化工原理实验课课后习题答案.docx

1、化工原理实验课课后习题答案 化工原理实验课课后习题答案 流体流动阻力的测定 1. 如何检验系统内的空气已经被排除干净？ 答： 可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数， 在开机前若真空表和压力表的读数均为零， 表明系统内的空气已排干净； 若开机后真空表和压力表的读数为零， 则表明， 系统内的空气没排干净。 2. U 行压差计的零位应如何校正？ 答： 先打开平衡阀， 关闭二个截止阀， 即可 U 行压差计进行零点校验 3. 进行测试系统的排气工作时， 是否应关闭系统的出口阀门？ 为什么？ 答： 在进行测试系统的排气时， 不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道， 若关闭， 将无法

2、排气， 启动离心泵后会发生气缚现象， 无法输送液体。 4 待测截止阀接近出水管口， 即使在最大流量下， 其引压管内的气体也不能完全排出。 试分析原因， 应该采取何种措施？ 答： 待截止阀接近进水口， 截止阀对水有一个阻力， 若流量越大， 突然缩小直至流回截止阀， 阻力就会最大， 致使引压管内气体很难排出。 改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。 5 测压孔的大小和位置， 测压导管的粗细和长短对实验有无影响？ 为什么？ 答： 由公式?2?p 可知， 在一定 u 下， 突然扩大 ， p 增大， 则压差计读数变大； 2u?反之， 突然缩小 ， 例如： 使 0. 5， p 减小， 则压差计读

3、数变小。 6 试解释突然扩大、 突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？ 答： hf 与很多值有关， Re 是其中之一， 而 是为了研究 hf 而引入的一个常数， 所以它也和很多量有关， 不能单单取决于 Re， 而在 Re 在一定范围内的时候， 其他的变量对于 处于一个相对较差的位置， 可以认为 与 Re 关系统一。 7. 不同管径、 不同水温下测定的?Re 曲线数据能否关联到同一曲线？ 答： hf 与很多值有关， Re 是其中之一， 而 是为了研究 hf而引入的一个常数， 所以它也和很多量有关， 不能单单取决于 Re，而在 Re 在一定范围内的时候， 其他的变量对于 处于一个相对较差

4、的位置， 可以认为 与 Re 关系统一。 正如 Re 在 3103105范围内， 与 Re 的关系遵循 Blasius 关系式， 即 =0. 3163/Re0. 25 8 在?Re 曲线中， 本实验装置所测 Re 在一定范围内变化， 如何增大或减小 Re 的变化范围？ 答： Re?du?， d 为直管内径， m； u 为流体平均速度， m/s； ?为流体的平均密度, kg/m3； s。 ?为流体的平均黏度， Pa 8 本实验以水作为介质， 作出?Re 曲线， 对其他流体是否适用？为什么？ 答： 可以使用， 因为在湍流区内 =f（Re， ?） 。 说明在影响 的因素中并不包含流体 d 本身的特性

5、， 即说明用什么流体与?-Re 无关， 所以只要是牛顿型流体， 在相同管路中以同样的速度流动， 就满足同一个?-Re 关系。 9 影响?值测量准确度的因素有哪些答： ?2d?p?， d 为直管内径，m； ?为流体的平均密度, kg/m3； u 为流体平均速 2?u?度， m/s； ?p为两测压点之间的压强差， Pa。 p=p1-p2， p1 为上游测压截面的压强， Pa； p2 为下游测压截面的压强， Pa 离心泵特性曲线的测定 1. 为什么启动离心泵前要先灌泵？ 如果灌水排气后泵仍启动不起来， 你认为可能是什么原因？ 答： 离心泵若在启动前未充满液体， 则泵壳内存在空气。 由于空气密度很小，

6、 所产生的离心力也很小。 此时， 在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。 虽启动离心泵， 但不能输送液体。 泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏， 即使电机的三相电接反了， 泵也会启动的。 2 为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关？ 启动离心泵后若出口阀不开， 出口处压力表的读数是否会一直上升， 为什么？ 答： 关闭阀门的原因从试验数据上分析： 开阀门意味着扬程极小， 这意味着电机功率极大， 会烧坏电机。 当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变， 水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。 3 什么情况下会出现气蚀现象？ 答： 金属表面受到压力大、 频率高的冲击而剥蚀以及

