化工原理實驗

化工原理實驗第一頁，共四十九頁，2022年，8月28日流動阻力測定實驗一、實驗?zāi)康模?）掌握直管與閥門阻力損失的測定方法；（2）測定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)、管壁粗糙度之間的關(guān)系；（3）測定閥門的阻力系數(shù)與開度之間關(guān)系；（4）學(xué)會倒U形壓差計和轉(zhuǎn)子流量計的使用方法。二、基本原理（1）直管阻力摩擦系數(shù)測定原理流體在圓形管內(nèi)作層流流動時=64/Re，湍流流動時與雷諾數(shù)和相對粗糙度有關(guān)，要實驗測定，本實驗要驗證不同管路與雷諾數(shù)之間的關(guān)系。第二頁，共四十九頁，2022年，8月28日m直管阻力的計算可用范寧公式實驗是對一定長度l和管徑d的水平管路進行測定，在一定流量下，利用U形壓差計測出對應(yīng)的壓強差，由于管道為水平等徑管，壓強差在數(shù)值上就等于壓強降pf。由范寧公式就可求得某一雷諾數(shù)下的摩擦系數(shù)值。

本實驗要分別對光滑管和粗糙管進行測定。（2）局部阻力測定原理局部阻力計算有當(dāng)量長度和阻力系數(shù)兩種方法，當(dāng)量長度和阻力系數(shù)均要進行實驗測定，本實驗僅測定閥門在不同開度的阻力系數(shù)。局部阻力可由下式進行計算第三頁，共四十九頁，2022年，8月28日測定閥門在一定開度下所對應(yīng)的壓強降，由上述公式根據(jù)對應(yīng)的管內(nèi)流速確定阻力系數(shù)。三、實驗裝置本裝置由離心泵、各種閥門和管件、轉(zhuǎn)子流量計、U形管壓差計，不銹鋼光滑管、鍍鋅粗糙管等構(gòu)成。實驗介質(zhì)為水，水從循環(huán)水箱由離心泵送入實驗裝置，經(jīng)過管道系統(tǒng)后返回循環(huán)水箱。流量可由轉(zhuǎn)子流量計讀得，壓頭損失可由倒U壓差計或由1151壓差傳感器和數(shù)顯表測得。裝置結(jié)構(gòu)尺寸見講義。m第四頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗流程第五頁，共四十九頁，2022年，8月28日四、實驗步驟及注意事項熟悉系統(tǒng)流程——啟動離心泵——管道系統(tǒng)排氣（包括測壓導(dǎo)管排氣）——系統(tǒng)流體靜止時，倒U形壓差計兩臂指示液液位是否相等——打開閥門，調(diào)節(jié)流量為1、1.5、2.0……5.0m3/h（8~9點），測定光滑管和粗糙管的阻力（由對應(yīng)的壓差計讀得，單位為mmH2O），注意調(diào)節(jié)好流量后，要等一段時間再讀數(shù)——測定閘閥全開時阻力系數(shù)（流量設(shè)定為2，3，4m3/h，測得3個阻力，以確定平均阻力系數(shù)）——關(guān)閉系統(tǒng)閥門——停泵——關(guān)閉所有儀表電源——記錄下流體的溫度、裝置號。實驗前要畫好實驗數(shù)據(jù)記錄表。結(jié)束后實驗記錄要交指導(dǎo)老師審閱后，才能離開現(xiàn)場。第六頁，共四十九頁，2022年，8月28日987654321閘閥阻力mmH2O粗糙管阻力mmH2O光滑管阻力mmH2O流量m3/h序號實驗數(shù)據(jù)記錄表第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日五、實驗報告編寫（一）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘恚ㄈ嶒炑b置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄表（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數(shù)據(jù)處理直管阻力實驗數(shù)據(jù)處理：根據(jù)流量、管徑確定流速，根據(jù)管長、該流量下所對應(yīng)的直管阻力（mH2O）代入下式，確定摩擦系數(shù)。根據(jù)流體溫度，查取流體的密度、黏度，計算該流量下的流動雷諾數(shù)Re。計算光滑管、粗糙管每一個流量下的摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)Re，將處理結(jié)果列入計算結(jié)果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數(shù)據(jù)的計算過程，其他只要在計算結(jié)果表中表達出來即可。

將計算結(jié)果在~Re圖上標(biāo)點，并連成曲線。第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日897654321

