化工原理实验常见问题应知应会

管路设计与安装实验应知应会

1．管线连接顺序是怎样的？

管线连接顺序为突然缩小→突然扩大顺序。

2．安装管线时不加垫片行不行？上螺丝时注意事项？

安装管线时两端法兰必须加垫片，否则开泵后漏水。上螺丝时注意对角逐步拧紧，尽量保证四个螺栓受力均匀，否则易紧偏导致漏水。

3．水泵如何启动？

在关闭流量计下调节阀门的情况下启动泵，因a. 减少离心泵启动电流，保护电机。b. 防止流量计浮子突然冲到上端，导致流量计损坏或无法正常读数。

4．三通阀门的开关位置？

水平位置为开，倾斜45度角方位为全关。

5．U管压差计指示剂两液面不平的原因及如何调节？

U管压差计两侧液柱中有空气或左右两侧压力不等，排除连接管中气泡，开三通阀平衡压力，直至两液面相平。

6．管路局部阻力的表示方法

问题：管路局部阻力的表示方法有哪两种？分别是什麽？

局部阻力系数法和当量长度法，公式分别是：或，

7．柏努利方程在该实验中的应用

问题：突然缩小和突然扩大管路两U形管指示剂液面哪个高？为什麽？

突然缩小管路，粗管上U形管指示剂液面比细管上U形管指示剂液面低，因根据柏努利方程可知，阻力损失和静压能转化成动能两因素导致粗管上U形管指示剂液面比细管上U形管指示剂液面低。

突然扩大管路，粗管上U形管指示剂液面与细管上U形管指示剂液面高低无法判断，因根据柏努利方程，阻力损失导致压力降低，而动能转化成静压能导致压力升高，两者相对大小取决于阻力损失大小及突然扩大程度。

8．静力学基本原理的应用

问题：U形管中等压面在哪里？为什麽？

U形管中等压面在指示剂的低液面水平面处，因符合静止、连续、均一、水平原则。

问题：实验中，没开泵前，U管压差计指示剂液面是否应相平？若引压管中有空气，对实验

有无影响？为什麽？

没开泵前，U管压差计指示剂液面在两液面上方压强相等的情况下应相平。若引压管中有空气，对实验有影响。因不符合流体均一的原则，则静力学基本方程不适用，得出的实验结果有偏差，必须排净引压管中空气。

9．流量测量仪表及测量原理相关知识

问题：孔板流量计的测量原理是什麽？它属于哪种类型流量计？在本实验中是否还有其它流量计？它属于哪种类型流量计？

孔板流量计的测量原理是通过测取突然缩小两端的压强差，根据柏努利方程得出压强差与流速的关系而得到流速的。它属于变压头定截面流量计。在本实验中还有转子流量计，它属于定截面变压头流量计。

10．设计知识

问题：为什麽水平管线末端要有一向上U形弯？

形成液封，保证水即使在流速低的时候仍能满管流动，避免半管流动造成压差不稳或波动过大。

离心泵操作应知应会

1：阀门如何开关操作？

有标志时，o-open; s-close; 没有标志时，顺时针为关，逆时针为开。

2：如何辨认阀门？

闸阀、截止阀、和球阀；连接阀门的管道外面有一个低进高出的管形为截止阀。

3：灌泵之后，充水阀门应为什么状态；

自来水本身具有一定的压力，如果灌泵的阀门不关，由于有外力的作用会影响离心泵的特性曲线。所以操作时冲水阀门应为关的状态。

4：离心泵应怎样启动和关闭？

启动——灌泵、关闭冲水阀和出口阀、启动电机。关闭——关闭出口阀、关闭电源

5：实验过程中数据点应如何分配？

由于是测量直管阻力的摩擦因子随雷诺数的变化曲线以及离心泵的特性曲线，所以数据点越多越好，上行和下行的数据点应该是不同的点，并且在流量的量程范围内，数据点最好均匀分布。对摩擦因子随雷诺数的变化曲线测定实验来说，小流量的数据点应该多取，原因是流量较大时，阻力平方区中摩擦系数只是管道粗糙度的函数。

离心泵的特性曲线测定实验中，大流量的数据点应该多取，原因是离心泵的效率曲线中有一个最高效率点，如果数据点过少，有可能不能出现此设计点。

6：实验过程中如何合理读数？

实验过程中，操作参数改变时，各表盘读数不能过快，待各读数稳定后取中间值。 7：完整的泵特性曲线图应包括哪几部分？

扬程曲线、功率曲线、效率曲线，泵的型号和转速。

8：局部阻力系数如何计算？

局部阻力包括闸阀和截止阀两个部分，应分别利用理论公式进行计算各自的平均值。

g u g p H f

22'

