化工原理实验思考题答案

实验一 流体流动阻力测定 1 在对装置做排气工作时 是否一定要关闭流程尾部的出口阀 为什么 答 是的 理由是 由离心泵特性曲线可知 流量为零时 轴功率最小 电机负荷最小 起到保护电机的作用 2 如何检测管路中的空气已经被排除干净 答 启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走 关闭出口阀后 打开 U 形管 顶部的阀门 利用空气压强使 U 形管两支管水往下降 当两支管液柱水平 证明系统中空 气已被排除干净 3 以水做介质所测得的 Re 关系能否适用于其它流体 如何应用 答 1 适用其他种类的牛顿型流体 理由 从可以看出 阻力系数与 Re d 流体具体流动形态无关 只与管径 粗糙度等有关 2 那是一组接近平行的曲线 鉴于 Re 本身并不十分准确 建议选取中间段曲线 不宜 用两边端数据 Re 与流速 黏度和管径一次相关 黏度可查表 4 在不同设备上 包括不同管径 不同水温下测定的 Re 数据能否关联在同一条曲线上 答 只要相同 Re 的数据点就能关联在一条直线上 d 5 如果测压口 孔边缘有毛刺或安装不垂直 对静压的测量有何影响 答 没有影响 静压是流体内部分子运动造成的 表现的形式是流体的位能 是上液面和下液 面的垂直高度差 只要静压一定 高度差就一定 如果用弹簧压力表测量压力是一样的 所以没 有影响 实验二 离心泵特性曲线测定 1 试从所测实验数据分析 离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门 答 由离心泵特性曲线可知 流量为零时 轴功率最小 电机负荷最小 起到保护电机的 作用 2 启动离心泵之前为什么要引水灌泵 如果灌泵后依然启动不起来 你认为可能的原因是 什么 答 1 离心泵不灌水很难排掉泵内的空气 导致泵空转却不排水 2 泵不启动可能 是电路问题或泵本身已经损坏 即使电机的三相电接反 仍可启动 3 为什么用泵的出口阀门调节流量 这种方法有什么优缺点 是否还有其他方法调节流量 答 1 调节出口阀门开度 实际上是改变管路特性曲线 改变泵的工作点 从而起到调 节流量的作用 2 这种方法的优点时方便 快捷 流量可以连续变化 缺点是当阀门关 小时 会增大流动阻力 多消耗能量 不经济 3 还可以改变泵的转速 减小叶轮直径 或用双泵并联操作 4 泵启动后 出口阀如果不开 压力表读数是否会逐渐上升 为什么 答 1 压力表读数会随着叶轮转速的变大而增大 到叶轮转速正常时 读数趋于稳定 2 这是因为出口阀关闭时 出口压力与泵内流体所受到的离心力有关 5 正常工作的离心泵 在其进口管路上安装阀门是否合理 为什么 答 1 不合理 2 因为水从水池或水箱输送到泵靠的是液面上的大气压和泵入口处 真空度产生的压强差 将水从水箱压入泵体 若在进口管上安装阀门 会增大这一段管路 的阻力 可能导致流体没有足够的压强差实现流动过程 6 试分析 用清水泵输送密度为 1200Kg m3 的盐水 在相同流量下你认为泵的压力是否会 变化 轴功率是否变化 答 1 泵的压力增大 因为扬程 H 与密度无关 但 故密度增大压力增大 gH p 2 轴功率增大 因为 Q 与密度无关 N 正比于密度 gQhN 实验三 流量计的校正 1 孔流系数与哪些因素有关 答 孔流系数由孔板锐口的形状 测压口的位置 孔径与管径之比和雷诺准数有关 具体 数值由实验测定 2 孔板 文丘里流量计安装时各应注意什么问题 答 1 流量计要与管道同心 2 垫片要与管道同心 不能凸出于管道中 3 两根导压管的 最高端的高度要一致 4 要有取压的根部阀 截止阀 5 防冻 6 气体的导压管应向上 引出 液体的应向下引出 3 如何检查系统排气是否完全 答 看流量装置或系统的情况 一般可以采用几种措施 1 安装一段透明管道 在水平与垂直管道的转弯处 由此来直接观测 2 在垂直管道顶端加一个排气阀 通水后 停止水流 打开排气阀 直到无气体排出为止 4 从实验中 可以直接得到的校正曲线 经整理也可以得到 C0 Re 的曲线 这两种VR 表示方法各有什么优点 答 实验中的方法更直接 更准确 这里提到的方法更直观 实验五 洞道干燥实验及干燥特性曲线测定 1 什么是恒定干燥条件 本实验装置中采用了那些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下 进行 答 1 指干燥介质的温度 湿度 流速及与物料的接触方式 均在整个干燥过程中保持 恒定 2 本实验中本实验用大量空气干燥少量物料 则可以认为湿空气在干燥过程温度 湿度均不变 再加上气流速度以及气流与物料的接触方式不变 所以这个过程可视为实验 在在恒定干燥条件下进行 2 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么 控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么 答 1 恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率 亦取决定于物 料外部的干燥条件 所以恒定干燥阶段又称为表面汽化控制阶段 2 降速阶段的干燥速 率取决于物料本身结构 形状和尺寸 而与干燥介质的状态参数关系不大 故降速阶段又 称物料内部迁移控制阶段 3 为什么要先启动风机 再启动加热器 实验过程中干 