资源描述
第四章1传热的基本方式有 、 和 三种。热传导 热对流 热辐射2导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 单位温度梯度下的热传导通量3各种物体的导热系数大小顺序为 。 金属非金属固体液体气体。4在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。滞流内层 对流传热5对流传热速率方程的表达式为 ，其中温度差代表 。 流体与壁面（或反之）间温度差的平均值6在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 并流 逆流 错流 折流7 对流传热系数的主要影响因素有（1） （2） （3） （4） （5） 。 1、流体的种类和相变化的情况2、流体的性质3、流体流动的状态4、流体流动的原因5、穿热面的形状、分布和大小8无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在=0.023/diRe0.8Prn 公式中，n是为校正 的影响。当流体被加热时，n取 ，被冷却时n取 。热流方向 0.4 0.39某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。传热壁面上形成污垢，产生附加热阻，使K值下降。10 当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K公式可简化为：此时若，则有 。11努塞尔特准数Nu表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr表示 的准数，其表达式为 。对流传热系数 物性影响 12蒸汽冷凝有 和 两种方式。膜状冷凝 滴状冷凝13总传热系数的倒数代表 ，提高值的关键是 。间壁两侧流体间传热的总热阻 设法减小起决定作用的分热阻14在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K接近于 的对流传热系数。管 原油15在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。50 带补偿圈的固定管极式 U型管式 浮头式16写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。套管式、管壳式、平板式、翅片管式17两流体可作严格逆流的换热器是(D )A 板翅式换热器 B U型管式列管换热 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器18管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如),为有效提高K值，关键在于（B ）A 提高 B 提高 C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量19 双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为和，其对应的温度差为和，若，则和的关系为（A ）A C = D 无法确定20空气、水、铁的导热系数分别是1、2和3，其大小顺序是（B ）A 123 B 1231 D 23 B C= D 无法确定25保温材料应采用导热系数小的材料制作(对)26 管壳式换热器的传热面积既是管子截面积,可按照来计算(错)27在对流传热时，热阻主要集中在缓冲层（ 错）28努塞尔特准数的表达式为（错），普兰特准数的表达式为 （对）29导热系数，对流传热系数及总传热系数K都是表征物质性能的参数（错）30对于符合情况来说,若时,要提高K值时则主要用提高的值（对）31换热器应采用导热系数大的材料来制造（对）32管壳式换热器设计时，腐蚀性的流体宜走管程（对），而饱和水蒸气冷凝时宜走壳程（对）33何谓热对流？它又可分为哪两类？何谓对流传热？答：热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。（2分），它又可分为强制对流和自然对流两类（1分）。通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程，它是热对流和热传导的结合（3分）（共6分）34管壳式换热器主要由那些部件所构成？它的传热面积如何计算？答：管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、挡板和封头等部件构成。（3分）传热面积 m2 (1分)（共4分）35何谓定态传热？有什么特点？答：在传热系统（如换热器）中温度分布不随时间而变的传热过程称为定态传热，（2分）它的特点是通过传热表面的传热速率为常量（2分）（共4分）36傅立叶定律的表达式如何？简述式中各项含义及单位。