化工原理實驗報告

1、實驗一伯努利實驗 一、實驗?zāi)康?1、熟悉流體流動中各種能量和壓頭的概念及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，加深對柏努利 方程式的理解。 2、觀察各項能量（或壓頭）隨流速的變化規(guī)律。 二、實驗原理 1、不可壓縮流體在管內(nèi)作穩(wěn)定流動時，由于管路條件（如位置高低、管徑大 小等）的變化，會引起流動過程中三種機械能一一位能、動能、靜壓能的相應(yīng)改 變及相互轉(zhuǎn)換。對理想流體，在系統(tǒng)內(nèi)任一截面處，雖然三種能量不一定相等， 但能量之和是守恒的（機械能守恒定律）。 2、對于實際流體，由于存在內(nèi)磨擦，流體在流動中總有一部分機械能隨磨 擦和碰撞轉(zhuǎn)化為熱能而損失。故而對于實際流體，任意兩截面上機械能總和并不 相等，兩者的差值即為機械損失。

2、 3、以上幾種機械能均可用U型壓差計中的液位差來表示，分別稱為位壓頭、 動壓頭、靜壓頭。當測壓直管中的小孔（即測壓孔）與水流方向垂直時，測壓管 內(nèi)液柱高度（位壓頭）則為靜壓頭與動壓頭之和。任意兩截面間位壓頭、靜壓頭、 動壓頭總和的差值，則為損失壓頭。 4、柏努利方程式 2 U2 P2 gz2 亍一 2 gzi 也H We 2 式中: Ui、 Z2 各截面間距基準面的距離 (m U2 各截面中心點處的平均速度（可通過流量與其截面 積求得） （m/s） P2各截面中心點處的靜壓力（可由U型壓差計的液位 gz 1 (Pa) 差可知） 對于沒有能量損失且無外加功的理想流體，上式可簡化為 2 u丄 P1

3、 gz 2 Rd測出通過管路的流量,即可計 2 2 2 算出截面平均流速V及動壓2g，從而可得到各截面測管水頭和總水頭。 三、實驗流程圖 精選文庫 1低位水箱2、水泵3計量水箱4、高位水箱5、流量控制淤、變徑管7、測壓管 4 泵額定流量為10L/min,揚程為8m,輸入功率為80W.實驗管：內(nèi)徑15mm 四、實驗操作步驟與注意事項 1、熟悉實驗設(shè)備，分清各測壓管與各測壓點，畢托管測點的對應(yīng)關(guān)系。 2 、打開開關(guān)供水，使水箱充水，待水箱溢流后，檢查泄水閥關(guān)閉時所有測 壓管水面是否齊平，若不平則進行排氣調(diào)平（開關(guān)幾次）。 3 、打開閥5,觀察測壓管水頭和總水頭的變化趨勢及位置水頭、壓強水頭 之間的

4、相互關(guān)系，觀察當流量增加或減少時測壓管水頭的變化情況。 4、將流量控制閥開到一定大小，觀察并記錄各測壓點平行與垂直流體流動方 向的液位差 hi- h4。要注意其變化情況。繼續(xù)開大流量調(diào)節(jié)閥，測壓孔正對 水流方向，觀察并記錄各測壓管中液位差 hi- h4。 5、實驗完畢停泵，將原始數(shù)據(jù)整理。 實驗二離心泵性能曲線測定 、實驗?zāi)康?1. 了解離心泵的構(gòu)造和操作方法 2. 學(xué)習(xí)和掌握離心泵特性曲線的測定方法 、 實驗原理 離心泵的主要性能參數(shù)有流量Q （也叫送液能力）、揚程H（也叫壓頭）、軸 功率N和效率n。離心泵的特性曲線是 Q-H、Q-N及Q- n之間的關(guān)系曲線。 泵的揚程用下式計算： 2 2

