单选题
1381、为了提高蒸发器的强度,可[ ]。
A
采用多效蒸发
B
加大加热蒸汽侧的对流传热系数
C
增加换热面积
D
提高沸腾侧的对流传热系数
答案解析
正确答案:D
解析:
**解析:**
本题考查的是蒸发器传热强度的影响因素及强化传热的途径。
1. **理解“蒸发器的强度”**:
在化工原理中,蒸发器的生产强度($U$)通常定义为单位传热面积、单位时间内蒸发的水分量。其计算公式可以表示为:
$$ U = \frac{W}{A} = \frac{Q}{r \cdot A} = \frac{K \cdot \Delta t_m}{r} $$
其中:
* $W$ 为蒸发水量;
* $A$ 为传热面积;
* $Q$ 为传热速率;
* $r$ 为二次蒸汽的汽化潜热;
* $K$ 为总传热系数;
* $\Delta t_m$ 为有效温度差。
由公式可知,要提高蒸发器的强度 $U$,主要途径是提高总传热系数 $K$ 或增大有效温度差 $\Delta t_m$。
2. **分析各个选项**:
* **A. 采用多效蒸发**:
多效蒸发的主要目的是**节约能源**(提高加热蒸汽的经济性),即利用前一次产生的二次蒸汽作为后一次的加热蒸汽。虽然它提高了热能利用率,但由于各效之间存在温度差损失,多效蒸发的总有效温度差往往小于单效,且设备投资增加。就单台设备的“生产强度”而言,多效蒸发并不一定比单效高,甚至可能因为温差减小而降低单效强度。因此,这不是提高强度的直接手段。
* **B. 加大加热蒸汽侧的对流传热系数**:
加热蒸汽侧通常是蒸汽冷凝过程,其对流传热系数($\alpha_1$)非常大(通常在 $10^4 \sim 10^5 \ W/(m^2\cdot K)$ 级别)。相比之下,沸腾侧(溶液侧)的对流传热系数($\alpha_2$)通常较小,是传热过程的控制步骤(瓶颈)。根据总传热系数公式 $\frac{1}{K} = \frac{1}{\alpha_1} + \frac{1}{\alpha_2} + R_w + R_s$,由于 $\alpha_1$ 已经很大,$\frac{1}{\alpha_1}$ 很小,进一步增大 $\alpha_1$ 对提高总传热系数 $K$ 的贡献微乎其微。
* **C. 增加换热面积**:
增加换热面积 $A$ 可以增加总的蒸发量 $W$(因为 $W = U \cdot A$),但**生产强度** $U$ 定义为单位面积的蒸发量。单纯增加面积并不能改变单位面积的传热效率,即不能提高“强度”。这就像增加工厂的机器数量可以增加总产量,但不能提高每台机器的生产效率。
* **D. 提高沸腾侧的对流传热系数**:
如前所述,蒸发器传热的热阻主要集中在沸腾侧(溶液侧)。沸腾侧的对流传热系数 $\alpha_2$ 较小,是控制总传热系数 $K$ 的关键因素。通过改善流体流动状态(如采用强制循环)、防止结垢、加入表面活性剂或优化结构设计等方法提高沸腾侧的 $\alpha_2$,可以显著降低总热阻,从而显著提高总传热系数 $K$,进而提高蒸发器的生产强度 $U$。这是强化蒸发器传热最有效、最直接的途径。
**结论:**
要提高蒸发器的强度,关键在于强化传热过程中热阻较大的一侧,即沸腾侧。因此,正确答案是 **D**。
相关知识点:
蒸发器提强度靠提高沸腾传热
题目纠错
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