答：傅立叶定律的表达式为（2分）式中：-热传导速率，W -温度梯度，/m S-等温表面的面积，m2 -比例系数，称为导热系数 负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反37圆筒壁的定态热传导与平壁的定态热传导有何区别？答：圆筒壁热传导与平壁热传导的区别是圆筒壁的传热面积不是常量，是随半径而变的，且温度也是沿半径方向变化的。38写出当采用平均对流传热系数时的对流传热速率方程，并说明各量的含义及单位。答：当采用平均对流传热系数时，对流传热速率方程可表示为（1分）：通过传热面积S的对流传热速率，W（1分）：平均对流传热系数（1分）S：对流传热面积m2(1分):流体与壁面（或反之）间温度差的平均值(1分)(共5分)39对流传热系数的物理意义是什么？它的单位是什么？它与导热系数有何不同？答：由可知，对流传热系数表示在单位温度差下单位传热面积的对流传热速率，其单位为越大，表示地流传热越快。（4分）它与导热系数不同，它不是物性，而是受多种因素影响的一个参数。40总传热系数K的物理意义是什么？影响K值的主要因素有哪些？在设计换热器时，K值有哪些来源？答：K的物理意义是：K在数值上等于单位传热面积、单位温度差下的传热速率。（2分） 影响K值的主要因素有流体的物性、操作条件和换热器的类型（2分）。 在设计换热器时，K值的来源主要有：（1） 选用生产实际的经验值 （2）实验查定 （3）计算K值（2分） （共6分）41若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？答：包括以下三个过程：1 热流体以对流传热方式将热量传给管内壁（2分）2 热量由内壁面以热传导方式传给外壁面（2分）3 热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体（2分）42在使用实验得到的关联式时，应注意哪几点？答： 1 应用范围 关联式中Re 、Pr等的数值范围2 特征尺寸 Nu 、Re等准数中应如何取定3 定性温度 各准数中流体的物性应按什么温度来确定43换热器为何应定期清洗？答：换热器运行一段时间后，传热壁面常有污垢积存，对传热产生附加热阻，使K值下降。通常污垢热阻较壁面热阻要大，因此在设计中必须考虑其影响，运行中的换热器应定期清洗。（5分）44简述总传热速率方程的重要性。答：总传热速率方程是传热基本方程，可以此方程为基础，将传热的主要内容联系起来，该式和热量横算式结合可解决工程上大部分的传热计算问题。（4分）45简述何谓强化传热？有哪三个主要途径？答：强化传热是指提高冷热流体间的传热速率。（2分）强化传热的主要途径有三方面：1 增大总传热系数K，这是强化传热的重点。（1分）2 增大传热面积S（1分）3增大平均温度差46一红砖平面墙厚度为500，一侧壁面温度为200，另一侧壁面温度为30，红砖的导热系数可取为0.57（）。求：（1）通过平壁的热传导通量。（2）平壁内距离高温侧350处的温度，。解：（1）求 已知，（） 单层平壁热传导通量（2分） （2）设平壁内距离350处的温度为，则有： （2分）解得：（1分）47用平板法测定固的导热系数。在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板的两侧用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.01，厚度为20。实验测得电流表读数为0.58，伏特计读数为100，两侧表面的温度分别为180和30。求：该材料的导热系数。（1）由实验测得的电流和电压可求出导热量 （2分） （2）由单层平壁热传导方程可求出由可得：48某炉壁由下列三种材料组成，内层是耐火砖，；中间是保温砖，；最外层是建筑砖，。今测得其内壁温度，外壁温度。求（1）通过炉墙单位面积的热损失。（2）各层的温差。（3）各层接触面的温度。（假设各层接触良好）解：设为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。 为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。（1） 由多层平壁定态热传导公式可以导出： （2）、分别为耐火砖层，保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导，故（1分）由可得， （3） 49平壁炉的炉壁由三种材料所组成，内层是耐火砖，；中间是绝缘砖，；最外层是钢板，。若耐火砖层内表面温度，钢板外表面温度。求（1）导热的热通量。（2）若计算结果与实验的热损失不符，分析原因并计算附加热阻。（1）由三层平壁的定态热传导公式求 （3分）（2） 计算结果：，分析原因是：说明平壁层间接触不良，有空气层存在，产生了附加热阻。（2分）即（2分）带入数据得： 解出50 某平壁炉是由一耐火砖与一层普通砖砌成，两层得厚度均为100，其导热系数分别为及。待操作稳定后，测得炉壁得内表面温度为700，外表面温度为130。