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6.蒸发-概念题（题目）[一]单选择题(1) x06a02908为了提高蒸发器的生产强度A 应设法提高总传热系数或提高传热温度差, 或同时提高二者B 不应考虑传热系数问题, 而应设法提高传热温度差C 不应考虑传热温度差问题, 而应设法提高传热系数(2) x06a03037当加热蒸汽压力及冷凝器真空度相同，且每个蒸发器的传热面积、传热系数都相同，多效蒸发与单效蒸发操作相比较(1) 生产能力( ) (2) 经济性( ) (3) 生产强度( )(4) 有效温差( ) (5) 理论温差( )请选择以下答案之一填入A 多效蒸发大于单效蒸发B 多效蒸发小于单效蒸发C 多效蒸发与单效蒸发一样(3) x06a05009为了蒸发浓缩某种粘度随浓度和温度变化较大的溶液，应采用A 并流加料流程B 逆流加料流程C 平流加料流程(4) x06a05010下列几条措施中, 哪一条不能提高加热蒸汽的经济程度？A 采用多效蒸发流程B 引出额外蒸汽C 使用热泵蒸发器D 增大传热面积(5) x06a05037真空蒸发时, 冷凝器操作压强的最低极限取决于A 冷凝水的温度B 真空泵的能力C 当地大气压力D 蒸发器的蒸发水量(6) x06b02038为了工业化蒸发浓缩粘度偏高的稀磷酸水溶液，应采取的适宜蒸发方式是A 并流多效真空蒸发C 逆流多效真空蒸发D 单效真空蒸发(7) x06b03036设计蒸发器时，为减少蒸发所需的传热面积并降低设备费，应选择以下哪几种方案A 高的加料温度B 低的加料温度C 高的蒸发室压力D 低的蒸发室压力E 高的加热蒸汽压力F 低的加热蒸汽压力[二]填空题(1) t06a01103在Q＝Wr式中，W表示______________________________________。
(2) t06a01104用135℃的饱和水蒸汽在蒸发室中加热某液体，使之沸腾，操作条件下，液体的沸点温度为95℃，蒸汽冷凝在饱和温度下排出，则传热的推动力为_________。
中央循环管式蒸发器工作原理中央循环管式蒸发器属于自然循环型的蒸发器。
中央循环管式蒸发器是指由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。
细管内单位体积溶液受热面大于粗管的,即前者受热好,溶液汽化得多,因此细管内汽液混合物的密度比粗管内的小,这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。
粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。
它的加热室由管径为25mr——75mn，长度为1m——2m(长径之比约为20-4)的直立管束组成，在管束中央安装一根较程的管子。
操作时，管束内单位体积溶液的受热面积大于粗管内的，即前者受热好，溶液汽化的多，因此细管内的溶波合汽量多，数使密度比粗管内溶液的要小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的循环运动,做故粗管除称为中央循环管外还称为降液管，细管称为加热管或沸凋管。
为了促使溶液有良好的循环，设计时取中央循环管截面积为加热管束总截面积的40%-10%.它是工业生产中广泛使用且历史悠久的大型蒸发器，至今在化工、轻工、环保等行业中仍被广泛采用。
该设备与盘管式浓缩罐相类似，适用于鱼浆、木糖、牛奶、豆浆、果汁、蕃茄汁、淀粉糖、木糖、葡萄糖等热敏性、高粘度物料的浓缩。
中央循环管式蒸发器工作过程
一、原液进入蒸发器
蒸发器是利用热能将原液加热变成蒸气的一种设备。
原液通过管道进入蒸发器的第一级，经过加热后，液体中的部分水分开始蒸发，原液转化为浓缩液。
二、加热蒸发
在蒸发器中，原液通过加热管进行加热，随着温度的升高，原液中的水分逐渐蒸发，浓缩液的浓度逐渐增加。
热能来源可以是蒸汽、电能或其它热源。
三、蒸发出来的流体气相流向同步器
从蒸发器中蒸发出来的流体气相流向同步器。
