《化工原理》实验思考题题目及答案

《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
答：在过滤实验中，当操作压强增加⼀倍时，由K=2p1-s/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/k
y
基本上为⽓相阻⼒1/k
y 所决定，或说为1/k
y
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T
a
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。