为减少热损失，在普通砖的外表面砌一层厚度为40，导热系数为的保温层，待操作稳定后，又测得炉内表面温度为740，外表面温度为90。今设原来的两层材料导热系数不变。求：加上保温层后单位面1积炉壁的热损失比原来减少的百分数。解：（1）加保温层前，单位面积炉壁的热损失。此时，为两层平壁的热传导： （3分）（3） 加保温后，单位面积炉壁的热损失为，此时为三层平壁的热传导：（3分） （4）增加保温层后，热损失比原来减少的百分数为： 51有一直径为的钢管，其长度为3，已知管内壁温度为100，外壁温度为90。求该管的热损失为多少。（已知钢管的导热系数为45）解：本题为单层圆筒壁的热传导，求热损失可用下式： 式中各量为：，代入上式可得（2分）52有一蒸汽管外径为25，管外包以两层保温材料，每层厚度均为25，外层与内层保温材料的导热系数之比为，此时的热损失为。今将内外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为。求，并说明何种材料放在里层为好。（1）蒸汽管外半径 内层保温层外半径外层保温层外半径 已知，故（2分）（2）当导热系数小的材料包在里层时，热损失为： （3分）（3）当导热系数大的材料包在里层时，热损失为： （3分）（4）可求出：，说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温时，为减少热损失，应将小的材料包在里层为好。（在一个的钢管外包有两层绝热材料,里面为的氧化镁粉,平均导热系数为0.07；外层为20的石棉层，其平均导热系数为0.15，钢的导热系数为45，现测出管内壁温度为500，最外层温度为80。求（1）每米管长的热损失。（2）两层保温层界面的温度。（假设层间接触良好）（1） 求每米管长的热损失，此为三层圆筒壁的热传导。已知： ，（2分）代入下式： （2） 保温层界面温度,可按两层圆筒壁导热来计算： 可解出54求绝压为140，流量为1000的饱和水蒸汽冷凝后并降温到60时所放出的热量。用两种方法计算并比较结果。已知140水蒸汽的饱和温度为109.2，冷凝热为2234.4，焓为2692.1；60的水的焓为251.21。解：（1）第一种方法 （2分）（2）第二种方法 冷凝水的平均温度为 （1分） 查出84.6下的水的比热容为：（1分）水蒸气冷凝并降温放出的热量为： （3分） 计算表明两种方法结果一样，但是第一种方法较简单。（1分）55 将0.417、80的有机苯，通过一换热器冷却到40；冷却水初温为30，出口温度不超过35。假设热损失可略，已查出在平均温度下，硝基苯和水的比热容分别为1.6。求：（1）冷却水用量？（2）在（1）题中如将冷却水的流量增加到6，问此时冷却水的终温将是多少？解：（1）当热损失可略时，求 由 （2）此时，。当热损失可略时，有（取1000） 56在一台套管式换热器中，用热水加热冷水。热水流量为2000，进口温度为80，冷水流量为3000,进口温度为10，热损失可略，且热水和冷水的比热容相等，都取为4.187。求（1）若要求将冷水加热到30，此时并流和逆流的平均温度差。（2）若要将冷水加入到40，采用并流能否完成任务？（计算后说明）解（1）求并流和逆流时的 先求 求并流： 逆流：（2）采用并流冷却水可能达到的最高温度受到限制，在极限情况下，（1分）由热量衡算式可得：，即有： （3分）说明：要将冷水加热到38以上，采用并流是无法完成的。（要加热到40，根本无法完成）（1分）57在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却苯。苯在管内流动，进口温度为80，出口温度为35；冷却水进口温度23，出口温度为30。求两流体间的传热平均温度差。解：题给情况为简单折流（1） 先按逆流计算： （2分）（2） 求 参数由查上册教材图4-13可得 （1分）故 （1分）58有一列管换热器由252.5mm，长为3m的60根钢管组成。热水走管内，其进、出口温度分别为70和30；冷水走管间，其进、出口温度分别为20和40，冷水流量为1.2 Kg/s。两流体作逆流流动，假设热水和冷水的平均比热容均为4.2 KJ/（Kg），换热器的热损失可略。求：总传热系数K0。解:由总传热速率方程可知: =求Q,当Q损=0时，求S0。求。w/(m2)59 有一传热面积S0为15m2的管壳式换热器中，壳程通入饱和水蒸汽以加热管内空气。150的饱和水蒸汽冷凝为同温度下的水排出。空气流量为2.8 Kg/s，其进口温度为30 ，比热容可取1.0 KJ/（Kg），空气对流传热系数87 W/（m2），换热器热损失可略。求空气的出口温度t2。解:本题为一侧恒温、另一侧变温传热,且,所以有。所求t2可联立热量衡算与总传热速率方程由中解出。（2分） 式其中：， S0=15m2，WC=2.8Kg/s=,t1=30 (2分) （2分）以上各量代入式可得：即解出： t2=74.7(3分)60流量为1930 Kg/h，温度为90的正丁醇在换热器中被冷却到50，冷却介质为18的水。