ReRe閘閥阻力系數(shù)粗糙管光滑管流量m3/h序號數(shù)據(jù)處理結(jié)果表第十頁，共四十九頁，2022年，8月28日log（Re）log（）光滑管粗糙管第十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日全開閘閥阻力系數(shù)實驗數(shù)據(jù)處理：根據(jù)流量、管徑確定流速，根據(jù)該流量下所對應(yīng)的閘閥阻力（mH2O）代入下式，確定阻力系數(shù)。計算三個流量下的阻力系數(shù)，并將其平均得全開閘閥平均阻力系數(shù)。第十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日離心泵特性曲線測定實驗一、實驗?zāi)康模?）了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，掌握離心泵開停車步驟；（2）測定恒定轉(zhuǎn)速下離心泵揚程、軸功率、效率與流量之間的關(guān)系；（3）學(xué)會離心泵流量調(diào)節(jié)方法，掌握渦輪流量計的使用方法；（4）學(xué)會用馬達天平法測量軸功率的方法。第十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、基本原理（1）流量q的測定由渦輪流量計測量流量，智能流量積分儀顯示流量值。（2）揚程H的測定與計算由于泵的進出口管徑相同，壓力表和真空表安裝在同一個高度上，只要讀出壓力表和真空表上的數(shù)值，由下式即可計算得揚程。（3）軸功率的測定與計算第十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日軸功率可按下式計算式中P—為測功臂上所加砝碼的質(zhì)量，kg；

L—測功臂長，L=0.4867m;

n—泵的轉(zhuǎn)速，r/min。W（4）泵的效率計算式中q的單位為m3/s。第十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、實驗裝置四、實驗步驟及注意事項

（1）打開總電源開關(guān)，儀表上電；將離心泵電源轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到直接位置，即為直接啟動，此時離心泵停止按鈕燈亮。（2）打開離心泵進口閥和出口閥，打開離心泵灌水閥，對離心泵進行灌水。注意灌水閥不要開的太大，否則會損壞真空表。灌水結(jié)束后關(guān)閉灌水閥和出口閥。（3）檢查馬達天平上的砝碼是否已經(jīng)取下。（4）開啟計算機，打開“離心泵性能特性曲線測定實驗MCG”組態(tài)軟件，按提示輸入班級、姓名、學(xué)號以及裝置號，按確定進入離心泵特性曲線實驗軟件，點擊“恒定轉(zhuǎn)速下離心泵性能曲線測定”按鈕，進入實驗界面。（5）按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，運行正常后，將出口閥開到最大。開始進行離心泵實驗。第十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日（6）調(diào)節(jié)出口閥開度以改變流量，每調(diào)節(jié)好一個流量，待流量穩(wěn)定之后，在馬達天平上添加砝碼，當(dāng)平衡臂對準(zhǔn)準(zhǔn)星后，讀取砝碼重量P、轉(zhuǎn)速n、流量q、水溫t、真空表讀數(shù)p1、壓力表讀數(shù)p2并做記錄。流量由大到小，重復(fù)以上操作，并讀取及記錄每個流量下對應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄列表格見表。一般要測8~9組數(shù)據(jù)，直到流量為零。（7）每調(diào)節(jié)好一個流量，讀取和記錄數(shù)據(jù)之后，可點擊離心泵特性曲線實驗軟件界面上的“數(shù)據(jù)采集”按鈕，以將實驗數(shù)據(jù)記入軟件數(shù)據(jù)庫。（8）實驗完畢后，將砝碼取下，關(guān)閉離心泵出口閥，按下離心泵停止按鈕。（9）停泵后，通知指導(dǎo)老師檢查數(shù)據(jù)。按指導(dǎo)老師要求，提取計算機中已經(jīng)存入的實驗數(shù)據(jù)進行處理，顯示處理結(jié)果（特性曲線），經(jīng)指導(dǎo)老師檢查并符合要求后，切斷儀表電源及總電源，將所有閥門關(guān)閉。第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日

五、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)實驗數(shù)據(jù)用以上公式計算每一個流量q下的H、N、。并將處理結(jié)果列表。根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出離心泵的特性曲線。第十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日六、實驗報告編寫（一）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘恚ㄈ嶒炑b置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄表（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日對流給熱系數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康模ㄒ唬┯^察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象；（二）測定水或空氣在圓形管內(nèi)強制對流的給熱系數(shù)和傳熱系數(shù)，并得出其隨流量的變化規(guī)律。（三）掌握熱電阻測溫方法二、基本原理根據(jù)牛頓冷卻定律對冷流體可寫出即第二十頁，共四十九頁，2022年，8月28日式中由此可見只要測得t1、t2、tw、流量Vs、換熱管內(nèi)徑以及管長L，再由流體的平均溫度確定流體的密度，分別求得Q，Si，（tw-t）m，代入牛頓冷卻定律即可求得給熱系數(shù)i。然后再由下式計算其理論值進行比較。第二十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日再由已知的t1、t2、Q，Si，并根據(jù)測得的加熱蒸汽溫度T，確定傳熱平均溫度差tm，代入傳熱速率方程即可確定Ki，與所測到的給熱系數(shù)i進行比較，分析管內(nèi)流體給熱熱阻占總熱阻的比例。若將管壁熱阻忽略，也可求出水蒸氣冷凝的給熱系數(shù)o。第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、給熱系數(shù)測定實驗裝置與流程第二十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日四、實驗步驟與注意事項

