化工单元操作与控制课后习题答案
高职高专规划教材
苏州健雄职业技术学院
医药科技学院
杨成德顾准顾晓吴主编
2018.02.28
习题1 附图
1 2
h 1
项目一 输送系统的操作与设计
1．
根据附图所示的双液体U 管压差计的读数，计算设备中气体
的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m 3和998 kg/m 3，压差计的读数R ＝300mm 。
两扩大室的内径D 为60mm ，U 管的内径d 为6mm 。
解：已知d=6mm, D=60mm, R=300mm=0.3m, ρ水=998kg/m 3, ρ液=920kg/m 3。由U 型管压力计可知，右边的液面较左面的液面高度差为
mm m D d R h 3003.04
/601463004/142222==????=??=ππππ
()())
.6Pa(256300.081.99203.09.81920998gh gR 表压油油水=??+??-=+-=∴ρρρP 2．
为了排出煤气管中的少量积水，用附图所
示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa （表压），试求水封管插入液面下的深度h 。
解：已知P=10Kpa ，ρ=998kg/m 3，由公式gh P ρ=可知：
02m .19.8)/(9981010g /P h 3=??==ρ
习题2 附图
3． 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm
和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。
解：知V s =9m 3/h, ρ=1831 kg/m 3, d 1=76mm-4mm ?2=68mm=0.068m,
d 2=57mm-3.5mm ?2=50mm=0.05m, 故可得 (1) 4.58kg/s 16479kg/h 18319V m m s s2s1==?=?==ρ (2)689m/s .0h /4m .24794/068.0.1439
4/d V u 22
1s s1==?==
π 27m /s .1h /7m .45834
/05.0.1439
4/d V u 2
22s s2==?==
π (3))/(8.12614
/068.014.3 4.58
4/m m G 22
21s11s11s m kg d A ?=?===
π )/(8.23334
/05.014.3 4.58
4/m m G 22
22s22s22s m kg d A ?=?===
π 4．
在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103
Pa ，在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强，真空表的读数应为多少？兰州地区的平均大气压强为85.3×103 Pa ，天津地区的平均大气压强为101.33×103 Pa 。
解：已知P 01=85.3?103Pa ，P 02=101.33?103Pa ，P 真1=80?103Pa ；所以
Pa 105.31080-103.853********?=??=-=?-=真绝绝真P P P P P P
Pa 1096.03105.3-1033.101333022?=??=-=绝真P P P
5． 某设备的进、出口压强分别为1200mmH 2O （真空度）和1.6at
（表压）。若当地大气压为760mmHg ，求此设备进、出口的压强差。（用SI 制表示）
解：已知P 0=101.33kPa=101.33?103Pa, h 真=1200mm=1.2m ，
P 表=1.6at=1.6?101.33?103=162.13?103Pa; ρ=103kg/m 3。
kPa
P P 89.57Pa 1089.5712008.910001033.101gh 3
301=?=??-?=-=真ρ k P a
Pa P P P 46.26310263.4610162.131033.10133302=?=?+?=+=表
k P a Pa P 88.1731088.7311057.891046.263333=?=?-?=?
6． 敞口容器内装有3.5m 深的油，该油的密度为920kg/m 3，求容
器底部的压力?
解：已知P 0=101.33kPa=101.33?103Pa, h =3.5m ，ρ=920kg/m 3，故
132.88kPa
Pa 10132.885.38.99201033.101gh 330=?=??+?=+=ρP P
7． 用附图所示的U 形管压差计测量管道A 点的压强，U 形管压
差计与管道的连
接导管中充满水。压差计内指示液为汞，读数R =120mm ，当地大气压为101.3kPa 。 试求A 点的绝对压强。
解：已知 P 0=101.33kPa=101.33?103Pa, h =3.5m ， ρ水=1000kg/m 3，
ρ汞=13600kg/m 3， R=120mm=0.12m ， h 1=1.2-R=1.2-0.12=1.08m 。
由图可知，
11A gh 水ρ+=P P gR P P P P 汞ρ+===0321
P 1
P 2
P 3
题7 附图
kPa
Pa gR
P P 127910127912.08.91360008.18.910001033.101gh 3310A =?=??+??+?=++=∴汞水ρρ阿 8． 如附图所示，用一倒U 形管压差计测定
