化工原理实验思考题及答案

化工原理实验思考题 填空与简答 一 填空题 1 孔板流量计的关系曲线应在 单对数 坐标纸上标绘 Re C 2 孔板流量计的关系曲线在双对数坐标上应为 直线 RVS 3 直管摩擦阻力测定实验是测定 与 Re 的关系 在双对数坐标纸上标绘 4 单相流动阻力测定实验是测定 直管阻力 和 局部阻力 5 启动离心泵时应 关闭出口阀和功率开关 6 流量增大时离心泵入口真空度 增大 出口压强将 减小 7 在精馏塔实验中 开始升温操作时的第一项工作应该是 开循环冷却水 8 在精馏实验中 判断精馏塔的操作是否稳定的方法是 塔顶温度稳定 9 在传热实验中随着空气流量增加其进出口温度差的变化趋势 进出口温差 随空气流量增加而减小 10 在传热实验中将热电偶冷端放在冰水中的理由是 减小测量误差 11 萃取实验中 水 为连续相 煤油 为分散相 12 萃取实验中水的出口浓度的计算公式为 ERRRE VCCVC 211 13 干燥过程可分为 等速干燥 和 降速干燥 14 干燥实验的主要目的之一是 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法 15 过滤实验采用悬浮液的浓度为 5 其过滤介质为 帆布 16 过滤实验的主要内容 测定某一压强下的过滤常数 17 在双对数坐标系上求取斜率的方法为 需用对数值来求算 或者直接用 尺子在坐标纸上量取线段长度求取 18 在实验结束后 关闭手动电气调节仪表的顺序一般为 先将手动旋钮旋 至零位 再关闭电源 19 实验结束后应 清扫现场卫生 合格后 方可离开 20 在做实验报告时 对于实验数据处理有一个特别要求就是 要有一组数 据处理的计算示例 21 在阻力实验中 两截面上静压强的差采用倒 U 形压差计测定 22 实验数据中各变量的关系可表示为表格 图形和公式 23 影响流体流动型态的因素有流体的流速 粘度 温度 尺寸 形状等 24 用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验 试提出三个强化传热的方案 1 增加 空气流速 2 在空气一侧加装翅片 3 定期排放不凝气体 25 在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数 q 值 实验中需要测定 进料量 进料温度 进料浓度等 26 干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器 以防烧坏加热丝 27 在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压 正常操作维持在 0 005mPa 如果达到 0 008 0 01mPa 可能出现液泛 应减少加热电流 或停止加热 将进料 回流和产品阀关闭 并作放空处理 重新开始实验 28 流体在流动时具有三种机械能 即 位能 动能 压力能 这三种能 量可以互相转换 29 在柏努利方程实验中 当测压管上的小孔 即测压孔的中心线 与水流方 向垂直时 测压管内液柱高度 从测压孔算起 为静压头 它反映测压点处液 体的压强大小 当测压孔由上述方位转为正对水流方向时 测压管内液位将因 此上升 所增加的液位高度 即为测压孔处液体的动压头 它反映出该点水流 动能的大小 30 测量流体体积流量的流量计有转子流量计 孔板流量计和涡轮流量计 31 在精馏实验中 确定进料状态参数 q 需要测定进料温度 进料浓度参数 32 在本实验室的传热实验中 采用套管式换热器加热冷空气 加热介质为饱 和水蒸汽 可通过增加空气流量达到提高传热系数的目的 33 在干燥实验中 要先开风机 而后再打开加热以免烧坏加热丝 34 在流体流动形态的观察实验中 改变雷诺数最简单的方法是改变流量 