时的导热量，故λ的大小表示了该物质导热能力的大小，λ愈大，导热愈快B．一般来说，金属的导热系数数值最大，固体非金属次之，液体较小，气体最小C．大多数金属材料的导热系数随温度的升高而下降，而大多数非金属固体材料的导热系数随温度的升高而增大D．金属液体的导热系数大于非金属液体的导热系数，非金属液体中除水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度的升高而减小，一般情况下，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数E．气体的导热系数随温度的升高而增大，在通常压力下，导热系数与压力变化的关系很小，故工程计算中可不考虑压力的影响7.气体的导热系数数值随温度的变化趋势为A。
A.T升高，λ增大B.T升高，λ减小C.T升高，λ可能增大或减小D.T变化，λ不变8.空气、水、金属固体的导热系数分别为λ1、λ2、λ3，其大小顺序 B 。
A.λ1＞λ2＞λ3B.λ1＜λ2＜λ3C.λ2＞λ3＞λ1D.λ2＜λ3＜λ19.水银、水、软木的导热系数分别为λ1、λ2、λ3，其大小顺序是 A 。
A.λ1＞λ2＞λ3B.λ1＜λ2＜λ3C.λ2＞λ3＞λ1D.λ2＜λ3＜λ110.下列比较铜、铁、熔化的铁水三种物质导热系数的大小论断中正确的是A 。
A．铜的导热系数最大，铁水的最小B．铁水导热系数最大，铁的最小C．铜的导热系数最大，铁的最小D．铁的导热系数最大，铁水的最小11.对于通过多层壁面的定态导热过程而言，下列论断中正确的是ABCD 。
《化工原理》硕士研究生考试大纲一、考试性质化工原理是报考化学工程与技术一级学科硕士研究生的入学考试科目之一，是教诲部授权各招生院校自行命题的选拔性考试。
其命题和评价标准是相关工科专业优秀本科毕业生能达到的水平，以保证被录取者具有较好的化工基础。
《化工原理》以传递过程（动量传递、热量传递和质量传递）为主线，涵盖了化学工业中涉及的主要单元操作过程。
要求考生控制研究化学工程问题的基础知识和基本主意，控制化工单元操作的基本原理、操作过程及典型设备设计、选型与校核计算的能力，并具备综合运用所学知识分析和解决问题的能力。
本大纲力求反映专业特点，以科学、平等、确切、规范的尺度去测评考生的化学工程基础知识水平、基本判断素质和综合应用能力。
二、评价目标（1）是否熟练控制单元操作的基本概念和基础理论；（2）是否控制主要单元操作过程的基本设计和操作计算主意；（3）是否控制典型设备的特性和操作，并具备基本选型能力；（4）是否能够灵便运用所学基础理论，对化工单元过程举行操作分析和调节，并解决单元操作常见问题。
三、考试内容考试的核心在基本概念、基础理论和最基本的定量、定性分析主意，含有一定的代数、数值计算工作量，需要决定计算器。
（一）流体流动考试要求：控制流体流动过程中的基本原理及流动逻辑，包括流体静力学方程、延续性方程和柏努利方程。
能够灵便运用流体力学基本知识分析和计算流体流动问题，包括流体流动阻力计算和管路计算。
第1页/共13页1.1流体静力学（1）流体的压强及表示方式；（2）流体静力学基本方程式及应用。
1.2流体动力学（1）流动过程的质量守恒方程；（2）机械能守恒方程、动量守恒方程及应用。
1.3流体在管内的流动阻力（1）流体流动现象（流体的粘性及粘度的概念、圆管内的流动逻辑、边界层的概念）；（2）流动型态（层流和湍流）及判据；（3）流动过程阻力的计算以及因次分析主意。
1.4管路计算（1）流体输送管路的计算;（2）复杂管路（并联管路、分支管路）的特点；（3）非定态流动的计算。
全⾯讲解蒸发器的的结构、性能特点及选型技巧（图⽂并茂） 蒸发的概念 将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从⽽将溶液浓缩的过程称为蒸发。
蒸发操作⼴泛应⽤于化⼯、轻⼯、制药、⾷品等许多⼯业中。