输水管AB 两点间的压差，指示剂为空气，读数为300mm ，试计算A 、B 两点的压差为多少？
解：已知ρ水=1000kg/m 3，R=300mm=0.3m ，
()Pa gR gR P 31094.23.08.91000?=??=≈-=?水空水ρρρ
9． 如附图所示，用U 形管压差计测量密封容器中液体上方的压
力。已知液体的密度为1000kg/m 3，压差计内指示液为汞，h =3m ，h 1=1.3m ，h 2=1m ，当地大气压为101.3kPa 。求液面上方的表压和绝压各为多少？
解：已知ρ水=1000 kg/m 3，ρ汞=13600 kg/m 3，h 1=1.3m ，h 2=1m ，h =3m ，P 0=101.3kPa=101.3?103Pa ； 由图可知21P P =
()21h -h g 水ρ+=P P ()2102h -h g 液ρ+=P P
()()
Pa
107.121)13(9.81000)13.1(9.81360010101.3h -h g h -h g 3
3
2210?=-??--??+?=-+=∴水汞ρρP P
10． 如图所示的混合式蒸汽冷凝器中，器内真空度为82kPa ， 求大气腿内的水柱高度H 为多少米？
解：已知ρ=1000kg/m 3，P 真=82kPa=82?103Pa ； 由图可得，真真P P P P P =--=?)(00
37m .8)8.9/(10001082g /3=??=?=∴ρP h
习题9附图
P 1
P 2
习题8附图
习题10附图
11． 某流化床反应器上装有两个U 管压差计，如图所示。 测得R 1 =400mm ，R 2 =50mm ，指示液为水银。为防止水 银蒸气向空间扩散，在右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3 =50mm 。求A 、B 两处的表压强。 解：已知P 0=101.33kPa=101.33?103Pa, R 1 =400mm=0.4m ，R 2 =50mm=0. 05m ，
R 3 =50mm=0.05m ，ρ水=1000kg/m 3，ρ汞=13600kg/m 3， 由图可知：
)
Pa(1067.1305.08.91360005.08.91000gR gR 32
31表压汞水?=??+??=+==ρρP P A 53.31kpa
Pa 1031.535
.08.9136001013.67gR gR B 3311B 1
B 21的真空度为汞汞P P P P P P ∴?-=??-?=-=∴+==ρρ
12． 密度为1820kg/m 3的硫酸，定态流过内径为50mm 和68mm 组成的串联管路，体积流量为150 l/min 。试求硫酸在大管和小管中的质量流量kg/s 和流速m/s ？
解：已知ρ硫酸=1820kg/m 3， d 1=50mm=0.05m ， d 2=68mm=0.068m ， V s =150L/min=2.5?10-3m 3/s
s
m d V u s /23.14
/05.014.3105.24/23211=??==-π
习题11附图
P 2
P 1
s kg V m m s s s /55.4102.51820-321=??=?==硫酸ρ
13． 如图所示，甲烷以1700m 3/h 的流量流过管路，管路是内径从200mm 逐渐缩小到100mm ，在粗细两管上连有一U 形管压差计，指示液为水。甲烷通过管路时，U 形管压差计的读数为多少毫米？（设甲烷与水的密度分别为1.43kg/m 3和1000kg/m 3，甲烷的流动阻力损失可忽略不计）。 解：已知
V s =1700m 3/h=0.472m 3/s ， d 1=200mm=0.2m ，
d 2=100mm=0.1m ，
ρ水 =1000kg/m 3， ρ甲烷 =1.84kg/m 3，所以可知
s m d V u s /0.154
/2.014.3472
.04/221=?==
π , s m d V u s /2.604/1.014.3472.04/2
222=?==π; 由图可知，A ，B 点的压强相同，故可得
gR
gR ,21B A 2B 1A 水水，ρρ+=∴=+==P P P P P P P P
g
P P R 水ρ2
1-=
∴ 以1，2面列伯努利方程得：
319mm 319m .08.9100084.120.1522.6022R 222
1212222222
12
2
21
212
222211
1==????
? ??-=???? ??-=-=∴+=+∑+++=++
g u u g P P P u P u W u p g Z u P g Z f 水甲烷水甲烷
甲烷简化后得：ρρρρρρρ
14． 如图所示，将25℃水由水池打入高位槽，槽的水平面高于池面50m ，管路阻力损失为2.14m ，流量为34m 3/h ，需外加多少有效功
习题13附图
A
B
1
2
率才能达到目的?
解：已知V s =34m 3/h=0.0094m 3/s ，h f =2.14m ， ?z =50m ， ρ=998m 3/h 。
由f e h z P g
u z P g u H +++=
+++222
2
112122简化可得， f
f e h z h z z H +?=+-=12
()kg J h z g H g W f e e /97.510)14.250(8.9=+=+?==?