35 1 离心泵最常用的调节方法是出口阀门调节 2 容积式泵常用的调 节方法是旁路调节 36 流体流过转子流量时的压强降随其流量增大而不变 37 U 型压差计不可能测出的值为绝对压 38 在不同条件下测定直管摩擦系数与雷诺数的数据 能否关联在同一条曲线 上只有管粗糙度相等时才能 39 对本实验室的传热实验 你认为提高空气的流速方案对强化传热在工程中 是可行的 40 以水作实验流体所测得的直管阻力系数与雷诺数的关系适用于牛顿型流体 41 当管子放置的角度或水流方向改变时 流速不变 其能量损失不变 42 离心泵在恒定转速下的扬程与流量 H Q 曲线为已知 现增大转速 此 时 H Q 线会上移 43 用皮托管放在管中心处测量时 其 U 形管压差计的读数 R 反映管中心处的 动能 44 某填料塔用水吸收空气中的氨气 当液体流量和进塔气体的浓度不变时 增大混合气体的流量 此时仍能进行正常操作 则尾气中氨气的浓度增大 45 在干燥实验中 提高空气的进口温度则干燥速率提高 若提高进口空气的湿 度则干燥速率降低 二 简答题 1 为什么实验测定前首先要赶尽设备和测压管中的空气 怎样排气 答 若不排气 则实验过程中流量计与 U 形管示数不稳 不易读数 且实验误 差大 启动泵 打开局部阻力测定阀 直管阻力 三通阀值水平位置 将测压 阀全部打开 将流量调至最大 排出导管中气泡 然后关闭流量至 0 若倒置 U 形管中两液柱高度差为 0 则气泡排尽 反之则没排尽 2 试验中如何选择用差压变送器和倒置 U 形管压差计 为什么 写出差压计算 公式 答 当 p 较小时 U 形管能满足时用倒置 U 形管压差计 当 p 较大时 U 形管无法满足时用压差变送器 U 形管压差计 P1 P2 gR 换算得 1mmH2O 9 80665Pa 压差变速器 p 31 03V 1 84 X12 6mmH2O 3 单相流动阻力测定实验所得的曲线能否用于空气 为什么 Re 答 不能 由 及 Re 而 空气 水 l d 2 2 u f du 空气水 4 单相流动阻力测定实验中测定局部阻力系数的方法原理是什么 答 如图 由 2 2 2 2u p u p h f f f 得 得 A B c b a 2 aAbBf ppppp 其中设计线段 AB Bc 线段 cb ab 5 在流量计标定实验中 得到孔板流量计的标定曲线为一直线 其理论依据是 什么 测定流量计标定曲线有什么意义 答 等式两边取对数 为一直线方 5 0 0 2KRgRCAVS KRVSloglog5 0log 程 测定流量计标定曲线后 可根据 R 值直接查取 Vs 6 孔板流量计的特点是什么 测定关系曲线有什么意义 Re C 答 孔板流量计制造简单 安装方便 反应灵敏 但流体流经孔板的能量损失 大 通过测定的 C Re 关系曲线 可选定流量计的测量范围 C 为定值的区域 7 为什么测试系统要排气 如何正确排气 答 1 若测试系统未进行排气 流量计管径中有气泡 则所测得的压力差 并非定值 从而对结果产生影响 2 加紧夹子 B C 打开 A D E 将试样 管内流量开至最大 当导管中水从 A 中流出时 加紧 D E 再缓缓打开夹子 B 使左侧液面下降至中间左右 加紧 B 再打开 C 直至液面下降至中间左右 加紧 C 最后加紧 A 关闭流量调节阀 让试管内流量为 0 打开夹子 D E 看倒置 U 形管的读数是否为 0 若为 0 则说明空气被排尽 若不为 0 则继 续重复上述操作 直至读数为 0 为止 8 在使用涡轮流量计时 用公式 Vs f k 由 f 值求 Vs 时 若 Vs 小于或大于流 量计标定时的测量范围 所求之 Vs 值可靠吗 为什么 答 不可靠 因为用涡轮流量计在其量程内的特性曲线魏直线 若不在标定范 围 则误差较大 所求 Vs 不可靠 