化工原理實驗指導(dǎo)書

1、化工原理實驗指導(dǎo)書化工原理教學(xué)組仲凱農(nóng)業(yè)工程學(xué)院2007年7月目 錄0 引言11 實驗方法論22 實驗誤差分析及數(shù)據(jù)處理63 實驗實驗一 流體流動阻力的測定14實驗二 流量計的流量校正18實驗三 離心泵特性曲線的測定22實驗四 過濾實驗27實驗五 換熱器的操作和傳熱系數(shù)的測定31實驗六 填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定35實驗七 精餾塔的操作與塔效率的測定41實驗八 干燥操作和干燥速率曲線的測定460 引 言0.1化工原理實驗特點及基本要求0.1.1特點化工原理實驗屬于工程實驗范疇。研究對象：實際問題和工程問題。基本研究方法：因次分析法，數(shù)學(xué)模型法。兩種功能：由此及彼，由小見大。0.1.2

2、基本要求（1）學(xué)會工程實驗的兩種基本研究方法和數(shù)據(jù)處理方法；（2）熟悉化工數(shù)據(jù)的基本測試方法和技術(shù)；（3）熟悉并掌握化工典型設(shè)備的操作。0.2化工原理實驗教學(xué)內(nèi)容化工原理實驗課的內(nèi)容包括實驗理論教學(xué)和典型實驗教學(xué)兩大部分。實驗理論主要闡明實驗方法論、實驗誤差和數(shù)據(jù)處理、檢測儀表測試技術(shù)和典型化工設(shè)備的操作。而典型實驗的主要項目是：（1）流體流動阻力的測定；（2）流量計的流量校正；（3）離心泵特性曲線的測定；（4）過濾實驗；（5）換熱器的操作和傳熱系數(shù)的測定；（6）填料吸收塔的操作及傳質(zhì)系數(shù)的測定；（7）精餾塔的操作與塔效率的測定；（8）干燥操作和干燥速率曲線的測定；通過實驗課的教學(xué)，讓學(xué)生掌握

3、科學(xué)實驗的全過程，包括實驗前的準(zhǔn)備，進(jìn)行實驗操作，正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告。為了使學(xué)生有嚴(yán)肅的態(tài)度、嚴(yán)格的要求、嚴(yán)密的作風(fēng)，我們采用以下教學(xué)程序：（1）認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書和有關(guān)參考資料，了解實驗?zāi)康暮鸵?；?）進(jìn)行實驗室現(xiàn)場預(yù)習(xí)和計算機仿真模擬預(yù)習(xí)：了解實驗裝置，摸清實驗流程、測試點、操作控制點及所使用的檢測儀器和儀表；（3）編寫實驗預(yù)習(xí)報告，實驗前交給實驗指導(dǎo)老師審閱，獲準(zhǔn)后方能參加實驗；（4）進(jìn)行實驗操作：要求認(rèn)真細(xì)致地記錄實驗原始數(shù)據(jù)，操作中應(yīng)能進(jìn)行理論聯(lián)系實際的思考；（5）實驗數(shù)據(jù)處理：用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，不合要求的重做，并有一組手算的計算示例；（6）撰寫實驗報告：包括

4、計算示例，計算結(jié)果匯總，結(jié)果討論，回答問題等。1 實驗方法論Ll1.1化學(xué)工程問題的研究方法以流體在圓管內(nèi)流動阻力為例，圖1-1。1.1.1理論推導(dǎo)的數(shù)學(xué)分析法 流體作層流流動： 圖1-1 流體在圓管內(nèi)流動 力平衡： （1）牛頓粘性定律: （2） (2)代入(1): 由邊界條件積分得：1.1.2半經(jīng)驗半理論的數(shù)學(xué)模型法流體作湍流流動：力平衡不變，牛頓粘性定律不適用湍流脈動。但剪應(yīng)力與形變率的關(guān)系仍服從，即，但湍流粘度難以確定。1.1.3因次（量綱）論指導(dǎo)下的實驗研究方法（1）列出影響阻力大小的主要因素：（2）因次（量綱）分析：組成無因次（量綱為1）數(shù)群（3）實驗，擬合成函數(shù)關(guān)系或曲線1.1.4

