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化工专业实验思考题化工专业实验操作考试题 实验一：气体定压比热容的测定 操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近，测出流量计出口空气的干球温度和湿球温度。 逐渐提高电压至 50V。 待出口温度稳定后，读出下列数据：每10L气体通过流量计所需的时间；比热容仪进口温度和出口温度；当大气压力和流量计出口处的表压；电热器的电压、内阻(R, ) 和功率值。 改变电压值，重复步骤3，共测量三组数据。 实验结束后，先切断电源，让风机继续运行十五分钟左右再关闭。 实验一：气体定压比热容的测定 问答题： 1、本实验测定气体定压比热容的基本原理是什么？ 答案：可将本实验装置的本体部分简化为一开口稳定流动系统，本体部分保温非常好，近似无散热损失，且系统对外并无功的输出，由开口稳定流动系统的热力学第一定律： DH=qmcp(t2-t1)=Q cp=Qéëqm(t2-t1)ùû 若测定干空气的比热容，则： cpg=(Q-Qw)éëqmg(t2-t1)ùû 2、实验中为什么要测取空气的干湿球温度？ 答案：实验中要测取空气的干湿球温度的目的是由可干湿球温度查焓湿图得湿1 度，从而计算出水蒸气的容积成分以进行干空气与水蒸气流量的计算。 3、本实验对输入电热器的电压和气体出口温度有何要求？ 答案：输入电热器的电压不得超过200V，气体出口最高温度不得超过300。 4、由实验数据计算所得的定压比热容与进出口平均温度有何关系？ 答案：定压比热容与进出口平均温度大致呈线性关系，且随温度的增加而增大。 5、整个装置由哪几部分组成？ 答案：整个装置由风机、流量计、比热容仪本体、电功率调节及测量系统共四部分组成。 6、实验中比热容仪空气的进口温度近似等于何处的温度？ 实验二：二元汽液平衡数据的测定操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 检查整个系统的气密性，然后通大气，确保液位差为零。 平衡釜内加入一定浓度的苯正庚烷混合液，打开冷却水，安放好加热器，接通电源。 开始时加热电流给到0.1A加热，5分钟后给到0.2A，再等5分钟后慢慢调到0.25A左右即可，以平衡釜内液体能沸腾为准。冷凝回流液控制在每秒2-3滴，稳定回流15分钟左右，以建立平衡状态。 温度基本稳定达到平衡后，需要记录下两个温度计的读数，并用微量注射器分别取两相样品适量，用阿贝折射仪测定其折射率，并在本实验给定的苯的组成折射率曲线上确定样品的组成。 注射器从釜中取出810毫升的混合液，然后加入同量的一种纯物质，重新加热建立平衡。实验重复5次。 实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。 答案：近似等于流量计空气的出口温度。 2 实验二：二元汽液平衡数据的测定 问答题： 1、实验中怎样判断气液两相已达到平衡？ 答案：体系温度一段时间内不再发生变化时，则可判定气液两相达到平衡。 2、影响气液平衡测定准确度的原因有那些？ 答案：装置的气密性；平衡温度的读取；由阿贝折射仪读取混和液折射率的误差；在阿贝折射仪工作曲线上由折射率读取气液相组成存在读数误差；取样时气液是否达到平衡；是否选取了合理的取样点。 3、本实验测定的多少压力下的气液平衡数据？实验中应如何实现？ 答案：本实验测定的常压下的气液平衡数据，实验中通过三通阀通大气实现。 4、本实验平衡釜的基本原理是采用什么方法？ 