化工原理實(shí)驗(yàn)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)講 稿二0一四年二月1.雷諾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察層流、湍流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)化特征；2.測定臨街雷諾準(zhǔn)數(shù)，掌握圓管流動形態(tài)的判別準(zhǔn)則；3.觀察紊流（或湍流）產(chǎn)生過程，理解紊流產(chǎn)生機(jī)理。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 液體在運(yùn)動時，存在著兩種根本不同的流動狀態(tài)。當(dāng)液體流速較小時，慣性力較小，粘滯力對質(zhì)點(diǎn)起控制作用，使各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，液流呈層流運(yùn)動。當(dāng)液體流速逐漸增大，質(zhì)點(diǎn)慣性力也逐漸增大，粘滯力對質(zhì)點(diǎn)的控制逐漸減弱，當(dāng)流速達(dá)到一定程度時，各流層的液體形成渦體并能脫離原流層，液流質(zhì)點(diǎn)即互相混雜，液流呈紊流運(yùn)動。這種從層流到紊流的運(yùn)動狀態(tài)，反應(yīng)了液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)從量變到質(zhì)變的一個變化過程。2.當(dāng)初

2、始狀態(tài)流速較大時，從紊流到層流的過渡流速為下臨界流速，對應(yīng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)為下臨界雷諾數(shù)，反之為上臨界流速和上臨界雷諾數(shù)。（1）式中導(dǎo)管直徑，m；流體密度，kg·m；流體粘度，Pa·s；流體流速，m·s；大量實(shí)驗(yàn)測得：當(dāng)雷諾準(zhǔn)數(shù)小于某一下臨界值時，流體流動型態(tài)恒為層流；當(dāng)雷諾數(shù)大于某一上臨界值時，流體流型恒為湍流。在上臨界值與下臨界值之間，則為不穩(wěn)定的過渡區(qū)域。對于圓形導(dǎo)管，下臨界雷諾數(shù)為2000，上臨界雷諾數(shù)為10000。一般情況下，上臨界雷諾數(shù)為4000時，即可形成湍流。應(yīng)當(dāng)指出，層流與湍流之間并非是突然的轉(zhuǎn)變，而是兩者之間相隔一個不穩(wěn)定過渡區(qū)域，因此，臨界雷諾數(shù)測

3、定值和流型的轉(zhuǎn)變，在一定程度上受一些不穩(wěn)定的其他因素的影響。三、實(shí)驗(yàn)裝置 (雷諾實(shí)驗(yàn)儀CEAF01型)雷諾試驗(yàn)裝置主要由穩(wěn)壓溢流水槽、試驗(yàn)導(dǎo)管和轉(zhuǎn)子流量計(jì)等部分組成，如圖1所示。自來水不斷注入并穩(wěn)壓溢流水槽。穩(wěn)壓溢流水槽的水流經(jīng)試驗(yàn)導(dǎo)管和流量計(jì)，最后排入下水道。穩(wěn)壓溢流水槽的溢流水，也直接排入下水道。圖1雷諾實(shí)驗(yàn)裝置及流程1.示蹤劑瓶；2. 穩(wěn)壓溢流水槽；3. 試驗(yàn)導(dǎo)管；4. 轉(zhuǎn)子流量計(jì)；V01. 示蹤劑調(diào)節(jié)閥；V02. 上水調(diào)節(jié)閥；V03. 水流量調(diào)節(jié)閥；V04，V05泄水閥；V06放風(fēng)閥。四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：（1）實(shí)驗(yàn)前，先用自來水充滿穩(wěn)壓溢流水槽。將適量示蹤劑（紅墨水）加入貯瓶內(nèi)

4、備用，并排盡貯瓶與計(jì)頭之間管路內(nèi)的空氣。（2）實(shí)驗(yàn)前，先對轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，作好流量標(biāo)定曲線。（3）用溫度計(jì)測定水溫。實(shí)驗(yàn)操作步驟：（1）開啟自來水閥門，保持穩(wěn)壓溢流水槽有一定的溢流量，以保證試驗(yàn)時具有穩(wěn)定的壓頭。（2）用放風(fēng)閥放去流量計(jì)內(nèi)的空氣，再少許開啟轉(zhuǎn)子流量計(jì)后的調(diào)節(jié)閥，將流量調(diào)至最小值，以便觀察穩(wěn)定的層流流型，再精細(xì)地調(diào)節(jié)示蹤劑管路閥，使示蹤劑（紅墨水）的注水流速與試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)主體流體的流速相近，一般略低于主體流體的流速為宜。精心調(diào)節(jié)至能觀察到一條平直的紅色細(xì)流為止。（3）緩慢地逐漸增大調(diào)節(jié)閥的開度，使水通過試驗(yàn)導(dǎo)管的流速平穩(wěn)地增大。直至試驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)直線流動的紅色細(xì)流開始發(fā)生波動時，記

5、下水的流量和溫度，以供計(jì)算臨界雷諾數(shù)據(jù)。（4）繼續(xù)緩慢地增加調(diào)節(jié)閥開度，使水流量平穩(wěn)地增加。這時，導(dǎo)管內(nèi)的流體的流型逐步由層流向湍流過渡。當(dāng)流量增大到某一數(shù)據(jù)值后，示蹤劑（紅墨水）一進(jìn)入試驗(yàn)導(dǎo)管，立即被分散呈煙霧狀，這時標(biāo)明流體的流型已進(jìn)入湍流區(qū)域。記下水的流量和溫度數(shù)據(jù)，以供計(jì)算上臨界雷諾數(shù)。（5）以相反程序，即調(diào)節(jié)閥開度從大逐漸關(guān)小，再觀察觀眾流動形態(tài)的變化現(xiàn)象，并記下水的流量和溫度數(shù)據(jù)，以供計(jì)算下臨界雷諾數(shù)。這樣實(shí)驗(yàn)操作需反復(fù)進(jìn)行數(shù)次（至少56次），以便取得較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)：（1）本實(shí)驗(yàn)示蹤劑采用紅墨水，它由紅墨水貯瓶，經(jīng)連接軟管和注射針頭，注入試驗(yàn)導(dǎo)管。應(yīng)注意適當(dāng)調(diào)

