化工原理实验试卷

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1 化工原理实验试卷
注意事项:1. 考前请将密封线内填写清楚; 2. 所有答案请直接答在试卷上; 3.考试形式:闭卷; 4. 本试卷共四大题,满分 100 分, 考试时间 90 分钟。

题 号 分数 得 分 评卷人

一 30

二 30

三 20

四 20

总分 100

一、填空题 1.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。 2.实验数据中各变量的关系可表示为表格,图形和公式. 3.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. 4.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。 5.用皮托管放在管中心处测量时, 其U 形管压差计的读数R 反映管中心处的静压 头。 6.吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定,吸收剂为稀硫酸,指示剂为甲基 红。 7.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。 8.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。 9.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。 10.吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定,它主要由取样管、吸收盒和湿 式体积流量计组成的,吸收剂为稀硫酸,指示 剂为甲基红。 11.流体在流动时具有三种机械能:即①位能,②动能,③压力能。这三种能量 可以互相转换。 12.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。 13.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。 14.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。 15.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
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数的目的。 16.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。 17.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。 18.(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。 19.在填料塔流体力学特性测试中,压强降与空塔气速之间的函数关系应绘在双 对数坐标系中,当有液体喷淋时,随气速的进 一步增加出现载点, 这时填料层持液量开始增大,压强降与空塔气速的关联线向 上弯曲,斜率变大,当气速继续增大,填料层持 液量越积越多,气体的压强几乎是垂直上升,气体以泡状通过液体,出现液泛现 象,此点称泛点。 二、选择题 11.流体流过转子流量时的压强降随其流量增大而C。 A.增大B.减少C.不变D.不确定 12.U 型压差计不可能测出的值为D。 A.表压B.真空度C.压强差D.绝对压 13.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 D。 A.能B.不能C.只有温度相同时才能D.只有管粗糙度相等时才能。 14.对本实验室的传热实验,你认为A 方案对强化传热在工程中是可行的。 A.提高空气的流速B.提高蒸汽的压强 C.采用过热蒸汽以提高传热温差D.在蒸汽侧管壁上加装翅片 15.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A。 A.牛顿型流体B.只有液体流体C.任何流体D.只有水本身 16.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C。 A.增大B.减少C.不变D.不确定 17.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A。 A.上移B.下移C.不变D.不确定 18.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D。 A.冲压能B.静压能C.位能D.动能 19.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A。 A.增大B.减少C.不变D.不确定 20.在干燥实验中,提高空气的进口温度则干燥速率A;若提高进口空气的湿度则 干燥速率B。 A.提高B.降低C.不变D.不确定 三、问答题 1.请分别写出测量流量、压力的仪表各三个。 答:转子流量计、涡轮流量计、孔板流量计。 2.离心泵为什么要求在关闭出口阀门时启动?为什么? 答:当关闭出口阀门时,流量为零时,电机消耗的功率最小,启动电流最小,以 免烧坏电机。
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3.某糖厂的换热器, 采用饱和水蒸汽加热介质,运行一段时间后发现传热效果下 降,试分析可能的原因? 2 答:结垢、饱和蒸汽中混有不凝气体、饱和水蒸汽压力不够、冷凝水不能及时排 除等 4.在本实验室的精馏实验过程, 发生了液泛现象, 试分析原因并提出解决的方法。 答:发生液泛的原因是由于回流过大、加热电热电流,液泛后应减少加热电流, 调节无效,应停止加热,将进料、回流和产 品阀关闭,并作放空处理,重新开始实验。 5.使用废气循环对干燥作业有什么好处?干燥热敏性物料或易变形、 开裂的物料 为什么多使用废气循环? 答:节能,降低干燥温度和干燥速率 6.将本塔适当加高, 是否可以得到乙醇的质量浓度为98%以上的酒精溶液?为什 么? 答: 不能, 因为乙醇-水在常压下形成恒沸点, 恒沸点处乙醇的质量浓度为0.89, 此时相对挥发度为零,无法再分离。 7.编写实验报告应包括哪些内容? 答:实验题目、报告人及合作者姓名、实验任务、实验原理、实验设备及流程、 操作、原始数据记录和数据整理表格、实验 结果,用图线或关系式表达出来、分析讨论 8.请分别写出测量流量、温度的仪表各三个。 流量计:孔板轮流量计、转子流量计、涡轮流量计。 温度计:玻璃液体温度计、热电阻温度计、热电偶温度计。 9.在传热实验中的用饱和水蒸汽加热空气, 你所测的传热管的壁温是接近蒸汽的 温度还是空气的温度?解释其原因。 答:传热管的壁温接近蒸汽的温度。因为传热过程中,蒸汽的传热膜系数远远大 于空气的传热膜系数,因此蒸汽侧的热阻远 远小于空气侧的热阻,壁温接近蒸汽的温度。 10.在本实验室的精馏实验过程,打开回流阀,却没有回流,试分析原因并提出 解决的方法。 答:(1) 可能回流阀开得太大,而冷凝回流液不足:应关小回流阀,检查冷却 水是否正常,适当开大冷却水阀。 (2) 可能是回流管存在不凝性气体,应作排不凝性气体处理。 11.在本实验室的吸收实验中,空气是由什么设备来输送的?如何调节空气的流 量? 答:空气是由风机输送,用旁路阀调节空气的流量。 12.在精馏实验中,你认为塔釜加热量主要消耗在何处?你有何节能措施? 答:塔釜加热量主要消耗在将物料轻组分汽化及塔顶组分冷凝,热损失等方面。 采用热泵技术、尽量用较小的回流比,选择适宜的进料状态,采用中间再沸器及 中间冷凝器等。 13.在本实验室的离心泵特性曲线的测试中,启动离心泵时应注意那些事项? 答:应先灌水排气,然后在出口阀门关闭的情况下启动泵。 14.在传热实验中,为什么要稳定一段时间才能开始进行实验?需要稳定的参数 有那些?
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答:传热实验的原理是根据热量恒算式和传热速率方程式:KA tm= Wcρ cCpc(t2-t1) 测定传热系数,实验条件的稳定才能保 证热量衡算的成立;此外换热器工作时,空气流速、水蒸汽温度的变化对传热系 数K 都有影响,其中空气流速影响较大。 实验时,控制阀门开度维持稳定的空气流量,控制水蒸汽的压力不变。 15.写出三种填料的名称。 答:拉西环、鲍尔环、阶梯环等。 16.使用废气循环对干燥作业有什么好处?干燥热敏性物料或易变形、开裂的物 料为什么多使用废气循环? 答:节约能源,提高热效率,同时有利于维持干燥介质的温度和湿度不变。在干 燥热敏性物料或易变形、开裂的物料使用废 气循环可以降低干燥介质的温度及提高干燥介质的湿度, 降低干燥速率防止物料 经历过高的温度变质。 17.在化工原理实验中多次使用转子流量计,在转子流量计的使用过程中应注意 那些事项? 答:气体转子流量计的刻度是使用20℃下1atm 的空气进行标定的,液体流量计 采用20℃的水进行标定的,因此在使用时要 同时测定使用状态下的压力和温度进行校核。 四、下图是填料吸收塔性能测定实验装置,现发现共存在5 处错误或 遗漏,试指出并加以改正,简要说明原因。尾气的浓度由尾气取样用气相 色谱进行分析。 吸收实验装置流程图