同步器的作用是调节蒸发器和浓缩液排出管道之间的压力差，确保蒸发器内部压力稳定，使蒸发过程能够持续稳定地进行。
四、同步器的工作原理
同步器由两部分组成：一部分是气相管道，另一部分是
液相管道。
气相管道与蒸发器出口相连，液相管道与浓缩液排出管道相连。
当蒸发器内部压力升高时，气相管道中的压力也会随之升高，而液相管道中的压力变化不大，这样就会产生压力差，使浓缩液从液相管道流向气相管道，从而维持蒸发器内部的压力稳定。
五、浓缩液排出
从同步器流出的浓缩液通过管道进入下一级处理设备或者直接收集起来。
浓缩液的排出速度和浓度可以根据实际需要进行调节和控制。
六、中央循环管的作用
中央循环管是蒸发器的重要组成部分，它可以将加热后的溶液进行循环流动，增加溶液在蒸发器中的停留时间，从而提高蒸发效率。
同时，中央循环管还能防止溶液在蒸发器内壁形成热阻层，保证传热效率。
综上所述，中央循环管式蒸发器的工作过程包括原液进入蒸发器、加热蒸发、蒸发出来的流体气相流向同步器以及浓缩液排出等步骤。
通过这些步骤，原液可以转化为浓缩液并排出，实现物质的分离和提纯。
中央循环管式蒸发器原理
一、加热室原理
中央循环管式蒸发器的加热室位于蒸发器的底部，由加热管组成。
加热管内通入蒸汽或热水，通过加热管将热量传递给管外的料液。
加热室的设计要考虑到传热效率和均匀性，以保证料液在加热管周围均匀受热，避免局部过热或结垢。
二、蒸发室原理
蒸发室是中央循环管式蒸发器的主体部分，位于加热室之上。
蒸发室内充满待蒸发的料液，加热后的料液在蒸发室中蒸发，产生蒸汽。
蒸发室的设计要考虑到蒸汽的逸出和料液的循环流动，以保持蒸发过程的稳定进行。
三、循环管原理
中央循环管式蒸发器的循环管位于蒸发器顶部，连接加热室和蒸发室。
循环管的作用是将加热后的料液引入蒸发室进行蒸发，并将产生的蒸汽送回加热室进行冷凝。
循环管的长度和直径根据蒸发器的设计参数确定，以保证良好的循环流动和传热效果。
四、液位控制原理
中央循环管式蒸发器的液位控制是保证蒸发过程稳定进行的重要环节。
液位控制通过调节进入蒸发器的料液流量来实现。
当蒸发器内的料液液面下降时，液位传感器会发出信号，控制料液泵增加进料量；当蒸发器内的料液液面上升时，液位传感器会发出信号，控制料液泵减少进料量。
通过液位控制，可以保持蒸发器内的料液液面稳定，避免因液面波动而影响蒸发过程的稳定进行。
总之，中央循环管式蒸发器的工作原理是通过加热室将热量传递给料液，使其蒸发产生蒸汽；通过循环管将蒸汽送回加热室进行冷凝，形成循环流动；通过液位控制保持蒸发器内的料液液面稳定。
这些原理共同作用，实现了中央循环管式蒸发器的稳定运行和高效蒸发。
第五章 蒸发1. 在单效中央循环管蒸发器内,将10%(质量分数,下同)NaOH 水溶液浓缩到25%,分离室内绝对压强为15kPa,试求因溶液蒸气压下降而引起的沸点升高及相应的沸点。
解:15a kP 压力下.饱和蒸汽的温度为53.5C .汽化热为2370/KJ kg(1).由附录查得的数值求算由于溶液在加热管内不断循环,管内溶液始终接近完成液组成,故以25的组成计算沸点升高,常压下,25NaOH 水溶液的沸点为113.1C ,故 '22113.110013.10.0162(273)0.0162(53.5273)0.7292370a CT f r =-=⨯+⨯+=== 操作条件下的沸点升高值为'0.72913.19.55a f C ==⨯=操作条件下的沸点9.5553.563.05t C =+=(2).用杜林直线求算根据53.5w t C =及组成25,由教材图5-12查得操作条件下溶液沸点为63C6353.59.5C =-=(3).利用经验公式计算2210.14210.1420.25 1.0355150.75 2.71150.750.25 2.710.258.744m k x y x x =+=+⨯==-=⨯-⨯=由于''''8.744 1.035553.564.1464.1453.510.64m A w A m w y t kt t y kt C C=-∴=+=+⨯==-=2. 上题的NaOH 水溶液在蒸发器加热管内的液层高度为1.6m,操作条件下溶液的密度约为l230kg/m 3。