6、節(jié)注射針頭的位置，使什頭位于管軸線上為佳。紅墨水的注射速度應(yīng)與主體流體流速相近（略低些為宜），因此，隨著水流速的增大，需相應(yīng)地細(xì)心調(diào)節(jié)紅墨水注射流量，才能得到較好的實(shí)驗(yàn)效果。（2）在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)隨時注意穩(wěn)壓水槽的溢流水量，隨著操作流量的變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)自來水給水量，防止穩(wěn)壓槽內(nèi)液面下降或泛濫事故的發(fā)生。（3）在整個實(shí)驗(yàn)過程中，切勿碰撞設(shè)備，操作時也要輕巧緩慢，以免干擾流體流動過程的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)過程有一定滯后現(xiàn)象，因此，調(diào)節(jié)流量過程切勿操之過急，狀態(tài)確實(shí)穩(wěn)定之后，再繼續(xù)調(diào)節(jié)或記錄數(shù)據(jù)。五、結(jié)果分析管內(nèi)徑為六、思考題1.液體流態(tài)與哪些因素有關(guān)?為什么外界干擾會影響液體流態(tài)的變化?2.雷諾數(shù)的物理意

7、義是什么？為什么雷諾數(shù)可以用來判別流態(tài)？3.流態(tài)判據(jù)為何采用無量綱參數(shù)，而不采用臨界流速？4.臨界雷諾數(shù)與哪些因素有關(guān)？為什么上臨界雷諾數(shù)和下臨雷諾數(shù)不一樣？5.如果管子不是透明的，不能直接觀察來判斷管中的流體流動型態(tài)，你認(rèn)為可以用什么辦法來判斷？6.有人說可以只用流速來判斷管中流體流動型態(tài)，流速低于某一具體數(shù)值時是層流，否則是湍流，你認(rèn)為這種看法對否？在什么條件下可以由流速的數(shù)值來判斷流動型態(tài)？7.試根據(jù)雷諾與流動演示實(shí)驗(yàn)，簡述紊流的產(chǎn)生和發(fā)展機(jī)理，以及如何降低或消除阻力損失。試列舉具體措施。2.離心泵實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法；2.實(shí)驗(yàn)測定在一定轉(zhuǎn)速下泵的特

8、性曲線；3.標(biāo)定孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理離心泵主要特性參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率和效率。這些參數(shù)不僅表征泵的性能，也是選擇和正確使用泵的主要依據(jù)。1. 泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指單位時間內(nèi)泵所排出的液體體積。泵的流量可直接由一定時間內(nèi)排出液體的體積或質(zhì)量來測定。即m3·s（1）或m3·s（2）若泵的輸送系統(tǒng)中安裝有經(jīng)過標(biāo)定的流量計(jì)時，泵的流量也可由流量計(jì)測定。當(dāng)系統(tǒng)中裝有孔板流量計(jì)時，流量大小由壓差計(jì)顯示，流量與倒置U形管壓差計(jì)讀數(shù)之間存在如下關(guān)系：m3·s（3）式中，孔板流量系數(shù)；孔板的銳孔面積，m2；2. 泵的揚(yáng)程若以泵的壓出管路中裝有壓力表處

9、為B截面，以及入管路中裝有真空表處為A截面，并在此兩截面之間列機(jī)械能衡算式，則可得出泵揚(yáng)程的計(jì)算公式： （4）式中由壓力表測得的表壓強(qiáng)，Pa；由真空表測得的真空度，Pa；A、B兩個截面之間的垂直距離，m；A截面處的液體流速，m·s；B截面處的液體流速，m·s。在單位時間內(nèi)，液體從泵中實(shí)際所獲得的功，即為泵的有效功率。若測得泵的流量為 m·s，揚(yáng)程為，m，被輸送液體的密度為w（5）泵軸所作的實(shí)際功率不可能全部為被輸送液體所獲得，其中部分消耗于泵內(nèi)的各種能量損失。電動機(jī)所消耗的功率又大于泵軸所作出的實(shí)際功率。電機(jī)所消耗的功率可直接由輸入電壓和電流測得，即W（6）4.

10、泵的總效率泵的總效率可由測得的泵有效功率和電機(jī)實(shí)際消耗功率計(jì)算得出，即（7）這時得到的泵的總效率除了泵的效率外，還包括傳動效率和電機(jī)的效率。三、實(shí)驗(yàn)裝置（實(shí)驗(yàn)儀CEAF05型）圖2離心泵實(shí)驗(yàn)儀流程圖1. 循環(huán)水槽；2. 底閥；3. 離心泵；4. 真空表；5. 注水槽；6. 壓力表；7. 調(diào)節(jié)閥；8. 孔板流量計(jì)；9. 分流槽；10. 電流表；11. 調(diào)壓變壓器；12. 電壓表；13. 倒置U形管壓差計(jì)。本實(shí)驗(yàn)裝置主體設(shè)備為一臺單級單吸離心水泵。為了便于觀察，泵殼端蓋用透明材料制成。電動機(jī)直接連接半敞式葉輪。離心泵與循環(huán)水槽、分水槽和各種測量儀表構(gòu)成一個測試系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置及其流程如圖2所示。泵將

11、循環(huán)水槽中的水，通過汲入導(dǎo)管汲入泵體的在汲入導(dǎo)管上端裝有真空表，下端裝有底閥（單向閥）。底閥的作用是當(dāng)注水槽向泵體內(nèi)注水時，防止水的漏出。水由泵的出口進(jìn)入壓出導(dǎo)管。壓出導(dǎo)管沿程裝有壓力表、調(diào)節(jié)閥和孔板流量計(jì)。由壓出導(dǎo)管流出的水，用轉(zhuǎn)向彎管送入分流槽。分流槽分為二格，其中一格的水可流出用以計(jì)量，另一格的水可流回循環(huán)槽。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同可用轉(zhuǎn)向彎管進(jìn)行切換。四、實(shí)驗(yàn)方法在離心泵性能測定前，按下列步驟進(jìn)行啟動操作：（1）充水。打開注水槽下的閥門，將水灌入泵內(nèi)。在灌水過程中，需打開調(diào)節(jié)閥，將泵內(nèi)空氣排除。當(dāng)從透明端蓋中觀察到泵內(nèi)已灌滿水后，將注水閥門關(guān)閉。（2）啟動。啟動前，先確認(rèn)泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，變

