化工原理實驗思考題整理

1、1. 洞道干燥實驗及干燥特性曲線的測定（1）什么是恒定干燥條件？本實驗裝置中采用了哪些措施來保持干燥過程 在恒定干燥條件下進行？答：恒定干燥條件指干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，都 在整個干燥過程中均保持恒定。本實驗中所采取的措施：干燥室其側(cè)面及底面均外包絕緣材料、用電加熱器 加熱空氣再通入干燥室且流速保持恒定、濕物的放置要與氣流保持平行。（2）控制恒速干燥速率階段的因素是什么？降速的又是什么？答：恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦 取決定于物料外部的干燥條件，所以恒定干燥階段又稱為表面汽化控制階段。降速階段的干燥速率取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與

2、干燥介 質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)關(guān)系不大，故降速階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。（3 ）為什么要先啟動風(fēng)機，再啟動加熱器？實驗過程中干濕球溫度計是否 變化？為什么？如何判斷實驗已經(jīng)結(jié)束？答：讓加熱器通過風(fēng)冷慢慢加熱，避免損壞加熱器，反之如果先啟動加熱 器，通過風(fēng)機的吹風(fēng)會出現(xiàn)急冷，高溫極冷，損壞加熱器； 理論上干、濕球溫度是不變的，但實驗過程中干球溫度不變，但濕球 溫度緩慢上升， 估計是因為干燥的速率不斷降低， 使得氣體濕度降低， 從而溫度 變化。 濕毛氈恒重時，即為實驗結(jié)束。（ 4）若加大熱空氣流量， 干燥速率曲線有何變化？恒速干燥速率， 臨界濕含量又如何變化？為什么？答：干燥曲線起始點上升，下降幅度增大

3、，達到臨界點時間縮短，臨界點含 水量降低。因為加快了熱空氣排濕能力。（5）毛氈含水是什么性質(zhì)的水分？毛氈含水有自由水和平衡水，其中干燥為了除去自由水（6）實驗過程中干、濕球溫度計是否變化？為什么？答：實驗結(jié)果表明干、濕球溫度計都有變化，但變化不大。理論上用大量的濕空氣干燥少量物料可認為符合定態(tài)空氣條件。 定態(tài)空氣條 件：空氣狀態(tài)不變（氣流的溫度t、相對濕度 ）等。干球溫度不變，濕球溫度 不變。絕熱增濕過程，則干球溫度變小，濕球溫度不變。（7 ）什么是恒定干燥條件？本實驗裝置中采用了哪些措施來保持干燥過程 在恒定干燥條件下進行？答：指干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，均在整個干燥 過

4、程中保持恒定；本實驗中本實驗用大量空氣干燥少量物料，則可以認為濕空 氣在干燥過程溫度。濕度均不變，再加上氣流速度以及氣流與物料的接觸方式不 變。所以這個過程可視為實驗在在恒定干燥條件下進行（8）若加大熱空氣流量，干燥速率曲線有何變化？恒速干燥速率、臨界濕 含量又如何變化？為什么？答：若加大熱空氣流量，干燥曲線的起始點將上升，下降幅度變大，并且到 達臨界點的時間縮短， 臨界濕含量降低。 這是因為風(fēng)速增加后， 加快了熱空氣的 排濕能力。2. 篩板精餾塔實驗（ 1） 測定全回流和部分回流總板效率或者等板高度，單板效率各需要幾個參 數(shù)？取樣位置在何處？答：測定全回流總板效率要測定塔頂濃度和塔底濃度，分

5、別在塔頂回流液處、 塔底處取樣；同時還應(yīng)已知相平衡關(guān)系，全塔實際板數(shù)。 測定全回流單板效率要測定yn、yn+1、xn ;分別取第n塊塔板上下汽 相樣及第 n 塊板降液管內(nèi)的液樣；同時還應(yīng)已知相平衡關(guān)系。（ 2） 篩板精餾塔實驗中，查取進料液的汽化潛熱時定性溫度取何值？ 答：應(yīng)取進料液的泡點溫度作為定性溫度。（3）其它條件不變，改變回流比大小，對產(chǎn)品組成和流量有何影響？4）測量全回流和部分回流總板效率與單板效率時各需測幾個參數(shù)？答：全回流：塔頂，塔底取樣，用折光儀測得其組成。 部分回流：各板取樣， 用折光儀測得其組成5) 全回流時測得板式塔上第 n、n-1 層液相組成，如何求得 xn*? 部分回

6、流 時，又如何求 xn* ？答：如果為全回流則 Xn* 為所測的液相組成數(shù)據(jù)，若為部分回流的，我們需要獲 得蒸餾塔中的塔頂、塔釜的液相組成，求解其相平衡方程，代入方程即可求得 Xn*。 或： (1)計算單板效率需測兩個參數(shù)，分別是Xn 和 Xn-1 ，取樣在相鄰兩塊塔板間。計算總板效率同樣需要測量兩個參數(shù)，分別是 XD 和 XW ，取樣在 塔釜和塔頂。 (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