15． 将293K 、98%硫酸用泵从常压贮槽送入表压为200kPa 的设备中,所用管子内径为50mm ，硫酸流入设备处与贮槽液面垂直距离为15m ，损失压头为22.6m ，硫酸流量为3kg/s 。求泵的有效功率? 解：已知，ρ =1820kg/m 3，P 1=0(表压)， P 2=200kPa=200?103Pa(表压)，h f =22.6m ，d =50mm=0.05m ，?z =15m ，m s =3kg/s ，故可得
s m d m u s
/839.04
/2=?=
πρ
由伯努利方程得：∑+++=+++f e h z g
P g u z g P g u g W 222
211
2122ρρ
()kg J h g P P g z z W f e /4.4786.2281.91820
1020081.91531
212=?+?+?=+-+
-=∴∑ρ
所以 kW m W P s e e 435.134.478=?=?=
16． 用泵将储槽中密度为1200 kg/m 3的溶液送到蒸发器内。储槽内液面维持恒定，其上方与大气相通。蒸发器内的操作压强为200mmHg （真空度），蒸发器进料口高于储槽内的液面15m ，输送管道的直径为Φ68×4 mm ，送料量为20m 3/h ，溶液流经全部管道的能量损失为
120J/kg ，求泵的有效功率？
解：已知，ρ =1200kg/m 3，P 1=0(真空度)， P 2=gh ?ρ汞
=9.8?0.2?13600=26656Pa(
真
空
度
)，
W f =120J/kg
，
d =68-4?2=60mm=0.06m ， ?z =15m ， V s =20m 3/h=5.6?10-3m 3/s ，
由伯努利方程得：∑+++=+++f W g z P u g z P u We 222
211
2122ρ
ρ
()kg J W P P g z z We f /21.2891201200
26656
8.9151
212∑=++
?=+-+
-=∴ρ
所以 kW V W m W P s e s e e 944.1106.5120021.2893=???=??=?=-ρ
17． 20℃的水以流速1m/s 流经内径为20mm 的圆管，试判断水的流形。
解：已知d =20mm=0.02m,u =1m/s, ρ=998.2 kg/m 3,
μ=0.8937mPa ?S=0.8937?10-3Pa ?S
40001023.210
8937.02.998102.0Re 5
3
≥?=???=
=
-μ
ρ
du 故水的流型为湍流 18． 某溶液的密度为980kg/m 3，性质与水相似，当料液的流量为50t/h 时，试选择流速分别为1.5m/s 与2.5m/s 所需的管子规格? 解：已知
m s =50t/h=13.9kg/s, u 1=1.5m/s, u 2=2.5m/s,
ρ=980kg/m 3,
110mm m 110.05.114.398013.9
u m d 4/d m u 4
1
141s 2s ==???=??=??=
πρπρ，所以选用内径为125mm 的管，为Φ133?4的无缝不锈钢管；
mm 58m 580.05
.214.398013.9
u m d 4/d m u 41
241s 2s ==???=??=??=
πρπρ；所以选用内径为100mm 的管，为Φ108?4的无缝不锈钢管；
19． 某油品以层流状态在直管内流动，流量不变时，下列情况阻力损失为原来的多少？①管长增加一倍；②管径增大一倍；③提高油温使粘度为原来的1/2（密度变化不大）。
解：由μρ
du =Re ，Re
64=λ得： ρμρμλd u
l du u l d u l u d l W f 32322Re 642222==????=?=
所以， 由上式可知，(1)当长度加倍时，阻力损失变为原来的2倍；(2)当管径加倍时，阻力损失变为原来的1/2；(3)当粘度降低为原来一半时，阻力损失变为原来的1/2；
20． 用Φ108×4mm 的钢管从水塔将水引至车间，管路长度150m （包括管件的当量长度）。若此管路的全部能量损失为118J/kg ，此管路输水量为若干m 3/h ？（管路摩擦系数可取为0.02，水的密度取为1000kg/m 3）?
解：已知d =108-4?2=100mm=0.1m, m l 150=总,W f =118J/kg, λ=0.02,
ρ=1000kg/m 3,故可得
s m l d
W u u d l W f f /80.2150
02.01
.0118222
2
=???=
=
??=总
总λλ
h m s m d u V s /1.79/022.04
1.014.380.24332
2
==??=?=π
21． 如附图所示，密度为800 kg/m 3、黏度为1.5 mPa·s 的液体，由敞口高位槽经φ114×4mm 的钢管流入一密闭容器中，其压力为
0.16MPa （表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s ，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度d ε＝0.002，试计算两槽液面的垂直距离z ??
