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化工仿真实习思考题及答案完全版

来源:五一七教育网
一、离心泵思考题

1. 离心泵操作不当会出现“气蚀”与“气缚”现象。分析产生这两种现象的原因、现象、解决方法。

答:

气蚀:当液体在与固体表面接触处的压力低于它的蒸汽压力时,将在固体表面附近形成气泡。另外,溶解在液体中的气体也可能析出而形成气泡。随后,当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时,气泡变溃灭,在溃灭瞬时产生极大的冲击力和高温。固体表面经受这种冲击力的多次反复作用,材料发生疲劳脱落,使表面出现小凹坑,进而发展成海绵状。严重的其实可在表面形成大片的凹坑,深度可达20mm。气蚀的机理是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏,但液体的化学和电化学作用加速了气蚀的破坏过程。

减少气蚀的有效措施是防止气泡的产生。首先应使在液体中运动的表面具有流线形,避免在局部地方出现涡流,因为涡流区压力低,容易产生气泡。此外,应当减少液体中的含气量和液体流动中的扰动,也将气泡的形成。

选择适当的材料能够提高抗气蚀能力。通常强度和韧性高的金属材料具有较好的抗气蚀性能,提高材料的抗腐蚀性也将减少气蚀破坏。

气缚:离心泵启动时,若泵内存有空气,由于空气密度很低,旋转后产生的离心力小,因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内,虽启动离心泵也不能输送液体。此种现象称为气缚,表示离心泵无自吸能力,所以必须在启动前向壳内灌满液体。

解决气缚方法:在启动前向壳内灌满液体。做好壳体的密封工作,灌水的阀门和莲蓬头不能漏水密封性要好。为了使泵内充满液体,通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀,该底阀为止逆阀,滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或妨碍泵的正常操作。 2. 启动与停止离心泵时,泵的出口阀应处于什么状态?为什么?

答:

离心泵在排出管路阀门关闭状态下启动,因为离心泵是靠叶轮离心力形成真空的吸力把水提起,所以,离心泵启动时,必须先把闸阀关闭,灌水。水位超过叶轮部位以上,排出离心泵中的空气,才可启动。启动后,叶轮周围形成真空,把水向上吸,其闸阀可自动打开,把水提起。因此,必须先闭闸阀。

泵工作系统的阀门或附属装置均应处于泵运转时负荷最小的位置,应关闭出口调节阀。 离心泵停泵应先关闭出口阀,以防逆止阀失灵致使出水管压力水倒灌进泵内,引起叶轮反转,造成泵损坏。

3. 离心泵出口压力过高或过低,应如何调节?

答:

通过出口阀门的开度可以调节,或者变频调电机转速来调节, 对于目前离心泵通用的出口阀门调节和泵变转速调节两种主要压力调节方式,泵变转速调节节约的能耗比出口阀门调节大得多,这点可以从两者的功耗分析和功耗对比分析看出。通过离心泵的流量与扬程的关系图,可以更为直观的反映出两种调节方式下的能耗关系。通过泵变速调节来减小流量还有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性。当流量减小越大时,变速调节的节能效率也越大,即阀门调节损耗功率越大,但是,泵变速过大时又会造成泵效率降低,超出泵比例定律范围,因此,在实际应用时应该从多方面考虑,在二者之间综合出最佳的流量调节方法。 4. 离心泵入口压力过高或过低,应如何调节?

答:

可以调节进料阀的开度,泵入口阀的开度和出口阀的开度!一起作用就能将入口压力改变。

5. 离心泵为什么不用入口阀来调解流量?

答:

不宜调节吸入阀,因会使吸入压力降低,产生气蚀。

6. 分析本工艺中有哪些简单调节系统和复杂调节系统?

答:

V101的压力由调节器PIC101分程控制,调节阀PV101的分程动作示意图如图所示。

7. 调节PID(比例度、积分时间、微分时间)参数,讨论参数的改变对调节系统的影响。

答:

调节器的比例度越大调整控制作用越强.积分时间越长对误差的纠正能力越强,越能向无差靠拢.调整精度越高.微分时间越少对被调整量的动态反映越快,消除突发扰动好.

二、热交换器思考题

1. 热交换系统的目的是加热冷流体还是冷却热流体?

