《化工原理》 实验思考题题目及答案

实验一 流体流动阻力测定

1、倒∪型压差计的平衡旋塞和排气旋塞起什么作用? 怎样使用?

平衡旋塞是打开后，可以进水检查是否有气泡存在，而且能控制液体在U型管中的流量 而排气旋塞，主要用于液柱调零的时候使用的，使管内形成气-水柱

操作方法如下：

在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀和回水阀，旋开倒置U型管底部中间的两个进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。

开大流量，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀，打开底部左右两端的放水阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭上部两个放空阀。

2、如何检验测试系统内的空气已经排除干净？

在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀和回水阀，旋开倒置U型管底部中间的两个进水阀。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。知道，U型管高度差为零时，表示气泡已经排干净。 3、U型压差计的零位应如何调节？

操作方法如下：

在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀和回水阀，旋开倒置U型管底部中间的两个进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。

开大流量，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀，打开底部左右两端的放水阀，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭上部两个放空阀。

4、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？

有，有影响。跟据公式 hf=Wf/g=λlu平方/2d也就是范宁公式，是沿程损失的计算公式。因此，根据公式，测压孔的长度，还有直径，都是影响测压的因素。再根据伯努利方程

测压孔的位置，大小都会对实验有影响。

5、在测量前为什么要将设备中的空气排净？怎样能迅速地排净？

因为如果设备含有气泡的话，就会影响U型管的读数，读数不准确，便会影响实验结果的准确性。要迅速排净气体，首先要开大流量，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭。 6、在不同设备（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的λ-Re数据能否关联在同一条曲线上？

答，不能，因为，跟住四个特征数，分别是长径比l/d,雷诺数Re，相对粗糙度 E/d，还有欧拉数Eu=wf/u的平方。即使相对粗糙度相同的管，管径和温度不同都会影响雷诺数及摩擦系数λ。他们得到的λ-Re曲线图都不同。例如，由于温度的改变，会影响液体的粘度改变，还有液体密度的改变。因此，摩擦系数的公式中，λ=64μ/ρud=64/Re因此，温度的改变会

影响，摩擦系数和雷诺数的改变。因此，他们不是在同一条曲线上，但能反映在同一副图中，作出比较。

7、以水为工作流体所测得的λ-Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体？为什么？ 不能，因为，每一种流体他们的流体密度还有年度都不同，都会影响摩擦系数λ和雷诺数Re的大小变化，根据公式λ=64μ/ρud=64/Re，在相同的粗糙度管中，得出的关系曲线也是不同的。因此，用水得出的λ-Re关系不能用于其它种类的牛顿型流体。 8、测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态有关吗？为什么？

有影响的，因为，不同的放置状态会影响液体的流速。而流速的不同，直接反应在公式λ=64μ/ρud=64/Re，因此他们不同的放置位置，也会影响雷诺数和摩擦系数，虽然，单位体积的流体的沿程损失是一样，就是R1=R2=R3，管内流动总阻力顺势，还是要考虑摩擦系数和流速，因此Wf=λlu平方/2d，直管阻力还要考虑摩擦因素的影响。 9、如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些？

答：设备一定时，选用大密度或小粘度的流体；流体一定时，增大管径，二者均可通过调节流体流速得到较大范围雷诺数的状态

实验二：离心泵

1、分析为什么离心泵启动前要灌泵？在启动前为何要关闭调节阀？ 答：离心泵启动前，必须将泵内灌满液体，至泵壳顶部的小排气旋塞开启时有液体冒出为止，以保证泵和吸入管内无空气积存。停泵前亦应先关闭调节阀，以免压出管路内的液体倒流入泵内使叶轮受冲击而损坏。

2、分析气缚现象与气蚀现象的区别。 答：因泵入口处变径引起气体积存而形成气囊，大量气体吸入泵内，导致吸不上液体的现象，称为气缚现象。当Pk降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速加大而急剧冷凝，使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为气蚀。 3、根据什么条件来选择离心泵？ 答：（1）先根据所输送的液体及操作条件确定泵的类型 （2）再根据所要求的流量与压头确定泵的型号

（3）若被输送液体的粘度和密度与水相差较大时，应核算泵的特性参数：流量、压头和

轴功率。

4、试分析允许汽蚀余量与泵的安装高度的区别。

答：离心泵的安装位置与被吸入液体液面的垂直高度，称为安装高度。安装高度的高低直接影响到离心泵能否正常输送液体。为避免发生气蚀，就要求泵的安装高度不超过某一定值，我们采用气蚀余量来表示泵的吸上性能。用气蚀余量确定泵的安装高度。 5、当改变流量调节阀开度时，压力表和真空表的读数按什么规律变化？