12、壓器調(diào)回零點(diǎn)，然后合閘接通電源。緩慢調(diào)節(jié)變壓器至額定電壓（220V），泵即隨之啟動。（3）運(yùn)行。泵啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)無振動和噪聲，電壓表、電流表、壓力表和真空表指示穩(wěn)定，則表明運(yùn)行已經(jīng)正常，即可投入實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時，逐漸分步調(diào)節(jié)出口調(diào)節(jié)閥。每調(diào)定一次閥的開啟度，待狀況穩(wěn)定后，即可進(jìn)行以下測量：（1）將出水轉(zhuǎn)向彎頭由分水槽的回流格撥向排水格同時，用秒表計(jì)取時間，用容器取一定水量。用稱量或量取體積的方法測定水的體積流率。（這時要接好循環(huán)水槽的自來水源）。（2）從壓強(qiáng)表和真空表上讀取壓強(qiáng)和真空度的數(shù)值。（3）記取孔板流量計(jì)的壓差計(jì)讀數(shù)。（4）從電壓表和電流表上讀取電壓和電流值。實(shí)驗(yàn)完畢，應(yīng)先將泵出口調(diào)節(jié)閥

13、關(guān)閉，再將調(diào)壓變壓器調(diào)回零點(diǎn)，最后再切斷電源。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 基本參數(shù)（1）離心泵流量：楊程：功率：轉(zhuǎn)速：（2）管道吸入導(dǎo)管內(nèi)徑：20.8mm壓出導(dǎo)管內(nèi)徑：20.8mmA、B兩截面間垂直距離：mm（3）孔板流量計(jì)銳孔直徑：14mm導(dǎo)管內(nèi)徑：20.8mm2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖與分析（1）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)繪成孔板流量計(jì)的流量標(biāo)定曲線，并求取孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)。（2）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理結(jié)果標(biāo)繪成離心泵的特性曲線。六、思考題1.根據(jù)離心泵的工作原理，分析離心泵啟動前為何要灌泵，且要關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥？2.當(dāng)由小到大改變流量時，出口壓力表和入口壓力表的表演讀數(shù)按設(shè)么規(guī)律變化？3.你認(rèn)為離心水泵的葉輪是

14、開式還是閉式？葉輪葉片是前彎還是后彎？4.為什么離心泵的流量調(diào)節(jié)用出口調(diào)節(jié)閥最好？往復(fù)泵也這樣調(diào)節(jié)行不行？5.我校西區(qū)球場地下建有生活污水處理廠，計(jì)劃日處理量為100噸，處理過程的某一道工序試將污水打入距離泵10米高的曝氣池中，請問如何選擇一款合適的泵蓋和輸送管道？3.傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過對簡單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)，掌握對流傳熱的測定方法；2.應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)A、m值。二、實(shí)驗(yàn)原理冷熱流體通過固體壁所進(jìn)行的熱交換過程，先由熱流體把熱量仁慈給固體壁面，然后由固體壁面的一側(cè)傳向另一側(cè)，最后再由壁面把熱量傳給冷流體。換言之，熱交換過程即為給熱導(dǎo)熱給熱三個串聯(lián)過程組成。若熱

15、流體在套管熱交換器的管內(nèi)流過，而冷流體在管外流過，設(shè)備兩端測試點(diǎn)上的溫度如圖1所示。1.傳熱系數(shù)的測定則在單位時間內(nèi)熱流體向冷流體仁慈的熱量，可由熱流體的熱量衡算方式來表示：圖1套管熱交換器兩端測試點(diǎn)的溫度J·s（1）就整個熱交換而言，由傳熱速率基本方程經(jīng)過數(shù)學(xué)處理，可得計(jì)算式為：J·s（2）式中：傳熱速率，J·s或W；熱流體的質(zhì)量流率，kg·s；熱流體的平均比熱容，是J·kg·K；熱流體的溫度，K；冷流體的溫度，K；固體壁面溫度，K；傳熱總系數(shù)，W·m·K熱交換面積，m2；兩流體間的平均溫度差，K。（符號下標(biāo)1和

16、2分別表示熱交換器兩端的數(shù)值）若和分別為熱交換器兩端冷熱流體之間的溫度差，即（3）； （4）。則平均溫度差可按下式計(jì)算：當(dāng)時，（5）； 當(dāng)時，（6）。由（1）和（2）兩式聯(lián)立求解，可得傳熱總系數(shù)的計(jì)算式：（7）就固體壁面兩側(cè)的給熱過程來說，給熱速率基本方程為（8）根據(jù)熱交換兩端的邊界條件，經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，同理可得管內(nèi)給熱過程的給熱速率計(jì)算式（9）式中：與分別有示固體壁兩側(cè)的傳熱膜系數(shù)，W·m2·K1；與分別表示固體壁兩側(cè)的內(nèi)壁表面積和外壁表面積，m2；與分別表示固體壁兩側(cè)的內(nèi)壁面溫度和外壁面溫度，K；熱流體與內(nèi)壁面之間的平均溫度差；K。熱流體與管內(nèi)壁面之間的平均溫度差可按下式計(jì)

17、算： 當(dāng)時（10）當(dāng)時（11）由（1）和（9）式聯(lián)立求解可得管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的計(jì)算式為W·m2·K1（12）同理也可得到管外給熱過程的傳熱膜系數(shù)的類同公式。2.準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測定水平管內(nèi)傳熱膜系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：在實(shí)驗(yàn)測定溫度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)變化不大，可取其均值并將視為定值與項(xiàng)合并。因此，上式可寫為：上等式兩邊取對數(shù)，使之線性化，即：因此，可將和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪，由實(shí)驗(yàn)曲線的斜率和截距估計(jì)參數(shù)和，或者用最小二乘法進(jìn)行線性回歸，估計(jì)參數(shù)和。三、實(shí)驗(yàn)裝置（CEAH01型實(shí)驗(yàn)儀）本實(shí)驗(yàn)裝置主要由套管熱交換器、恒溫循環(huán)水槽、高位穩(wěn)壓水槽以及一系列測量和控制儀表所組成，裝