（一）水蒸氣~空氣體系1、打開總電源開關(guān)，儀表電源開關(guān)（由老師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸汽總閥6；2、開啟變頻器，啟動旋渦氣泵；全開氣泵出口閥10；3、排盡蒸汽管內(nèi)原積存的冷凝水，排盡后，關(guān)閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥7，再打開換熱器冷凝水排放閥9，使冷凝水不斷地排進地溝，打開不凝氣排放閥。4、調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥7，使蒸汽壓力穩(wěn)定在0.05MPa以下（也可用不凝氣排放閥微調(diào)），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調(diào)節(jié)閥10改變空氣流量，測定3~6組數(shù)據(jù)，為了保證所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每組數(shù)據(jù)之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數(shù)據(jù)列表。第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日5、停車，首先關(guān)閉閥7，停氣泵、關(guān)閉發(fā)生器、儀表、電源。（二）水蒸氣~水體系1、打開總電源開關(guān)，儀表電源開關(guān)（由老師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸汽總閥6）；2、啟動泵，開泵出口閥，使水進入管內(nèi)以排除管內(nèi)空氣；3、排盡蒸汽管內(nèi)原積存的冷凝水，排盡后，關(guān)閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥7，再打開換熱器冷凝水排放閥9，使冷凝水不斷地排進地溝，打開不凝氣排放閥。4、調(diào)節(jié)蒸汽調(diào)節(jié)閥7，使蒸汽壓力穩(wěn)定在0.05MPa以下（也可用不凝氣排放閥微調(diào)），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調(diào)節(jié)閥10改變水流量，測定3~6組數(shù)據(jù)，為了保證所第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每組數(shù)據(jù)之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數(shù)據(jù)列表。5、實驗終了，首先關(guān)閉閥7，停泵、關(guān)閉發(fā)生器、儀表、電源。五、實驗報告編寫（一）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘恚ㄈ嶒炑b置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄表（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數(shù)據(jù)處理由所測得的Vs，t1、t2，確定流體密度，計算Q由所測得的t1、t2、tw，計算，（tw-t）m由所講義提供的換熱管長、管徑確定Si第二十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日確定該流量下的給熱系數(shù)i由t1、t2，確定流體密度、黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、普蘭特準(zhǔn)數(shù)，計算i的理論值。由t1、t2、T確定平均溫度差tm

，進而確定傳熱系數(shù)Ki。第二十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日計算每一個流量下的給熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)，將處理結(jié)果列入計算結(jié)果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數(shù)據(jù)的計算過程，其他只要在計算結(jié)果表中表達出來即可。確定蒸汽冷凝的給熱系數(shù)o確定流體被加熱給熱熱阻占總熱阻的比例do—換熱管外徑。第二十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日t1t2TtW1321ptW2流量m3/h序號實驗數(shù)據(jù)記錄表實驗值理論值K321流量m3/h序號數(shù)據(jù)處理結(jié)果表第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日精餾塔塔板效率測定實驗一、實驗?zāi)康模ㄒ唬┝私膺B續(xù)精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及流程；（二）掌握連續(xù)精餾塔的操作方法；（三）學(xué)會板式精餾塔全塔效率的測定方法；（四）了解氣相色譜儀的使用方法。二、基本原理全塔效率ET=NT/NP，NT為所需理論塔板數(shù)，它可通過物系的平衡關(guān)系、通過實驗測定的塔頂餾出液組成xD、料液組成xF、熱狀態(tài)q、殘液組成xW以及回流比R用圖解法求得。NP為塔內(nèi)實際塔板數(shù)，可見各套裝置的銘牌。第三十一頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、實驗裝置和流程