9 什么情况下 开泵前要给泵灌水 为什么 什么情况下 开泵前不需给泵灌 水 答 离心泵的安装高度高于水槽中液面高度的普通离心泵 因为离心泵不灌水 很难排掉泵内的空气 导致泵空转而不能排水 离心泵的安装高度低于水槽中 液面高度或自吸泵已排完气时开泵前不需给泵灌水 10 什么情况下会产生气蚀现象 答 离心泵是靠贮液槽液面与泵入口压力差 P0 P1 吸入液体 若 P0一定 则泵安装位置离液面的高度越高 P1越低 当安装高度达到一定值 使泵内最 低压力降至输送温度下液体的饱和蒸汽压时 液体在该处气化 或者是溶解在 液体中的气体形成气泡 含气泡的液体进入叶轮的高压区后 气泡迅速凝聚或 者破裂 气泡的消失产生局部真空 周围液体以高速涌向气泡中心 产生压力 极大 频率极高的冲击 即出现气蚀 泵会因漏入空气而使泵内流体的平均密 度下降 若平均密度下降严重 泵将无法吸上液体 称为 气缚 现象 11 为什么调节离心泵的出口阀门可调节其流量 这种方法有什么利弊 是否 有其它方法调节流量 答 调节泵的出口阀的开度便改变了管路特性曲线 从而改变了泵的工作点 此法操作简便 工程上广泛采用 其缺点是关小阀门时 额外增加了动力消耗 不够经济 其它方法有 1 改变泵的特性 在冬季和夏季送水量相差较大时 用比例定律或切割定 律改变泵的性能参数或特性曲线 此法甚为经济 2 泵的并联或串联操作 泵的并联或串联操作按下列三个原则选择 单台泵的压头低于管路系统所要求的压头时 只能选择泵的串联操作 对高阻型管路系统 即管路特性曲线较陡 如图 2 3 中曲线 1 两台泵串联时可获得较大流量 如图中的 串联 并联 单台 对低 Q Q 1 Q 阻型管路系统 即管路特性曲线较平坦 如图 2 3 中曲线 2 两台泵并联时可获得较大流量 如图中的 并联 串联 单台 Q Q 2 Q 12 为什么离心泵启动时要关闭出口阀 答 开阀门时 扬程极小 电机功率极大 可能会烧坏电机 13 流量增大时 离心泵入口处真空表读数与出口处压力表的读数如何变化 试分析之 答 离心泵入口处真空度由小变大 出口处 压强由大变小 在水槽面与入口列机械能衡算方程得 随着 Q 增大 动压头 10 2 11 2 fg a H g u H g pp 及摩擦压头增加而位压头不变 故真空表的读 数将变大 根据离心泵的基本方程 对于后弯 叶片 在泵的叶轮尺寸和转速一定的条件下 流量加大 泵的压头下降 因而泵的出口压强表的读数 P2将流量 Q 的加大而 降低 由机械能衡算方程也可得到这一结论 14 为什么在离心泵进口管下要安装底阀 答 底阀是一个单向阀 只能进不能出 由于离心水泵没有抽真空的功能 而 离心泵在水面超过叶轮才能工作 所以使前必须向水泵内灌水 安装的底阀是 为了防止灌入的水漏掉 15 流量调节阀可以安装在吸入管上吗 为什么 答 流量调节阀不可以安装在吸入管上 因为 如果流量调节阀设在吸入管上 可能引起离心泵空转或是产生空洞引起剧烈震动 从而损坏设备 16 在恒压过滤实验中 为什么过滤开始时 滤液常常有一点混浊 过一定时 间才转清 答 过滤开始时由一些细小颗粒穿过过滤介质使滤液混浊 过一段时间后 颗 粒在过滤介质孔间发生 架桥 现象 阻碍细小颗粒通过 则滤液变清 17 过滤压强增加一倍后 得到同一滤液量所需的时间是否也减少一半 为什 么 答 不是 V 一定的条件下 不仅与 P 有关还与滤饼压缩指 s P 1 1 数 s 有关 对不可压缩滤饼 s 0 与 P 成反比 18 随着空气流量的变化 空气出口温度有何变化 为什么 答 温度逐渐降低 因为由于 Q WcCpc t2 t1 VcCpc t2 t1 当 Q 一定时 Vc 增加 t2降低 19 为什么要将热电偶冷端插入冰水中 答 将热电偶冷端插入冰水中是为了保证冷端补偿电偶恒为 0 以便于作参 考 