18、置流程如圖2所示。圖2套管換熱器液液熱交換實(shí)驗(yàn)裝置流程套管熱交換器由一根12×1.5mm的黃銅管作為內(nèi)管，20×2.0mm的有機(jī)玻璃管作為套管所構(gòu)成。套管熱交換器外面再套一根32×2.5mm有機(jī)玻璃管作為保溫管。套管熱交換器兩端測溫點(diǎn)之間距離（測試段距離）為1000mm。每個檢測端面上在管內(nèi)、管外和管壁內(nèi)設(shè)置三支銅康銅熱電偶，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)與數(shù)字電壓表相連接，用以測量管內(nèi)、管外的流體溫度和管內(nèi)壁的溫度。熱水由循環(huán)水泵從恒溫水槽送入管內(nèi)，然后經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)再返回槽內(nèi)。恒溫循環(huán)水柄中用電熱器補(bǔ)充熱水在熱交換器中移去的熱量，并控制恒溫。冷水由自來水管直接送入高位穩(wěn)壓水槽再

19、由穩(wěn)壓水槽流經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和套管的環(huán)隙空間。高位穩(wěn)壓水槽排出的溢流水和由換熱管排出被加熱后的水，均排入下水道。四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作（1）向恒溫循環(huán)水槽灌入蒸餾水或軟水，直至溢流管有水溢出為止。（2）開啟并調(diào)節(jié)通往高位穩(wěn)壓水槽的自來水閥門，使槽內(nèi)充滿水，并由溢流管有水流出。（3）將冰碎成細(xì)粒，放入冷阱中并摻入少許蒸餾水，使之呈粥狀。將熱電偶冷接點(diǎn)插入冰水中，蓋嚴(yán)蓋子。（4）將恒溫循環(huán)水槽的溫度自控裝置的溫度定為55。啟動恒溫水槽的電熱器。等恒溫水槽的水達(dá)到預(yù)定溫度后即可開始實(shí)驗(yàn)。（5）實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備好熱水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)定曲線和熱電偶分度表。實(shí)驗(yàn)操作步驟（1）開啟冷水截止球閥，測定冷水流量

20、，實(shí)驗(yàn)過程中保持恒定。（2）啟動循環(huán)水泵，開啟并調(diào)節(jié)熱水調(diào)節(jié)閥。熱水流量在60250L·h范圍內(nèi)選取若干流量值（一般要求不少于56組測試數(shù)據(jù)），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。（3）每調(diào)節(jié)一次熱水流量，待流量和溫度都恒定后，再通過琴鍵開關(guān)，依次測定各點(diǎn)溫度。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（1）開始實(shí)驗(yàn)時，必須先向換熱器通冷水，然后再啟動熱水泵，停止實(shí)驗(yàn)時，必須先停熱電器，待熱交換器管內(nèi)存留熱水被冷卻后，再停水泵并停止通冷水。（2）啟動恒溫水槽的電熱器之前，必須先啟動循環(huán)泵使水流動。（3）在啟動循環(huán)水泵之前，必須先將熱水調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉，待泵運(yùn)行正常后，再徐徐開啟調(diào)節(jié)閥。（4）每改變一次熱水流量，一定要使傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定之

21、后，才能測取數(shù)據(jù)。每測一組數(shù)據(jù)，最好重復(fù)數(shù)次。當(dāng)測得流量和各點(diǎn)溫度數(shù)值恒定后，表明過程已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)。（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備型式和裝置方式：水平裝置套管式熱交換器（2）內(nèi)管基本參數(shù)：材質(zhì)：黃銅外徑：12mm壁厚：1.5mm測試段長度：1000mm（3）套管基本參數(shù)：材質(zhì)：有機(jī)玻璃外徑：20mm壁厚：2mm（4）流體流通的橫截面積：內(nèi)管橫截面積：mm環(huán)隙橫截面積：mm（5）熱交換面積：內(nèi)管內(nèi)壁表面積：內(nèi)管外壁表面積：平均熱交換面積：2.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄3.數(shù)據(jù)處理4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論六、思考題1. 實(shí)驗(yàn)中冷、熱流體的流向，對傳熱效果有何影響？如果熱流體為水蒸汽，又

22、有何影響？2.實(shí)驗(yàn)過程中，冷凝水不及時排走，會產(chǎn)生什么影響，如何及時排走冷凝水？3.計(jì)算冷流體質(zhì)量流量時用到的密度值與計(jì)算雷諾數(shù)時的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應(yīng)在什么條件下進(jìn)行計(jì)算？4.本實(shí)驗(yàn)可采取哪些措施強(qiáng)化傳熱？4.填料塔氣體吸收實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解填料吸收塔的基本結(jié)構(gòu)，吸收裝置的基本流程和操作方法；2.觀察填料塔中的氣液逆流流動情況；3.掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1雙膜模型的濃度分布圖圖2填料塔的物料衡算圖根據(jù)雙膜模型的基本假設(shè)，氣側(cè)和液側(cè)的吸收質(zhì)A的傳質(zhì)速度率方程可分別表達(dá)為氣膜（1）液膜（2）式中A組分的傳質(zhì)速率，kmol·s；兩相接

23、觸面積，m2；氣側(cè)A組分的平均分壓，Pa；相界面上A組分的分壓，Pa；液側(cè)A組分的平均濃度，kmol·m；相界面上A組分的濃度，kmol·m；以分壓表達(dá)推動力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol·m·s·Pa；以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，m·s。以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過程推動力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達(dá)為（3）（4）式中為液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；為氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度，kmol·m；為以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，kmol·

24、m·s·Pa；為以液相濃度表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡稱為液相傳質(zhì)總系數(shù)，m·s。若氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：，則（5）（6）當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時，；反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程受液膜傳質(zhì)速率控制，此時，。如圖2所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意截取一微分段，并以此為衡算系統(tǒng)，則由吸收質(zhì)A的物料衡算可得：（a）式中，為液相摩爾流率，kmol·s；為液相摩爾密度，kmol·m。根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：（b）聯(lián)立（a）和（b）兩式得：（c）式中為氣液兩