答：出口阀门开大时,出口压力减小，压力表读数增大，流量随之增大（这是离心泵的一种特性）。真空表的读数增大，这是因为随着流量增大，吸水管的压力损失增大，管内压强降低，反映在进口真空表的读数增大（注意真空值增大，压强是减小的）。（百度里的是——真空表负压变大，压力表逐渐减小）

6、用孔板流量计测流量时，应根据什么选择孔口尺寸和压差计的量程？

孔板流量计时应选择适当的面积比以期兼顾到U形压差计适宜的读数和允许的压力降

7、从你所得的特性曲线中分析，如果要增加该泵的流量范围，你认为可以采取哪些措施？

允许气蚀余量Hs = 7m，若选用密度比水轻的苯作介质，允许气蚀余量将如何变化？为什么？ 若要实现计算机在线测控，应如何选用测试传感器及仪表？

8离心泵启动前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安装上有何特点？

离心泵是靠大气压工作.水泵工作时由电动机带动叶轮高速旋转.在泵体内形成一个低气压区.这样大气压就将低处的水压入进水管中.而泵体中的水又由于离心力被甩到出水管.这样水就源源不断的被抽上来了.如果不灌水排气,管内与管外的气压相等就不能将水抽上来. 9启动泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后，再逐渐开大？（而停泵时，也要先关闭出口阀？这问上面有）

离心泵启动时流量最小时，启动电流最小，有利于降低泵启动电流，而旋涡泵属于容积式泵，若启动时出口阀没有关闭，泵出口的压力会很高，严重时将打坏旋涡轮泵的叶轮。 （3）离心泵的特性曲线是否与连接的管路系统有关？

答：特性曲线与管路无关，因为测量点在电机两端，管路的大小，长短与流量无关，只是与流速有关。

（4）离心泵的流量增大时，压力表与真空表的数值将如何变化?为什么？

答：压力表读数增大，真空表的读数增大。出口阀门开大时,出口压力减小，压力表读数增大，流量随之增大（这是离心泵的一种特性）。真空表的读数增大，这是因为随着流量增大，吸水管的压力损失增大，管内压强降低，反映在进口真空表的读数增大（注意真空值增大，压强是减小的）。

（5）离心泵的流量可通过泵的出口阀调节，为什么？ 离心泵在固定的转速下扬程是固定的，调节出口阀就调节了导流面积，可以使用这种方法调节流量。当阀小时，管阻大，电机的有效功率低，流量小；当阀大时，管阻小，电机的有效功率高，流量大。

（6）离心泵在其进口管上安装调节阀门是否合理？为什么？

离心泵的进出口通常都安装有阀门，如果有水封装置，可以不必装进口阀门，但流量要使用出口阀门来调节。

实验三 恒压过滤

（1）在过滤实验中，当操作压强增加一倍时，其Ｋ值是否也会增加一倍？当要得到同样的过滤量时，其过滤时间是否缩短了一半

1-s

答：在过滤实验中，当操作压强增加一倍时，由K=2p/ur0c可见，K值还随r0和u（黏度）影响，而r0和u（黏度）都为实验常数，若考虑滤饼的可压缩性，应计入r随过滤压力的变化，故或受压力影响而变化，所以不能确定K值是否增加一倍；同理，当要得到同样的过滤量时，见书本P105-3-36可见，时间也不一定缩短一半。

（2）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？

因为刚开始时，滤布上没有滤渣阻隔，部分幼细的粉剂通过了过滤层；又或因操作有差，滤布和滤板还没有粘合好，悬浊液没有通过滤布过滤完全，而一会儿之后，留在滤布上的滤饼增厚，同样起到了过滤阻隔作用，把细微的粉状物也隔离在过滤器中。 （3）哪些因素影响过滤速度？

和过滤压差、比阻、滤液浓度黏度、滤饼厚度有关，关联式子为书本P105-3-36。

课本上的题目

⑵实验数据中 第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？ 可见我组实验数据中第一点没有偏高或偏低现象，若有偏高，应由于滤布和滤板未吻合好，

两者间或有空气阻隔，若偏低则因滤布上的滤渣较少，甚至在一段时间内出现悬浊液，滤液无阻隔地通过，而使之单位过滤量的时间缩短。

⑶△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？作直线求K及qe时，直线为什么要通过矩形顶边的中点？ △q应适当的取，估算实验总用时，大概取7~8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，所以一般取矩形顶边中点，而一般作图时，可先算出其q的算术平均值，用之作图。