?=?-=ζρ，)'''(313211ζζζζ++=

套管式换热器实验应知应会

1．对锅炉进行加热时应注意什么事项？

答：首先启动仪表，观察设定的压力数值，该实验的设定值为0.4MPa ；其次，确保蒸汽调节阀与冷凝水回流阀保持开通的状态；最后开启加热电源，进行加热。

2．送气之前应该注意什么事项?

答：由于蒸汽中的不凝性气体能够很大程度上降低传热系数，所以应该在送气之前打开不凝气排放口排净套管中的空气，然后关闭放气阀。

3．开微音气泵前应注意什么问题？

答：微音气泵属于正位移泵，开启前应该打开旁路调节阀，这是为了防止出口阀关闭时，泵内压头急剧上升，导致机件损坏，电机超负荷。

4．实验过程中观察到的入口温度怎样变化？为什么？

答：理想情况下，入口温度为室温空气的温度，应该保持不变。但实验中观测到的入口温度会随着实验的进行而温度升高，这是由于气泵发热导致送气温度升高的缘故。

5．假定入口温度不变，随着空气流量增加，出口温度如何变化？

答：出口温度变小。

6．转子流量计应该如何读数？

答：转子流量计有不同的形状，应该读转子横截面积最大处的读数；同时由于受流体流速波动的影响，转子会上向波动，应读平局值；读数时还应该著名实验时温度、被测流体介质以及单位。

7．随着流速变化，转子流量计如何移动？

答：根据转子流量计的原理，流速增大时，转子流量计向上移动，反之，向下移动。

8．用转子流量计测量的空气流量数据是否应该校正？为什么？

答：转子流量计在出厂时是根据20℃、101kPa 下的空气进行标定的，实验条件与该条件不一

致时应该进行校正，校正公式为

()

()

1

2

2

1

2

1

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

-

-

=

f

f

s

s

V

V

。由于化工原理为工程性实验，而实验条

件与出厂标定条件相差不大，所以可以不进行校正。

9．实验时，套管换热器上的压力表读数与蒸汽的温度有什么关系？

答：实验时套管换热器上的压力表读数测得的是水蒸汽的表压，饱和水蒸气的温度与水蒸汽的绝对压强可以查表求得，绝对压强与表压强的关系为：绝对压强=大气压强+表压强，而大气压强可以认为近似等于0.1MPa。

10．用实验测得的总传热系数近似代表对流传热系数值是否可行？为什么？

答：可行。因为蒸汽冷凝的对流传热系数较大，管壁的导热热阻较小，主要的传热热阻集中在空气对流传热一侧，所以总传热系数近似等于空气侧的对流传热系数。

螺旋板式换热器总传热系数的测定应知应会

1. 螺旋板式换热器有何特点？

螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板上并卷成螺旋形成的，两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。

螺旋板换热器的优点为：传热系数高，不易堵塞，可精密控制温度，结构紧凑。缺点是：操作压强和温度不宜太高，不易检修。适于两种液体换热。

2. 气泵的流量调节有哪些调节方法？有哪些注意事项？

本实验所用气泵为正位移泵，不能完全依靠出口阀门调节流量，一般只能用旁路调节，在本实验中，在气泵的电路上安装了调速装置，在空气缓冲罐上安装了排空阀，这样就可以将三种方式结合共同调节空气的流量。需要注意的问题是，无论如何不能将气泵的出口管路完全关闭，以免泵过热烧毁。

3. 进行流体进出口温度测定时，需要注意哪些问题？

实验开始时，先打开仪表电源和热水恒温槽控温电源，等到热水温度指示为59~60?C时，打开水泵电源，调节水流量至150L/h，运行一段时间，使管路系统达到热稳态，然后，

打开气泵电源开关，调节仪表柜上的旋钮，空气阀和空气稳压罐上的排空阀，将空气流量调至10m3/h，稳定一段时间，至温度读数基本不变，记录水与空气的进、出口温度。

4.计算换热器热负荷时，应选用哪个流体作为衡算对象，为什么？

应选用空气作为热负荷计算对象，因为水为热流体，其温度较高，水流放出的热量并没有全部被空气吸收，其中一部分热量损失到环境中，成为换热器的热损失Q L 。从本实验测定的