答案：采用循环法。 5、实验中如何证明系统的密闭性？ 答案：用与系统相连的针筒与系统相连，并使系统与大气隔绝，针筒缓缓抽出一点压力，U型管中的两个液柱差不变。 6、体系的平衡温度与苯的含量有何关系？ 实验三：超过滤膜分离操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 配50mg/L的溶液 20-30L，倒入料液槽中； 打开相关阀门，启动泵，在一定的流量和压力下运转，10分钟后取透过液与浓缩液适量进行比色分析； 升高压力，稳定10分钟后取透过液3 答案：体系中苯的含量越高，平衡温度越低。 与浓缩液适量进行比色分析，并读取流量值； 在料液槽中取适量测取原料液的吸光度； 将轻水槽中放适量水，打开相关阀门后在一定压力和流量下进行冲洗，关闭电源。 实验三：超过滤膜分离问答题： 1、本实验中如何利用分光光度计测量待测液的吸光度？ 答案：将测定光波长置于 510nm处，在10mL的试管中分别加入5mL的待测液、1mL的Dragendoff 试剂、1mL的醋酸缓冲液及3mL的蒸馏水，充分摇匀后静置15分钟测其吸光度。 2、本实验中截留率随压力的变化趋势如何？ 答案：随压力增大，截留率增大。 3、本实验中所用过滤膜是什么膜？膜的选择透过性主要是由什么造成的？ 答案：所用过滤膜是聚砜中空纤维膜，膜的选择透过性主要是由不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同而造成的。 4、实验中为什么需加发色剂才能测量待测液的吸光度？ 答案：因待测液为无色溶液，在510nm 波长下无吸光度。 5、提高料液的温度进行超过滤会有什么影响？ 答案：提高料液温度，料液粘度降低，有利于减轻浓差极化。 6、何为浓差极化，其对截留率有何影响？ 答案：浓差极化是指在超滤过程中，被膜截留下来的溶质粒子在膜前积累，形成高浓度区，这些溶质以浓度差为推动力，向料液主体扩散，呈现出溶质的浓度分布。 浓差极化会使截留率降低。 7、压力过大会对超滤有何影响？ 答案：压力过大，会加剧浓差极化。 4 8、随压力增大，透过液和浓缩液的浓度各有何变化？ 答案：随压力增大，透过液浓度减小，浓缩液浓度增加。 实验四：反应精馏法制醋酸乙酯操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 将乙醇、乙酸各80g，浓硫酸8-10滴倒入塔釜内，开启釜加热系统。沸腾时开启塔身保温电源。 待塔身有蒸气上升时，开启塔顶冷凝水。 当塔顶摆锤上有液体出现时，进行全回流操作。15分钟后，设定回流比为4：1，开启回流比控制电源。 20分钟后，用微量注射器在塔顶和塔中取样，应尽量保证同步。 分别将0.8L样品注入色谱分析仪，记录结果。 重复步骤4、5，即40分钟再从塔顶、塔中取样分析。 关闭塔釜及塔身加热电源对馏出液及釜残液进行称重并取釜液进行色谱分析，关闭总电源，最后关冷凝水。 实验四：反应精馏法制醋酸乙酯问答题： 1、简述反应精馏中精馏的作用？ 答案：乙醇与乙酸反应生成乙酸乙酯的反应受平衡影响，转化率只能维护在平衡转化的水平；但是，因所生成的乙酸乙酯沸点较低，则精馏过程可使其连续的从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。 2、根据各组分沸点，推测间歇操作中塔釜和塔体各有几种组分？ 答案：塔釜中共有水、乙醇、乙酸乙酯、乙酸四种组分，塔体中有水、乙醇、乙酸乙酯三种组分。 3、反应精馏主要适合哪两种情况？ 