1．蒸发操作的⽬的 ⼯业蒸发操作的主要⽬的是： （1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进⼀步处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如稀烧碱溶液（电解液）的浓缩、蔗糖⽔溶液的浓缩以及各种果汁、⽜奶的浓缩等等； （2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海⽔蒸发脱盐制取淡⽔。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药⽣产中酒精浸出液的蒸发。
⼯业上被蒸发的溶液多为⽔溶液，故本章的讨论仅限于⽔溶液的蒸发。
原则上，⽔溶液蒸发的基本原理和设备对其它液体的蒸发也是适⽤的。
2．蒸发流程 按照分⼦运动学说，当液体受热时，靠近加热⾯的分⼦不断地获得动能。
当⼀些分⼦的动能⼤于液体分⼦之间的引⼒时，这些分⼦便会从液体表⾯逸出⽽成为⾃由分⼦，此即分⼦的汽化。
因此溶液的蒸发需要不断地向溶液提供热能，以维持分⼦的连续汽化；另⼀⽅⾯，液⾯上⽅的蒸汽必须及时移除，否则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，汽化将不能连续进⾏。
液体蒸发过程 液体蒸发的简化流程如图⽚所⽰，其主体设备—蒸发器由加热室和分离室两部分组成，其中加热室为⼀垂直排列的加热管束，在管外⽤加热介质（通常为饱和⽔蒸汽）加热管内的溶液，使之沸腾汽化。
浓缩了的溶液（称为完成液）由蒸发器的底部排出。
⽽溶液汽化产⽣的蒸汽经上部的分离室与溶液分离后由顶部引⾄冷凝器。
为便于区别，将蒸出的蒸汽称为⼆次蒸汽，⽽将加热蒸汽称为⽣蒸汽或新鲜蒸汽。
对于沸点较⾼的溶液的蒸发，可采⽤⾼温载热体如导热油、融盐等作为加热介质，也可以采⽤烟道⽓直接加热。
3．蒸发过程的分类 （1）常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发 按蒸发操作压⼒的不同，可将蒸发过程分为常压、加压和减压（真空）蒸发。
经济视野Economic Vision 一、MVR 节能技术应的必要性产业结构调整、淘汰落后产能、推广应用新技术、制订节能激励政策等都是抓好节能工作重要措施，随着节能工作的深入开展,靠常规的节能手段要达到节能“双控”目标已很难，要完成节能“双控”,所有这些措施支撑点是技术创新，在技术创新中工艺技术创新是首选, 化工企业中浓缩蒸发是常用的化工生产单元，国内常用的浓缩设备为单效真空、双效真空、三效真空，效数量增加投资增加能耗下降不明显，经济性变差。
真空蒸发的原理是在真空下物料的沸点降低，耗能减少，而多效是第一效物料汽化出来的蒸汽去加热下一效的物料，二效物料汽化出来的蒸汽去加热第三效的物料，第三效出来的蒸汽经冷凝器用循环水冷却后排放或回收套用，冷凝热被冷却水吸收，冷却水通过冷却塔把热量散发到大气中去。
一般蒸汽耗量单效为蒸发水量的1.05~1.1倍，二效为蒸发水量的0.64倍，三效为蒸发水量的0.42倍，如果考虑蒸汽冷凝水的热量回及喷射热泵的运用能耗可以降到0.38倍。
如蒸汽价格160元/吨,每蒸发一吨水仍需60.8元，这对于产品生产还可承受，而对于化工污水的浓缩蒸发脱盐是承受不了。
而对于绝大部份的化工污水最难的就是高盐的有机废水，不但CODcr 高达几万，含盐量在5%~10%，这么高的含盐废水要用生化来处理达标几乎是不可能的，比较通用的办法是加水稀释到0.5%~1%以下，这造成排污量的大幅增加，与节能减排的原则相违背。
所以这个问题一直是许多化工企业困扰多年的难题。
近年来通过不断的技术创新，开创出出了一种高效节能的蒸发浓缩新技术，该技术的核心是把原来加热汽化出来的蒸汽经机械压缩增温后再返回到物料加，靠压缩压热后的温升来维护正常的浓缩蒸发，把原来需要用冷却水来冷却的热量充份利用起来，达到节能源的目的，采用该技术可以不用锅炉只用电能，可以大大减少大气污染及温室气度的排放。
二、MVR 节能技术简介该技术学术名称叫机械式蒸汽再压缩蒸发器（Mechanical Vapor Recompression 简称MVR)，是利用蒸发器中产生的二次蒸汽，用压缩机压缩，压缩后的蒸汽压力、温度升高，热焓增加，然后再送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。