25、相接觸的比表面積，m2·m；為填料塔的橫截面積，m2。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收純二氧化碳，且已知二氧化碳在常溫壓下溶解度較小，故液相摩爾流率和摩爾密度的比值，亦即液相體積流率可視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)和兩相接觸比表面積，在整修填料層內(nèi)為一定值，則按下列邊值條件積分（c）式，可得填料層高度的計(jì)算公式：； （7）令，且稱為液相傳質(zhì)單元高度（NTU）；，且稱為液相傳質(zhì)單元數(shù)（HTU）。因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，即（8）若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則（7）式可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式式，亦即可采用下列平均推動力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度：（9

26、）（10）式中為液相平均推動力，即（11）因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純二氧化碳，則（12）二氧化碳的溶解度常數(shù)，kmol·m·Pa（13）式中為水的密度，kg·m；為水的摩爾質(zhì)量，kg·kmol；為享利系數(shù)，Pa。因此，（10）式可簡化為（14）又因本實(shí)驗(yàn)采用的物系遵循享利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì)。在此情況下，整個傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即（15）對于填料塔，液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)與主要影響因素之間的關(guān)系，曾有不少研究者由實(shí)驗(yàn)得出各種關(guān)聯(lián)式，其中，SherwoodHolloway得出如下關(guān)聯(lián)式：（16）

27、式中吸收質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)，m2·s；液體質(zhì)量流速，kg·m·s；液體粘度，Pa·s或kg·m·s；kg·m。應(yīng)該注意的是SherwoodHolloway關(guān)聯(lián)式中，和兩項(xiàng)沒有特性長度。因此，該式也不是真正無因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。該式中，和的具體數(shù)值，需在一定條件下由實(shí)驗(yàn)求取。三、實(shí)驗(yàn)裝置（CEAM03型實(shí)驗(yàn)儀）本實(shí)驗(yàn)裝置由填料吸收塔、二氧化碳鋼瓶、高位穩(wěn)壓水槽和各種測量儀表組成，其流程如圖3所示。圖3填料吸收塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)裝置流程1. 二氧化碳鋼瓶；2. 減壓閥；3. 二氧化碳流量計(jì)；4. 填料塔；5. 采樣計(jì)量管；6.

28、 壓差計(jì)；7. 水流量計(jì)；8. 高位水槽；9. 數(shù)字電壓表。填料吸收塔采用公稱直徑為50mm的玻璃柱。柱內(nèi)裝填5mm球型玻璃填料，填充高度約為300mm。吸收質(zhì)（純二氧化碳?xì)怏w）由鋼瓶經(jīng)二次減壓閥、調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，進(jìn)入塔底。氣體由下向上經(jīng)過填料層與液相逆流接觸，最后由柱頂放空。吸收劑（水）由高位穩(wěn)壓水槽經(jīng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)進(jìn)入塔頂，再噴灑而下。吸收后溶液由塔底經(jīng)P形管排出。U液柱壓差計(jì)用以測量塔底壓強(qiáng)和填料層的壓強(qiáng)降。塔底和塔頂?shù)臍庖合鄿囟扔蔁犭娕紲y量，并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)由數(shù)字電壓表顯示。四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：（1）實(shí)驗(yàn)前，首先檢查填料塔的進(jìn)氣閥和進(jìn)水閥，以及二氧化碳二次減壓閥是否均已關(guān)嚴(yán)；

29、然后，打開二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，將壓力調(diào)至1MPa；同時，向高位穩(wěn)壓水槽注水，直至溢流管有適量水溢流而出。（2）將水充滿填料層，浸泡填料（相當(dāng)于預(yù)液泛）。實(shí)驗(yàn)操作可按如下步驟進(jìn)行：（1）緩慢開啟進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，水流量可在1050L·h范圍內(nèi)選取。一般在此范圍內(nèi)選取56個數(shù)據(jù)點(diǎn)。調(diào)節(jié)流量時一定要注意保持高位穩(wěn)壓水槽有適量溢流水流出，以保證水壓穩(wěn)定。（2）緩慢開啟進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥。二氧化碳流量建議采用0.1m3·h左右為宜。（3）當(dāng)操作達(dá)到定常狀態(tài)之后，測量塔頂和塔底的水溫和氣溫，同時，測定塔底溶液中二氧化碳的含量。溶液中二氧化碳含量的測定方法：用吸量管吸取0.1MBa(OH)2溶液1

30、0mL，放入三角瓶中，并由塔底附設(shè)的計(jì)量管滴入塔底溶液20mL，再加入酚酞指示劑數(shù)滴，最后用0.1N鹽酸滴定，直至其脫除紅色的瞬時為止。由空白試驗(yàn)與溶液滴定用量之差值，按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳的濃度：kmol·m式中為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的當(dāng)量濃度，為實(shí)際滴定用量，即空白試驗(yàn)用量與滴定試樣時用量之差值，mL；為塔底溶液采樣量，mL。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（1）實(shí)驗(yàn)過程中務(wù)必嚴(yán)密監(jiān)視，并隨時調(diào)整二氧化碳和水的流量。（2）每次流量改變后，均需穩(wěn)定20分鐘以上，以便建立穩(wěn)定過程，才能測取數(shù)據(jù)。（3）預(yù)液泛后，填料層高度需重新測定。采樣計(jì)量管容積需準(zhǔn)確標(biāo)定。（4）浸泡填料層（人為預(yù)液泛）時，需緩慢精心操

31、作，以防沖毀填料層和壓差計(jì)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 測量并記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)。（1）填料柱：柱體內(nèi)徑60×5mm填料規(guī)格：5mm玻璃球填料層高度300mm（2）大氣壓力：MPa（3）室溫：（4）試劑：Ba(OH)2溶液濃度用量mL鹽酸濃度2.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄3.數(shù)據(jù)處理4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析討論（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在坐標(biāo)上標(biāo)繪液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)與噴淋密度的關(guān)系曲線。（2）在雙對數(shù)坐標(biāo)上，將對作圖，用圖解法或線性回歸法求取Shewoodholloway關(guān)聯(lián)式的A和m值。0.1N鹽酸：9.4ml HCl + 蒸餾水 定容 1000ml并標(biāo)定。六、思考題1.填料塔的氣液兩相的流動特點(diǎn)是什么？2.填料的