解：已知ρ=800kg/m 3, u =1.5m/s, μ=1.5mPa ?S=1.5?10-3Pa ?S, ε/d =0.002， d =114-4?2=106mm=0.106m, P 1=0(表压)， P 2=0.16MPa=160?103Pa(表压)，
故可知在高位槽1截面到容器2截面间列伯努利方程:
f W u p
g Z u p g Z ∑+++=++
2
222211
12
121ρρ
简化: f W p Zg ∑+=
?ρ
2
4
3
1048.810
5.15.180010
6.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
du 由 002.0=d ε ,查得026.0=λ
管路中: 进口 5.0=ξ
90℃弯头 75.0=ξ 2个 半开闸阀 5.4=ξ 出口 1=ξ
2
5.1)15.475.025.010
6.016030026.0(2)(2
2?++?+++?=∑+=∑∴u d l W f ξλ
kg J /87.60=
m g W p Z f 6.2681.9/)87.60800
1016.0(
/)(6
2
=+?=∑+=?∴ρ 22． 用离心泵向设备送水。已知泵特性方程为201.040Q H -=，管路
特性方程为203.025Q H e +=，两式中Q 的单位均为m 3/h ，H 的单位为m 。试求： （1）泵的输送量；
（2）若有两台相同的泵串联操作，则泵的输送量又为多少？ 解：由泵特征方程与管道特征方程可知： (1){
2
203.02501.040Q
H Q H e +=-= 两个方程联立可解得h m Q m H /4.19,3.363
==; (2)串联之泵输送量不变，所以串联之后，泵特征方程变为
)01.040(22
Q H -=，联立方程得{
2
203.025)01.040(2Q
H Q H e +=-=，解方程得
h m Q m H /2.33,0.583==;
23． 常压贮槽内装有某石油产品，在贮存条件下其密度为760 kg/m 3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为φ57×2mm ，由液面到设备入口的升扬高度为5m ，流量为15m 3/h 。釜内压力为148kPa （表压），管路的压头损失为5m （不包括出口阻力）。试选择一台合适的油泵。
解：已知ρ=760kg/m 3, Q =15m 3/h, d =57-2?2=53mm=0.053m, P 1=0(表压)， P 2=146kPa=146?103Pa(表压)， m H f 5=，
s m d V u s
89.1053.0785.0360015
4
22
=?=
=
π
在水槽液面11'-与输送管内侧22'-面间列柏努利方程，简化有：
∑++?+
?=f e h u g
g P Z H 2
221ρ
m H e 03.30598.181
.921
81.976010148523=+??+??+
= 由Q=m H h m e 03.30153
= 查油泵性能，选泵60Y-60B
其性能为； 流量：h m 3
8.19kW m
75.338轴功率压头
m 6.2%
55允许的气蚀余量效率：
《化工单元操作》试题 使用教材：化工单元操作试题范围：全册 出版社：化学工业出版社版次：第一版 学校名称： 一、填空题 1.化工单元操作主要包括：机械过程、物质传递过程、热力过程、 、。 2反应系统的三大平衡指的是、、三大平衡。 3.流体的粘度随温度而变化，流体的粘度随温度升高而， 气体的粘度随温度的升高而。 4.热力学温度和摄氏度的换算关系为。 5. 和是使气体液化的有效手段。 6.精馏与蒸馏的的区别在于。 7.回流比是影响分馏操作和的重要因素。 8.能自动排泄介质，防止设备或管路破坏，压力正常后又能自动闭合，具有这种作用的阀门叫。 9.相对挥发度愈大，液体混合物分离愈。 10.在分馏塔中沸点最或最高的组分最易从塔顶馏出。 二、单项选择题
1.有关单元操作的叙述错误的是（） A.是化工生产过程的核心 B.是《化工单元操作》的研究对象 C.是基本物理操作 D.用于不同的化工生产过程中其基本原理和作用相同 2.化工原理中的“三传”是指（） A.动能传递、势能传递、化学能传递 - 1 - B.动能传递、内能传递、物质传递 C.动量传递、能量传递、热量传递 D.动量传递、质量传递、热量传递 3.下列操作不属于单元操作的是（）。 A.流体输送 B.传热 C. 氧化还原反应 D. 过滤 4.下列哪种设备不是属于沉降设备（） A.沉降槽 B.旋风分离器 C.降尘室 D.袋滤器 5.热量传递的基本方式是（） A.恒温传热和稳态变温传热 B.传导传热、对流传热与辐射传热 C.气化、冷凝与冷却 D.导热给热和热交换 6.在精馏塔中，加料板以上（不包括加料板）的塔部分称为（） A.精馏段 B.提馏段 C.进料段 D.混合段 7.对于一定分离任务的分馏塔，若在最小回流比下操作，所需的理论
作业一： 第一章 1-2【P7】 (1)在结构上，系统必须具有反馈装置，并按负反馈的原则组成系 统。 (2)由偏差产生控制作用。 (3)控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控制量尽量接近期望 值。 1-3【P8】 1-7 优点缺点 开环控制系统结构简单、造价低控制精度低、适应性不强闭环控制系统适应性强、控制精度高结构复杂、稳定性有时难 保证 补充1：自动控制系统有什么基本要求？【P14】 1-8 开( 2-1. （a）
1121 1112211 i o o R i i dt C u R i u i i i R i idt u C ?=?? -=?? +=??+=?? ??L L L L L L L L ① ② ③④ 化简得： 212121 211212121211 ()(1)i o i i o o du du R C R C R C u u dt R C u u dt dt R C R C dt R C R C +++=++++?? 2-1(d)
2-2 (a) 011020()()i i i d x x x f k x x f kx dt dt -+-=+ 化简 01212011()()i i dx dx f f k k x f k x dt dt +++=+ （b ） 处于静止时刻（平衡的时候），质量块m 的重力mg 已经被弹簧跟阻尼器所平 衡掉，所以列方程的时候不应该出现重力mg 。 以质量块m 为研究对象，由牛顿第二定律得： 22()()()d y t dz t m kz t f dt dt =--L L L ① 结合： ()()()z t y t x t =-L L L ② 消去()y t 得：
流体流动和输送1、液体高度：, 器底所受的力： 压强： 指示液为CCl4, 其读数： 2、人孔面积： 压力： 槽壁面积： 槽壁所受压力：3、 4 、
6、（1）求空气的体积流量流通截面： 体积流量： （2）求质量流量 表压：绝压：空气的平均分子量：当时温度：空气密度： ∴质量流量： 7**、对容器A 孔口流速： 体积流量： 流出的总体积： 液体降至0.5m 处所需时间： 剩余部分为非稳定流动，所需时间： 对于容
