化工原理實(shí)驗(yàn)-徐

1、化工原理實(shí)驗(yàn)化工原理實(shí)驗(yàn)許昌學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院化工教研組許昌學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院化工教研組目目 錄錄流體流動阻力測定實(shí)驗(yàn)1離心泵性能測定5流化床干燥器的操作及其干燥速率曲線的測定7板式精餾塔的操作及其性能評定9能量轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 15雷諾實(shí)驗(yàn) 18氣-汽對流傳熱綜合實(shí)驗(yàn)22流量計(jì)流量的校正實(shí)驗(yàn) 27填料吸收塔的操作及其 Kya 的測定 34 流體流動阻力測定流體流動阻力測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解流體流動阻力的測定原理及方法； 2測定流體流過直管時的摩擦阻力,并確定摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系； 3測定流體流過管件時的局部阻力,并求出阻力系數(shù)； 4了解與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結(jié)構(gòu)特

2、點(diǎn)和安裝方式，掌握其測量原理、學(xué)會正確使用。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理流體在管路中流動時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地會引起壓強(qiáng)損耗。這種損耗包括流體經(jīng)過直管的沿程阻力以及因流體運(yùn)動方向改變或因管子大小形狀改變所引起的局部阻力。1直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù) Re 的測定直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即，對一定的)/(Re,df相對粗糙度而言，。(Re)f流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為： （1）ffPPPh21又因?yàn)槟Σ磷枇ο禂?shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） （2）22udlhfPf整理（1） （2）兩式得 （3） 22uPldf （4

3、）udRe 在實(shí)驗(yàn)裝置中，直管段管長 l 和管徑 d 都已固定。若水溫一定，則水的密度 和粘度 也是定值。所以本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降Pf與流速u（流量 V）之間的關(guān)系。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（3）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù) ，用式（4）計(jì)算對應(yīng)的 Re，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出 與 Re 的關(guān)系曲線。2局部阻力系數(shù)的測定流體通過某一管件或閥門的阻力損失用流體在管路中的動能系數(shù)來表示。由于管件兩側(cè)距測壓孔間的直管長度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計(jì)，因此動能系數(shù)之值可應(yīng)用伯努利方程由壓差計(jì)讀數(shù)求出。 （5）22uPhff （6）22uPf

4、圖 1 局部阻力測量取壓口布置圖局部阻力引起的壓強(qiáng)降 可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段fP上，安裝待測局部阻力的閥門，在其上、下游開兩對測壓口 a-a和 b-b，見圖 3，使 abbc ； abbc則 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc 在 aa之間列柏努利方程式： PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf （7） 在 bb之間列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf，ab+Pf （8） 聯(lián)立式（7）和（8） ，則： 2（PbPb）（PaPa）fP 為了實(shí)驗(yàn)方便，稱（PbPb）為近點(diǎn)壓差，稱（PaPa）為遠(yuǎn)點(diǎn)壓

5、差。用差壓傳感器來測量。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖三、實(shí)驗(yàn)裝置圖圖 2 流動阻力實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測壓閥； 8、20-粗糙管測壓回水閥； 9、19-光滑管測壓閥；10-局部阻力管閥；11-U 型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)節(jié)閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；17-光滑管閥；18-粗糙管閥； 21-倒置 U 型管放空閥； 22-倒置 U 型管； 23-水箱放水閥； 24-放水閥；四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1向儲水槽內(nèi)注水，直到水滿為止(有條件最好用蒸餾水，以保持流體清潔) 。2大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，