5、He=H 壓力表+H真空表+Ho+（u出-u入）/2g 式中：H壓力表 H真空表- Ho 泵的總效率為： 泵出口處壓力 -泵入口處真空度 壓力表和真空表測壓口之間的垂直距離 Ne Na 其中，Ne為泵的有效功率： Ne= P gQHe 式中：P液體密度 g重力加速度常數(shù) Q泵的流量 Na為輸入離心泵的功率： 式中： N Na=K N電耳電耳轉(zhuǎn) K用標準功率表校正功率表的校正系數(shù)，一般取1 電一一電機的輸入功率 電 電機的效率 轉(zhuǎn)傳動裝置的傳動效率 三、實驗設(shè)備及流程： 14 額定揚程：20m 泵進口管內(nèi)徑：41mm 兩測壓口之間的垂直距離：0.35m 設(shè)備參數(shù)： 泵的轉(zhuǎn)速：2900轉(zhuǎn)/分 水溫

6、：25 r 泵出口管內(nèi)徑：35.78mm 四、實驗操作 1灌泵 因為離心泵的安裝高度在液面以上，所以在啟動離心泵之前必須進行灌泵。 2. 開泵 注意：在啟動離心泵時，主調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，如果主調(diào)節(jié)閥全開，會導(dǎo)致泵啟 動時功率過大，從而可能引發(fā)燒泵事故。 3. 建立流動 4. 讀取數(shù)據(jù) 等渦輪流量計的示數(shù)穩(wěn)定后，即可讀數(shù)。注意：務(wù)必要等到流量穩(wěn)定時再讀 數(shù)，否則會引起數(shù)據(jù)不準。 五、作業(yè) 序號 渦輪流量計(m7h) P 真(P a) P 表(Pa) N(kw) 以一組數(shù)據(jù)計算 Q He Nen 實驗三過濾實驗 一、實驗?zāi)康?1. 了解板框過濾機的構(gòu)造和操作方法。 2. 掌握恒壓過濾常數(shù)的測定方法測定

7、恒壓過濾常數(shù)；虛擬濾液體積；虛擬過 濾時間。 二、基本原理 對于不可壓縮濾渣，在恒壓過濾情況下，濾液量與過濾時間的關(guān)系可用下式表 示： 2=KS(t+te) (V+Ve) 上式也可寫成： (q+qe)2=K(t+te) 微分后得到： dt / dq= 2q / K+2qe / K 該微分式為一直線方程，其斜率為 2/K，截距為2qe/K。實驗中 t/ q代替 dt/dq，通過實驗測定一系列的 t 與q值，用作圖的方法，求出直線的斜率、 截距，進而求出恒壓過濾常數(shù) K，虛擬濾液體積qe。 只考慮介質(zhì)阻力時：qe2=Kte 將qe代入上式可求出虛擬過濾時間teo 、實驗設(shè)備 板框過濾機的過濾面積為

8、0.12m2。由空壓機提供壓力，并恒壓可調(diào)。以碳酸 鈣和水混合成懸浮液，可完成過濾常數(shù)的測定實驗?？装蹇卓趶剑?mm文丘里 管喉徑：8mm 20X 2不銹鋼管。 四、實驗步驟 1、先將板框過濾機的緊固手柄全部松開，將板、框清洗干凈。 2、將干凈濾布安放在濾板兩側(cè)，注意必須將濾布四角的圓孔與濾板四角的圓 孔中心對正，以保證濾液和清洗液流道的暢通。 3、安裝時應(yīng)從左至右進行，裝好一塊，用手壓緊一塊。請?zhí)貏e注意板框的順 序和方向，所有板框有圓點的一側(cè)均應(yīng)面向安裝者， 板框過濾機共有4塊板(帶 奇數(shù)點)，3塊框(帶偶數(shù)點)，以確保流道的暢通。 4、裝完以后即可緊固手柄至人力轉(zhuǎn)不動為止。 5、松開混合釜

9、上加料口的緊固螺栓，打開加料口，加水至視鏡的水平中心線， 打開控制屏上的電源，啟動攪拌機，再加入碳酸鈣 3kg，任其自行攪拌。 6約5min后，檢查所有閥門看是否已關(guān)緊？確保全部關(guān)緊后，同時注意在 攪拌過程中混合釜的壓力，控制混合釜壓力表的指示值在 0.10.2MPa范圍，并 一直維持在恒壓條件下操作，如果壓力過大也可通過混合釜右側(cè)的放空閥調(diào)節(jié)。 (1) 、打開過濾機的出料閥，并準備好秒表，做好過濾實驗的讀數(shù)和記錄 準備，再打開控制屏上板框過濾機的進料閥，開始過濾操作。 (2) 、注意看看板框是否泄漏(大量液體沖出，少量漏液無妨)？確認正常 后，觀察濾液情況，一般開始出來的比較渾濁， 待濾液變