B 由于B下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。 8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式， 在操作条件下，甲烷的密度： 水柱压差计读数： 9、
10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即， (1)当读数为80mmHg时，，即误差＝1.2% (2)读数为20mmHg时，，即误差＝ 4.9% (3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相同。 11、 体积流量： 质量流量： 导管中苯的流速： 12、忽略阻力， ，，，
将数据代入，得体积流量：13、，，, , ∴ ＝ ， 空气流量： 质量流量： ， ∵，，，解得，，体积流量：14、当量直径：
流速： 湍流 15、相对粗糙度：，查图得 16、 ，，查图得 H1=0，H2=10，v1=0，v2=2.2，P2=0 ， 17 、用试差法求流量，∵λ＝f(Re),Re=f(v),难以直接求解。 由Re～λ图可见，对ε＝0.001的无缝钢管而言，Re在2×104～1×107之间，λ值在0.02～0.028之间，设λ＝0.025，H1=5，H2=0，P1=P2=0（表压），v1=0
第一章 概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。 控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？ 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。 第二章 过程控制系统建模方法 习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求： （1） 写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程； （2） 写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。 （1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=， 代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =
故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章 过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问： （1） 影响物料出口温度的主要因素有哪些？ （2） 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？ （3） 如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器 的正反作用？ 解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量 （2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。 操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被 控变量有主要影响。 （3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制 器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？ 解：系统框图如下：
化工单元操作思考题 离心泵思考题 1．为什么离心泵启动前一定要打开入口阀灌泵？ 答：离心泵开始工作时，若泵内有气体因为空气的密度比液体的密度小得多，在叶轮旋转时所产生的离心力不足以在泵内造成足够的真空度（真空度很小），贮槽液面和泵入口处的静压差很小，不能推动液体进入泵内，产生气缚。因此，在开泵前必须使泵的吸入系统内充满液体，也就是灌泵。 2．为什么离心泵启动前要关闭出口阀？ 答：离心泵是靠叶轮的高速旋转将液体甩出泵外，流量越大，所消耗的功率越大，当流量为零时轴功率最小，所以离心泵启动时，为了减小启动功率，保护电机，可将出口阀关闭。待电机运转到额定转速后，再逐渐打开出口阀。 3．离心泵为什么会抽空？泵抽空有哪些现象，如何处理？ 答：泵抽空原因是由于泵运转中进入泵内的液体不能满足需要，发生供不应求的现象，而这时泵还在高速运转，就会抽空。 泵抽空的原因：（1）塔、罐、容器的液面低或空；（2）油品带水，温度高会气化；（3）入口阀开得过小；（4）两泵同时运行（5）入口阀未打开或芯掉；（6）入口阀堵。 泵抽空的现象：压力、电流下降并波动、流量小或无、管线发出“叮、叮”响声，管线、泵体剧烈振动、严重时造成密封漏或泵盖垫漏。 处理方法：（1）关小出口阀，开打入口阀，并打开放空阀进行排气；（2）提高吸入泵液位，如液面低，可停泵，待液面上升后再启动；（3）若抽空时密封漏，可进行换泵；（4）若进口管线堵塞，要吹扫管线；入口阀芯坏掉要更换泵。4．离心泵轴承发热的原因是什么？有何危害？如何处理？ 答：原因；（1）润滑油（脂）液面过高或过低、变质、脏；（2）冷却水、封油不足或管路堵；（3）滚珠架松、落、卡、花点；（4）安装质量差；（5）同心度不正；（6）机泵振动（7）机环甩脱或不转；（8）超负荷运行。 严重时，会烧坏轴承，造成停泵，给生产带来损失最大。 处理：（1）调整液面或换油（2）搞通管路，加大油量或封油量（3）更换轴承（4）联系谦恭处理。
5.1 （1）)(20)(20)(20)(12)(t r t r t c t c t c +=++ （2）21)10)(2()1(20)(s s s s s C ?+++= = s s s s 4 .0110275.02125.02+++-++- 所以 c(t)=4.0275.0125.0102++----t e e t t c(0)=0;c(∞)=∞; （3）单位斜坡响应，则r(t)=t 所以t t c t c t c 2020)(20)(12)(+=++ ，解微分方程加初始条件 解的： 4.04.02)(102++-+=--t e e t c t t c(0)=2, c(∞)=∞; 5.2 (1)t t e e t x 35.06.06.3)(---= (2)t e t x 2)(-= (3) t w n n n t w n n n n n n n e w b w a e w b w a t x )1(22)1(22221 2)1(1 2)1()(----+----+-+ -+----= ξξωξξωξξξωξξξω(4)t a A t a Aa e a a b t x at ωωωωωωωcos sin )()(2 22222+-++++=- 5.3 (1)y(kT)=)4(16 19 )3(45)2(T t T t T t -+-+-δδδ+…… (2) 由y(-2T)=y(-T)=0;可求得y(0)=0,y(T)=1; 则差分方程可改写为y[kT]-y[(k-1)T]+0.5y[(k-2) T]=0;,k=2,3,4…. 则有0))0()()((5.0))()(()(121=++++----y T y z z Y z T y z Y z z Y 2 11 5.015.01)(---+--=z z z z Y =.....125.025.025.05.015431----++++z z z 则y *(t)=0+)5(25.0)4(25.0)3(5.0)2()(T t T t T t T t T t -+-+-+-+-δδδδδ+… (3)y(kT)=k k k k k T T k T T )1(4 )1(4)1(4)1(4++---- 5.4