5 答案：可逆平衡反应与异构体混合物分离。 4、不同回流比对塔顶冷凝负荷及产物纯度有何影响？ 答案：回流比增大，塔顶冷凝负荷增大，产品纯度增加。 5、为什么在塔体中不会出现乙酸？ 答案：因为该实验采用间歇操作，反应只在塔釜进行，由于乙酸的沸点较高，不能进入塔体。 6、塔釜温度过高或过低会对实验有何影响？ 答案：温度过高蒸发量大，易造成液泛；温度过低蒸发量少，会很长时间还没有蒸汽上升到塔头内时，没有馏出物。 7、上下保温段加热电流过大会对实验有什么影响？ 答案：过大会造成过热，使加热膜受到损坏，另外，还会造成因塔壁过热而变成加热器，回流液体不能与上升蒸汽进行气液相平衡的物质传递，反而会降低塔的效率。 8、在同一时刻，乙酸乙酯的含量随塔身有何变化？ 答案：乙酸乙酯的含量从塔釜至塔顶逐渐增大。 9、在塔身的同一位置，乙酸乙酯的含量随时间的延长有何变化？ 答案：若反应时间较短，尚未达到平衡转化率，则乙酸乙酯的含量逐渐增加；但随着时间的延长，塔釜内乙醇与乙酸的含量逐渐减少，所以乙酸乙酯的含量也随之降低。 实验五：萃取精馏制备无水乙醇 操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 以39%，61%为原料，以乙二醇为萃取剂，采用连续操作进行萃取精馏。在计量管内注入乙二醇，另一计量管内注入水乙醇混合液体。 向釜内注入含少量水的乙二醇，此后可进行升温操作。同时开预热器升温，当釜开始沸腾时，开保温电源，通塔顶冷凝水，并开始加6 料。控制乙二醇的加料速度为100mlhr，水乙醇液约为1分钟15滴，不断调节转子流量计的转子，使其稳定在所要求的范围。 当塔顶开始有液体回流时，打开回流电源，给定回流值在4：1并开始用量筒收集流出物料。 当塔顶和塔底的温度不再变化时，进行取样分析。 关闭各部分开关，无蒸汽上升时停止通冷却水。 实验五：萃取精馏制备无水乙醇 问答题： 1、用普通精馏能否得到无水乙醇，萃取精馏是如何实现的？ 答案：由于乙醇和水形成恒沸物，因此在常压下进行普通精馏无法得到无水乙醇。萃取精馏中加入的萃取剂可改变乙醇与水之间的相对挥发度，从而可得到无水乙醇。 2、萃取剂为何在塔的上部加入？ 答案：因萃取剂的沸点较高，挥发度小，在塔的上部加入可保证萃取剂在整个塔内均有一定的浓度分布。 3、在一定回流比操作时，如何判断过程达到稳定，可进行取样分析？ 答案：在一定回流比操作时，当塔顶与塔釜的温度一段时间内不再变化时，可断定过程已经稳定。 4、选择萃取剂的原则是什么？本实验选择何种物质作为萃取剂？ 答案：选取萃取剂的原则有选择性要高用量要少挥发度要小容易回收价格低廉。 本实验采用乙二醇为萃取剂。 5、乙醇含量由塔底至塔顶有何变化？ 答案：乙醇含量由塔底至塔顶逐渐增加。 6、回流比对塔顶冷凝负荷及产物纯度有何影响？ 答案：回流比增大，塔顶冷凝负荷增大，产品纯度增加。 7 7、萃取剂为何不在塔顶加入？ 答案：为了尽可能降低塔顶馏出液中萃取剂的含量。 实验六：内循环反应器无梯度检验 操作题 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤 打开氮气、氢气压力阀，将氮气和氢气的压力调节至0.15MPa左右。 调节主流气体、参考臂气体、工作臂气体流量，使其在规定的范围内。 打开电路开关，打开计算机和实验程序，调节热导池电流400mA。 按下列顺序点击程序采集数据。 关闭氢气阀，在有氮气的情况下，点击池平衡点击基线值点击停止采集调节转速通入氢气至信号最大点击开始采集数据，同时关闭氢气阀当信号达到初始基线值点击停止采集存入数据打开数据处理程序填入设定值点击调入参数点击处理数据记录有关数据处理数据。 