试求因液柱静压强引起的沸点升高及溶液的沸点。
解:液层中部压强为312309.81 1.615102465324.6522m a a glP P P kP ρ⨯⨯=+=⨯+≈与24.65a kP 对应的蒸汽温度为63.1C ,故'''''63.153.59.69.559.619.15C C =-==+=+=∑沸点53.519.1572.65t C =+= 3. 前两题的溶液在传热面积为铀矿的蒸发器内,用绝对压强为120KPa 的饱和蒸汽加热。
标准蒸发器
一、标准蒸发器的原理
标准蒸发器也称为中央循环管式蒸发器，是一个由直立的加热管束组成的列管式换热器，管束中心的直径较大的管子称为中央循环管。
是目前应用较为广泛的蒸发设备。
操作时，液体由中央循环管下降，而由加热管束上升做循环流动。
蒸发的二次蒸汽和完成液分别从蒸发器顶部和底部排出。
循环管的截面积一般为管束总面积的40%-100%，管束直径25-75mm，管长与管径比20-40.溶液的循环速度在0.5m/s。
二、标准蒸发器的特点
1、标准蒸发器的优点
结构简单、制造方便、操作可靠、投资费用较小。
2、标准蒸发器的缺点
溶液的循环速度较低、传热系数较低、清洗和维修不够方便。
三、标准蒸发器的应用
中央循环管式蒸发器只适用于蒸发结垢不严重，只有少量结晶析出和腐蚀性小的料液。
食品工程原理课程设计说明书番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计姓名：学号：班级：年月日设计任务书目录1.前言1.1 概述1.2蒸发器选型2.单效蒸发工艺计算2.1 物料衡算2.2 热量衡算2.3 传热面积计算2.4 计算结果列表3.蒸发器主体工艺设计3.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.1 加热管的选择和管数的初步估计3.1.2 循环管的选择3.1.3 加热室直径的确定3.1.4 分离室直径与高度的确定3.2 接管尺寸的确定3.3 进料方式及加热管排布方式的确定3.3.1进料方式的确定3.3.2加热管排布方式的确定3.4 仪表、视镜与人孔的确定3.5 蒸发器主要部件规格列表4.蒸发装置的辅助设备4.1 气液分离器4.2 蒸汽冷凝器5.结语致谢附表参考文献1.前言1·1 概述食品工程原理是食品工程与科学专业主要课程之一，食品工业包含诸多的单元操作，如蒸发、结晶、杀菌等，本课程均有介绍。
本次设计题目为番茄汁单效连续加料蒸发装置的设计。
通过设计，一方面提高学生对食品工业单元操作的认识，另一方面加深学生对食品工程原理课程的理解与掌握。
本设计涉及的单元操作为蒸发。
蒸发是典型的传热过程，即是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。
蒸发是一种分离操作，广泛应用于化工、轻工、制药和食品等许多工业中溶剂为挥发性而溶质为非挥发性的场合。
在许多场合，蒸发系统的热量经济性成为整个生产流程的关键因素。
工业上蒸发主要以浓缩和分离为主要目的。
本设计以浓缩为主要目的，设计出将番茄汁的可溶性固形物含量由8％浓缩为40％的单效连续加料蒸发装置。
本设计首先确定浓缩罐的处理能力为6t/h番茄汁原浆。
根据选用蒸发器的特点进行物料衡算、热量衡算，进一步确定换热器的传热面积。
根据经验及相关文献，选取加热管的长度为1.3m，管径为50mm。
进而确定加热管数目，并确定排布方式。
根据加热管截面积与中央循环管的截面积的关系以及中央循环管直径与加热室直径的关系确定中央循环管的直径和加热室的直径。
从而完成加热室的设计；根据分离室与加热室的比例关系确定分离室的尺寸；根据物料流量及特性确定各输送管道的直径、选材以及其他部位的选材并确定定气液分离器以及冷凝器的型号；最后在需要的部位安装相关仪表、视镜以及人孔。