化工基础习题解答 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
化工基础习题解答（第二版张近主编） 第3章流体流动过程及流体输送设备 1、某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组成为： H242%，%，%， %，%，%（均为体积分数），求表压为，温度为25℃时，混合气体的密 度。 解：解法一：先求混合的摩尔质量； 算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分数叠加。解法略。 6、套管换热器的内管为φ25mm×，外管为φ57mm× 的无缝钢管。液体以5400kg/h 的流量流过环隙。液体的密度为1200kg/m3，粘度为2×10-3Pa·s。试判断液体在环隙流动时的流动形态。 解：设大管内径为d1，小管外径为d2 流体在环隙流动当量直径为：d e=d1-d2 7、现要求将原油以一定流量，通过一条管道由油库送往车间，并保证原油在管道中呈层流流动，现分别提出如下措施：（1）管道长度缩短20%；（2）管径放大20%；（3）提高原油温度使原油粘度下降20%，而假设密度变化不大，可忽略不计。问上述措施分别可使由于管道沿程摩擦而损失的机械能比原设计 降低百分之几 8、欲建一水塔向某工厂供水，如图所示，从水塔到工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为 500m，最大流量为·s-1。管出口处需保持10m 水柱的压头（表压）。若摩擦系数λ=，求：(a)当管内流速为m·s-1，所需管径及塔高；(b)当管内流速为4 m·s-1，所需管径及塔高；(c)由(a)、(b)计算结果，分析满足一定流量时，塔高与管径的关系。解：如图选取1，2 截面，计算基准面为管出口水平面。压力以表压表示。 在1→2 列柏努利方程，得： 9、用离心泵经φ57mm× 的钢管，将敞口贮罐内的有机溶剂（粘度为20×10-3） Pa·s，密度为800 kg·m-3），输送到反应器中，设贮罐内液面离反应器内液面高度保持16m，见附图。已知钢管总长度（包括局部阻力当量长度）为25m，反应器内压力恒定为 4kgf·m-2（表压），有机溶液输送量为·h-1，试确定泵提供的压头。
过程控制工程 第一章单回路控制系统 何谓控制通道何谓干扰通道它们的特性对控制系统质量有什么影响 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。 如何选择操纵变量 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响对控制系统的动态质量有何影响 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。随着δ减小，系统的稳定性下降。 图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问：影响物料出口温度的主要因素有哪些 如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁为什么 如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用 答： 影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。 被控变量应选择物料的出口温度，操纵变量应选择蒸汽流量。 物料的出口温度是工艺要求的直接质量指标，测试技术成熟、成本低，应当选作被控变量。 可选作操纵变量的因数有两个：蒸汽流量、物料流量。后者工艺不合理，因而只能选蒸
化工单元操作与控制 习题集 顾晓吴，郑剑编 健雄职业技术学院 化学工程与生物技术系 化工技术工程中心
目录 项目一输送系统的操作与设计 (1) 项目二换热系统的操作与控制 (9) 项目三过滤设备的操作与控制 (19) 项目四干燥设备的操作与控制 (21) 项目五蒸馏系统的操作与控制 (28) 项目六吸收系统的操作与控制 (37) 项目七萃取系统的操作与控制 (49)
习题1 附图 1 2 h 1 项目一 输送系统的操作与设计 1． 根据附图所示的双液体U 管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为920 kg/m 3和998 kg/m 3，压差计的读数R ＝300mm 。两扩大室的内径D 为60mm ，U 管的内径d 为6mm 。 解：已知d=6mm, D=60mm, R=300mm=0.3m, ρ水=998kg/m 3, ρ液=920kg/m 3。由U 型管压力计可知，右边的液面较左面的液面高度差为 mm m D d R h 3003.04 /601463004/142222==????=??=ππππ ()()).6Pa(256300.081.99203.09.81920998gh gR 表压油油水=??+??-=+-=∴ρρρP 2． 为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置，水由煤气管道中的垂直支管排出。已知煤气压力为10kPa （表压），试求水封管插入液面下的深度h 。 解：已知P=10Kpa ，ρ=998kg/m 3，由公式gh P ρ=可知： 02m .19.8)/(9981010g /P h 3=??==ρ 3． 硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。 已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3 /h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解：已知V s =9 m 3/h, ρ=1831 kg/m 3, d 1=76mm-4mm ?2=68mm=0.068m, d 2=57mm-3.5mm ?2=50mm=0.05m, 故可得 (1) 4.58kg/s 16479kg/h 18319V m m s s2s1==?=?==ρ (2)689m/s .0h /4m .24794/068.0.1439 4/d V u 22 1s s1==?== π 27m/s .1h /7m .45834 /05.0.1439 4/d V u 2 22s s2==?== π (3))/(8.12614 /068.014.3 4.58 4/m m G 22 21s11s11s m kg d A ?=?=== π )/(8.23334 /05.014.3 4.584/m m G 2 2 22s22s22s m kg d A ?=?=== π 4． 在兰州操作的苯乙烯真空精馏塔顶的真空表读数为80×103 Pa ，在北京操作时，若要求塔内维持相同的绝对压强， 真空表的读数应为多少？兰州地区的平均 习题2 附图