在平均温度下（70）正丁醇的比热容为2.98 KJ/（Kg），取水的比热容为4.187 KJ/（Kg）。若换热器的传热面积为6m2，总传热系数为230 W/（m2）。求：冷却水出口温度t2冷却水消耗量m3/h（假设两流体作逆流）解：求t2.由传热速率方程知：(1分)而（2分）故（1分）由求t2,可以先假设可用算术平均温度差计算,求出t2，然后再校验。即，解出。（2分）校验：，所以求tm用算术平均温度差是允许的，求出的t2有效。（1分）求WC。若忽略热损失，则：可求出即。（1分）61某列管式换热器，由38根长2m，内直径为20mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20被加热到80，流量为8.32 Kg/s，外壳中通入水蒸汽进行加热。求管壁对苯的对流传热系数i若苯的流量提高一倍，其它量不变，此时对流传热系数又为多少？解：求苯的定性温度，在定性温度下苯的物性可由附录查出：（2分）加热管内流速：（2分）：特征尺寸湍流(1分) 符合(1分),且,苯被加热取n=0.4(1分)求当苯的流量提高一倍，求.此时,即,其它量不变,引起Re增大及增大，（2分）62某列管换热器由252.5mm的钢管组成。热空气流经管程，冷却水在管外与空气逆流流动。已知管内空气一侧的i为50 W/（m2），污垢热阻Rsi为0.510-3（m2）/ W；水侧的0为1000 W/（m2），污垢热阻Rso为0.210-3（m2）/ W。求基于管外表面积的总传热系数K0若管壁和污垢热阻可略将i提高一倍将0提高一倍，分别计算K0值。解：求K0.当管壁和污垢热阻可略， 且则（2分）将提高一倍，即此时63某蒸汽在套管换热器中冷凝，内管为252.5mm钢管，管长2m。蒸汽走管外，冷却水走管内，流速为1 m/s，进口温度为20，出口温度为50。求管壁对水的对流传热系数。若将管内径缩小1/2，且设流速及其它条件都不变，此时对流传热系数有何变化？解：求 定性温度，查出水在35下的物性。，（2分），特征尺寸，且水被加热，取n=0.4(1分) 求管内径减少1/2，其它条件不变，则，引起Re变化及值变化。 湍流。（1分）Pr不变，求公式仍适用，此时用（1分）此时，即，得。（2分）65某气体在内径为20mm的圆形直管内作湍流流动，管外用饱和蒸汽加热，已测得管内一侧的对流传热系数为。若气体流量与加热条件不变，并假定气体进出口平均温度不变（物性数据不变）。求此气体在横截面积与圆管相等的正方形通道内流动的对流传热系数。解：设正方形通道的边长为l.据题意，故（2分）正方形通道的当量长径de.求。由以上计算知，本题中de与d相当接近，且其它条件不变，故气体在正方形通道内仍作湍流。只有直径改变而当其它条件到不变时，（1分） 即。即（2分） (共7分)66在套管换热器中，一定流量的水在内管流过，温度从20升到80，并测得管内水侧的对流传热系数为1000W/（m2）。求同样体积流量的甲苯通过该换热器内管而被加热时的对流传热系数。假设两种情况下流体均为湍流流动。已知两流体在定性温度下的物性如下：，Kg/m3，PaSCP，KJ/（Kg），W/（m）水9880.54910-34.170.648甲苯8360.42510-31.820.147解：（1）按题意，两种情况下的对流传热系数都可用下式计算： (3分)（2）因d、u不变，则两种情况下的之比为： （4分）（3）甲苯通过该换热器内管的对流传热系数为： （1分） （共8分）67某列管式冷凝器的列管直径为252.5mm。管内通冷却水，流量为2.5Kg/s。在新使用时，冷却水的进、出口温度分别为20和30。使用一段时间后，由于生成垢层，在冷却水进口温度和流量不变得情况下，冷水出口温度降为26。已知换热器的传热面积S0为16.5m2，有机蒸汽的冷凝温度为80（有机蒸汽在管外冷凝），求水垢层的热阻。解：（1）换热器新使用时： （2分） （2分） 总热阻为 （1分）（2）换热器使用一段时间后： （1分） （1分） （1分）此时总热阻为 （1分）（3）水垢层热阻： （1分）故 （1分）68某车间需要安装一台换热器，将流量为30 m3/h，浓度为10的NaOH水溶液由20预热至60。加热剂为127的饱和蒸汽。该车间现库存一台两管程列管式换热器，其规格为：管径252mm，管长3m，总管数72根。问库存的换热器能否满足传热任务？已知定性温度下，NaOH水溶液的物性数据为：=1100 Kg/m3；=0.58W/（m）；CP=3.77KJ/（Kg）；=1.510-3PaS。钢的导热系数为46.5W/（m）；设污垢热阻总和为R垢=0.0003（m2）/W；蒸汽走管外，其冷凝对流传热系数为0=1104 W/（m2）。本题要求对库存换热器进行传热能力核算，必须算出传热面积后才能确定。1、完成该传热任务所需的传热面积，必须先求、（1）求： （2分）（2）求K0先求管内NaOH水溶液一侧的 (2分)，湍流。 （1分），符合0.7120 （1分），且NaOH水溶液被加热，n取0.4。