裝置采用不銹鋼篩板塔，塔內(nèi)徑和塔板數(shù)見銘牌，塔釜采用電加熱，塔頂冷凝器為列管換熱器，1、2號裝置加料泵采用離心泵，3、4、5號裝置采用電磁微量計量泵。其流程見右圖。第三十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟1、配制16%~19%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的酒精料液加入塔釜中，加入量到液位計2/3處。2、檢查各閥門的位置是否處于關(guān)閉狀態(tài)，啟動儀表電源，再啟動電加熱電源（開始電壓為150V），使釜液緩慢升溫。打開冷卻水進口閥控制流量在400~500L/h，以冷凝塔內(nèi)上升的蒸汽，并將回流閥全開，以實現(xiàn)全回流操作。當(dāng)回流管內(nèi)有液體流動時，可將電壓調(diào)到180V。3、當(dāng)塔頂溫度、回流量和塔釜溫度穩(wěn)定后，分別在塔頂和塔底取樣進行色譜分析，以獲得餾出液和殘液組成。4、獲得準(zhǔn)確xD和xW后，先關(guān)閉電加熱電源，再停掉儀表電源，待到塔板上沒有液體流動時，關(guān)閉冷卻水閥，關(guān)閉所有閥門，實驗結(jié)束。第三十三頁，共四十九頁，2022年，8月28日（二）注意事項1、塔頂放空閥一定要打開；2、料液加到塔釜液位計2/3處才能開始加熱，否則回由于釜液位太低而燒壞電加熱絲。五、實驗報告編寫（一）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘恚ㄈ嶒炑b置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄（列表）

包括：實驗裝置號；實際塔板數(shù)NP；色譜分析所得塔頂和塔底組成aD和aW測定值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數(shù)據(jù)處理1、將所得塔頂和塔底組成換算為摩爾分?jǐn)?shù)xD和xW；2、在教科書上查取在101.3kPa壓力下乙醇~水物系的平衡數(shù)據(jù)；3、在x~y圖上畫出乙醇~水物系的平衡曲線，并畫圖求出在全回流操作條件下，分離要求為xD和xW情況時所需的理論塔板數(shù)NT（不包括塔釜）。4、利用ET=NT/NP

求出塔板效率ET。xDxWNPNTET裝置號aWaD第三十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日p=101.3kPaxDxxWy理論塔板數(shù)NT=7-1=6層第三十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日吸收系數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康?、了解填料塔裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2、熟悉填料塔的操作控制；3、掌握總體積吸收系數(shù)的測定方法；4、了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積吸收系數(shù)的影響；5、了解氣相色譜儀的使用方法。第三十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日二、基本原理本實驗采用用水吸收空氣中的CO2，混合氣中CO2的濃度控制在10%以下，可按低濃度吸收處理。又CO2在水中溶解度很小，過程可看為液膜控制過程。本實驗主要測定HOL和KXa。

Z=HOLNOL第三十八頁，共四十九頁，2022年，8月28日要求得體積吸收總系數(shù)KXa，就必須先求HOL，在已知填料層高度Z的條件下，若要求得HOL，NOL應(yīng)為已知，NOL與L/V、Y1、X1、X2、m等參數(shù)有關(guān)，實驗過程要設(shè)法測定這些參數(shù)。三、實驗裝置四、實驗步驟1、打開儀表電源和風(fēng)機電源開關(guān)；2、打開進水總閥，供水量控制在500L/h左右，讓水進入塔內(nèi)使填料充分潤濕；3、控制塔底出水閥開度，使塔底液位穩(wěn)定在一個位置，以防止塔底液封過高溢滿或過低而泄氣；4、打開CO2鋼瓶的總閥，調(diào)節(jié)減壓閥并使其壓力穩(wěn)定在200kPa第三十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日5、打開尾氣閥、打開空氣進氣閥，調(diào)節(jié)空氣流量在2m3/h，并打開二氧化碳進氣閥，調(diào)節(jié)流量在100mL/h；6、調(diào)節(jié)尾氣閥開度，使塔內(nèi)壓力穩(wěn)定在實驗值；7、操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的數(shù)值，以及操作溫度、壓力等參數(shù)，通過六通閥在線取樣，利用色譜分析出塔頂、塔底氣相組成aW2、aW1；8、增大水量到700~800L/h，重復(fù)5、6、7步驟。9、實驗完畢，先關(guān)閉CO2鋼瓶的總閥，再關(guān)閉風(fēng)機電源開關(guān)，關(guān)閉儀表電源開關(guān)，清理場地。五、注意事項1、操作過程中要注意調(diào)整并保持各操作參量穩(wěn)定不變；2、操作條件改變后，要有一個較長的穩(wěn)定時間，一定要穩(wěn)定后才能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日六、實驗報告編寫（一）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘恚ㄈ嶒炑b置（四）實驗數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)包括：實驗裝置號、填料層高度、塔徑、吸收劑（水）流量、操作溫度、壓強、空氣流量、CO2流量、色譜分析所得塔頂和塔底氣相組成測定值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（五）實驗數(shù)據(jù)處理（六）思考題實驗裝置號

塔徑

D

填料層高度

Z

?？諝饬髁?/p>

Vhm3/hCO2流量m