32、作用是什么？3.在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，要校正轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)嗎？4.如果從同一個取樣瓶中，取樣分析三組平行樣，誤差很大，試分析原因？ 5.恒壓（板框）過濾常數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握恒壓過濾常數(shù)、的測定方法，加深對、概念和影響因素的理解。2.學(xué)習(xí)濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù)的測定方法。3.學(xué)習(xí)一類關(guān)系的實(shí)驗(yàn)確定方法。4.學(xué)習(xí)用正交試驗(yàn)法來安排實(shí)驗(yàn)，達(dá)到最大限度地減小實(shí)驗(yàn)工作量的目的。5.學(xué)習(xí)對正交試驗(yàn)法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析，分析出每個因素重要性的大小，指出試驗(yàn)指標(biāo)隨各因素變化的趨勢，了解適宜操作條件的確定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測定不同壓力實(shí)驗(yàn)條件下的過濾常數(shù)、。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)，計(jì)算濾

33、餅的壓縮性指數(shù)s和物料特性常數(shù)k。三、實(shí)驗(yàn)原理 過濾是利用過濾介質(zhì)進(jìn)行液固系統(tǒng)的分離過程，過濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細(xì)孔的物質(zhì)如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力作用下，液體通過過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，從而使液固兩相分離。 在過濾過程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度逐漸增加，使得液體流過固體顆粒之間的孔道加長，增加了流體流動阻力。故恒壓過濾時，過濾速率是逐漸下降的。隨著過濾的進(jìn)行，若想得到相同的濾液量，則過濾時間要增加。恒壓過濾方程 （1） 式中：單位過濾面積獲得的濾液體積，m3 / m2；單位過濾面積上的虛擬濾液體積，m3 / m2；實(shí)際過濾時間，s；

34、虛擬過濾時間，s；過濾常數(shù)，m2/s。將式（1）進(jìn)行微分可得： （2）這是一個直線方程式，于普通坐標(biāo)上標(biāo)繪的關(guān)系，可得直線。其斜率為，截距為，從而求出、。至于可由下式求出： （3）注：當(dāng)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的時間間隔不大時，可用增量之比來代替。過濾常數(shù)的定義式： （4） 兩邊取對數(shù) （5） 因，故與的關(guān)系在對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪時應(yīng)是一條直線，直線的斜率為，由此可得濾餅的壓縮性指數(shù)，然后代入式（4）求物料特性常數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)裝置的基本情況1.實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖（如圖一所示）：圖-1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-調(diào)速器；2-電動攪拌器；3、5、6、7、9、16-閥門；4-慮漿槽；8-壓力表；10-泥漿泵；11-后濾液入口閥

35、；12-前濾液入口閥；13-后濾液出口閥；14-前濾液出口閥； 15-濾液槽； 17-過濾機(jī)組；18-壓緊裝置；19-反洗水箱；如圖-1所示，濾漿槽內(nèi)配有一定濃度的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液（濃度在6-8%左右），用電動攪拌器進(jìn)行均勻攪拌(以漿液不出現(xiàn)旋渦為好)。啟動旋渦泵，調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5指示在規(guī)定值。濾液量在計(jì)量桶內(nèi)計(jì)量。實(shí)驗(yàn)裝置中過濾、洗滌管路分布如圖-2所示圖-2 板框過濾機(jī)固定頭管路分布圖2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表-1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號名稱規(guī)格材料1攪拌器型號: KDZ-12過濾板160*180*11（mm）不銹鋼3濾布工業(yè)用4過濾面積0.0475m25計(jì)量桶長327mm、寬28

36、6mm3.實(shí)驗(yàn)裝置面板圖（如圖-3所示）：圖-3 設(shè)備儀表面板示意圖五、實(shí)驗(yàn)方法及操作步驟1.系統(tǒng)接上電源，打開攪拌器電源開關(guān)，啟動電動攪拌器2，將濾液槽4內(nèi)漿液攪拌均勻。2板框過濾機(jī)板、框排列順序?yàn)楣潭^-非洗滌板（）-框（）-洗滌板（）-框（）-非洗滌板（）-可動頭。用壓緊裝置壓緊后待用。3使閥門3、5、13、14處于全開、閥門6、7、11、9、12、16處于全關(guān)狀態(tài)。啟動旋渦泵10，打開閥門9，利用調(diào)節(jié)閥門3使壓力達(dá)到規(guī)定值。4待壓力表8數(shù)值穩(wěn)定后，打開過濾后濾液入口閥11開始過濾。當(dāng)計(jì)量桶15內(nèi)見到第一滴液體時開始計(jì)時，記錄濾液每增加高度10mm時所用的時間。當(dāng)計(jì)量桶15讀數(shù)為150

37、mm時停止計(jì)時，并立即關(guān)閉后進(jìn)料閥11。5打開閥門3使壓力表8指示值下降，關(guān)閉泵開關(guān)。放出計(jì)量桶內(nèi)的濾液并倒回槽內(nèi)，保證濾漿濃度恒定。6洗滌實(shí)驗(yàn)時關(guān)閉閥門5、3，打開閥門6、7、9。調(diào)節(jié)閥門7使壓力表8達(dá)到過濾要求的數(shù)值。打開閥門13、12，等到閥門13有液體流下時開始計(jì)時，洗滌量為過濾量的四分之一。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，放出計(jì)量桶內(nèi)的濾液到反洗水箱內(nèi)。7開啟壓緊裝置卸下過濾框內(nèi)的濾餅并放回濾漿槽內(nèi)，將濾布清洗干凈。8改變壓力值，從步驟2開始重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。六、操作注意事項(xiàng) 1過濾板與過慮框之間的密封墊注意要放正，過濾板與過濾框上面的濾液進(jìn)出口要對齊。濾板與慮框安裝完畢后要用搖柄把過濾設(shè)備壓緊，以免漏液。

