化工原理實(shí)驗(yàn)思考題整理

1.洞道干燥實(shí)驗(yàn)及干燥特性曲線的測(cè)定

（1）什么是恒定干燥條件？本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了哪些措施來(lái)保持干燥過程在恒定干燥條件下進(jìn)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(gè)干燥過程中均保持恒定。本實(shí)驗(yàn)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：①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。②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(dòng)風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)加熱器？實(shí)驗(yàn)過程中干濕球溫度計(jì)是否變化？為什么？如何判斷實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束？答：①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(dòng)加熱器，通過風(fēng)機(jī)的吹風(fēng)會(huì)出現(xiàn)急冷，高溫極冷，損壞加熱器；②理論上干、濕球溫度是不變的，但實(shí)驗(yàn)過程中干球溫度不變，但濕球溫度緩慢上升，估計(jì)是因?yàn)楦稍锏乃俾什粩嘟档?，使得氣體濕度降低，從而溫度變化。③濕毛氈恒重時(shí)，即為實(shí)驗(yàn)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(diǎn)上升，下降幅度增大，達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)間縮短，臨界點(diǎn)含水量降低。因?yàn)榧涌炝藷峥諝馀艥衲芰?。?）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(shí)驗(yàn)過程中干、濕球溫度計(jì)是否變化？為什么？答：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明干、濕球溫度計(jì)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(rèn)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(duì)濕度φ）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(shí)驗(yàn)裝置中采用了哪些措施來(lái)保持干燥過程在恒定干燥條件下進(jìn)行？答：①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(gè)干燥過程中保持恒定；②本實(shí)驗(yàn)中本實(shí)驗(yàn)用大量空氣干燥少量物料，則可以認(rèn)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(gè)過程可視為實(shí)驗(yàn)在在恒定干燥條件下進(jìn)行。度Xn成平衡的氣相濃度，yn有可能大于yn*，致使yn—yn+1，此時(shí)，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(duì)揮發(fā)度、擴(kuò)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(zhǎng)度、板間距、降液部分大小及結(jié)構(gòu)，還有閥、篩孔、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(shí)現(xiàn)的？如果要改為加壓或減壓操作，又怎樣實(shí)現(xiàn)？

答：精餾塔常壓操作是最簡(jiǎn)單的，在塔頂冷凝器后續(xù)管路中有個(gè)支管直接通大氣，叫放空口。放空口打開就能進(jìn)行常壓操作。放空口關(guān)閉才能進(jìn)行減壓操作或加壓操作。

3.液-液轉(zhuǎn)盤萃取實(shí)驗(yàn)（1）液液萃取實(shí)驗(yàn)的原理是什么？實(shí)驗(yàn)中塔高的計(jì)算方法是什么？

答：液液萃取實(shí)驗(yàn)的原理是利用混合物中各個(gè)組分在外加溶劑中的溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。