1.水流量调节阀2.水转子流量计3.氨气钢瓶4.减压阀5.氨缓冲器6. 氨气流量调节阀7.转子流量计8.气泵9.空气缓冲器10.放空阀11 空气转 子流量计12.吸收塔13.塔底排液管14.压差计15.压力表16,17,排污阀 五、下图是离心泵性能测定实验装置,现发现共存在5 处错误 或遗漏,试指出并加以改正,简要说明原因。 图1 离心泵性能测定实验装置
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1-离心泵;3-泵出口阀;6-转速表;7-转速传感器;8-冷 却风扇;9-灌水阀;11-弯头;13-文丘里流量计;14-计量槽; 15-水槽;16-温度计 (1)在泵的进口要安装进口阀或底阀,因为离心泵在启动前需 要灌水排气,二在灌水排气之前,要将进口阀关闭,否则达不到目 的。 (2)需要在离心泵的进出口安装真空表、压力表。因为在测定 扬程与流量曲线时(H-Q)需要测定离心泵进出口的表压。 (3)文丘里流量计的取压点错误,按图中所示,压差计的读数为流体经过流量 计时的压强降,而不能测定流体在管内的流速, 正确的安装方法是测压点应在文丘里流量计的进口及其喉部利用能量转换从而 达到测速的目的。 (4)U 形管压差计中指示剂的液位错误,当有流体流动时,应是左边低,右边 高,原因是文丘里流量计进口处的静压头大于 3 其喉部的静压头。 六、 某工厂要分离乙醇-水混合物, 进料中易挥发组分的含量为40% (体积分率, 下同),现要求将易挥发组分提浓至90%, 而残液中易挥发组分不高于3%,请提出实施方案完成上述任务,要求简述所采 用的主要设备及其操作原理,需要控制的主要工 艺参数,所使用的测量仪表,并绘出简单工艺流程示意图(要标注)。 若要得到无水乙醇, 采用你所设计的流程是否可行,为什么?试举几种你所了解 的工业上用来生产无水乙醇的方法。 答:由于乙醇与水的挥发度不同,可采用 精馏法分离该混合物。精馏塔的原理是:将由 挥发度不同的组分所组成的混合物,在精馏塔 中进行多次部分汽化和多次部分冷凝,使其分 离成为几乎纯态组分的过程。 采用的设备是精馏塔,其结构可以是板式 塔或填料塔,提供分离的场所。
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再沸器提供上升蒸汽;冷凝器提供回流液 体。 需要控制的主要参数:塔顶的温度和压 力,回流量,产品量,进料量,塔釜加热温度 和压力,冷凝液的量(冷却剂的进出口温度), 产品和残液的浓度。 使用的仪表:流量计,温度测量仪表、压 力计,酒度计。 操作流程示意图如右: 采用本流程得不到无水乙醇, 因为乙醇和水会形成恒沸物,用该设计的流程最大 浓度为恒沸点浓度即0.894%(mol%)。工业上 主要采用苯恒沸精馏、溶盐萃取精馏、超临界CO2 萃取精馏、固体吸附法、离子 交换树脂法