（1分） （2分）求K0 （3分）（3）求Q。 （2分）（4）所需传热面积。 （2分）2、库存换热器所能提供的传热面积S0。 （1分）由于，故库存的换热器能够满足传热任务。 （1分） （共18分）69某列管式换热器由多根252.5mm的钢管所组成。某液体走管内，由20加热到55，其流量为15吨/时，流速为0.5m/s，比热容为1.76KJ/（Kg），密度为858 Kg/m3。加热剂为130的饱和水蒸汽，在管外冷凝。已知基于外表面积的总传热系数K0为774K/（m2）。求此换热器所需管数n。单管长度L解：（1）由流量方程式求所需管数n。 （2分）（2）求单管长度L。先求Q。 （2分）求。 （2分）求S0 （1分）求L。 （1分）70 实验测定列管式换热器的总传热系数时水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和水蒸汽冷凝。列管由252.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数K0为2115 W/（m2）；当其它条件不变，而水的流速度为1.5m/s时，又测得K0为2660W/（m2）,假设污垢热阻可略。求水蒸汽冷凝的对流传热系数0=（钢的导热系数取W/（m2）解：设水流速为1m/s时，用表示，K用K1.0表示；流速为1.5m/s时，用表示，K用K1,5表示。（1）由K0计算式可得：（假设污垢热阻可略） （A） （1.5分） （B） （1.5分）（2）由（A）（B）可得：代入已知量，得：，可得： （C） （2分）流体在圆直管内作湍流，又当u改变，而其他条件不变时，可得： （D） （2分）（3）联立（C）和（D）式可解出：； （2分）（4）把及代入式（A）得：；可求出水蒸气冷凝的对流传热系数为 71在并流的换热器中，用水冷却油。水的进出、口温度分别为15和40，油的进、出口温度分别为150和100。现因生产任务要求油的出口温度降至80,设油和水的流量进口温度及物性均不变，换热器的热损失可略。若原换热器的管长为1m,求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。解：(1)原换热器的1501001540 （2分） 60 (2)由热量衡算可得:= 即：0.5 （2分）(3)当油出口温度降至80时，求.=0.5,解出 （2分）(4)新换热器的150801550 （2分） 30(5)求 由总传热速率方程分别得：原换热器： （1.5分）新换热器： （1.5分）由式/式可得：，故 （1分） （共12分）72在单程列管式换热器中，用水将80的某种有机溶剂冷却到35。由于气候条件和水源限制，冷却水进口温度为30，出口温度不得低于35。求：确定两种流体应作并流还是逆流流动，并计算其平均温度差。若两种流体在壳方单程、管方2程的列管换热器中换热，再求平均温度差。解：（1）由于题给冷水出口温度不得低于35，而热流体出口温度也为35，为了保持一定的传热推动力，两流体必须采用逆流流动进行换热。 （2分）求80353530 （2分） 5 （2）求 （0.5分），（1）中已求出求 （1分） （1分）查教材上册P179（a）图可得答案与评分标准解：（1）由于题给冷水出口温度不得低于35，而热流体出口温度也为35，为了保持一定的传热推动力，两流体必须采用逆流流动进行换热。 （2分）求80353530 （2分） 5 （2）求 （0.5分），（1）中已求出求 （1分） （1分）查教材上册P179（a）图可得 （1分） （0.5分） （共8分）第五章单位加热蒸汽消耗量是指 ，单位为 蒸发1Kg水分消耗的加热蒸汽量（2分）， Kg/Kg按溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为 和 两大类。 循环型（非膜式）， 非循环型（膜式）生蒸汽是指 。用来加热水溶液的新鲜蒸气又称为生蒸汽，以区别于二次蒸汽。单效蒸发是指 将第二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作按操作压力来分，可分为 蒸发。工业上的蒸发操作经常在减压下进行，称为 加压、常压及减压（2分）， 真空蒸发（1分）溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高与温度差损失的数值 。 相等按加料方式不同，常见的多效蒸发操作流程有： 、 和 三种。 并流（顺流）加料法 逆流加料法 平流加料法 对于蒸发同样任务来说，单效蒸发的经济效益 多效的，单效蒸发的生产能力和多效的 ，而单效的生产强度为多效的 。不如 相同 n倍 控制蒸发操作的总传热系数Ko的主要因素是 。在蒸发器的设计和操作中，必须考虑蒸汽中 ，否则蒸气冷凝传热系数会 。 溶液沸腾侧污垢热阻和沸腾传热系数（2分）， 不凝气的及时排除（1分）， 大幅度下降（1分）多效蒸发系统的效数是有一定限制的，超过限制会出现 ，用式子表达为_ ，此时蒸发操作_。