20 传热准数关联式 Nu 0 023RePr适用什么条件 8 04 0 答 流体无相变 低黏度流体在圆形直管中作强制对流 Re 10 Pr 0 7 4 120 60 D L 21 从干燥速率曲线看 干燥基本上可分为等速干燥 水分含量高时 和降速 干燥 水分含量低时 试讨论其原因 答 当物料表面温度升至空气状态的湿球温度时 干燥进入恒速阶段 此时空 气传给物料的显热等于水分气化所需的潜热 物料表面温度维持在湿球温度不 变 物料含水量下降 干燥速率不变 干燥进入降速阶段后 物料开始升温 热空气传给物料的热量一部分用于加热物料 另一部分用于水分气化在此阶段 内干燥速率随物料含水量减少而下降 22 在保证干燥质量的前提下 怎样可以合理地提高干燥速率 答 影响干燥速率的主要因素有 固体物料的种类和性质 固体物料层的厚度 或颗粒大小 空气的湿度 温度和流速 空气与固体物料的相对运动方式 因 此 提高空气温度和流速 降低空气的湿度 减少物料层的厚度或增大物料层 的表面积都可以提高干燥速率 24 板式塔气液两相的流动特点是什么 答 液相为连续相 气相为分散相 25 实验结果表明 当回流比由 R 4 增加至无穷大时 塔顶产品的浓度增加 塔顶产品的产量减少 这对于化工设计和生产中回流比的选择有什么指导意义 答 精馏操作中 由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量 L 与塔顶产品流量 D 的 比值 即 R L D 回流比的大小 对精馏过程的分离效果和经济性有着重要的 影响 增大回流比 可减少分离所需的理论塔板数 同时回流比的增大 必要 求塔釜产生的蒸汽量相应增加 当减少回流比至某一数值时 理论上为达到指 定分离要求所需板数趋于无穷大 这是回流比的下限 称为最小回流比 26 是否精馏塔越高产量就越大 将精馏塔加高 能否得到无水酒精 答 不一定 因精馏塔的产量由进料量及分离要求而定 不能得到无水酒精 因塔顶浓度还受物料衡算及理论板限制 27 精馏塔在操作过程中 由于塔顶采出率太大而造成产品不合格时 恢复正 常最快 最有效的办法是什么 答 保持塔釜加热负荷不变 增大进料量和塔釜出料量 减少塔顶采出率 使 得精馏塔在 DXd FXf WXw条件下操作一段时间 使之尽快达到正常浓度 等塔 顶温度正常的时候 再将进料量 塔顶塔底出料量调到正常值 28 萃取过程中如何选择分散相 答 萃取分散相选择的原则 1 为了增加相际接触面积 一般将流量大的一相作为分散相 但如果两相的流 量相差很大 并且所选用的萃取设备具有较大的轴向混合现象 此时应将流量 小的一相作为分散相 以减小抽向混合 2 应充分考虑界面张力变化对传质面积的影响 对于 o 的系统 即系统 dx d 的界面张力随溶质浓度增加而增加的系统当溶质从液滴向连续相传递时 液滴 的稳定性较差 容易破碎 而液膜的稳定性较好 液滴不易合并 所以形成的 液滴平均直径较小 相际接触表面较大 当溶质从连续相向液滴传递时 情况 刚好相反 在设计液液传质设备时 根据系统性质正确选择作为分散相的液体 可在同样条件下获得较大的相际传质表面积 强化传质过程 3 对于某些萃取设备 如填料塔和筛板塔等 连续相优先润湿填料或筛板是 相当重要的 此时 宜将不易润湿填料或筛板的一相作为分散相 4 分散相液滴在连续相中的沉降速度与连续相的粘度有很大关系 为了减小塔 径提高二相分离的效果 应将粘度大的一相作为分散相 5 此外 从成本 安全考虑应将成本高的 易燃 易爆物料作为分散相 29 震动筛板萃取塔有什么特点 答 它是一种外加能量的高效液液萃取设备 塔身塔板通过电动机和偏心轮可 以往复运动 重相经过转子流量计进入塔顶 轻相经转子流量计进由 25mm 玻璃管做成长 1500mm 塔上下两端各有一个 100m