7、-Xn)/ Xn-1- f(Yn) ， Yn= Xn-1(6) 在全回流時，測得板式塔上第 n、n-1 層液相組成后，能否求出第 n 層塔 板上的以汽相組成變化表示的單板效率 EmV？答：能，計算如下：其中f(Y)為氣液平衡線對應(yīng)的X值EML=( Xn-1-Xn)/Xn-1- fL/V - XnXD (V)/V， EMV= EML/ EML+m V/L-1EML)(7) 查取進料液的汽化潛熱時定性溫度取何值？答：水和乙醇的最低恒沸溫度。(8) 若測得單板效率超過 100% ，做何解釋？ 答：在精餾操作中，液體沿精餾塔板面流動時，易揮發(fā)組分濃度逐漸降低，對 n 板而言，其上液相組成由 Xn-1

8、的高濃度降為 Xn 的低濃度，尤其塔板直徑較大、 液體流徑較長時，液體在板上的濃度差異更加明顯，這就使得穿過板上液層而上 升的氣相有機會與濃度高于 Xn 的液體相接觸，從而得到較大程度的增濃。 Yn為離開第 n 板上各處液面的氣相平均濃度，而 yn* 是與離開第 n 板的最終液相濃 度Xn成平衡的氣相濃度，yn有可能大于yn*，致使yn yn+1 ,此時，單板效 率EMV就超過100%。（9）塔板效率受哪些因素影響？答：混合物汽液兩相的物理性質(zhì)：主要有粘度、相對揮發(fā)度、擴散系數(shù)、表 面張力、和重度等。精餾塔的結(jié)構(gòu)：主要有出口堰高度、液體在板上的流程長度、板間距、降液 部分大小及結(jié)構(gòu)，還有閥、篩

9、孔、或泡帽的結(jié)構(gòu)、排列與開孔率。操作變量：主要有氣速、回流比、溫度及壓力等。（10） 精餾塔的常壓操作是怎樣實現(xiàn)的？如果要改為加壓或減壓操作，又怎 樣實現(xiàn)？答：精餾塔常壓操作是最簡單的，在塔頂冷凝器后續(xù)管路中有個支管直接通 大氣，叫放空口。放空口打開就能進行常壓操作。 放空口關(guān)閉才能進行減壓操作 或加壓操作。3液-液轉(zhuǎn)盤萃取實驗（1 ）液液萃取實驗的原理是什么？實驗中塔高的計算方法是什么？答：液液萃取實驗的原理是利用混合物中各個組分在外加溶劑中的溶解度的差 異而實現(xiàn)組分分離的單元操作。萃取塔的有效接觸高度（2）請分析比較萃取實驗裝置與吸收、精餾實驗裝置的異同點？萃取實驗裝 置與吸收、精餾實驗裝

10、置都是基于傳質(zhì)理論建造的設(shè)備答：三種實驗裝置的共同點是塔設(shè)備為主要設(shè)備， 均有進料和出料口， 均可以 使物料在塔內(nèi)物理分離。 不同點是精餾設(shè)備的有一個進料位置， 通常在塔體上； 萃取和吸收有兩個進料位置， 通常一上一下， 吸收時氣相從塔底進入， 液相從塔 頂流下；萃取時重相從塔頂進入，輕相從塔底進入。精餾塔需要加熱設(shè)備，為了 強化傳質(zhì)效果萃取實驗裝置有轉(zhuǎn)盤或脈沖發(fā)生器， 吸收實驗裝置僅僅是利用普通 的塔設(shè)備。（3）說說本萃取實驗裝置的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速（或脈沖幅度）是如何調(diào)節(jié)和測量的？ 從實驗結(jié)果分析轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化對萃取傳質(zhì)系數(shù)與萃取率的影響。答：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)脈沖轉(zhuǎn)向器電機上的旋鈕來調(diào)節(jié)， 控制面板

11、上的數(shù) 字顯示即為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。實驗結(jié)果表明，在一定轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越大，萃 取傳質(zhì)系數(shù)越大，萃取率越大，表明萃取效果越好。（4） 測定原料液、萃取相、萃余相組成可用哪些方法？采用中和滴定法時， 標準堿為什選用 KOH-CH3OH 溶液而不選用 KOH-H2O 溶液？答：酸堿中和滴定法、色譜分析儀分析法。因為原料液、萃取相都是油相， 與水不互溶，若選用 KOH-H2O 溶液，會分層，酸堿難以充分接觸，使得滴定 終點會有較大誤差 ， 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）萃取過程是否會發(fā)生液泛，如何判斷液泛？答：可能。因為對于直徑一定的萃取塔