总温度差损失等于或大于蒸发器两端点温度差（2分），（T-Tk） （1分）无法进行 （1分）在同条件下蒸发同样任务的溶液时，多效蒸发的总温度差损失_ 单效的，且效数越多，温度差损失_。大于 也越大在蒸发操作中，溶液的沸点升高/，（ D ）（A） 与溶液类别有关，与浓度无关；（B） 与浓度有关，与溶液类别、压强无关；（C） 与压强有关，与溶液类别、浓度无关；（D） 与溶液类别、浓度及压强都有关。一般来说，减少蒸发器传热表面积的主要途径是（C ）（A）增大传热速率；（B）减小有效温度差；（C）增大总传热系数；（D）减小总传热系数。二次蒸汽又称为生蒸汽，以区别于新鲜的加热蒸汽。 （X ）蒸发器有用直接热源和间接热源加热的，而工业上经常采用的是间接蒸汽加热的蒸发器。（） 在膜式蒸发器的加热管内，液体沿管壁呈膜状流动，管内没有液层，故因液柱静压强而引起的温度差损失可忽略。（）若单效蒸发器的传热表面积与多效中单台的传热表面积相等，对蒸发同样多的水分，则多效的生产强度为单效的n倍。 （X ）何谓多效蒸发？将二次蒸汽引到另一台蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联的蒸发操作称为多效蒸发。 简述蒸发操作有何自身特点？（1）其传热性质属于壁面两侧均有相变化的恒温传热；（2分）（2）物料（溶液）的工艺特性各种各样，从而对蒸发器提出了特殊要求； （2（3）二次蒸汽中挟带着大量的液沫，故在蒸发器的加热室上方设置了空间较大的分离室，使液沫沉降下来。有时还在分离室顶部设置除沫器，进一步除沫。 蒸发操作中使用真空泵的目的是什么？常用的真空泵有哪些？目的是不断地抽出由溶液带入的不凝性气体，以维持蒸发操作所需要的真空度。常用的有：喷射泵、往复式真空泵及水环式真空泵。 简述在选蒸发器类型时，应考虑哪些因素？应首先考虑所选蒸发器能保证产品质量和生产能力；（2分） 然后再考虑以下几点：（1）结构简单 （2）传热效果好 （3）便于制造与维修 （4）价格低 （5）对所蒸发的溶液有良好的适应性 简述蒸发操作中引起温度差损失的原因？ 答：原因有：（1）因溶液蒸气压下降而引起（1分） （2）因加热管内液柱静压强而引起（1分） （3）由于管路阻力而引起（1分） (共3分)在单效蒸发操作中，加热蒸汽放出的热量一般消耗于哪些方面？一般消耗于三个方面：（1）将W Kg/h水分蒸发成二次蒸汽；（1分）（2）将F Kg/h原料液从温度to加热到蒸发操作的沸点t1；（2分）（3）损失于周围环境中。（1分）什么叫蒸发器的生产能力？什么叫蒸发器的生产强度？它的表达式和单位是什么？单位时间内从溶液中蒸发的水分（即蒸发量W）称为蒸发器的生产能力。（2分） 单位传热表面积上单位时间内从溶液中蒸出的水分量称为蒸发器的生产强度。以U表示。（2分） 其表达式为：U=，单位为Kg/(m2.h)（1分）简述蒸发操作节能的主要措施由单效蒸发改为多效蒸发可节省生蒸汽。（1分）对蒸发器进行良好的保温，以减少热损失。（1分）利用冷凝水来预热料液；作为蒸发热源及其他工艺用水。（1分）提高蒸发装置末效产生的二次蒸汽压强以作为蒸发热源。（热泵蒸发），但它不适用于溶液沸点上升过大的操作。（2分）在中央循环管式蒸发器中，将10%NaOH水溶液浓缩至25%。加热蒸汽饱和温度为105，冷凝器内绝对压强不允许超过15KPa，已知加热管内液层高度为1.6m，25%NaOH水溶液的密度为1230Kg/m3，常压下因溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高/a为13。求：（1）因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失/；（2）因液柱静压强而引起的温度差损失/；（3）总温度差损失；（4）有效温度差t； （5）溶液的沸点t1 。解：计算温度差损失时应按25%的组成计（本题中）（1）求取冷凝器绝压PK为15KPa，可查出15 KPa下水蒸汽的饱和温度TK为53.5取因流动阻力而引起的温度差损失为1，故二次蒸汽温度T/=54.5。（2可查出二次蒸汽其他参数为：T/=54.5，p/=15.4KPa,汽化热r/=2367.6KJ/Kg。求/校正系数f=0.734。=fa=9.54。（1分）（2）求 液柱中部压强pm= +=15.4+=25.5KPa（1 查出此压强下对应的水蒸汽饱和温度tpm=63.33。 故=tpm- =63.33-54.5=8.83。（1分） （3）=9.54+8.83+1=19.37。(1分) （4）t=T-Tk-=105-53.5-19.37=32.13。（1分） （5）t1 =54.5+9.54+8.83=72.87。（1分）传热面积为S0=52m2的蒸发器，在常压下每小时蒸发2500Kg的7%的某种水溶液。原料液的温度为95，在蒸发器中溶液的沸点为103。完成液的浓度为45%，加热蒸汽的温度为132.9。蒸发器的热损失为110KW，假设溶液的浓缩热可略。