6、應(yīng)先接電預(yù)熱 1015 分鐘，調(diào)好數(shù)字表的零點(diǎn)。3關(guān)閉泵的出口閥門，開電源、啟動循環(huán)水泵開關(guān)。4打開各閥門，包括測壓閥，流量調(diào)到最大，排盡管道內(nèi)空氣，以免影響 U 型管壓差計(jì)讀數(shù)。5局部阻力測定關(guān)閉閥門 17 和 18，測定不同開度下（全開，1/2 開，1/3 開，1/4 開等，開度不同，阻力不同）球形閥的流量及壓降。注意：全開時阻力小，用 U 型管壓差計(jì)測量，其余用壓力傳感器讀數(shù)。使用差壓變送器，當(dāng)測量遠(yuǎn)點(diǎn)壓差時，要把通向近點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)近點(diǎn)壓差時，要把通向遠(yuǎn)點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉。記錄水溫，如有變化，記錄初值和結(jié)束值，取平均值。6光滑管阻力測定 將光滑管閥 17 及測壓點(diǎn) 9、19 全

7、開，其余閥門關(guān)閉。 倒 U 管調(diào)零 該裝置兩個轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測量流量。 差壓變送器與倒置 U 型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時用倒置型管壓差計(jì)測量，大流量時用差壓變送器測量。0100L/h 范圍取 10 個點(diǎn)；100700L/h 范圍取 15 個點(diǎn)，測每個流量下的壓差。7粗糙管阻力測定 方法同光滑管 8待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵。五、注意的事項(xiàng)五、注意的事項(xiàng)1啟動或關(guān)閉離心泵之前，以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。2利用壓力傳感器測量大流量下P 時，應(yīng)切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門18、20

8、否則影響測量數(shù)值。 3在實(shí)驗(yàn)過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。4較長時間未做實(shí)驗(yàn)，啟動離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機(jī)。六、數(shù)據(jù)記錄六、數(shù)據(jù)記錄表一、直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表第一套光滑直管內(nèi)徑 mm、管長 米 t= 、= (Pa.s)、= (Kgm3)R序號Q（l/h）（KPa）（mmH2o）P（KPa）u（m/s）Re1232122表二、直管阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表第一套粗糙直管內(nèi)徑 mm、管長 米 t= 、= (Pa.s)、= (Kgm3)R序號Q（l/h）（KPa）（mmH2o）P（KPa）u（m/s）Re1232122表三、局部阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表開度Q（l/h）近

9、端壓差遠(yuǎn)端壓差u（m/s）局部阻力壓差阻力系數(shù) 全開3/4 開2/3 開1/2 開1/3 開七、思考題七、思考題 預(yù)習(xí)報告思考題：預(yù)習(xí)報告思考題：1本次實(shí)驗(yàn)在安全方面需要注意哪些問題？2本實(shí)驗(yàn)涉及到哪些測量儀器？如何讀數(shù)？ 實(shí)驗(yàn)報告思考題：實(shí)驗(yàn)報告思考題： 1本次實(shí)驗(yàn)中，使用的倒 U 型管和壓力傳感器有哪些相同點(diǎn)？又有何區(qū)別？ 2本次實(shí)驗(yàn)中，管路閥門、轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥門及離心泵開關(guān)，在啟動時三者順序如何？關(guān)閉時三者的順序又如何？ 離心泵性能測定離心泵性能測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?了解離心泵的構(gòu)造與特性，掌握離心泵的操作方法；2測定并繪制離心泵在恒定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理離心

10、泵的壓頭 H、軸功率 N 及效率 與流量 Q 之間的對應(yīng)關(guān)系，若以曲線HQ、NQ、Q 表示，則稱為離心泵的特性曲線，可由實(shí)驗(yàn)測定。實(shí)驗(yàn)時，在泵出口閥全關(guān)至全開的范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)其開度，測得一組流量及對應(yīng)的壓頭、軸功率和效率，即可測定并繪制離心泵的特性曲線。泵的揚(yáng)程 He 有下式計(jì)算：fhgppguuhHe12212202而泵的有效功率 Ne 與泵效率 的計(jì)算式為：NeQHe g；Ne/N測定時，流量 Q 可用渦輪流量計(jì)或孔板流量計(jì)來計(jì)量。軸功率 N 可用馬達(dá)天平式測功器或功率來表測量。同樣，固定離心泵出口閥開度，改變泵的頻率從而改變泵的轉(zhuǎn)速，測得一組流量及對應(yīng)的壓頭、軸功率和效率，即可測定并繪制管