⑷滤浆浓度和过滤压强对K有何影响？

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。 ⑸⑹见资料的第⑴⑶题答案。

（实验四 气-汽对流传热实验）

（1）、本实验中空气和蒸气的流向．对传热效果有什么影响? 答：无影响。因为Q=ɑA△tm.不论冷流体和蒸汽是顺流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故△tm不变，而ɑ和

A不受冷流体和蒸汽的影响，故传热效果不变。

（2）、在汽－气对流实验中，采用同一换热器，在流体流量及进口温度均不发生变化的时候，两种流体流动方式由逆流改为并流，总传热系数是否发生变化？为什么

答：发生变化，因为在流体流量及进口温度均不发生变化的条件下，逆流时的对数平均温差恒大于并流时的，且逆流总是优于并流，故总传热系数是会发生变化的。 （3）、在汽－气对流实验中，测定的壁面温度是接近空气侧的温度，还是接近蒸汽侧的温度？为什么？

答：接近蒸汽温度，因为蒸汽冷凝传热膜系数a（蒸汽）>> a（空气）。 （4）、环隙间饱和蒸汽的压强发生变化．对管内空气传热膜系数的测越是否会发生影响? 答：不会发生影响，当汽压强增加时，r和均增加，其它参数不变，

所以认为对管内空气传热膜系数的测定无影响

书本上的思考题

实验五，填料塔

1.风机为什么要用旁通阀调节流量？

答：因为如果不用旁通阀，在启动风机后，风机一开动将使系统内气速突然上升可能碰坏空气转子流量计。所以要在风机启动后再通过关小旁通阀的方法调节空气流量。

2. 根据实验数据分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制？ 答：实验数据表明，相平衡常数m很小，液相阻力m/kx也很小，导致总阻力1/ky基本上为气相阻力1/ky所决定，或说为1/ky所控制，称为气膜控制。

3. 在填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？

答：塔底的液封主要为了避免塔内气体介质的逸出，稳定塔内操作压力，保持液面高度。

填料吸收塔一波采用U形管或液封罐型液封装置。

液封装置是采用液封罐液面高度通过插入管维持设备系统内一定压力，从而防止

空气进入系统内或介质外泄。

U形管型液封装置是利用U形管内充满液体，依靠U形管的液封高度阻止设备系统内物料排放时不带出气体，并维持系统内一定压力。

4. 要提高氨水浓度（不改变进气浓度）有什么方法？又会带来什么问题？ 答：要提高氨水浓度，可以提高流量L，降低温度Ta

吸收液浓度提高，气-液平衡关系不服从亨利定律，只能用公式

进行计算。

5. 溶剂量和气体量的多少对传质系数有什么影响？Y2如何变化（从推动力和阻力两方面分析其原因）？

答：气体量增大，操作线AB的斜率LS/GB随之减小，传质推动力亦随之减小，出口气体组成上升，吸收率减小。

实验六 精馏塔

（a）在精馏操作过程中，回流温度发生波动，对操作会产生什么影响？ 答:馏出物的纯度可能不高，降低塔的分离效率。

（b）在板式塔中，气体、液体在塔内流动中，可能会出现几种操作现象？ 答:4种:液泛,液沫夹带,漏液

（c）如何判断精馏塔内的操作是否正常合理？如何判断塔内的操作是否处于稳定状态？ 答：1）看显示的温度是否正常

2）塔顶温度上升至设定的80摄氏度后，在一个较小的范围内波动，即处于稳定状态

(d) 是否精馏塔越高，产量越大？

答:不是。因为由 R =L/D可以知道，馏出液的产量与回流比有关，而与塔高无关 （e）精馏塔加高能否得到无水酒精？

答:不能．因为当乙醇的摩尔质量分数达到 89 . 4 ％时，将与水在 78 . 15 ℃ 形成恒沸混合物，所以将精馏塔加高也不能得到无水酒精。

（f）结合本实验说明影响精馏操作稳定的因素有哪些？

答:主要因素包括操作压力、进料组成和热状况、塔顶回流、全塔的物料平衡和稳定、冷凝器和再沸器的传热性能，设备散热情况等

（g） 操作中加大回流比应如何进行？有何利弊？

答:加大回流比的措施，一是减少馏出液量，二是加大塔釜的加热速率和塔顶的冷凝速率. 加大回流比能提高塔顶馏出液组成xD，但能耗也随之增加。

（h） 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，要恢复正常的最快最有效的方法是什么？

答:降低采出率,即减少采出率. 降低回流比 (1)什么是全回流？特点？

在精馏操作中，若塔顶上升蒸汽经冷凝后全部回流至塔内，则这种操作方法称为全回流。全回流时的回流比R等于无穷大。此时塔顶产品为零，通常进料和塔底产品也为零，即既不进料也不从塔内取出产品。显然全回流操作对实际生产是无意义的。但是全回流便于控制，因此在精馏塔的开工调试阶段及实验精馏塔中，常采用全回流操作。 (3)在精馏实验中如何判断塔的操作已达到稳定？