萃取塔的有效接觸高度（2）請(qǐng)分析比較萃取實(shí)驗(yàn)裝置與吸收、精餾實(shí)驗(yàn)裝置的異同點(diǎn)？萃取實(shí)驗(yàn)裝置與吸收、精餾實(shí)驗(yàn)裝置都是基于傳質(zhì)理論建造的設(shè)備。答：三種實(shí)驗(yàn)裝置的共同點(diǎn)是塔設(shè)備為主要設(shè)備，均有進(jìn)料和出料口，均可以使物料在塔內(nèi)物理分離。不同點(diǎn)是精餾設(shè)備的有一個(gè)進(jìn)料位置，通常在塔體上；萃取和吸收有兩個(gè)進(jìn)料位置，通常一上一下，吸收時(shí)氣相從塔底進(jìn)入，液相從塔頂流下；萃取時(shí)重相從塔頂進(jìn)入，輕相從塔底進(jìn)入。精餾塔需要加熱設(shè)備，為了強(qiáng)化傳質(zhì)效果萃取實(shí)驗(yàn)裝置有轉(zhuǎn)盤或脈沖發(fā)生器，吸收實(shí)驗(yàn)裝置僅僅是利用普通的塔設(shè)備。（3）說(shuō)說(shuō)本萃取實(shí)驗(yàn)裝置的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速（或脈沖幅度）是如何調(diào)節(jié)和測(cè)量的？從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化對(duì)萃取傳質(zhì)系數(shù)與萃取率的影響。答：①轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速是通過調(diào)節(jié)脈沖轉(zhuǎn)向器電機(jī)上的旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)，控制面板上的數(shù)字顯示即為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。②實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)，標(biāo)準(zhǔn)堿為什選用KOH-CH3OH溶液而不選用KOH-H2O溶液？答：①酸堿中和滴定法、色譜分析儀分析法。②因?yàn)樵弦骸⑤腿∠喽际怯拖?，與水不互溶，若選用KOH-H2O溶液，會(huì)分層，酸堿難以充分接觸，使得滴定終點(diǎn)會(huì)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(huì)發(fā)生液泛，如何判斷液泛？答：①可能。因?yàn)閷?duì)于直徑一定的萃取塔，可供液液兩相自由流動(dòng)的截面是有限的。兩相之一的流量如果增大到某個(gè)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。②液泛時(shí)，塔內(nèi)液體不能順利流通，滯液率增大；當(dāng)填料塔內(nèi)分層界面明顯快速上升時(shí)，則認(rèn)為產(chǎn)生了液泛。（6）本實(shí)驗(yàn)為什么不宜用水做分散相？若用水做分散相，操作步驟怎樣？?jī)上喾謱臃蛛x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：①水的黏度比煤油小，應(yīng)將黏度大的一相作為分散相。②若用水為分散相，則水相自塔底進(jìn)入，油相自塔頂進(jìn)入，先開油相，再開水相。③兩相分層分離段在塔底。④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(shí)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(duì)傳質(zhì)面積的影響，對(duì)于dx/dσ＞o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(dāng)溶質(zhì)從液滴向連續(xù)相傳遞時(shí)，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(dāng)溶質(zhì)從連續(xù)相向液滴傳遞時(shí)，情況剛好相反。在設(shè)計(jì)液液傳質(zhì)設(shè)備時(shí)，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(qiáng)化傳質(zhì)過程。3)對(duì)于某些萃取設(shè)備，如填料塔和篩板塔等，連續(xù)相優(yōu)先潤(rùn)濕填料或篩板是相當(dāng)重要的。此時(shí)，宜將不易潤(rùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明截留率及透過液通量隨壓力的變化趨勢(shì)。

答：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，透過液量隨著壓強(qiáng)的增大而增大，理論上，截留率也隨著壓強(qiáng)的增大而增大。

（2）膜孔徑的大小對(duì)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(huì)增大。（3）請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明超濾膜、納濾膜和反滲透膜的基本機(jī)理。（4）與傳統(tǒng)的蒸餾、萃取等分離方法相比，膜分離有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？5.CO2吸收與解吸實(shí)驗(yàn)（1）填料吸收塔塔底為什么要有液封裝置？液封高度如何計(jì)算？答：液封的目的是保證塔內(nèi)的操作壓強(qiáng)。當(dāng)爐內(nèi)壓強(qiáng)超過規(guī)定值時(shí)，氣體將由液封管排出，故先按爐內(nèi)允許的最高壓強(qiáng)計(jì)算液封管插入槽內(nèi)水面下的深度。過液封管口作等壓面o-o'，在其上取1、２兩點(diǎn)。其中：p1=爐內(nèi)壓強(qiáng)或因p1=p2故解得h。（2）液封裝置的作用是什么?如何設(shè)計(jì)？答：防止實(shí)驗(yàn)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(qiáng)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。①U形管作液封時(shí)，為防止管頂部積存氣體，影響液體排放，應(yīng)在最高點(diǎn)處設(shè)置放空閥或設(shè)置與系統(tǒng)相連接的平衡管道。②為使在停車時(shí)能放凈管內(nèi)液體，一般在U形管最低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置放凈閥。當(dāng)需要觀察管內(nèi)液體流動(dòng)情況，在出料管一側(cè)可設(shè)置視鏡。③由于液體被夾帶或泄漏等原因造成液封液損失時(shí)，在工程設(shè)計(jì)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(cè)定中,KXa有什么工程意義？答：由Ka可以確定傳質(zhì)單元高度，從而可以找出填料層的高度。（4）為什么二氧化碳吸收過程屬于液膜控制？答：易溶氣體的吸收過程是氣膜控制，如HCl，NH3，吸收時(shí)的阻力主要