12、，可供液液兩相自由流動的截面是有限的。兩相之一的流量如果增大到某個限度， 填料塔內(nèi)的液體不能便不能順暢 的流下，在塔內(nèi)形成積液，導(dǎo)致液泛。 液泛時，塔內(nèi)液體不能順利流通，滯 液率增大；當填料塔內(nèi)分層界面明顯快速上升時，則認為產(chǎn)生了液泛。6）本實驗為什么不宜用水做分散相？若用水做分散相，操作步驟怎樣？兩相分層分離段應(yīng)設(shè)在塔頂還是塔底？如何選擇萃取過程中的分散相？答：水的黏度比煤油小，應(yīng)將黏度大的一相作為分散相。 若用水為分散相，則水相自塔底進入，油相自塔頂進入，先開油相，再開水 相。 兩相分層分離段在塔底。 萃取分散相選擇的原則：1）為了增加相際接觸面積， 一般將流量大的一相作為分散相， 但如果

13、兩相的流 量相差很大， 并且所選用的萃取設(shè)備。 具有較大的軸向混合現(xiàn)象， 此時應(yīng)將流量 小的一相作為分散相，以減小軸向混合。2）應(yīng)充分考慮界面張力變化對傳質(zhì)面積的影響，對于dx/d （ro的系統(tǒng)，即系統(tǒng)的界面張力隨溶質(zhì)濃度增加而增加的系統(tǒng)當溶質(zhì)從液滴向連續(xù)相傳遞時， 液 滴的穩(wěn)定性較差，容易破碎，而液膜的穩(wěn)定性較好，液滴不易合并，所以形成的 液滴平均直徑較小， 相際接觸表面較大； 當溶質(zhì)從連續(xù)相向液滴傳遞時， 情況剛 好相反。在設(shè)計液液傳質(zhì)設(shè)備時， 根據(jù)系統(tǒng)性質(zhì)正確選擇作為分散相的液體可在 同樣條件下獲得較大的相際傳質(zhì)表面積，強化傳質(zhì)過程。3）對于某些萃取設(shè)備， 如填料塔和篩板塔等， 連續(xù)相優(yōu)

14、先潤濕填料或篩板是相 當重要的。此時，宜將不易潤濕填料或篩板的一相作為分散相。4）分散相液滴在連續(xù)相中的沉降速度與連續(xù)相的黏度有很大關(guān)系。為了減小塔徑提高二相分離的效果，應(yīng)將黏度大的一相作為分散相。5）此外，從成本、安全考慮應(yīng)將成本高的，易燃、易爆物料作為分散相。4. 膜分離1）結(jié)合實驗結(jié)果說明截留率及透過液通量隨壓力的變化趨勢答：由實驗結(jié)果可知，透過液量隨著壓強的增大而增大，理論上，截留率也隨 著壓強的增大而增大。（2）膜孔徑的大小對截留率及透過液量有何影響？答：隨著孔徑的增大，截留率減小而通過液量會增大。（3）請簡要說明超濾膜、納濾膜和反滲透膜的基本機理。（4）與傳統(tǒng)的蒸餾、萃取等分離方法

15、相比，膜分離有哪些優(yōu)點和不足？5. CO2 吸收與解吸實驗（1）填料吸收塔塔底為什么要有液封裝置？液封高度如何計算？ 答：液封的目的是保證塔內(nèi)的操作壓強。 當爐內(nèi)壓強超過規(guī)定值時，氣體將 由液封管排出，故先按爐內(nèi)允許的最高壓強計算液封管插入槽內(nèi)水面下的深度。 過液封管口作等壓面0-0，在其上取1、2兩點。其中：p1=爐內(nèi)壓強 或 因 p1=p2 故解得 h 。（2）液封裝置的作用是什么 ?如何設(shè)計？ 答：防止實驗過程中吸收劑從吸收塔底流出， 液封的目的是保證塔內(nèi)的操作壓 強影響實驗結(jié)果。 U形管作液圭寸時，為防止管頂部積存氣體，影響液體排放，應(yīng)在最高點處設(shè) 置放空閥或設(shè)置與系統(tǒng)相連接的平衡管道。 為使在停車時能放凈管內(nèi)液體，一般在 U形管最低點應(yīng)設(shè)置放凈閥。當需 要觀察管內(nèi)液體流動情況，在出料管一側(cè)可設(shè)置視鏡。 由于液體被夾帶或泄漏等原因造成液封液損失時，在工程設(shè)計中應(yīng)采取措施 保持液封高度。（3）填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定中，KXa有什么工程意義？答：由Ka可以確定傳質(zhì)單元高度，從而可以找出