计算该蒸发器基于外表面积的总传热系数K0。已查出在常压下水蒸汽的汽化潜热为2258KJ/Kg。解： （1）先求蒸发量W：（2分）（2）求Cp0因x00.2，故3.894KJ/（Kg） （2分） （3）求K0：Q=K0S0（T-t1）=FCp0(t1-t0)+Wr/+QL=Dr (2分)其中：F=2500Kg/h，Cp0=3.894KJ/（Kg），t1=103,t0=95,W=2111Kg/h,r/=2258KJ/Kg，QL=110KW，S0=52m2，（1分）T=132.9，代入式中可得： 解出： K0=936W/（m2） （2分） 在单效蒸发器中，蒸发CaCl2水溶液，蒸发室操作压强为101.33KPa。加热室内溶液的高度为1m，溶液的浓度为42%，密度为1340Kg/m3。求溶液的沸点t1和总温度差损失。解： （1）有教材上册附录二十一查出101.33kpa下，42%CaCl2水溶液，因溶液蒸气压下降而引起的温度差损失=20。（1分）（2）因液柱静压强而引起的温度差损失。 Pm=P/+=101330+Pa=107.9KPa。（1分） 由附录查出在107.9KPa下水的沸点为102 故=102-100=2。（1分）（3）求及t1=20+2=22 (1分)t1=+Tk=22+100=122 (1分)在传热外表面积为50m2的中央循环管式蒸发器内，将某种水溶液从10%浓缩到25%，进料温度为50。已知常压下25%浓度的溶液因蒸汽压下降而引起的沸点升高为3.2，因液体静压强而引起的沸点升高为4.1，基于传热外表面积的总传热系数为1300W/（m2. ）。加热蒸汽的绝压为120KPa，冷凝器的温度为59，浓缩热可略。求：（1）该蒸发器每小时能至少处理多少公斤原料液F？（2）加热蒸汽消耗量D/ （3）单位蒸汽消耗量e解： 取因流动阻力而引起的温度差为1，故二次蒸汽温度为60，查出其汽化热为2355.1KJ/Kg。据加热蒸汽绝压为120KPa，查出其温度为104.5，气化热为2246.8KJ/Kg。（2分）（1）求原料液处理量F。 由题给条件并暂且忽略热损失可得：Q=Wr/+FCpo(t1-to) （A） W=F(1-) (B) (2分) 联立以上两式，即可求出F，其两式中各量为：溶液沸点t1。t1=,已知=4.1题给的/a应校正到操作压强下。f= （1分）/=f/a=0.7633.2=2.44 （1分）故t1=60+2.44+4.1=66.54 （1分）求传热速率=KoSo(T-t1)=KJ/h (2分)原料液比热容Cpo 取水的比热容Cpw=4.187KJ/(Kg. ) 因Xo0.2 故Cpo=Cpw（1-Xo）=4.187（1-0.1）=3.768KJ/（Kg. ） (2分)求F 将各有关量代入式（A）和（B）可得：Q=2355.1W+3.768F（66.54-50）=8.883106 （C）W=F（1-）=0.6F （D）将（D）式代入（C）式可得:2355.10.6F+3.768F16.54=8.883106 可解出F=6.02103Kg/h （2分） （2）加热蒸气消耗量D/ D=Kg/h (1分) 取热损失系数为0.97，加热蒸气的实际消耗量为：D/=Kg/h (1分) （3）单位蒸汽消耗量e e= （1分）在传热外表面积为10m2的蒸发器内将某水溶液由15%浓缩到40%，沸点进料，要求每小时蒸得375Kg浓缩液，加热蒸气压强为200KPa，蒸发室操作压强为20KPa，此操作条件的总温度差损失为8，浓缩热可忽略。假设热损失可略。求：（1）开始投入使用时，此蒸发器基于外表面积的总传热系数Ko为多少？（2）操作一段时间后，问物料结垢，为完成同样蒸发任务，需将加热蒸气的压强提高到350KPa，问此时蒸发器的K0/为多少？（因流动阻力而引起的温度差损失可略）答案与评分标准解： （1）由附录查出20KPa水蒸汽饱和温度为60.1，汽化热2354.9KJ/Kg；200KPa水蒸汽饱和温度为120.2；350KPa水蒸汽饱和温度为138.8。（2分）蒸发量W： （A） 已知， F-W=375 （B）把（A）式代入（B）式可得： F-0.625F=375，可得： F=1000Kg/h， W=625Kg/h （1分）求K0： 已知沸点进料；浓缩热可略；且热损失不计，则；且=8 溶液沸点t1= =60.1+8=68.1 (1分)W/（m2. ） (2分)（2）此时，K0/为：=578 W/（m2. ） （2分）将7%的某种水溶液在常压单效蒸发器中连续浓缩到24%，原料液的温度为20。估计出因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失为3.5，因液柱静压强而引起的温度差损失3.0。加热蒸汽压强为294.3KPa（绝压）；蒸发器的传热外表面积S0为43m2，基于外表面积的总传热系数K0为1100W/（m2. ）,热损失为蒸发器传热量的5%。已查出在常压及294.3KPa时水蒸气饱和温度分别为100及132.9。