11、路的特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖三、實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖 1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-離心泵；2-水箱;3-進(jìn)水閥；4-入口真空表；5-出口壓力表； 6-智能流量調(diào)節(jié)閥；7-渦輪流量計(jì)；8-溫度計(jì)；9-放水閥；水泵 1 將水槽 2 內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥 6 調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計(jì) 7 計(jì)量后，流回儲水槽。四、操作步驟四、操作步驟1熟悉實(shí)驗(yàn)裝置及儀器儀表等設(shè)備，做好啟動泵前的準(zhǔn)備工作；將泵盤車數(shù)轉(zhuǎn)，關(guān)閉泵出口閥。2全開泵進(jìn)口閥，待泵內(nèi)灌滿水后啟動離心泵，并逐漸打開離心泵出口閥以調(diào)節(jié)流量。在操作過程穩(wěn)定條件下，在流量為零和最大值之間，進(jìn)行 20 次測定。在每次測定流量時，應(yīng)同時記錄

12、流量計(jì)、溫度、真空計(jì)、壓力表、功率測定器示值。3固定出口閥的開度，改變泵的頻率，在 0 和 50HZ 間進(jìn)行 20 次測定。4數(shù)據(jù)取全后，先關(guān)閉泵出口閥，再停泵。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1該裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好地接地。2使用變頻調(diào)速器時要注意 FWD 指示燈亮，切忌按 FWD REV 鍵 REV 指示燈亮，電機(jī)反轉(zhuǎn)。3開關(guān)離心泵前要管出口閥門。啟動離心泵前，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān) 以免損壞壓強(qiáng)表。六、數(shù)據(jù)記錄六、數(shù)據(jù)記錄表一、離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 水溫度 液體密度 = kg/m 泵進(jìn)出口高度= 米入口壓力 P1 出口壓力 P2電機(jī)功率流量 Q壓頭 H 泵軸

13、功率 N序號(MPa)(MPa)(kw)(m3/h)(m)（w）(%)123。 。 。20表二、管路特性曲線測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄電機(jī)頻率入口壓力 P1 出口壓力 P2流量 Q壓頭 H序號Hz(MPa)(MPa)(m3/h)(m)123。 。 。20七、思考題七、思考題1離心泵開啟前，為什么要先灌水排氣？2啟動泵前，為什么要先關(guān)閉出口閥，待啟動后再逐漸開大？而停泵時也要先關(guān)閉出口閥。3離心泵的特性曲線是否與連結(jié)的管路系統(tǒng)有關(guān)？4離心泵的流量可由泵出口閥調(diào)節(jié)，為什么？流化床干燥器的操作及其干燥速率曲線的測定流化床干燥器的操作及其干燥速率曲線的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測定物料干燥速率曲線的工程

14、意義；2熟悉實(shí)驗(yàn)干燥設(shè)備的流程、工作及實(shí)驗(yàn)組織方法；3了解影響干燥速率曲線的因素。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理干燥原理是利用加熱的方法使水分或其它溶劑從濕物料中汽化，除去固體物料中濕分的操作。干燥的目的是使物料便于運(yùn)輸、貯藏、保質(zhì)和加工利用。本實(shí)驗(yàn)的干燥過程屬于對流干燥，干燥曲線和干燥速率曲線的關(guān)系：含水率 C：單位干物料 Gc 中所帶的水分量 W定義： C= （kg水kg干） （1）cGW含水率隨時間的變化作圖，見圖 1：圖 1 干燥曲線圖干燥過程分為三個階段：.物料預(yù)熱階段；.恒速干燥階段；.降速干燥階段。 干燥速率 NA 的定義表示：單位干物料在單位時間內(nèi)所汽化的水量 即：NA= (kg水k