38、2計(jì)量桶的流液管口應(yīng)緊貼桶壁，防止液面波動影響讀數(shù)。3由于電動攪拌器為無級調(diào)速，使用時首先接上系統(tǒng)電源，打開調(diào)速器開關(guān)，調(diào)速鈕一定由小到大緩慢調(diào)節(jié)，切勿反方向調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)過快以免損壞電機(jī)。4啟動攪拌前，用手旋轉(zhuǎn)一下攪拌軸以保證啟動順利。七、附數(shù)據(jù)處理過程舉例（數(shù)據(jù)表見附表）過濾常數(shù): K，qe，e 的計(jì)算舉例（以第一套0.05Mpa第2組為例）已知過濾面積: A0.0475m2V=S×H=0.286×0.327×0.01=9.352×10-4（m3）q=V/A=9.352×10-4/0.0475=0.0197（m3/m2）= 48.61-16.0

39、2 =32.59（S）32.59/（0.0595-0.0397）=1.643×103 從 關(guān)系圖上直線得： 斜率:26955 K7.42×10-5 m3/m2 截距: 336.23qe0.0125 (m3/m2)e = q2e /K=0.01252/7.42×10-5 =2.10按以上方法依次計(jì)算 關(guān)系圖上直線的過濾常數(shù)，序號高度Q（m/m）Qav（m/m）MPaMPaMpa時間(s)(s)/q時間(s)(s)/q時間(s)(s)/q表-2第一套過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表表-3 第一套過濾實(shí)驗(yàn)物料常數(shù)壓縮性指數(shù)數(shù)據(jù)表序號斜率截距壓差(Pa)K(m3/m2.s)qe(m3/m2

40、)e(s)123物料常數(shù)k= ；壓縮性指數(shù)s=圖-4 /qq 曲線圖-5 P-K 曲線6.能量轉(zhuǎn)換（伯努利方程）演示實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.演示流體在管內(nèi)流動時靜壓能、動能、位能相互之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，加深對伯努利方程的理解。2.通過能量之間變化了解流體在管內(nèi)流動時其流體阻力的表現(xiàn)形式。3.可直接觀測到當(dāng)流體經(jīng)過擴(kuò)大、收縮管段時，各截面上靜壓頭的變化過程，形象直觀，說服力強(qiáng)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測量幾種情況下的壓頭，并作分析比較。2.測定管中水的平均流速和點(diǎn)C、D 處的點(diǎn)流速，并做比較。三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)驗(yàn)管路中沿管內(nèi)水流方向取n個過水?dāng)嗝?。運(yùn)用不可壓縮流體的定常流動的總流Bernoulli方程，可以列出進(jìn)口

41、附近斷面（1）至另一緩變流斷面（i）的伯努利方程：其中i=2，3，4，n； 取。選好基準(zhǔn)面，從斷面處已設(shè)置的靜壓測管中讀出測管水頭的值；通過測量管路的流量，計(jì)算出各斷面的平均流速和的值，最后即可得到各斷面的總水頭的值。四、實(shí)驗(yàn)裝置基本情況1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖（如圖一、圖二所示）：圖二 實(shí)驗(yàn)測試導(dǎo)管管路圖圖一 能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)流程示意圖2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：表一 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)序號名稱規(guī)格（尺寸）材料1主體設(shè)備離心泵型號：WB50/025不銹鋼2水箱880×370×550不銹鋼3高位槽445×445×730有機(jī)玻璃五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1.將水箱灌入一定量的蒸

42、餾水，關(guān)閉離心泵出口上水閥及實(shí)驗(yàn)測試導(dǎo)管出口流量調(diào)節(jié)閥、排氣閥、排水閥，打開回水閥和循環(huán)水閥后啟動離心泵。2.逐步開大離心泵出口上水閥，當(dāng)高位槽溢流管有液體溢流后，利用流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)出水流量。穩(wěn)定一段時間。3.待流體穩(wěn)定后讀取并記錄各點(diǎn)數(shù)據(jù)。4.逐步關(guān)小流量調(diào)節(jié)閥，重復(fù)以上步驟繼續(xù)測定多組數(shù)據(jù)。 5.分析討論流體流過不同位置處的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系并得出結(jié)論。6.關(guān)閉離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。六.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.離心泵出口上水閥不要開得過大，以免水流沖擊到高位槽外面，導(dǎo)致高位槽液面不穩(wěn)定。2.調(diào)節(jié)水流量時，注意觀察高位槽內(nèi)水面是否穩(wěn)定，隨時補(bǔ)充水量保持穩(wěn)定。3.減小水流量時閥門調(diào)節(jié)要緩慢，以免水量突然減小使測

43、壓管中的水溢出管外。 4.注意排除實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)的空氣泡。5.避免離心泵空轉(zhuǎn)或離心泵在出口閥門全關(guān)的條件下工作。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（測量點(diǎn)結(jié)果圖見圖三、圖四、圖五、圖六）A截面的直徑14mm； B截面直徑28mm；C截面、D截面直徑14mm；以D截面的中心為零基準(zhǔn)面；D截面中心距基準(zhǔn)面為ZD=0mm。 A截面和D截面間距離為100mm；A、B、C截面ZA=ZB=ZC=100（即標(biāo)尺為100毫米）對這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如下：表二 第一套數(shù)據(jù)記錄表序號項(xiàng)目流量 （l/h）流量 （l/h）流量 （l/h）壓強(qiáng)測量值（mmH2O)壓頭（mmH2O)壓強(qiáng)測量值（mmH2O)壓頭（mmH2O)壓強(qiáng)測量值（mmH2O