7、气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等， 使叶轮表面呈现海绵状、 鱼鳞状破坏。 4 为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到？ 是否还有其他方法来调节流量？ 答： 用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水， 用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压， 使叶轮氧化， 腐蚀泵。 还有的调节方式就是增加变频装置， 很好用的。 5 正常工作的离心泵， 在其进口管线上设阀门是否合理？ 为什么？ 答： 合理， 主要就是检修， 否则可以不用阀门。 6 为什么在离心泵吸入管路上安装底阀？ 答： 为便于使泵内充满液体， 在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀， 滤网是为了

8、防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7 测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定？ 答： 离心泵的特性曲线是在一定转速 n 下测定的， 当 n 改变时， 泵的流量 Q、扬程 H 及功率 P 也相应改变。 对同一型号泵、 同一种液体， 在效率 不变的条件下， Q、 H、 P 随 n 的变化关系如下式所示 见课本81 页 当泵的转速变化小于 20%时， 效率基本不变。 8 为什么流量越大， 入口真空表读数越大而出口压力表读数越小？ 答： 据离心泵的特征曲线， 出口阀门开大后， 泵的流速增加，扬程降低， 故出口压力降低； 进口管道的流速增加， 进口管的阻力降增加， 故真空度增

9、加， 真空计读数增加。 过滤实验 1. 为什么过滤开始时， 滤液常有些混浊， 经过一段时间后滤液才转清？ 答： 因为刚开始的时候滤布没有固体附着， 所以空隙较大，浑浊液会通过滤布， 从而滤液是浑浊的。 当一段时间后， 待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布， 此时的液体就会变得清澈。 2. 滤浆浓度和过滤压强对 K 有何影响？ 答: 滤浆浓度越大滤浆的黏度也越大， K 值将越小； 过滤压强的增大， 同时影响比阻和压缩指数， 但总体来说 K 值也会随之增大。 4. q 取大一点好还是取小一点好？ 同一次实验q 不同， 所得出的 K、 qe 会不会不同？ Q 为什么去平均值

10、？ 答： q 应适当的取，估算实验总用时， 大概取 78 个点， 可平均取或取不同的q， 得出的 k、 qe 影响不大； 而因为我们算出来的t/q 是该过滤量段的平均时间， 其值在表示该滤液量中段更显其准确性。 总传热系数测定实验 1. 实验过程中， 蒸汽温度改变对实验结果有什么影响？ 如何保持蒸汽温度恒定？ 答： 蒸汽温度提高， 只影响 tm， T 增大， tm增大， 在其它条件不变的情况下， 从公式可以看出， 对流传热系数减小。 措施： 及时排除不凝气体和冷凝水， 保持蒸汽压力恒定。 3. 实验过程中， 如何判断传热达到稳定？ 答： 在实验进行一段时间后， 如果在温度显示仪上蒸汽的温度和空

11、气的出口温度都为稳定值， 即表示传热达到稳定。 4. 蒸汽冷凝过程中不凝性气体存在对实验结果会有什么影响？ 应采取什么措施解决？ 答： 在套管换热器中， 环隙中通水蒸汽， 内管管内通空气， 水蒸汽冷凝放热加热空气， 空气侧对流传热系数 i 与总传热系数 K 有以下关系： 若有不凝气体存在， 使得减小， K减小。 措施： 因为蒸汽冷凝传热系数很大， 空气的传热系数较小，为了提高总传热系数， 主要提高管内的传热系数(湍动程度) 比较容易， 及时排除不凝气体。 1 其它条件不变， 只改变回流比对塔的性能有何影响？ 答： 精馏中的回流比 R， 在塔的设计中是影响设备费用（塔板数、 再沸器、及冷凝器传热