Q 1和Q 2值比较可以看出，Q 1比Q 2值大得多，说明热损失较大，而且，其随水流量的增大而增大。

5. 计算空气的换热速率时，如何计算空气的质量流量，空气的比热、密度怎样确定？

通过螺旋板换热器间壁的传热速率，即冷空气通过换热器被加热的速率，用下式求得：

)(12t t C m Q p a -=

式中 m a ─空气的质量流量，kg ?s -1； 3600/a a a V m ρ?=

C p ─空气在进、出口平均温度下的比热，J/kg ??C

V a ─空气的体积流量，m 3?h -1

ρa ─进口温度t 1条件下空气的密度，kg/m 3

6. 分别固定水或空气的流量，改变另一种流体的流量，测定二者的进、出口温度，这种实验方法是否合理？

合理，这样做，可以得到总传热系数K 分别于水侧α或空气侧α的关系，验证教科书中讲述的理论，即K 值接近于数值小的α，总传热速率受热阻最大的传热步骤控制。

7. 实验过程中，水与空气的进口温度为何会改变，对总传热系数的测定有何影响？

因为水在输送管路中会散失一部分热量，散热速率受管外空气的自然对流传热系数控制，其量随水流速的增大基本不变，于是，单位质量水的散热量随流量的增加相对减小，水的入口温度随流量的增大而略增；空气在通过气泵时，会吸收气泵产生的一部分热量，而导致其温度升高，因气泵的发热量与压缩比有关，随空气流量的增大压缩比增大，发热量增加，空气的温度升高较大。

通常，空气和水的对流传热系数都随温度的升高而增大，所以，K 值也必随温度的升高而增大。随温度的增大，水的α变化较大，空气的α变化较小。因K 值主要受空气的α的控制，所以空气和水进口温度的改变不会对K 值产生明显的影响。

精馏实验应知应会

1．怎样判定全塔操作已达稳定？

塔顶、塔底温度不再变化时，可以确定全塔基本稳定。

2．精馏塔一般的操作中，若塔顶产品不达要求，应怎样调整操作？

增加塔釜加热量，增大回流比，或加入浓度较高的料液来达到预期的浓度。

3．本装置可否在部分回流时，测取单板效率？

可以。但单板效率较低。

4．压力对蒸馏过程的汽液平衡关系有何影响，如何确定精馏塔的操作压力？

通常压力增加对二元物系的T-X（Y）图中二元物系的交汇区域减小，反之，则增大。具体说，本实验采用的设备是在常压条件做的。通常在常压下，沸点在室温至150℃左右的溶液，采用常压操作。在常压下沸点是室温的混合物，采用加压蒸馏。而对于常压沸点较高或在较高温度下易发生分解、聚合等变质现象的混合物（热敏性物系），采用减压操作。

5．在分离任务一定时，进料热状况对所需的理论板层数有何影响?

进料热状况参数对理论板数目的影响可以从X-Y图中得出，当进料从冷液体到过热蒸汽状态，则精馏线、提馏线和进料线三线的交点距离对角线越来越远，则所需要的理论塔板数目将增大。6．全回流操作的特点是什么，有何实际意义？

全回流操作的特点是得不到精馏产品，对正常生产无实际意义，但是在精馏的开工阶段或实验研究中，多采用全回流操作便于过程的稳定或控制。

7．在精馏过程中，影响塔板效率的因素是什么?

影响塔板效率的因素主要有物系性质、塔板结构及操作条件三个方面。物系性质主要有黏度、密度、表面张力、扩散系数及相对挥发度。塔板结构主要包括塔板类型、塔径、板间距、堰高及开孔率等。操作条件是指温度、压强、气体上升速度及气液流量比等。

8．精馏操作回流比通常为，试分析根据哪些因素确定倍数的大小? 精馏操作回流比通常为，工程设计中有无一个经验的统计数据？

答：通常对于不同的进料热状况，应选取不同的操作回流比。冷液进料，则操作回流比取较大的数值，而对于气液混合物进料则可以较小的数值。适宜的回流比应通过经济衡算决定。有人对一些精馏过程进行过统计，在工程设计中以1.6～1.8的倍数应用最多。