1·2蒸发器选型蒸发操作的蒸发器有悬筐式蒸发器、强制循环蒸发器、升膜式蒸发器、降膜式蒸发器、中央循环管式蒸发器等，本设计采用的是中央循环管式蒸发器，其简介如下：1·2·1结构和原理其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。
当加热室内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。
在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。
溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。
二次蒸汽于蒸发室中经气液分离器与溶液分离后上升，由冷凝器冷凝。
（如图1所示）1·2·2特点这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有"标准蒸发器"之称。
为使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积，一般为其余加热管总截面积的40%～100%；加热管的高度一般为1～2m ；加热管径多为25～75mm 之间。
但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s 以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其浓度始终接近完成液浓度，因而溶液沸点交高、有效温差减小。
此外，设备的清洗和检修也不够方便。
2.单效蒸发工艺计算2·1 物料衡算物料衡算可以求出蒸发水量。
图1为单效蒸发的物料流程图。
对溶质作物料衡算可得：10)(w W F Fw -= (2-1-1))1(1w w F W -= (2-1-2) 式中F ——进料口原料液质量流量，kg/s ； W ——蒸发水量，kg/s ；0w ——原料液浓度， 1w ——完成液浓度，设计处理能力为6t/h,即 进料口原料液质量流量：s kg skgF /6667.136006000==原料液浓度：08.00=w 完成液浓度：40.01=w将上述数据带入式（2-2），可得：2·2 热量衡算热量衡算可求出加热蒸汽消耗量，设加热蒸汽的质量流量为D ，其汽化潜热为r ，加热s kg s kg W /3334.1)40.008.01(/6667.1=-=室内溶液比热容为0p c ，二次蒸汽的汽化潜热为r ’，热量损失为Q L ，根据能量守恒可知：rQ Wr t t Fc D Lp ++-=')(010 （2-2-1）式（2-2-1）即加热蒸汽消耗量的计算公式。
从公式可以看出，加热蒸汽放出的热量用于三个方面：将料液从t 0加热到沸点，将其汽化，以及弥补热损失。
设计中热损失忽略不计，并采取沸点进料（t 0=t 1），则得：rr WD '= （2-2-2） 水的汽化潜热随温度或压强的变化不大，可取'r r ≈，从而W D ≈， 即加热蒸汽量为：s kg D /3334.1=2·3 传热面积计算由传热速率方程得到蒸发室的加热面积为：)(1t T K Drt K Q S m -=∆=（2-3-1） 式中： S ——传热面积，m 2；Q ——传热量，J ；K ——传热系数，)/(15002K m W K ⋅=；m t ∆——加热蒸汽与操作液沸点之差，℃；T ——加热蒸汽温度，℃；t 1——操作液沸点，℃；式（2-3-1）中D 、K 已知，可查得200kPa 的压强下C T o2.120=，50kPa 的压强下C t o 2.81'1=；由于溶液的蒸汽压降低而导致的沸点升高'∆和液体静水压引起的沸点升高''∆的存在，操作液实际沸点为：''''11∆+∆+=t t （2-3-2）'∆的计算：吉辛科公式：''0∆=∆f （2-3-3）式中：'0∆——操作液浓度对应蔗糖溶液在0.1Mpa 下的沸点升高(可由附表1查出)f ——校正系数，其值为：rt f 2)'273(0162.0+⨯= （2-3-5）式中 r ——操作压强下水的汽化潜热，kJ/kg 。