红色为重点（2016年考题） 第一章 1-2仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机反转带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水
流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 1-5图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。 解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压Uc的平方成正比，Uc增高，炉温就上升，Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故U1=Ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见下图。
第5章 传质过程及塔设备 5.2气体的吸收 1.空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--． 2. 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中 NH 3的浓度//.333 11017 ==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 3.进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==--
吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 4.l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。 解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x ==+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333 11017 0581 101109982 n c kmol m V --?===?／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117 0010511710018 x = =+．／ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105) y m x = ==? 或 //.76100076m E p === 5. 10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =?，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？空气中氧的体积分数为21%. 解 总压.101325 p kPa = 空气中2O 的压力分数 .021A p p ==／体积分数 空气中2O 的分压 *..021101325 A p kPa =? 亨利系数 .6331310E kPa =? (1) 利用亨利定律*A p Ex =计算
化工单元操作技术 1、小批量、多品种的精细化学品生产适用于( )过程。间歇操作?? 2、催化剂按形态可分为( )。固态液态气态 3、氯乙烯聚合只能通过( ) 自由基聚合? 4、透平式压缩机属于( )压缩机。离心式 5、釜式反应器的换热方式有夹套式、蛇管式、回流冷凝式和( )。外循环式 6、催化剂中毒有( )两种情况。.暂时性和永久性? 7、裂解乙烯过程正确的操作条件是( )。高温、高压、短时间 8、CH4+H20=CO+3H：+Q达到平衡时，升高温度化学平衡向( )移动。正反应方向 9、对属于易燃易爆性质的压缩气体，在启动往复式压缩机前，应该采用( )将缸内、管路和附属容器内的空气或其他非工作介质置换干净，并达到合格标准，以杜绝爆炸和设备事故的发生。氮气 10、工业上固体催化剂是由( )组成的。活性组分、助催化剂和载体 11、俗称“人造羊毛”的聚丙烯腈纤维（即腈纶）的缩写代号是( )。PAN
12、薄层固定床反应器主要用于( )。快速反应 13、任何牌号的聚丙烯必须要加的稳定剂是( )。卤素吸收剂 14、气固相催化反应器分为固定床反应器和( )反应器。流化床 15、平推流的特征是( )。流体物料的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上处处相等，不随时间变化 16、乙炔与氯化氢加成生产氯乙烯，通人反应器的原料乙炔量为1000kg/h，出反应器的产物组成中乙炔含量为300kg/h，已知按乙炔计生成氯乙烯的选择性为90%，则按乙炔计氯乙烯的收率为( )。63% 17、化学反应热不仅与化学反应有关，而且与( )。与以上三种情况都有关 18、间歇式反应器出料组成与反应器内物料的最终组成( )。相同? 19、熔融指数与相对分子质量的关系是( )。熔融指数高，分子量低 20、对于纯物质来说，在一定压力下，它的泡点温度和露点温度的关系是( )。相同 21、化工生产过程是指从原料出发，完成某一化工产品生产的全过程，其核心县口( )。工艺过程 22、一个反应过程在工业生产中采用什么反应器并无严格规定，但首先以满足( )为主。工艺要求
. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度
第一章：流体流动 二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re 将如何变化？ 1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度d / 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失f h 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 f h 与2 u 成正比？光 滑管流动时的摩擦损失 f h 与u 的几次方成正比？ 1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？ 三、本章例题 例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。 解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出 排放量。 首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。 设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应 下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。 故当 1-1附图