15、g干s) (2) dGdWc對(1)式求導(dǎo)得： dWGcdC (3) 所以， NA= = (4)dGdWcddC也就是說，在干燥曲線圖中含水率隨時間變化曲線上的任何一點(diǎn)切線的斜率值即為干燥速率值，將這些斜率的變化值對應(yīng)于含水率作圖即為干燥速率曲線圖，見圖 2。每隔一段時間讀取濕物料的重量，然后將濕物料重減去干物料的重，從而就測得了 C 與 的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖三、實(shí)驗(yàn)裝置圖圖 2 干燥速率曲線圖四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1在實(shí)驗(yàn)操作前從加水斗加入 220300ml 水2按下變頻器 RUN，通過旁路閥 10 調(diào)節(jié)流量至 1418m3/h 任何一恒定值。3待加入的水充分均勻地分散在硅膠表面后，打開

16、加熱開關(guān)。4仔細(xì)觀察進(jìn)口溫度與床層溫度的變化，待床層溫度升至 39 ，即開始取第一個樣品，此時的時間設(shè)定為 0。5按照原始數(shù)據(jù)的時間間隔取樣，總共采集 14 組數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1加入水后待硅膠吹散后再打開加熱開關(guān)。2開始兩個數(shù)據(jù)間隔時間較短，提前做好充分的準(zhǔn)備采樣。六、數(shù)據(jù)記錄六、數(shù)據(jù)記錄七、思考題七、思考題1定干燥速度曲線的意義何在？2分析影響干燥速率的因素有哪些？如何提高干燥速率？兩個階段分別說明理由。3為什么說：同一個物料土干燥速率增加，則臨界含水量增大；在一定干燥條件下，物料愈厚，則臨界含水量愈高？ 4為什么在操作中要先開鼓風(fēng)機(jī)送氣，而后再開電熱器？板式精餾塔的

17、操作及其性能評定板式精餾塔的操作及其性能評定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?了解板式塔的結(jié)構(gòu)及精餾流程2理論聯(lián)系實(shí)際，掌握精餾塔的操作二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理在板式精餾塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降。氣液兩相在塔板上層層接觸實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)、傳熱過程而達(dá)到分離的目的。如果在每層塔板上，液體與其上升的蒸汽處于平衡狀態(tài)，則該塔板稱為理論板。然而在實(shí)際操作的塔中，由于接觸時間有限，氣液兩相不可能達(dá)到平衡，即實(shí)際塔板的分離效果達(dá)不到理論板的作用，因此精餾塔所需要的實(shí)際板數(shù)總是比理論板數(shù)要多。1評價精餾的指標(biāo)評價精餾的指標(biāo)全塔效率全塔效率 對二元體系來說，若已知?dú)庖浩胶鈹?shù)據(jù)，在全回流時，根據(jù)塔頂和塔底液相

18、組成可求得理論塔板數(shù)。理論塔板數(shù)NT與實(shí)際塔板數(shù) N 之比，由于全回流下的全塔效率和部分回流下的全塔效率相差不大，在工程處理時，可以用全回流下的全塔效率代替部分回流下的全塔效率，定義式如下： （1）N1NTNT：全回流下的理論板數(shù)；N：精餾塔實(shí)際板數(shù)。2維持正常精餾的設(shè)備因素和操作因素維持正常精餾的設(shè)備因素和操作因素精餾塔的結(jié)構(gòu)應(yīng)能提供所需的塔板數(shù)和塔板上足夠的相間傳遞面積。塔底加熱（產(chǎn)生上升蒸汽） 、塔頂冷凝（形成圖 2 正常操作時的氣液接觸狀況回流）是精餾操作的主要能量消耗；回流比愈大，塔頂冷凝量愈大，塔底加熱量也必須愈大?；亓鞅扔?，相間物質(zhì)傳遞的推動力也愈大。設(shè)備因素設(shè)備因素合理的塔板