可查得50kPa 下t ’=81.2℃，r=2304.5kJ/kg ，则：8819.05.2304)2.81273(0162.02=+⨯=f代入式（2-3-3）可得：C C o o 0583.12.18819.0'=⨯=∆''∆的计算：2gHp p m ρ+= （2-3-6）式中 ρ——液体的密度，kg/m 3;H ——总液层的高度，m 。
设计中：液面的高度：H ＝1.8m ；番茄汁的密度可由糖溶液物性的经验拟和式求出，)/(01809.0108453.1100315.2726.32473.06.100532323m kg x tx t x t +⨯-⨯-+-=--ρ （2-3-7）式中 t ——温度，℃；x ——糖的质量分数,%。
操作压强为50kPa ，对应水的沸点为81.2℃，可近似认为t=81.2℃，且已知x 为40，则有：31144.1151kg/m ρ=则：Pams m Pa gHp p m 60297.035028.1/10g/m 1144.1151k 50000223=⨯⨯+=+=ρ分别由压强p 和p m 查取水的相应沸点为t 和t m ，则静压效应的沸点升高''∆近似为t t m -=∆''(2-3-8)即 C C C ooo4.42.816.85''=-=∆ 则：CC C C t t o o o o 6583.864.40583.12.81''''11=++=∆+∆+= 代入公式（2-3-1）可得：22159)6583.862.120)(/(1500/10005.2304/3334.1)(m C C K m W kgJ s kg t T K Drt K Q S oo m ≈-⋅⨯⨯=-=∆=2·4 计算结果列表表2-4-1衡算及传热计算结果3.蒸发器主体工艺设计我们选取的中央循环管式蒸发器的计算方法如下。
3·1 加热管的选择和管数的初步估计 3·1·1 加热管的选择和管数的初步估计沸腾加热管多采用mm 7525～φ的管子，长度一般在m 2~6.0，管长与管径之比为40~20，材料为不锈钢或其他耐腐蚀材料。
管径与长度的选择应根据溶液结垢难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑，易结垢和易起泡沫溶液的蒸发易选用粗短管，反之，则采用细长管。
根据我们的设计任务和番茄汁的性质，我们选用以下的管子：管长 L ＝1.3m ，管径mm 5.2*50φ可以根据加热管的规格与长度初步估计所需的管子数n ，2893.105.014.3592≈⨯⨯=⋅⋅=m m m L d S n π （3-1-1）式中：S ——蒸发器的传热面积，m 2，由前面的工艺计算决定（优化后的面积） d ——加热管外径，m L ——加热管长度，m 3·1·2 循环管的选择中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的40％～100％。
循环管的截面积是根据使循环阻力尽量减小的原则考虑的，假设中央循环管的截面积一般为总加热管束截面积的70％，则：总加热管束截面积：2225672.0405.014.32894'm m d n S ≈⨯⨯=⋅⋅=π （3-1-2） 中央循环管的截面积：223970.05672.07.0'7.0m m S S ≈⨯＝＝循环 （3-1-3） 中央循环管的直径：m m S d 7111.014.33970.0442≈⨯＝＝循环循环π （3-1-4） 3·1·3 加热室高度及直径的确定加热室高度略低于液面高度，设为1.7m 。
中央循环管的直径一般为加热室直径的1/4～1/5，设计中取1/4。
则：加热室直径：m m d d 8444.27111.044=⨯⋅＝＝循环加热室 （3-1-5） 3·1·4 分离室直径与高度的确定 分离室尺寸确定原则：（1）对于中央循环管式蒸发器，其分离室一般不能小于1.8m ，以保证足够的雾沫分离高度。
分离室的直径也不能太少，否则二次蒸汽流速过大，导致雾沫夹带现象严重。
一半分离室高度为加热室高度的1.1～1.5倍。
（2）在条件允许的情况下，分离室的直径尽量与加热室相同，这样可使结构简单制造方便。