七、设计题 设计一个实验测定一个套管换热器总传热系数,采用冷水-热水系统。请 提出实施方案完成上述任务,要求: (1)简述实验原理,(2)画出表格列出需要控制的主要工艺参数,(3) 列出所用的主要设备及测量仪表,并绘出简单工艺流程示意图(要标注)。 换热器为套管式换热器,实验采用冷水-热水系统。热水由热水槽1 经管 道泵2、热水流量调节阀3 和转子流量计4 进入换热器5 的套管内,与内管的 冷水换热后返回热水槽,循环使用。冷水经冷水流量调节阀6 和转子流量计7 后进入换热器的内管,进行换热后排入地沟。在冷、热水进出口处都分别装 有热电阻测温装置。

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1.热水槽2.管道泵3.热水流量调节阀4.流量计5.套管换热器6.冷水流 量调节阀7.流量计8,9,10,11.换向阀12.放空阀13.压力表14.液位计15.进水阀 16.排污阀17.电加热器 2.主要设备及仪表 (1)套管式换热器;(2)热水槽;(3)流量计:冷、热水管路均为玻璃转子 流量计;(4)泵;(5)热电阻温度计 八、改错题 下图是吸收实验装置,现发现共存在5 处错误或遗漏,试指出并加以改正,并简 要说明原因。尾气的浓度由尾气取样用气相 色谱进行分析。 1.水流量调节阀2.水转子流量计3.氨气钢瓶4.减压阀5.氨缓冲器6.氨气流量调 节阀7.氨气转子流量计8.气泵9.空气 缓冲器10.空气流量调节阀11 空气转子流量计12.吸收塔13.塔底排液管14.压差 计15.压力表16,17,排污阀 答:(1)水转子流量计的调节阀装反了,将无法调节流量。 (2)氨气转子流量计安装错误,转子流量计不能水平安装应垂直安装。 (3)空气流量计前缺少压力表,无法测定空气的压强,无法校核空气的流量, 如图所示添加压力表 (4)风机的流量调节采用出口阀门,无法调节,应用旁路阀调节 (5)填料塔塔底液体的出口没有设置液封,这样塔内的气体会溢出,应设置液 封装置。 (如图所示,红色为错误,绿色为更正的)__

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