19、數(shù)和塔結(jié)構(gòu)為正常精餾達(dá)到指定分離任務(wù)提供了質(zhì)量保證，塔板數(shù)和塔板結(jié)構(gòu)為汽液接觸提供傳質(zhì)面積。塔板數(shù)愈少，塔高愈矮，設(shè)備投資愈省。塔板數(shù)多少和被分離的物系性質(zhì)有關(guān)，輕重組份間揮發(fā)度愈大，塔板數(shù)愈少。反之，塔板數(shù)愈多。塔結(jié)構(gòu)合理，操作彈性大，不易發(fā)生液沫夾帶、漏液、溢流液泛。反之，會使操作不易控制，塔頂塔底質(zhì)量難以保證。為有效地實(shí)現(xiàn)汽液兩相之間的傳質(zhì)，為了使傳質(zhì)具有最大的推動力，設(shè)計(jì)良好的塔結(jié)構(gòu)能使操作時的板式精餾塔（如圖 2 所示）應(yīng)同時具有以下兩方面流動特征：汽液兩相總體逆流；汽液兩相在板上錯流。塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理和操作不當(dāng)時會發(fā)生以下三種不正?，F(xiàn)象：(i)嚴(yán)重的液沫夾帶現(xiàn)象由于開孔率太小，而加

20、熱量過大，導(dǎo)致汽速過大，塔板上的一部分液體被上升汽流帶至上層塔板，這種現(xiàn)象稱為液沫夾帶。液沫夾帶是一種與液體主流方向相反的流動，屬返混現(xiàn)象，使板效率降低，嚴(yán)重時還會發(fā)生夾帶液泛，破壞塔的正常操作（見圖 3 所示） 。這種現(xiàn)象可通過顯示，由于：釜P板壓降 （2）釜P釜P此時板壓降急劇上升，表現(xiàn)讀數(shù)超出正常范釜P圍的上限。(ii)嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象由于開孔率太大，加上加熱量太小，導(dǎo)致汽速過小，部分液體從塔板開孔處直接漏下，這種現(xiàn)象稱為漏液。漏液造成液體與氣體在板上無法錯流接觸，傳質(zhì)推動力降低。嚴(yán)重的漏液，將使塔板上不能積液而無法正常操作，上升的蒸汽直接從降液管里走，板壓降幾乎為 0，見圖 4 所示。此

21、時。釜P釜P綜上所述現(xiàn)象都與塔釜加熱量直接有關(guān)。塔釜加熱量愈大，汽液負(fù)荷愈大，表現(xiàn)為操作壓力也愈大。過大，釜P釜P液沫夾帶將發(fā)生，過小，漏液將出現(xiàn)。若液沫夾帶量和釜P漏液量各超過 10%，被稱為嚴(yán)重的不正?，F(xiàn)象。所以正常的精餾塔，操作壓力應(yīng)有合適的范圍即操作壓力區(qū)間。釜P圖 5 溢流液泛示意圖圖 3 過量的液沫夾帶現(xiàn)象圖 4 塔內(nèi)漏液示意圖(iii)溢流液泛由于降液管通過能力的限制，當(dāng)氣液負(fù)荷增大，降液管通道截面積太小，或塔內(nèi)某塔板的降液管有堵塞現(xiàn)象時降液管內(nèi)清液層高度增加，當(dāng)降液管液面升至堰板上緣時（見圖 5 所示） ，降液管內(nèi)的液體流量為其極限通過能力，若液體流量超過此極限值，板上開始積液，最終會使全塔充滿液體，引起溢流液泛，破壞塔的正常操作。 操作因素操作因素適宜回流比的確定回流比是精餾的核心因素。在設(shè)計(jì)時，存在著一個最小回流比，低于該回流比即使塔板數(shù)再多，也達(dá)不到分離要求。在精餾塔的設(shè)計(jì)時存在一個經(jīng)濟(jì)上合理的回流比，使設(shè)備費(fèi)用和能耗得到兼顧。在精餾塔操作時，存在一個回流比的允許操作范圍。處理量恒定時，若汽液負(fù)荷（回流比）超出塔的通量極限時，會發(fā)生一系列不正常的操作現(xiàn)象，同樣會使塔頂產(chǎn)品不合格。加熱量