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、實驗目的（1）掌握直管與閥門阻力損失的測定方法；（2）測定摩擦系數與雷諾數、管壁粗糙度之間的關系；（3）測定閥門的阻力系數與開度之間關系；（4）學會倒U形壓差計和轉子流量計的使用方法。二、基本原理（1）直管阻力摩擦系數測定原理流體在圓形管內作層流流動時=64/Re，湍流流動時與雷諾數和相對粗糙度有關，要實驗測定，本實驗要驗證不同管路與雷諾數之間的關系。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形壓差計測出對應的壓強差，由于管道為水平等徑管，壓強差在數值上就等于壓強降pf。由范寧公式就可求得某一雷諾數下的摩擦系數值。

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量長度和阻力系數兩種方法，當量長度和阻力系數均要進行實驗測定，本實驗僅測定閥門在不同開度的阻力系數。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的壓強降，由上述公式根據對應的管內流速確定阻力系數。三、實驗裝置本裝置由離心泵、各種閥門和管件、轉子流量計、U形管壓差計，不銹鋼光滑管、鍍鋅粗糙管等構成。實驗介質為水，水從循環(huán)水箱由離心泵送入實驗裝置，經過管道系統(tǒng)后返回循環(huán)水箱。流量可由轉子流量計讀得，壓頭損失可由倒U壓差計或由1151壓差傳感器和數顯表測得。裝置結構尺寸見講義。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（由對應的壓差計讀得，單位為mmH2O），注意調節(jié)好流量后，要等一段時間再讀數——測定閘閥全開時阻力系數（流量設定為2，3，4m3/h，測得3個阻力，以確定平均阻力系數）——關閉系統(tǒng)閥門——停泵——關閉所有儀表電源——記錄下流體的溫度、裝置號。實驗前要畫好實驗數據記錄表。結束后實驗記錄要交指導老師審閱后，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序號實驗數據記錄表第七頁，共四十九頁，2022年，8月28日五、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數據記錄表（五）實驗數據處理（六）思考題第八頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數據處理直管阻力實驗數據處理：根據流量、管徑確定流速，根據管長、該流量下所對應的直管阻力（mH2O）代入下式，確定摩擦系數。根據流體溫度，查取流體的密度、黏度，計算該流量下的流動雷諾數Re。計算光滑管、粗糙管每一個流量下的摩擦系數和雷諾數Re，將處理結果列入計算結果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數據的計算過程，其他只要在計算結果表中表達出來即可。

將計算結果在~Re圖上標點，并連成曲線。第九頁，共四十九頁，2022年，8月28日897654321

ReRe閘閥阻力系數粗糙管光滑管流量m3/h序號數據處理結果表第十頁，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實驗數據處理：根據流量、管徑確定流速，根據該流量下所對應的閘閥阻力（mH2O）代入下式，確定阻力系數。計算三個流量下的阻力系數，并將其平均得全開閘閥平均阻力系數。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、實驗目的（1）了解離心泵結構與特性，掌握離心泵開停車步驟；（2）測定恒定轉速下離心泵揚程、軸功率、效率與流量之間的關系；（3）學會離心泵流量調節(jié)方法，掌握渦輪流量計的使用方法；（4）學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量，kg；

L—測功臂長，L=0.4867m;

n—泵的轉速，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，儀表上電；將離心泵電源轉換開關旋到直接位置，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。灌水結束后關閉灌水閥和出口閥。（3）檢查馬達天平上的砝碼是否已經取下。（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）調節(jié)出口閥開度以改變流量，每調節(jié)好一個流量，待流量穩(wěn)定之后，在馬達天平上添加砝碼，當平衡臂對準準星后，讀取砝碼重量P、轉速n、流量q、水溫t、真空表讀數p1、壓力表讀數p2并做記錄。流量由大到小，重復以上操作，并讀取及記錄每個流量下對應的數據，數據記錄列表格見表。一般要測8~9組數據，直到流量為零。（7）每調節(jié)好一個流量，讀取和記錄數據之后，可點擊離心泵特性曲線實驗軟件界面上的“數據采集”按鈕，以將實驗數據記入軟件數據庫。（8）實驗完畢后，將砝碼取下，關閉離心泵出口閥，按下離心泵停止按鈕。（9）停泵后，通知指導老師檢查數據。按指導老師要求，提取計算機中已經存入的實驗數據進行處理，顯示處理結果（特性曲線），經指導老師檢查并符合要求后，切斷儀表電源及總電源，將所有閥門關閉。第十七頁，共四十九頁，2022年，8月28日