12、面积） 和操作费用（加热蒸汽及冷却水消耗量） 的一个重要因素， 所以应该选择合适的回流比。 在操作中， 它是一对产品的质量与产量有重大影响而又便于调节的参数。 2 进料板的位置是否可以任意选择？ 它对塔的性能有何影响？ 答： 冷液进料时， q 线斜率大于零， 所以提馏段操作线原理平衡线，与其他进料状况相比要想达到相同的分离效果， 必须减少板数，但实际板数不会变， 使得分离效果更好。 进料位置会上移。 3 查取进料液的汽化潜热时定性温度如何取？ 答： 取进料管入口与出口温度的算术平均值作为进料液的汽化潜热时的定性温度。 4 进料状态对精馏塔操作有何影响？ 确定 q 线需测定哪几个量？答： 在回流

13、比 R、 xf、 xd、 xw一定的情况下， q 值减小， 即进料前经过预热或者部分汽化， 精馏段操作线不变， 但提馏段操作线斜率变大越靠近平衡线， 所需的理论板数 N 越多。 5 塔顶冷液回流对塔操作有何影响？ 答： 冷凝液成为回流液的一部分， 由于这部分的冷凝， 上升到精馏段的蒸汽量比提留段少，费蒸汽。 6 利用本实验装置能否得到 98%（质量） 以上的乙醇？ 为什么？答： 不能。 在本次实验中， 测出的塔板的效率非常低， 仅为 40%左右， 要达到此值， 塔要无限高， 与实验高度不符。 7 全回流操作在生产中有何实际意义？ 答： 塔顶上升的蒸汽经冷凝后全部回流到塔内， 这种操作方式叫全回

14、流； 塔顶和塔底产品产量均为零， 既不想塔内进料也不从塔内取料， 无精馏段和提馏段之分， 操作线为 yn+1=yn, 所需理论板数最少； 在精馏生产停车时利用全回流可以调整塔使塔稳定 8 精馏操作中为什么塔釜压力是一个重要参数？ 它与哪些因素有关？ 答： 塔压反映了塔内部组分的变化、 塔负荷情况等。 9 操作中增加回流比的方法是什么？ 能否采用减少塔顶出料量 D的方法？ 答： 相同的物系， 达到相同的分离要求， 若进料状况参数 q 值越小， 对应的最的回流比越大； 同一物系分离， 进料组成及热状况相同， xd越大， Rmin就越大， 最小回流比与一定分离要求是紧密联系的。 10 本实验中， 进

15、料状况为冷态进料， 当进料量太大时， 为什么会出现精馏段干板， 甚至出现塔顶既无回流也无出料的现象？ 应如何调节？ 答： 进料过大容易导致塔釜部热量负荷升高， 引起三点温度下滑； 可以换热或提高釜部热量 1. 测定吸收系数 KYa 和P/Zu 关系曲线有何实际意义？ 答： P/Zu 曲线是描述流体力学的特性也是吸收设备主要参数， 为了计算填料塔的动力消耗也需流体力学特性， 确定填料塔适宜操作范围及选择适宜的气液负荷。 2. 测定曲线和吸收系数分别需测哪些量？ 答： 空塔气速 u； 填料层压降P； 塔顶表压大小； 吸收系数 KYa； 空气流量； 氨气流量；进塔和出塔气体浓度； 操作状态下的温度、

16、 压强； 塔顶、 塔底液相浓度。 3. 试分析实验过程中气速对 KYa 和P/Z 的影响。 答： 由P/Zu 曲线可知， 当 l=0 时， 随 u 增大， P/Z 也增大， 两者呈直线关系； 当 l0 时， 随 u 增大， P/Z 也增大， 在截点与液泛点之间呈微小变化， P/Z 增加相对较快， 在液泛点以上 u 稍微增加一些， P/Z 有明显变化， 阻力增加， 不能下流， 而对 KYa 由于随 u增大在一定范围内吸收增大反而不吸收， KYa 变为 0。 4. 当气体温度与吸收剂温度不同时， 应按哪种温度计算亨利系数？ 答： 以为 E 随物系而变， 一定物系 T 增加 E 增大， 当气体温度与