10、清后，立即開始讀取計 量槽的數(shù)據(jù)，并同時開始計時和記錄相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。 (3) 、裝置的計量槽分左右計量筒計量，左側(cè)計濾液量，右側(cè)計洗水量左右 兩筒有過濾液孔連通，需要時兩筒可串聯(lián)使用，以便連續(xù)實驗需要。讀取5組以 上的實驗數(shù)據(jù)后，即可關(guān)閉進料閥和出料閥結(jié)束過濾實驗。 (4) 、如果需要做濾餅洗滌實驗，則在結(jié)束過濾實驗之后，關(guān)閉混合釜的 進氣閥。然后關(guān)閉進水閥，打開進氣閥，恒壓在 0.160.2MPa范圍，按過濾實 驗相同的方法操作，完成實驗后，關(guān)閉進水閥和出水閥結(jié)束濾餅洗滌實驗。 (5) 、如果改變操作壓力，還可進行過濾速率方程壓縮指數(shù)的測定實驗。 實驗四傳熱實驗 一、實驗?zāi)康?測定對流傳熱系

11、數(shù)的準數(shù)關(guān)聯(lián)式。 二、實驗原理 對流傳熱的核心問題是求算傳熱系數(shù)a, 當流體無相變時對流傳熱準數(shù)關(guān)聯(lián) 式的一般形式為： 恥=山艮亡rp嚴G尸F(xiàn) 對于強制湍流而言，Gr準數(shù)可以忽略，故 Nu A?Rem ?Prn 用圖解法對多變量方程進行關(guān)聯(lián)時， 要對不同變量Re和Pr分別回歸。本實驗簡化上式，即取n=0.4 （流體被加熱）。這樣，上式即變?yōu)閱巫兞糠匠?，再?邊取對數(shù)，即得到直線方程： 垣善!坦川十觀瞳Re 在雙對數(shù)坐標中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)在直線上任取一點的 函數(shù)值代入方程中，則可得到系數(shù) A，即： 對于方程的關(guān)聯(lián)，首先要有 Nu Re Pr的數(shù)據(jù)組。其準數(shù)定義式分別為: Re

12、d2：,Pr CP,Nu 上 牛頓冷卻定律: 傳熱量Q可由下式求得: Q W?C P?化2 tJ/3600?V ?Cp?(t2 tJ/3600 實驗設(shè)備流程 in J 扎甘甜4冷 設(shè)備參數(shù)： 孔板流量計：流量計算關(guān)聯(lián)式：V=4.49戌5 式中：R孔板壓差，mmHO V水流量，m /h 換熱套管： 套管外管為玻璃管，內(nèi)管為黃銅管。 套管有效長度：1.25m，內(nèi)管內(nèi)徑：0.022m 四、實驗操作 1. 啟動水泵 2. 打開進水閥 水入口溫度 水出口溫度 壁溫1 壁溫2 壓差計讀數(shù)（mm） 20.0 28.8 55 55 0.4 20.0 28.4 55 55 1.8 20.0 28.3 55 55

13、 4.0 20.0 28.1 55 55 7.1 20.0 27.5 55 55 16.1 20.0 27.1 55 55 28.6 20.0 26.7 55 55 44.6 20.0 26.4 55 55 87.4 20.0 26.0 55 55 144.5 五、 以一組數(shù)據(jù)計算傳熱量、傳熱系數(shù)。 3. 打開蒸汽發(fā)生器 4. 打開放汽閥 5. 讀取水的流量 6. 讀取溫度 7. 實驗結(jié)束后，先停蒸汽發(fā)生器，再關(guān)進水閥。 數(shù)據(jù)處理 實驗五精餾實驗 1. 掌握精餾塔的結(jié)構(gòu) 2. 測定精餾塔的理論板數(shù)及塔效率 試驗?zāi)康?實驗原理 1. 理論板 2. 作圖法求理論板數(shù) 3. 精餾塔的全塔效率Et為理