五、實驗數據處理根據實驗數據用以上公式計算每一個流量q下的H、N、。并將處理結果列表。根據表中數據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）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數據記錄表（五）實驗數據處理（六）思考題第十九頁，共四十九頁，2022年，8月28日對流給熱系數測定實驗一、實驗目的（一）觀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強制對流的給熱系數和傳熱系數，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i進行比較，分析管內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o。第二十二頁，共四十九頁，2022年，8月28日三、給熱系數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，儀表電源開關（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、排盡蒸汽管內原積存的冷凝水，排盡后，關閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調節(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、調節(jié)蒸汽調節(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），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調節(jié)閥10改變空氣流量，測定3~6組數據，為了保證所測數據的準確性，每組數據之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數據列表。第二十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日5、停車，首先關閉閥7，停氣泵、關閉發(fā)生器、儀表、電源。（二）水蒸氣~水體系1、打開總電源開關，儀表電源開關（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，使水進入管內以排除管內空氣；3、排盡蒸汽管內原積存的冷凝水，排盡后，關閉冷凝水排放閥8，打開蒸汽調節(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、調節(jié)蒸汽調節(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），蒸汽壓力穩(wěn)定的條件下，由大到小調節(jié)閥10改變水流量，測定3~6組數據，為了保證所第二十五頁，共四十九頁，2022年，8月28日測數據的準確性，每組數據之間穩(wěn)定時間不得低于5min。記錄數據列表。5、實驗終了，首先關閉閥7，停泵、關閉發(fā)生器、儀表、電源。五、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數據記錄表（五）實驗數據處理（六）思考題第二十六頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數據處理由所測得的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i由t1、t2，確定流體密度、黏度、導熱系數、普蘭特準數，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和總傳熱系數，將處理結果列入計算結果表中（表的格式見書）。

注意：在實驗報告中僅寫出一組實驗數據的計算過程，其他只要在計算結果表中表達出來即可。確定蒸汽冷凝的給熱系數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序號實驗數據記錄表實驗值理論值K321流量m3/h序號數據處理結果表第三十頁，共四十九頁，2022年，8月28日精餾塔塔板效率測定實驗一、實驗目的（一）了解連續(xù)精餾塔的基本結構及流程；（二）掌握連續(xù)精餾塔的操作方法；（三）學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，它可通過物系的平衡關系、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為塔內實際塔板數，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，塔內徑和塔板數見銘牌，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%（質量分數）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，以冷凝塔內上升的蒸汽，并將回流閥全開，以實現(xiàn)全回流操作。當回流管內有液體流動時，可將電壓調到180V。3、當塔頂溫度、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、獲得準確xD和xW后，先關閉電加熱電源，再停掉儀表電源，待到塔板上沒有液體流動時，關閉冷卻水閥，關閉所有閥門，實驗結束。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）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數據記錄（列表）

包括：實驗裝置號；實際塔板數NP；色譜分析所得塔頂和塔底組成aD和aW測定值（質量分數）。（五）實驗數據處理（六）思考題第三十四頁，共四十九頁，2022年，8月28日實驗數據處理1、將所得塔頂和塔底組成換算為摩爾分數xD和xW；2、在教科書上查取在101.3kPa壓力下乙醇~水物系的平衡數據；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日吸收系數測定實驗一、實驗目的1、了解填料塔裝置的基本結構及流程；2、熟悉填料塔的操作控制；3、掌握總體積吸收系數的測定方法；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應為已知，NOL與L/V、Y1、X1、X2、m等參數有關，實驗過程要設法測定這些參數。三、實驗裝置四、實驗步驟1、打開儀表電源和風機電源開關；2、打開進水總閥，供水量控制在500L/h左右，讓水進入塔內使填料充分潤濕；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，調節(jié)空氣流量在2m3/h，并打開二氧化碳進氣閥，調節(jié)流量在100mL/h；6、調節(jié)尾氣閥開度，使塔內壓力穩(wěn)定在實驗值；7、操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的數值，以及操作溫度、壓力等參數，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5、6、7步驟。9、實驗完畢，先關閉CO2鋼瓶的總閥，再關閉風機電源開關，關閉儀表電源開關，清理場地。五、注意事項1、操作過程中要注意調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)定后才能讀取有關數據。第四十頁，共四十九頁，2022年，8月28日六、實驗報告編寫（一）實驗目的（二）實驗原理（三）實驗裝置（四）實驗數據記錄實驗數據包括：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（質量分數）。（五）實驗數據處理（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