答:加热冷流体,本单元设计采用管壳式换热器。来自界外的92℃冷物流(沸点:198.25℃)由泵P101A/B送至换热器E101的壳程被流经管程的热物流加热至145℃,并有20%被汽化。 2. 冷态开车时是先送冷流体还是先送热流体?停车时又如何?为什么?

答:开车时,先送冷流体,停车时,先关热流体。因为冷流体流量在整个实验过程中保持不变,而且,开启加热的同时可以开启冷风机。冷流体每次的进口温度变化不大,但在每一次换热过程中,必须待热流体进出口温度相对稳定后方可认为换热过程平衡。 3. 热交换器开车前为什么必须进行高点排气?

答:通常换热器壳侧的介质比空气密度大,在高位设计排气口可以排除可以换热器内部的空气。1)可以不要工作介质带空气,2)换热器内部有空气不造成噪音。 4. 热物料出口温度调节为什么采用分程控制?

答:为保证热物流的流量稳定,TIC101采用分程控制,TV101A和TV101B分别调节流经E101和副线的流量,TIC101输出0%~100%分别对应TV101A开度0%~100%,TV101B开度100~0%。

三、液位控制思考题

1. 本单元包括了常见的串级、分程、比值三种复杂调节系统,它们各有什么特点?与简单控制系统

的差别是什么? 答:单回路控制回路

单回路控制回路又称单回路反馈控制。由于在所有反馈控制中,单回路反馈控制是最基本、结构做简单的一种,因此,它又被称之为简单控制。单回路反馈控制由四个基本环节组成,即被控对象(简称对象)或被控过程(简称过程)、测量变送装置、控制器和控制阀。

分程控制回路

通常是一台控制器的输出只控制一只控制阀。然而分程控制系统却不然,在这种控制回路中,一台控制器的输出可以同时控制两只甚至两只以上的控制阀,控制器的输出信号被分割成若干个信号的范围段,而由每一段信号去控制一只控制阀。

比值控制系统 在化工、炼油及其他工业生产过程中,工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系,

比例一旦失调,将影响生产或造成事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统,称之流量比值控制系统。 比值控制系统可分为:开环比值控制系统,单闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统,变比值控制系统,串级和比值控制组合的系统等。

串级控制系统

如果系统中不止采用一个控制器,而且控制器间相互串联,一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值,这样的系统称为串级控制系统。

串级控制系统的特点:(1)能迅速地克服进入副回路的扰动。(2)改善主控制器的被控对象特征。 (3)有利于克服副回路内执行机构等的非线性。

2. 找出本工艺中的比值调节系统,分析哪一个是主动量?为什么?

答:FFIC104:为一比值调节器。根据FIC1103的流量,按一定的比例,相适应比例调整FI103的流量。对于比值调节系统,首先是要明确那种物料是主物料,而另一种物料按主物料来配比。在本单元中,FIC1425(以C2为主的烃原料)为主物料,而FIC1427(H2)的量是随主物料(C2为主的烃原料)的量的变化而改变。

3. 找出本工艺中的串级调节系统,分析哪一个是主控?哪一个是副控?为什么要如此设计?

答: 在本单元中罐V101的液位是由液位调节器LIC101和流量调节器FIC102串级控制。

四、精馏思考题

1. 在本单元中,如果塔顶温度、压力都超过标准,可以有几种方法将系统调节稳定? 答:减小加热蒸气量,增加回流量,加大塔顶冷凝器冷水量。

2. 当系统在一较高负荷突然出现大的波动、不稳定,为什么要将系统降到一低负荷的稳态,再重新

开到高负荷?

答:因为防止高负荷的波动和不稳定导致系统超出上限,产品质量严重不合格,降低到低负荷更好调节,再次开回高负荷是为了提高产率,最大发挥系统。

3. 根据本单元的实际,结合“化工原理”讲述的原理,说明回流比的作用。 答:

4. 本单元采用串级控制的目的?

答:DA405的塔釜液位控制LC101和和塔釜出料FC102构成一串级回路。 FC102.SP随LC101.OP的改变而变化。

五、吸收系统思考题

1. 吸收的机理是什么?如何提高吸收率?

答:吸收过程是利用气体混合物中各个组分在液体(吸收剂)中的溶解度不同,来分离气体混合物。提高压力、降低温度有利于溶质吸收。

2. 气液比对吸收过程有何影响?本吸收系统如何控制气液比?