17、吸收剂温度不同时应用吸收剂温度来计算亨利系数。 5. 分析实验结果： 在其他条件不变的情况， 增大气体流量（空气的流量） ， 吸收率、 吸收系数 KYa 及传质单元数 NOG、 传质单元高度 HOG 分别如何变化？ 是否与理论分析一致， 为什么？ 答： 由记录测定两组体积吸收系数可以看出， 若是增大空气流量吸收系数KYa 减小， 那么增大 V（空气流量） 时则 GA 必增大， 传质单元高度 HOG 不变， 与理论分析差不多。 6. 在不改变进塔气体浓度的前提下， 如何提高出塔氨水浓度？ 答： 当 Y1 不变时 X1=(Y1-Y2) /(L/G) +X2 知在 Y1、 Y2 都不变时增大 X2，

18、 即吸收剂所含溶质组成， 则可使 X1 增大， 则提高了出塔氨水浓度。 7. 填料吸收塔塔底为什么必须设置液封管路？ 答： 为了防止塔外气体进入塔内影响吸收效率， 同时还可以起到稳定塔内气体压力的作用。 1. 为什么在操作中要先开鼓风机送气， 而后通电加热？ 答： 先开风机是为了避免空气不流通而烧坏电加热器。 2. 如果气流温度不同时， 干燥速率曲线有何变化？ 答： 干燥速率的定义： 恒速干燥阶段： 湿物料在恒速干燥条件下进行时， 物料表面的湿度 等于空气的湿球温度 tw， 当 tw 为定值时， 物料表面的空气湿含量 HW 也为定值。 由于物料表面和空气间传热和传质过程与测湿球温度时的情况基本

19、相同。 所以dQ/sdt=a(t-tw) , dw/sdt=Kh(Hsw-H) 而干燥是在恒定空气条件下进行的。 故随空气条件而变的 和 kH 均保持恒定不变， 而且（ ttw） 和（ HW-H） 也为恒定值。 由此可知： 湿物料和空气间的传热速率及传质速率均保持不变。 即湿物料以恒定速率向空气中、 气化水分。 而且此阶段， 空气传给湿物料的湿热恰好等于水分气化所需的汽化热， 即 dQ=rdH, U=dW/Sdt=kH(Ht-H) =a/r(t-tw)由此可知， 在第一阶段恒速干燥阶段， U 随气流温度升高而增大。 降速干燥阶段： 由于降速干燥阶段速率取决于物料本身结构、形状和尺寸， 而与干燥

20、介质状态参数无关， 因此变化不大。 3. 试分析在实验装置中， 将废气全部循环可能出现的后果？ 答： 如果将废气全部循环， 水分将不能由实验装置中排出。 这样直到热气流中水分达到一定含量， 气流水分的分压不再小于干燥物料水分的分压， 会导致干燥介质为水气所饱和， 推动力为零， 气流就不能将汽化的水汽带走， 干燥就无法进行。 4. 某些物料在热气流中干燥， 希望热气流相对湿度要小； 某些要在相对湿度较大的热气流中干为什么？ 答： 在化工生产中， 由于被干燥物料的形状和性质各不相同， 对于干燥后的产品要求也不尽相同， 因此对于干燥介质的要求也不同。 对于需要在热气流中干燥的物料， 如果希望干燥过程

21、的平均推动力较大， 干燥介质水汽的分压较小， 有一个较大的干燥速率。 以较快完成干燥操作，则希望热气流相对湿度要小； 相反， 如果需要减少空气消耗量及传热量， 降低操作费用， 则可在相对湿度较大的热气流中干燥。 5. 物料厚度不同时， 干燥速率曲线又如何变化？ 答： AB预热段； 与物料厚度无关； BC恒速段， 与物料厚度也无关； C 点临界点， 物料越厚， XC 越大 CD降速段， 由于是同一物料， 物料越厚， X*不变， 但 C D 将在 CD 曲线下方。 6. 湿物料在 7080的空气流中经过相当长时间的干燥， 能否得到绝干物料？ 答： 不能。 当物料中所含水分降至平衡含水量时，干燥过程终止