9．单板效率的数值有无可能超过100％？

答：单板效率的数值有可能超过100%。在精馏操作中，液体沿精馏塔板面流动时，易挥发组分含量逐渐降低，对n板而言，其上液相组成由的高含量降为的低含量，尤其当塔板直径较大、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汽相有机会与高于的液体相接触，从而得到较大程度的增浓。为离开第n板上各处液面的汽相平均含量，而是与离开第n板的最终液相含量成平衡的汽相含量，有可能大于，致使大于，此时，单板效率就超过100%。

10．单板效率与全塔效率有何关系？

答：单板效率反映每层塔板的传质效果，它是基于塔板理论增浓程度的概念，而全塔效率反映全塔的传质效果，它是基于所需理论板数的概念。单板效率越高，全塔效率亦越高，但即使塔内各层塔板的单板效率相等，全塔效率在数值上也不等于单板效率。

填料塔流体力学特性与吸收系数的测定应知应会

1. 测定填料塔的流体力学特性有何意义？

填料塔压降和泛点与气、液相流量的关系是其主要的流体力学特性。吸收塔的压降与动力消耗密切相关，而根据泛点则可确定吸收塔的适宜气、液相流量。

2. 什么是干填料压降曲线？

气体通过填料塔时，由于存在形体及表皮阻力而产生压力降。无液体喷淋时，气体的压力降仅与气体的流速有关，在双对数坐标纸上压力降与空塔速度的关系为一直线，称为干填料压降曲线。

3. 什么是湿填料压降曲线？有何特点？

当塔内有液体喷淋时，气体通过填料塔的压力降，不仅与气体流速有关，而且与液体的喷淋密度有关。在一定的喷淋密度下，随着气速增大，依次出现载点和泛点，相应地?P/Z ~U 曲线的斜率也依次增大，成为湿填料压降曲线。

因为液体减小了空隙率，所以后者的绝对值和斜率都要比前者大。图1为实验测定的干、湿填料的压降曲线

D e l t a P /Z (k P a )U (m/s)

图1. 实验测定的干、湿填料的压降曲线

L=0的线应该是 直线

4. 泛点现象有何特征？

填料层出现脉冲震荡时，说明液体下降困难，气体通道发生堵塞，此时气速即泛点气速。

5. 通常填料塔正常操作的空塔气速应控制在多少？

应控制在载点气速以上，泛点气速的0.8倍以下。

6. 本实验所用填料吸收塔的有何特点

本实验所用填料吸收塔的主要技术数据为

1# 、2# 塔

填料层高度：陶瓷拉西环填料为0.35米

塔内径50mm

3#、4#塔

塔内径100 mm 填料层高度塑料鲍尔环700mm S=0.00785m 2

7. 测定填料塔的体积吸收系数有何意义？

吸收系数是吸收设备的主要性能参数，它反映了吸收设备单位体积有效空间的处理能力。

8. 影响体积吸收系数的因素有哪些？

影响吸收系数的因素包括气体流速、液体喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物化性质等。

8. 说明测定填料塔体积吸收系数的原理？

吸收过程的传质速率方程为：m Y A Y V a K N ??=填

吸收过程的物料衡算式为：()21Y Y V N A -=

式中：A N ——氨的吸收量，kmol/s

V ——空气流量，kmol/s

1Y ——塔底气相浓度，kmolNH 3/kmolair

2Y ——塔顶气相浓度，kmolNH 3/kmolair

a K Y ——以气相摩尔比差为推动力的体积吸收系数，s kmol/m 3?

对于低浓度吸收，气液两相的平衡关系可认为符合亨利定律

mX Y =*

221P P P += P

E m = ()2211X Y Y L

V X +-?= 1*1mX Y = 02=X 2*2mX Y =

平均传质推动力为

()()()()2*

1

*

2*1*ln Y Y Y Y Y Y Y Y Y m -----=?

体积吸收系数为

()m

Y Y Z Y Y V a K ???Ω-=21 9. 本实验所用吸收体系有何特点？

本吸收实验以水为吸收剂，吸收空气－氨气体系中的氨。因为氨气为易溶气体，所以此吸收操作属气膜控制。吸收系数随着气速的增大而增大，但气速增大至某一数值时，会出现液泛现象，此时塔的正常操作将被破坏。

本实验所用的混合气中，氨气浓度很低，吸收所得的溶液浓度也不高。气液两相的平衡关系可认为符合亨利定律。

10.如何测定入口混合气体的氨浓度？

在本实验中，空气和氨气的流量分别由转子流量计显示，二者混合后再进入吸收塔，所以其中氨气的摩尔比可用下式计算得到：

0013

air NH V V Y =

11. 如何测定出口混合气体的氨浓度？操作过程中应注意哪些问题？

出口气体中氨气的浓度利用酸碱滴定的方法测定，其摩尔比可用下式计算

4.22/)(102???