答:当y进,y出,x进已定时,气液比减小,出口浓度x出减小,过程的平均推动力相应增大而传质单元数减少,从而所需塔高降低。本吸收系统通过控制塔内压力恒定和回流量和塔内液位恒定来控制气液比维持在一个恒定值。

3. 本吸收系统设有哪些控制回路?各起何作用?

答:(1)从界区外来的富气从底部进入吸收塔T-101。界区外来的纯C6油吸收剂贮存于C6油贮罐D-101中,由C6油泵P-101A/B送入吸收塔T-101的顶部,C6流量由FRC103控制。(2)吸收塔塔釜液位由LIC101和FIC104通过调节塔釜富油采出量串级控制。(3)来自吸收塔顶部的贫气在尾气分离罐D-102中回收冷凝的C4,C6后,不凝气在D-102压力控制器PIC103(1.2MPaG)控制下排入放空总管进入大气。(4)塔釜C6油在液位控制(LIC104)下,经油换热器E-103和盐水冷却器E-102降温至5℃返回至C6油贮罐D-101再利用,返回温度由温度控制器TIC103通过调节E-102循环冷却水流量控制。(5)T-102塔釜温度由TIC104和FIC108通过调节塔釜再沸器E-105的蒸汽流量串级控制,控制温度102℃。(6)塔顶压力由PIC-105通过调节塔顶冷凝器E-104的冷却水流量控制,另有一塔顶压力保护控制器PIC-104,在塔顶有凝气压力高时通过调节D-103放空量降压。

六、固定床反应器思考题

1. 根据本单元实际情况,说明反应器冷却剂的自循环原理。

答:反应器中的热量由反应器壳侧循环的加压C4冷剂蒸发带走。C4蒸汽在水冷器EH-429中由冷却水冷凝,而C4冷剂的压力由压力控制器PIC-1426通过调节C4蒸汽冷凝回流量来控制,从而保持C4冷剂的温度。

2. 观察在EH-429冷却器的冷却水中断后会造成的结果。

答:闪蒸罐压力,温度超高。

3. 催化反应中为什么有时会产生飞温?应如何避免?

答:飞温是由于反应系统在操作条件下处于“多态”状况所致,它在很大程度上是由反应热效应与传热过程的相互作用产生的。它常导致正常运转的破坏,甚至把催化剂烧毁。可以通过理论分析加以防止。

4. 为什么要严格控制进料气中的氢气含量?如何控制?

答:氢气的加入比例直接影响反应效果,氢气过少,加氢不完全,乙炔加氢产品不合格;氢气过多,会发生二次反应,使乙烯变为乙烷;还会因二次反应放热,使反应温度超高。氢气的控制由流量比值控制系统控制。

5. 为什么本单元要设置联锁?在什么情况下联锁动作?

答:用于现场的紧急停车,在反应器温度高报时联锁动作、

七、流化床反应器思考题

1. 流化床主要用在什么样的反应体系?

答:按流化床反应器的应用可分为两类:一类的加工对象主要是固体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程;另一类的加工对象主要是流体,如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程,称为流体相加工过程。

2. 为什么要控制流化床中流体的停留时间?如何控制的?

答:控制流体的停留时间也就是控制流体在炉内的反应时间。停留时间不够则反应不充分造成浪费,停留时间过长则影响炉内的工作状态。可以通过控制鼓风机的风量和出灰系统的转速来达到合适的停留时间。

3. 什么是物料的返混?它与单纯的物料混合有何区别?

答:在装置内向某一方向流动的流体受到某种影响(如挡板或搅拌器的作用)后,其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象。返混广义地泛指不同时间进入系统的物料之间的混合,包括物料逆流动方向的流动。

4. 开车及运行过程中,为什么一直要保持氮封?

5. 熔融指数(MFR)表示什么?氢气在共聚过程中起什么作用?试描述AC402 的指示值与MFR的关

系?

答:熔融指数是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。其值越大,表示该塑胶材料的加工流动性越佳,反之则越差。氢气被加到乙烯进料管道中,以改进聚合物的本征粘度,满足加工需要。AC402:主回路调节反应产物中H2/C2之比,AC402处于0.18左右说明MFR值合适,满足产品要求。

6. 气相共聚反应的温度为什么绝对不能偏差所规定的温度?

答:因为气相共聚反应属于自由基聚合,不同自由基在不同温度下有不一样的竞聚率,在偏离规定温度下容易生成的是非目标共聚产物。

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