调整主流气体搅拌速度，重复上述实验。 实验结束，关转速，关闭电路系统，关闭氢气、氮气减压阀。关闭计算机。 实验六：内循环反应器无梯度检验 问答题： 1. 无梯度内循环反应器的特点是什么？ 答案：内循环反应器相当于一个连续搅拌釜式反应器，反应器内达到无梯度，也就是流动的气体在反应器内达到完全返混，即实现了理想的全混流模型，消除了浓度梯度和温度梯度。 2.清洗法测定停留时间分布的方法？ 8 答案：在反应器入口处突然中断主流气中的示踪气体，同时测定出口气体中示踪气体的浓度随时间的变化。 3. 实验中用什么方法检测气体浓度的变化？ 答案：采用热导鉴定器测出的电压值检测浓度的变化。 4.如何判定内循环反应器实现无梯度性能？ 答案：如果反应器的停留时间分布函数的负对数-lnF(t)与时间呈线性关系，则可判定内循环反应器实现无梯度性能。或者如果反应器的停留时间分布密度函数的负对数-lnF()与时间呈线性关系，且斜率等于1,也可判定内循环反应器实现无梯度性能。 5.影响反应器无梯度性能的参数有哪些？ 答案：主要有主流气体流速、搅拌速度、催化剂床层和颗粒大小。 6. 用清洗法测定停留时间分布用到的物料衡算式? 答案： Vs,0 C0 dt - Vs C(t) dt = V0 dC(t) Vs,0物料进入反应器的体积流率；Vs 物料流出反应器的体积流率；V0 反应器的自由体积；C0入口物料流中示踪气的浓度；C(t) 出口物料流中示踪气的浓度。 7. 整个装置由哪几部分组成？ 答案：本实验装置主要由内循环反应器、气路控制箱、电路控制箱和计算机四部分构成。 实验七：气固相催化动力学常数的测定 操作题： 简述本实验的操作步骤 答案：实验步骤： 在反应器内装入催化剂8-10克。将催化剂活化。 打开氢气阀和氮气阀，调整其压力达到0.15 Mpa左右，分别调节氮气和氢气流量阀后，使氢氮比为3，使混合气体的流量达到选定值，操作压力控制在0.05Mpa。 9 打开冷却水，再打开电路系统的控温和测温开关，将反应温度控制在预定值。同时启动电机调节转速使其达到预定值。 当达到预定的反应温度后，系统稳定，测定出口气体中氨的含量。测定三组数据。 实验结束，关掉测温、控温电源开关。调小并关闭电机转速，关闭电源。 关闭氢气阀，停止通氢气。并用氮气保护催化剂。 反应器温度降到200以下，关闭冷却水阀。 实验七：气固相催化动力学常数的测定 问答题 1.影响氨合成动力学常数的因素有那些？ 答案：反应温度、反应压力、氢氮比、铁系催化剂活性，催化剂的颗粒大小，反应器的结构。 2. 氢气和氮气配气的比例是多少，怎样操作？ 答案：氢气和氮气体积比是3：1，操作时先设定氢气和氮气体积流量的值，使其在3：1，根据体积流量查对应的工作曲线找到高度值，调节流量计。 3. 求合成氨后混合气中NH3摩尔分数的公式？ 答案： 4. 用PH计测氨气含量时，PH值的变化为何先慢后快？ 答案：因为PH值是-lgH+,lg值的变化是先慢后快。 5. 为何要开冷却水？ 答案：防止反应器轴承内润滑脂挥发使催化剂中毒，并使设备受损伤。 6. 本实验采用的反应器有何特点？ 答案：采用内循环全混流反应器，在催化剂床层内无温度、浓度和反应速度梯度。 7. 实验结束后，为何在系统内保持一定的氮气压力？ yNH3 =22.4×VH2SO4×NH2SO4×Ta×Po Vs,a×t×T0×Pa 10 答案：还原后的催化剂若直接与空气结合会受氧化而失活，为了保护催化剂，实验结束后在系统内保持一定的氮气压力。 11