14、論塔板數(shù)與實際塔板數(shù) N之比，即: E=N/ N 精餾塔的單板效率Em可以根據(jù)氣相（或液相）通過測定塔板的濃度變化進 行計算。 若以液相濃度變化計算，則為: ml = (Xn-1-Xn) / (X n-1- X n*) 若以氣相濃度變化計算，則為: mF(Yn-Yn+1)/ ( Yn*-Y n+1) 式中: Xn-1 第n-1塊板下降的液體組成，摩爾分率; 第n塊板下降的液體組成，摩爾分率; 第n塊板上與升蒸汽Yn相平衡的液相組成，摩爾分率; n+T 第n+1塊板上升蒸汽組成，摩爾分率; 第n塊板上升蒸汽組成，摩爾分率; 第n塊板上與下降液體X相平衡的氣相組成，摩爾分率。 、實驗設(shè)備及流程簡介

15、 SFkrtHN I I蛉于常家廿 仏力衣 ilHPM 1 Ti 汕別試 A 1- 4H* I I L-J HSl I 1 k 毎 片 本實驗進料的溶液為乙醇一水體系，其中乙醇占20% （摩爾百分比）。 精餾塔：采用篩板結(jié)構(gòu)，塔身用直徑57X3.5m m的不銹鋼管制成，設(shè)有兩 個進料口，共15塊塔板，塔板用厚度1mm勺不銹鋼板，板間距為10cm；板上開 孔率為4%孔徑是2mm孔數(shù)為21;孔按正三角形排列；降液管為14X2mm勺 不銹鋼管；堰高是10mm 四、實驗步驟 1. 全回流進料 打開泵開關(guān)，再打開進料的管線。 2. 塔釜加熱升溫 全回流進料完成后，開始加熱。 3. 建立全回流 注意恒壓，

16、回流開始以后就不能再打開衡壓排氣閥，否則會影響結(jié)果。 4. 讀取全回流數(shù)據(jù) 5. 逐步進料，開始部分回流 逐漸打開塔中部的進料閥和塔底的排液閥以及產(chǎn)品采出閥，注意維持塔的物料平衡、塔釜液位和回流比。 6. 記錄部分回流數(shù)據(jù) 五、作業(yè) 寫出精餾段操作線方程、提餾段操作線方程、加料線方程。 實驗六、吸收實驗 一、實驗原理 本實驗是用水吸收空氣-氨混合氣體中的氨?；旌蠚怏w中氨的濃度很低。吸 收所得的溶液濃度也不高。氣液兩相的平衡關(guān)系可以認為服從亨利定律（即平衡 線在x-y坐標系為直線）。故可用對數(shù)平均濃度差法計算填料層傳質(zhì)平均推動力， 相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程式為： GaKYa?V p? Ym 所以 KY

17、aGa/(V p? Ym) Ya 其中 Ym(丫1 Ye1)吐Ye2) ln j 丫3Ye2 式中 Ga單位時間內(nèi)氨的吸收量kmol/h。 KYa 總體積傳質(zhì)系數(shù)kmol/m3 h。 Vp填料層體積m3。 Ym氣相對數(shù)平均濃度差。 Y1氣體進塔時的摩爾比。 Ye1與出塔液體相平衡的氣相摩爾比。 丫2氣體出塔時的摩爾比。 丫 e2與進塔液體相平衡的氣相摩爾比。 3、計算方法、公式： （1）氨液相濃度小于5%時氣液兩相的平衡關(guān)系： 溫度C :01020253040 亨利系數(shù) Eatm: 0.293 0.502 0.778 0.947 1.2501.938 （2）總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa及氣相總傳質(zhì)單元