第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽
被控变量：贮槽液位 操纵变量：贮槽出口流量 主要扰动变量：贮槽进口流量 五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为
为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。 （2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。 方框图如下 二．答： 前馈控制系统方块图
化工安全课后复习题 一、选择题 1、“3E原则”认为可以采取（）三种对策防止事故的发生。 A.工程技术对策、教育对策；法制对策 B.安全管理对策、监督与监察对策、法规对策 C.工程技术对策、教育对策、监督与监察对策 D.预防对策、教育对策、法制对策 2、安全生产管理的目标是，减少和控制危害，减少和控制事故，尽量避免生产过程中由于（）所造成的人身伤害、财产损失及其他损失。 A.事故； B.危险； C.管理不善； D.违章 3、我国安全生产工作的基本方针是（）。 A.”安全第一，预防为主”； B.”防消结合，预防为主” C.”及时发现，及时治理”； D.”以人为本，持续改进” 4、“三同时”是指生产性基本建设项目中的劳动安全卫生设施必须与主体工程（）。 A.同时立项、同时审查、同时验收 B.同时设计、同时施工、同时投入生产和使用 C.同时立项、同时设计、同时验收 D.同时设计、同时施工、同时验收 5、《重大危险源辨识》（GB18218-2000）中队重大危险源进行了分类，分为（）。 A.生产场所重大危险源和加工场所重大危险源 B.生产场所重大危险源、储存场所重大危险源和加工场所重大危险源 C.生产场所重大危险源和储存场所重大危险源 D.储存场所重大危险源和加工场所重大危险源 6、《中华人民共和国安全生产法》规定，生产经营单位应当在较大危险因素的生产经营场所和有关设施、设备上，设置明显的（）。 A.安全宣传标语； B.安全宣教挂图； C.安全警示标志； D.警示颜色 7、根据《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB/T13861-92）的规定，将生产过程中的危险、有害因素分为（）大类，共（）小类。 8、可造成人员死亡、伤害、职业病、财产损失或其他损失的意外事件称为（）。 A.事故； B.不安全； C.危险源； D.事故隐患 9、（）是为了使生产过程在符合物质条件和工作秩序下进行，防止发生人身伤亡和财产损失等生产事故，消除或控制危险有害因素，保障人身安全与健康、设备和设施免受损坏，环境免遭破坏的总称。 A.职业安全； B.劳动保护； C.劳动安全； D.安全生产 10、人本原理体现了以人为本的指导思想，包括3个原则，下列不包括在人本原理中的原则是（）。 A.激励原则； B.动力原则； C.能级原则； D.安全第一原则 11、安全生产法规具有如下（）的特性。 A.强制性； B.建议性； C.随意性； D.指导性 12、《中华人民共和国安全生产法》规定，安全生产监督检查人员执行监督检查任务时，必须出示有效的监督执法证件。“有效的监督检查证件”是指（）。 A.安全生产监督管理部门的介绍信 B.安全生产监督管理部门制发的工作证件
过程控制工程课后习题参考答案-前三章
过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？ 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系； 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 （1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面） 控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。 （2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：
（从K、T、τ三方面） 干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？ 比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。
第一章 习题答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。
1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定 电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。
化工 习题 第二章．P 69 2.解： 2212 12124 44()70d d de d d d d π π ππ- =?=-=+ 3.解：对于稳定流态的流体通过圆形管道，有 22 1 21 2 d d u u = 若将直径减小一半，即1 2 d 2d = 2 1 4u u ?= 即液体的流速为原流速的4倍. 4.解： g u d L H f 22??=λ 2 111112 222 2222f f L u H d g L u H d g λλ=?? =??
2222222111 11211212 2 22222 22 111 1112 2222222 1 2122221 21226464Re 4,,26426426421()6442224116 1 112162416f f f f f f f f f f L u H d g L u H d g du u u L L d d L u H d u d g L u H d u d g L u H d u d g H u L d g d u H H H H λλμλρ μρμρμρμ ρ?? = ??== ===??=????= ??= =???= 即产生的能量损失为原来的16倍。 6.解：1）雷诺数μ ρud = Re 其中31000kg m ρ-=?，11.0u m s -=? 3252510d mm m -==? 3110cp Ps s μ-==?
故μ ρud = Re 331000 1.0251010--???= 25000= 故为湍流。 2）要使管中水层流，则2000Re ≤ 即33 10002510Re 200010m u --???= ≤ 解得10.08u m s -≤? 7.解：取高位水槽液面为1-1′， A-A ′截面为2-2′截面，由伯努利方程 1222 11 12u u H 22f p p z z g g g g ρρ++=+++ 其中1210,2;z m z m == 121;0;f f p p u H g h === ∑ 则2 2 216.1510229.89.8 u u =++? 解得 1）A-A ′截面处流量2u u = 12.17u m s -=? 2）q v Au ρ= 其中23211 3.14(10010)4 4 A d π-==??? ```0 12.17u m s -=?