《化工原理实验思考题整理》

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1、1.洞道干燥实验及干燥特性曲线的测定（1）什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？答：恒定干燥条件指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。本实验中所采取的措施：干燥室其侧面及底面均外包绝缘材料、用电加热器加热空气再通入干燥室且流速保持恒定、湿物的放置要与气流保持平行。（2）控制恒速干燥速率阶段的因素是什么？降速的又是什么？答：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。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

2、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：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；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。 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：干燥曲线起始点上升，下降幅度增大，达到临界点时间缩短，临界点含水

3、量降低。因为加快了热空气排湿能力。（5）毛毡含水是什么性质的水分？毛毡含水有自由水和平衡水，其中干燥为了除去自由水。（6）实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？答：实验结果表明干、湿球温度计都有变化，但变化不大。理论上用大量的湿空气干燥少量物料可认为符合定态空气条件。定态空气条件：空气状态不变（气流的温度t、相对湿度 ）等。干球温度不变，湿球温度不变。绝热增湿过程，则干球温度变小，湿球温度不变。 （7）什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？ 答：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；本实验中本实验用大量空气干

4、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。 （8）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。2.筛板精馏塔实验（1） 测定全回流和部分回流总板效率或者等板高度，单板效率各需要几个参数？取样位置在何处？ 答：测定全回流总板效率要测定塔顶浓度和塔底浓度，分别在塔顶回流液处、塔底处取样；同时还应已知相平衡关系，

5、全塔实际板数。测定全回流单板效率要测定yn、yn+1、xn；分别取第n块塔板上下汽相样及第n块板降液管内的液样；同时还应已知相平衡关系。（2） 筛板精馏塔实验中，查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值？答：应取进料液的泡点温度作为定性温度。（3）其它条件不变，改变回流比大小，对产品组成和流量有何影响？（4） 测量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？ 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。（5） 全回流时测得板式塔上第n、n-1层液相组成，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

6、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（6）在全回流时，测得板式塔上第n、n-

7、1层液相组成后，能否求出第n层塔板上的以汽相组成变化表示的单板效率EmV？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- fL/V Xn-1+ XD (V-L)/V， EMV= EML/ EML+mV/L(1- EML)（7）查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值？ 答：水和乙醇的最低恒沸温度。 （8）若测得单板效率超过100%，做何解释？ 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

8、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为离开第n板上各处液面的气相平均浓度，而yn*是与离开第n板的最终液相浓度Xn成平衡的气相浓度，yn有可能大于yn*，致使ynyn+1，此时，单板效率EMV就超过100%。（9）塔板效率受哪些因素影响？答：混合物汽液两相的物理性质：主要有粘度、相对挥发度、扩散系数、表面张力、和重度等。精馏塔的结构：主要有出口堰高度、液体在板上的流程长度、板间距、降液部分大小及结构，还有阀、筛孔、或泡帽的结构、排列与开孔率。操作变量：主要有气速、回流比、温度及压力等。（10）精馏塔的常压操作是怎样实现的？如果要改为加压或减压操作，又怎样实

9、现？答：精馏塔常压操作是最简单的，在塔顶冷凝器后续管路中有个支管直接通大气，叫放空口。放空口打开就能进行常压操作。放空口关闭才能进行减压操作或加压操作。3.液-液转盘萃取实验（1）液液萃取实验的原理是什么？实验中塔高的计算方法是什么？答：液液萃取实验的原理是利用混合物中各个组分在外加溶剂中的溶解度的差异而实现组分分离的单元操作。萃取塔的有效接触高度（2）请分析比较萃取实验装置与吸收、精馏实验装置的异同点？ 萃取实验装置与吸收、精馏实验装置都是基于传质理论建造的设备。 答：三种实验装置的共同点是塔设备为主要设备，均有进料和出料口，均可以使物料在塔内物理分离。 不同点是精馏设备的有一个进料位置，通