当出现回流现象的时候，就表示塔的操作已稳定。就可以测样液的折射率了。 (4)什么叫灵敏板？受哪些因素影响？

一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组成发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏 出液的变化。

在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反映。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度分布曲线如图所示。这样，当塔顶温度有了可觉察的变化，馏出液组成的波动早已超出允许的范围。以乙苯-苯乙烯在8KPa下减压精馏为例，当塔顶馏出液中含乙苯由99.9%降至90%时，泡点变化仅为0.7℃。可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生 变化之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段，以稳定馏出液的组成。 （5）如何确定精馏塔的操作回流比？

在精馏操作中，由精馏塔顶冷凝器返回塔内的液体流量与送出塔外的馏出量之比称为回流比。操作回流比在全回流和最小回流比间选择，一般取最小回流比的1.1～2.0倍。增大回流比既加大了精馏段的液气比L/V，也加大了提留段的气液比V/L，两者均有利于精馏过程中的传质。

最适宜回流比的选取：最小回流比对应于无穷多塔板数，此时的设备费用过大而不经济。增加回流比起初可显著降低塔板数设备费用明显下降补偿能耗增加，再增加回流比所需理论塔板数下降缓慢，此时塔板费用的减少将不足以补偿能耗的增长。此外，回流比的增加也将增大塔顶冷凝器和再沸器的传热面积，设备费用反随回流比的增加而上升。一般最适宜回流比的数值范围是最小回流比的1.2～2.0倍。一般情况下最小回流比Rmin为：Rmin＝xD－yW/yW－xW

（6）冷料对精馏塔操作有什么影响

对于固定进料的某个塔来说，进料状态的改变，将会影响产品质量和损失。例如：某塔为饱和液进料，当改为冷进料时，料液入塔后在加料板上与提馏段上升的蒸气相遇，即被加热至饱和温度，与此同时，上升蒸汽有一部分被冷凝下来，精馏段塔板数过多，提馏段板数不足，结果会造成釜液中损失增加。这时在操作上，应适当调整再沸器蒸汽，使塔的回流量达到原来量。

进料分为五种，冷液体进料、饱和液体进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料。

进料状态不同，q值就不同，直接影响塔内精馏段和提馏段上升气量和下降液体量之间的关系。冷液体进料时q大于1。

q 值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。 （7）塔板效率受哪些因素影响 受温度，压强和原料的影响

实验七 干燥曲线

1试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响？ 答：温度越高，空气流量越小，，恒定干燥速率越高，临界含水量也越大。 2恒定干燥条件是指哪些条件要恒定，完成本实难要测取哪些数据？

答：指空气的温度、湿度、速度和与物料的接触状况都不变。本实实验要测相同时间间隔物料的重量变化、干燥速率、干球温度、湿球温度、干燥面积、框架重量。 3如果气速温度不同时，干燥速率曲线有什么变化？

如果气速温度增大，恒定干燥速率也增高，Xc变大，干燥将愈早由恒速转入降速阶段，图形总趋势不变，BC段时间变短，CD段时间变长。

实验8、9雷诺实验

1、流体的流动类型与雷诺数的值有什么关系？

答：根据实验，流体在圆形直管内流动，Re≤2000（有的资料达到2300）时属于层流；Re＞4000时则一般为湍流。Re在2000~4000之间时，流动处于一种过渡可能是层流，可能是湍流，或是二者交替出现，主要由外界条件所左右。 2、为什么要研究流体的流动类型？它在化工过程中有什么意义？

答：研究流体流动类型是一个基本学科的重要组成部分，在分类上层流流与湍流两种流体流动方式所产生的效果是不同的，在这方面还要运用到“流体力学”方面的知识，比如，层流是流体在流动时比较常见的流动方式，它所产生的效率（即所作的功）是比较稳定、持续的，而湍流是流体一种旋转的流动，由于，流体旋转流动时其旋转的中心容易形成“真空”旋涡，使一些杂质被分离，所以，研究流体流动类型对任何加工行业都有很好的作用。

研究流体流动的类型在化工过程的意义在于可以解决流体流动中的能量消耗计算问题，以便设计管路系统和泵、风机等的选择。在航空工业领域对飞机外形的设计，发动机的研制，进行风洞实验等都有很重要是实用意义。

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