湿球温度计是否变化 为什么 如何判断实验已经结束 答 1 让加热器通过风冷慢慢加热 避免损坏加热器 反之如果先启动加热器 通过风 机的吹风会出现急冷 高温极冷 损坏加热器 2 理论上干 湿球温度是不变的 但实 验过程中干球温度不变 但湿球温度缓慢上升 估计是因为干燥的速率不断降低 使得气 体湿度降低 从而温度变化 3 湿毛毡恒重时 即为实验结束 4 若加大热空气流量 干燥速率曲线有何变化 恒速干燥速率 临界湿含量又如何变化 为什么 答 若加大热空气流量 干燥曲线的起始点将上升 下降幅度变大 并且到达临界点的时 间缩短 临界湿含量降低 这是因为风速增加后 加快了热空气的排湿能力 实验六 空气 蒸汽对流给热系数测定 1 在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时用到的密度值是否一致 它们分别 表示什么位置的密度 应在什么条件下进行计算 答 计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值不一致 前者的密度为空 气入口处温度下的密度 而后者为空气定性温度 平均温度 下的密度 2 实验过程中 冷凝水不及时排走 会产生什么影响 如何及时排走冷凝水 如何采用不 同压强的蒸汽进行实验 对关联式有何影响 答 冷凝水不及时排走 附着在管外壁上 增加了一项热阻 降低了传热速率 在外管最 低处设置排水口 及时排走冷凝水 采用不同压强的蒸汽进行实验 对 关联式基本无影响 因为 2g 3r d t 1 4 当蒸汽压强增加时 r 和 均增加 其它参数不变 故 2g 3r d t 1 4 变化不大 所以认为蒸汽压强对 关联式无影响 3 影响给热系数的因素和强化传热的途径有哪些 答 流体流动的速度 传热边界层中的导热是对流传热的主要矛盾 显然 增大流速可 以使传热边界层减薄 从而使 增大 使对流传热过程得以强化 流体的对流状况 是采用自然对流抑或采用强制对流 显然 强制对流时流体的流速较 自然对流为高 流体的种类 液体 气体 蒸气 流体的性质 影响较大的有流体的比热 导热系数 密度 粘度等 如导热系数大的流 体 传热边界层的热阻就小 给热系数较大 粘度大的流体 在同等流速下 Re 数小 传 热边界层相应较厚 给热系数便小 传热面的形状 位置和大小 不同形状的传热面 如圆管或平板或管束 是在管内还是 管外 是垂直放置还是水平放置 以及不同的管径和长度都对 有影响 所谓强化传热 就是设法提高传热的速率 从传热速率方程式 Q KA t 中可以看出 提高 K A t 中任何一项都可以强化传热 即增大传热面积 提高传热的温度差和提高传热 系数 实验七 填料塔吸收传质系数的测定 1 本实验中 为什么塔底要液封 液封高度如何计算 答 液封的目的是保证塔内的操作压强 当炉内压强超过规定值时 气体将由液封管排出 故先按炉内允许的最高压强计算液封管插入槽内水面下的深度 过液封管口作等压面 o o 在其上取 1 2 两点 其中 p1 炉内压强或因 p1 p2 故解得 h 2 测定 KXa 有什么工程意义 答 由 Ka 可以确定传质单元高度 从而可以找出填料层的高度 3 为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答 一般将原料气中的 CO2 浓度控制在 10 以内 所以吸收的计算方法可按低浓度来处理 又 CO2 在水中的溶解度很小 所以此体系 CO2 气体的吸收过程属于液膜控制过程 4 当气体温度和液体温度不同时 应用什么温度计算亨利系数 答 液体温度 因为是液膜控制 液体影响比较大 实验八 筛板塔精馏实验 1 测定全回流和部分回流总板效率与单板效率时各需测几个参数 取样位置在何处 答 全回流 塔顶 塔底取样 用折光仪测得其组成 部分回流 各板取样 用折光仪测得其组成 2 全回流是测定板式塔上第 n n 1 层液相组成后 如何求得 Xn 部分回流时 又如何求 Xn 答 如果为全回流则 Xn 为所测的液相组成数据 若为部分回流的 我们需要获得蒸馏塔 中的塔顶 塔釜的液相组成 求解其相平衡方程 代入方程即可求得 Xn 或 1 计算单板效率需测两个参数 分别是 Xn 和 Xn 1 取样在相邻两块塔板间 计算总 板效率同样需要测量两个参数 分别是 XD 和 XW 取样在塔釜和塔顶 2 部分回流 EM Xn 1 Xn Xn 1 X Xn 1 Xn Xn 1 f Yn Yn L V Xn 1 XD V L V 全回流 EM Xn 1 Xn Xn 1 X Xn 1 Xn Xn 1 f Yn Yn Xn 1 3 在全回流时 测得板式塔上第 n n 1 层液相组成后 能否求出第 n 层塔板上的以气相 组成变化表示的单板效率 答 能 计算如下 其中 f Y 为气液平衡线对应的 X 值 EML Xn 1 Xn Xn 1 f L V Xn 1 XD V L V EMV EML EML m V L 1 EML 4 查取进料液的汽化潜热时定性温度如何取值 答 水和乙醇的最低恒沸温度 5 若测得单板效率超过 100 作何解释 答 在精馏操作中 液体沿精馏塔板面流动时 易挥发组分浓度逐渐降低 对 n 板而言 其上液相组成由 Xn 1 的高浓度降为 Xn 的低浓度 尤其塔板直径较大 液体流径较长时 液体在板上的浓度差异更加明显 这就使得穿过板上液层而上升的气相有机会与浓度高于 Xn 的液体相接触 从而得到较大程度的增浓 Yn 为离开