汽化潜热分别为2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。求：完成液的流量Kg/h。（假设浓缩热可忽略）答案与评分标准解： （1）溶液的沸点t1= =100+3.5+3=106.5 (1分)（2）溶液的比热Cp=Cpw（1-x0）=4.187（1-0.07）=3.894KJ/（Kg. ） (1分)（3）蒸发器的传热速率为Q Q=K0S0（T-t1）=110043（132.9-106.5）=12.49105W （2分）（4）热量衡算知： Q=1.05F.Cp,0(t1-to)+W.r/ (2分) W=F（1-）=F（1-）=0.71F （1分）代入式得：1.05F3.894（106.5-20）+0.71F2258=12.49105即 1.05（336.83F+0.71F2258）=12.491051940F=4282285.7；F=2207.4Kg/h （3分） （5）完成液流量为F-W=2207.4-0.712207.4=640.15Kg/h （1分）临时需要将850Kg/h的某种水溶液从15%连续浓缩到35%。现有一个S0为10m2的小型蒸发器可供使用。原料液在沸点下加入蒸发器，估计在操作条件下溶液的各种温度差损失总计为18。蒸发室的真空度为78.48103Pa，假设热损失可略，且蒸发器的K0为1000W/（m2. ）,当地大气压为98.1KPa。求：加热蒸汽压强P。（假设浓缩热可忽略）答案与评分标准解： （1）由附录查出在98.1-78.48=19.62KPa下水的饱和温度为59.7，汽化潜热为2355.9KJ/Kg (1分)（2）蒸发量W=F（1-）=850（1-）=485.7Kg/h (2分)（3）传热量Q=W.r/= 485.72355.9=1144261KJ/h=317.85KW （2分）（4）溶液沸点t1=Tk+=59.7+18=77.7 (1分)（5）求T 由Q=K0S0（T-t1）得：T= （2分） 由109.5从附录中可查出加热蒸汽压强为143KPa （1分）在常压蒸发器中，每小时将1500Kg某种水溶液从10%连续浓缩到30%。原料液温度为20，溶液的沸点为105。加热蒸汽压强为294.3KPa（绝压），其流量为1380Kg/h。已查出在常压及294.3KPa时水蒸汽的汽化潜热分别为2258KJ/Kg及2169KJ/Kg。且浓缩热可忽略。求：蒸发器向周围损失的热量QL。答案与评分标准解： （1）求QL可由蒸发器的热量衡算来求取： (2分)（2）=2.933106KJ/h (1分)（3）W=F（1-x0/x1）=1500(1-0.1/0.3)=1000Kg/h （2分）（4）4.187（1-0.1）=3.77KJ/（Kg） (1分)（5）QL：把以上各量代入，且F=1500Kg/h，t1=105，t0=20, r/=2258KJ/Kg （1分）=2.993106-15003.77(105-20)+10002258=254325KJ/h=70.65KW （2分）在S0为85m2的单效蒸发器中，每小时蒸发1600Kg浓度为10%的某种水溶液。原料液温度为30，蒸发操作压强为98.1KPa，加热蒸汽绝压为196.2KPa，已估计出有效温度差为12。设蒸发器的K0为900W/（m2）,热损失取蒸发器传热量的5%。浓缩热可忽略。求：完成液的浓度x1。(已查出98.1KPa下蒸汽饱和温度为99.1，汽化潜热为2260KJ/Kg；196.2KPa下蒸汽饱和温度为119.6)答案与评分标准解： （1）由蒸发器的热量衡算式及传热速率方程式得： (3分)（2） W=F（1-x0/x1）=1600(1-0.1/x1) (2分)（3） 4.187（1-0.1）=3.77KJ/（Kg） （1分）（4） t1=T-t=119.6-12=107.6 (1分)（5）已知K0=900W/（m2），S0=85m2，t0=30, r/=2260KJ/Kg，T-t1=t=12 （1分）代入求Q式中，=9008512即1.05=9180001-0.1/x1=0.741， x1=0.386=38.6% （3分）在一单效蒸发器中于常压下蒸发某种水溶液。原料液在沸点105下加入蒸发器中。若加热蒸汽压强为245.25KPa（绝压）时，处理的原料液量为1200Kg/h。当加热蒸汽压强变为343.35Kpa（绝压）时，则能蒸发的原料液量为多少？假设K0及x1均不变化，热损失及浓缩热可忽略不计。答案与评分标准解： （1）由教材上册附录九P269查出（用内插法）在压强为245.25KPa时，蒸汽饱和温度为126.3；压强为343.35KPa时，蒸汽饱和温度为137.9 (1分)（2）令下标1表示原来的情况；下标2表示变化后的情况：由传热速率关系得两种情况下传热速率之比为：已知 t沸=105 (3分)（3）在沸点进料，热损失及浓缩热均可忽略时，由热量衡算得： （3分）（4）求出Fe（加热蒸汽压强后的原料液量），已知F1=1200Kg/h F2=Kg/h (1分) 在
展开阅读全文