44、)壓頭（mmH2O)1靜壓頭2沖壓頭3靜壓頭4靜壓頭5靜壓頭6靜壓頭7靜壓頭8靜壓頭9靜壓頭10靜壓頭11沖壓頭12靜壓頭13沖壓頭14靜壓頭15沖壓頭1.沖壓頭分析：沖壓頭為靜壓頭與動壓頭之和。實(shí)驗(yàn)中觀測到，從測壓點(diǎn)2至11截面上的沖壓頭依次下降，這符合下式所示的從截面2流至截面1的柏努利方程。=-=637-523=114（mmH2o）2.截面間靜壓頭分析:（同一水平面處靜壓頭變化）3.截面間靜壓頭分析：（不同水平面處靜壓頭變化）4.壓頭損失的計(jì)算：5.文丘里測量段分析結(jié)論：7.連續(xù)精餾計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和過程控制精餾實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解板式精餾塔的結(jié)構(gòu)和操作。2.學(xué)習(xí)精餾塔性能參數(shù)的測量方

45、法，并掌握其影響因素。3.學(xué)會通過程序運(yùn)行和電動調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)節(jié)完成整個實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)控制，同時應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理及圖像生成。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測定精餾塔在全回流條件下,穩(wěn)定操作后的全塔理論塔板數(shù)和總板效率。2.測定精餾塔在某一流條件下,穩(wěn)定操作后的全塔理論塔板數(shù)和總板效率。三、實(shí)驗(yàn)原理 對于二元物系，如已知其汽液平衡數(shù)據(jù)，則根據(jù)精餾塔的原料液組成，進(jìn)料熱狀況，操作回流比及塔頂餾出液組成，塔底釜液組成可以求出該塔的理論板數(shù)NT.按照式1可以得到總板效率ET,其中NP為實(shí)際塔板數(shù)。ET （1）部分回流時，進(jìn)料熱狀況參數(shù)的計(jì)算式為 （2）式中： tF 進(jìn)料溫度， 。 tBP 進(jìn)料

46、的泡點(diǎn)溫度， 。Cpm 進(jìn)料液體在平均溫度（tF+ tP）/2下的比熱，KJ/（kmol. ） rm 進(jìn)料液體在其組成和泡點(diǎn)溫度下的汽化潛熱，KJ/kmol KJ/（kmol. ） （3） KJ/kmol （4）式中： CP1， CP2 分別為純組份1和組份2在平均溫度下的比熱，KJ/（kg. ）。 r1,r2 分別為純組份1和組份2在泡點(diǎn)溫度下的汽化潛熱，KJ/kg。M1，M2分別為純組份1和組份2的摩爾質(zhì)量，KJ/kmol。x1,x2分別為純組份1和組份2在進(jìn)料中的摩爾分率。四、實(shí)驗(yàn)裝置基本情況1實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖（如圖一所示）：圖一 精餾實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-儲料罐；2-進(jìn)料泵；3-放料閥；4-

47、料液循環(huán)閥；5-直接進(jìn)料閥；6-間接進(jìn)料閥；7-流量計(jì)；8-高位槽；9-玻璃觀察段；10-精餾塔；11-塔釜取樣閥；12-釜液放空閥；13-塔頂冷凝器；14回流比控制器；15-塔頂取樣閥；16-塔頂液回收罐；17-放空閥；18-塔釜出料閥；19-塔釜儲料罐；20-塔釜冷凝器；21-第六塊板進(jìn)料閥；22-第七塊板進(jìn)料閥；23-第八塊板進(jìn)料閥；T1-T12-溫度測點(diǎn)2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)見表一： 表一 精餾塔結(jié)構(gòu)參數(shù)名稱直徑（mm）高 度（mm）板間距（mm）板 數(shù)(塊)板型、孔徑（mm）降液管材 質(zhì)塔體57×3.510010010篩板2.08×1.5不

48、銹鋼塔釜100×2300不銹鋼塔頂冷凝器57×3.5300不銹鋼塔釜冷凝器57×3.5300不銹鋼表二 乙醇正丙醇 t-x-y 關(guān)系 (以乙醇摩爾分率表示，x-液相，y-氣相 )t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.126.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141.0乙醇沸點(diǎn): 78.3; 正丙醇沸點(diǎn):97.2.3實(shí)驗(yàn)儀器及試劑實(shí)驗(yàn)物系：乙醇正丙醇

49、（化學(xué)純或分析純）； 實(shí)驗(yàn)物系平衡關(guān)系見表二；實(shí)驗(yàn)物系濃度要求: 15-25(乙醇質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，濃度分析使用阿貝折光儀(用戶自備)，折光指數(shù)與溶液濃度的關(guān)系見表三。表三 溫度折光指數(shù)液相組成之間的關(guān)系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.5990251.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37051.3680301.38091.37961.37841.37591.37551.37121.36901.3668351.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.36500.644

50、50.71010.79830.84420.90640.95091.000251.36071.36581.36401.36281.36181.36061.3589301.36571.36401.36201.36071.35931.35841.3574351.36341.36201.36001.35901.35731.36531.355130OC下質(zhì)量分率與阿貝折光儀讀數(shù)之間關(guān)系也可按下列回歸式計(jì)算: 58.84411642.61325 ×nD其中：W為乙醇的質(zhì)量分率； nD為折光儀讀數(shù) (折光指數(shù))；通過質(zhì)量分率求出摩爾分率(X)，公式如下: 乙醇分子量46; 正丙醇分子量B603實(shí)驗(yàn)設(shè)備面板圖（如圖二所示）圖二 精餾設(shè)備儀表面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟 1.實(shí)驗(yàn)前檢查準(zhǔn)備工作 (1)將與阿貝折光儀配套使用的超級恒溫水浴(阿貝折光儀和超級恒溫水浴用戶自備)調(diào)整運(yùn)行到所需的溫度，并記錄這個溫度。將取樣用注射器和鏡頭紙備好。（2）檢查實(shí)驗(yàn)裝置上的各個旋塞、閥門均應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。 （3）配制一定濃度(質(zhì)量濃度 20左右)的乙醇正丙醇混合液(總?cè)萘?5升左右),倒入儲料罐。（4）打開直接進(jìn)料閥門和進(jìn)料泵開關(guān), 向精餾釜內(nèi)加料到指定高度 (冷液面在塔釜總高23處), 而后關(guān)閉進(jìn)料閥門和進(jìn)料泵。2. 實(shí)驗(yàn)操作(1)全回流操作 打開塔頂冷凝器進(jìn)水閥門,保證