? ???=T T V N V Y air HCl V 为盐酸的体积（L ），N 为浓度（mol/L ），V air 为湿式气体流量计的读数，T 1为空气的温度。

11.如何判定甲基橙的颜色由橙色变为黄色？

操作时，应先用移液管量取一定量的已知浓度的盐酸溶液（0.5-1mol，0.008662mol/L），放入吸收盒，加入几滴（2-3）甲基橙作指示剂，再加蒸馏水至一定位置，连接好管路，记录湿式流量计的起始读数。

待系统稳定后，慢慢打开吸收盒阀门，注意通过吸收盒的气速不易过快。待甲基橙的颜色由橙色变为黄色时，记录湿式流量计的终点读数。

13. 如何判定甲基橙的颜色由橙色变为黄色？

这是本实验最难以掌握的技术，要点是配溶液时，甲基橙的浓度一定要合适，颜色浓淡适中。观察现象时，可将该种溶液放在旁边作为比照。尤其要注意的是进入吸收盒的气速不能太高，也不能太低，以保持气泡与液体的充分混合。可以先练习几次，寻找颜色突变的瞬间。14. 启动气泵，调节空气流量时应注意哪些问题？

本实验所用气泵为正位移泵，不能完全靠出口阀门调节流量，需要用旁路辅助调节。如果气泵的出口管路完全关闭，泵会快速升温，直至烧坏。所以，调节流量时，应保持排空阀始终开启，先用出口阀门调节，至该阀门开到最大，仍然达不到设定流量时，再关小排空阀，以进一步提高流量。减小流量时，应先开大排空阀，至开到最大，再逐渐关小出口阀门。

15. 氨气流量计的读数是否需要校正？为什么？

氨气流量计的读数需要校正，氨气的实际流量=氨气流量计读数*4/3。这是因为测定氨气流量的转子流量计是用20 C空气标定的，二者的密度不同，所以需要校正。

16. 实验完毕后，关闭系统流路的次序有何要求？为什么？

实验完毕，先关闭氨气系统，再关水、空气泵。因为，氨气气味很重，有很强的刺激性。在系统正常运行时，绝大部分被水吸收。如果先关水，空气携带大量氨气的空气会直接排入室内。先关空气，因氨气的流量较小，会大量滞留在管路内，引起安全隐患。

17. 实验过程中，测定水温有何用处？

用来查取亨利系数

18. 实验过程中，是否需要测量空气的温度？

计算空气的摩尔密度时需要空气的温度。

干燥实验应知应会

1．对水蒸汽～空气系统，干球温度t、绝热饱和温度（即湿球温度t w）及露点t d三者之间的关系是什麽？

不饱和空气或；饱和空气或

2．干燥过程可大致划分为几个阶段？分别是什麽？分别有什麽特点？

干燥过程可大致划分为两个阶段。恒速干燥阶段和降速干燥阶段。恒速干燥阶段：当物料的表面温度升至空气状态的湿球温度时，空气传给物料的显热恰等于水分汽化所需的潜热，而物料表面的温度维持在t w不变，物料的含水量随干燥时间直线下降，而干燥速率保持恒定。CDE表降速干燥阶段：物料开始升温，热空气传给物料的热量一部分用于加热物料使其温度升高，另一部分用于水分汽化，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减少而降低，当物料的含水量等于平衡含水量X*，干燥速率降为零，干燥过程停止。

3．本实验在原来的条件下进行长时间的干燥，最终能否达到绝干物料？

不能，因干燥介质并非绝干气，则不能达到绝干物料。

4．实验过程中为什么风机进出口的片阀要部分开启？

若不开启，则随干燥过程进行，空气湿度越来越大，空气状态发生变化，从而影响干燥速率。所以，实验过程中风机进出口的片阀要部分开启，排出部分高湿气体，吸入部分新鲜空气，保证空气状态恒定。

5．怎样才能保持实验过程中的湿球温度不变？

保证湿球温度计的水槽中有水。

6．物料的干燥速率与那些因素有关？

与空气湿度、温度、试样性质等因素有关。