18、高度Hog整理步驟 KYaGa/V p? Ym a、標準狀態(tài)下的空氣流量 Vo： V0 V陀需 m3/h 式中： V1空氣轉(zhuǎn)子流量計示值m3/h To、P3標準狀態(tài)下的空氣的溫度和壓強 Ti、Pi T2、P2 Vo V1?納 o1?P1?P2 o2 ?T1 ?T2 m3/h 式中： Vi- P 01 P 02 如果氨氣中純氨為 -氨氣轉(zhuǎn)子流量計示值 標準狀態(tài)下氨氣的密度 標定狀態(tài)下氨氣的密度 98%，則純氨在標準狀態(tài)下的流量 Vo為: m3 / h 1.293 kg / m3 0.7810 kg / m3 C、惰性氣體的摩爾流量 Vo =O.98/o G: G=Vo / 22.4 d單位時間氨

19、的吸收量 Ga=GYi-Y2) e進氣濃度丫1： n1 丫1- n2 f、尾氣濃度丫2： 丫2 Ns?Vs V ? /22.4 T 式中： Ns 加入分析盒中的硫酸當量濃度N Vs 加入分析盒中的硫酸溶液體積ml V 濕式氣體流量計所測得的空氣體積 ml To 標準狀態(tài)下的空氣溫度K T- -空氣流經(jīng)濕式氣體流量計時的溫度 K (Y Ye)1 (Y Ye)2 g、對數(shù)平均濃度差（ 丫）m： (Y)m Ye2=0 Ye1=m x1* p=大氣壓+塔頂表壓+ m=E / P x1=Ga / Ls （填料層壓差）/2 式中： E亨利常數(shù) Ls單位時間噴淋水量kmol / h 標定狀態(tài)下的空氣的溫度和

20、壓強 使用狀態(tài)下的空氣的溫度和壓強 b、標準狀態(tài)下的氨氣流量 Vo P系統(tǒng)總壓強 h、氣相總傳質(zhì)單元高度： H OG G/KYa 式中： G混合體氣通過塔截面的摩爾流速 二、實驗設(shè)備及流程 設(shè)備參數(shù)： 基本數(shù)據(jù)：塔徑 0.10m填料層高0.75m 填料參數(shù)：12X12X1.3mm瓷拉西環(huán)，ai403m-1，-0.764, ai/ 1 903m-1 尾氣分析所用硫酸體積：1ml，濃度：0.00968N 3 rd JJ, ill 氨氣鋼瓶來的氨氣經(jīng)緩沖罐, 轉(zhuǎn)子流量計與從風(fēng) 上圖是吸收實驗裝置界面， 機來經(jīng)緩沖罐、轉(zhuǎn)子流量計的空氣匯合，進入吸收塔的底部，吸收劑（水）從吸 收塔的上部進入，二者在吸收

21、塔內(nèi)逆向流動進行傳質(zhì)。 ip m T n -.叵 ”巳 ,a : 收 從塔頂出來的尾氣進到分析裝置進行分析, 分析裝置由穩(wěn)壓瓶、吸收盒及濕 式氣體流量計組成。穩(wěn)壓瓶是防止壓力過高的裝置，吸收盒內(nèi)放置一定體積的稀 硫酸作為吸收液，用甲基紅作為指示劑，當吸收液到達終點時，指示劑由紅色變 為黃色。 三、實驗步驟 建議的實驗條件： 水流量：80 l/h空氣流量：20 m3/h氨氣流量：0.5 m3/h 注意氣量和水量不要太大，氨氣濃度不要過高，否則引起數(shù)據(jù)嚴重偏離。 1、通入氨氣 打開鋼瓶閥門，氨氣流量計前有壓差計和溫度計，用氨氣調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氨氣流 量（實驗建議流量：0.5 m3/h） 0 2、進行尾氣分析 通入氨氣后，讓尾氣流過吸收盒，同時濕式氣體流量計開始計量體積。當吸 收盒內(nèi)的指示劑由紅色變成黃色時， 立即關(guān)閉考克，記下濕式氣體流量計轉(zhuǎn)過的 體積和氣體的溫度。 3、讀取數(shù)據(jù) 實驗七干燥實驗 、實驗?zāi)康?1. 了解氣流干燥設(shè)備基本流程和工作原理 2. 測定物料在