10、常在塔体上；萃取和吸收有两个进料位置，通常一上一下，吸收时气相从塔底进入，液相从塔顶流下；萃取时重相从塔顶进入，轻相从塔底进入。精馏塔需要加热设备，为了强化传质效果萃取实验装置有转盘或脉冲发生器，吸收实验装置仅仅是利用普通的塔设备。 （3）说说本萃取实验装置的转盘转速（或脉冲幅度）是如何调节和测量的？从实验结果分析转盘转速变化对萃取传质系数与萃取率的影响。 答：转盘转速是通过调节脉冲转向器电机上的旋钮来调节，控制面板上的数字显示即为转盘转速。实验结果表明，在一定转盘转速范围内，转速越大，萃取传质系数越大，萃取率越大，表明萃取效果越好。 （4）测定原料液、萃取相、萃余相组成可用哪些方法？ 采用中

11、和滴定法时，标准碱为什选用KOH-CH3OH 溶液而不选用KOH-H2O溶液？答：酸碱中和滴定法、色谱分析仪分析法。因为原料液、萃取相都是油相，与水不互溶，若选用KOH-H2O溶液，会分层，酸碱难以充分接触，使得滴定终点会有较大误差，而萃取相是水相，故需要采用既溶于水又溶于油的KOH-CH3OH溶液。（5）萃取过程是否会发生液泛，如何判断液泛？ 答：可能。因为对于直径一定的萃取塔，可供液液两相自由流动的截面是有限的。两相之一的流量如果增大到某个限度，填料塔内的液体不能便不能顺畅的流下，在塔内形成积液，导致液泛。 液泛时，塔内液体不能顺利流通，滞液率增大；当填料塔内分层界面明显快速上升时，则认为

12、产生了液泛。（6）本实验为什么不宜用水做分散相？若用水做分散相，操作步骤怎样？两相分层分离段应设在塔顶还是塔底？如何选择萃取过程中的分散相？答：水的黏度比煤油小，应将黏度大的一相作为分散相。 若用水为分散相，则水相自塔底进入，油相自塔顶进入，先开油相，再开水相。两相分层分离段在塔底。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，以减小轴向混合。2)应充分考虑界面张力变化对传质面积的影响，对于dx/do 的系统，即系统的界面张力随溶质浓度增加而增加的系统当溶质从

13、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黏度有很大关系。为了减小塔径提高二相分离的效果，应将黏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。4.膜

14、分离（1）结合实验结果说明截留率及透过液通量随压力的变化趋势。答：由实验结果可知，透过液量随着压强的增大而增大，理论上，截留率也随着压强的增大而增大。（2）膜孔径的大小对截留率及透过液量有何影响？答：随着孔径的增大，截留率减小而通过液量会增大。（3）请简要说明超滤膜、纳滤膜和反渗透膜的基本机理。（4）与传统的蒸馏、萃取等分离方法相比，膜分离有哪些优点和不足？ 5.CO2吸收与解吸实验 （1）填料吸收塔塔底为什么要有液封装置？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

15、面o-o ，在其上取1、两点。其中： p1=炉内压强 或 因 p1=p2故 解得 h 。（2）液封装置的作用是什么?如何设计？ 答：防止实验过程中吸收剂从吸收塔底流出，液封的目的是保证塔内的操作压强影响实验结果。U形管作液封时，为防止管顶部积存气体，影响液体排放，应在最高点处设置放空阀或设置与系统相连接的平衡管道。为使在停车时能放净管内液体，一般在U形管最低点应设置放净阀。当需要观察管内液体流动情况，在出料管一侧可设置视镜。由于液体被夹带或泄漏等原因造成液封液损失时，在工程设计中应采取措施保持液封高度。（3）填料塔吸收传质系数的测定中,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 。（4） 为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？ 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制 。（5）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。（6）试说明精馏和吸收的相同点和不同点？ 答：不同点：精馏利用