5、直接實驗方法結(jié)果可靠，但有很大的局限性，耗時費力。1.2量綱分析法 1.2.1 因次（量綱）、基本因次、導(dǎo)出因次 因次：區(qū)別物理量的標(biāo)志（又叫量綱）。 基本因次：基本量的因次：導(dǎo)出因次：導(dǎo)出量的因次：。1.2.2因次（量綱）分析法的基礎(chǔ)（1）因次（量綱）一致法：物理方程中的每一項都有相同的因次（量綱）。（2）定律：無因次（量綱為1）數(shù)群N = 物理量數(shù)n基本因次(量綱)數(shù)m1.2.3因次（量綱）分析法規(guī)劃實驗的步驟例：直徑為d的圓球在流體中等速下降的阻力 r（1）析因分析（實驗）：找出影響r的因素，（2）選擇m個基本變量：力學(xué)范圍內(nèi)，尺寸：d， 運動：u，與力有關(guān):（3）根據(jù)定律寫出N個無因次

6、式：N=5-3=2，=非基本變量/基本變量 （4）解無因次（量綱為1）準(zhǔn)數(shù)式的指數(shù)方法：將各物理量的因次（量綱）代入無因次（量綱為1）式中，由分子分母因次（量綱）相同解指數(shù)。 如：解得： 所以： 同理：（5）按無因次關(guān)系進(jìn)行實驗：，調(diào)一個流量，測一個壓降。（6）實驗數(shù)據(jù)整理或作曲線：一般按形式：1.2.4如何模擬實驗？如何將模擬實驗結(jié)果換算到實際設(shè)備？幾何相似模型和原型相對應(yīng)的幾何尺寸保持一定比例；運動相似在相似系統(tǒng)中各對應(yīng)上對應(yīng)時刻的運動參數(shù)（u、a、）方向一致，大小成一定比例；動力相似模型和原型所有對應(yīng)點上都作用相同性質(zhì)的力且各力的比值相同。例：有一空氣管直徑為300mm，管路內(nèi)安裝一孔徑

7、為150mm的孔板，管內(nèi)空氣溫度為200，壓強為常壓，最大氣速為10m/s，試估計孔板的阻力損失為多少？解：因次分析得：（1）由幾何相似確定實驗設(shè)備 取實驗設(shè)備為30mm的管子，則孔板孔徑（2）實驗用水代替空氣，水溫20，由運動相似，確定水的查200的Air：=2.6x10-5 Pa.S =0.747 kg/m3查20的H2O： =1.005x10-2Pa.S =998.2 kg/m3 （3）實驗結(jié)果 （4）200的Air，在實際設(shè)備中的動力相似：1.2.5因次（量綱）分析法規(guī)劃實驗的優(yōu)點或局限性優(yōu)點：（1）實驗工作量大大減少。 （2）實驗難度下降：可不需要真實物料，可用模型設(shè)備代替實際設(shè)備（

8、由此及彼，由小見大）。局限性：（1）若變量數(shù)多，工作量仍很大。（例: 109 106） （2）建立量綱為1的準(zhǔn)數(shù)有一定任意性。1.3數(shù)學(xué)模型法區(qū)別：因次（量綱）分析法：對過程內(nèi)在規(guī)律不作任何認(rèn)識（黑箱）。 數(shù)學(xué)模型法：對過程有深刻認(rèn)識，得出足夠簡化而不失真的模型步驟：（1）預(yù)實驗，簡化模型。（2）實驗檢驗簡化模型的等效性。（3）通過實驗確定模型參數(shù)。 例如：流體通過顆粒層流動：爬流虛擬毛細(xì)管2 實驗誤差分析及數(shù)據(jù)處理2.1誤差分析2.1.1 誤差的基本概念（1）分類系統(tǒng)誤差：在測量或?qū)嶒炦^程中未發(fā)覺或未確定的因子所引起的誤差。當(dāng)實驗條件一經(jīng)確定，其大小和符號固定不變。隨機誤差：在已經(jīng)消除系統(tǒng)誤

9、差的一切測量值的觀察中，所測數(shù)據(jù)仍在末一位或末兩位數(shù)字上有著差別，而且它們的絕對值和符號的變化，時大時小，時正時負(fù)。隨機誤差的算術(shù)平均值趨盡于零。過失誤差：由于實驗人員粗心大意造成與事實不符的誤差。（2）誤差的表示法A、測量點的誤差絕對誤差：ei=xi-x0 xi測量值 x0真值 di=xi-xm xm最佳值 xm=(x1+x2+xn)/n相對誤差：ei/x0 或di/xmB、測量集合的誤差極限誤差： （算術(shù)平均值的誤差） 不是一個具體的誤差，它的大小只說明在一定條件下等精度測量集合中的每一個觀測值對其算術(shù)平均值的分散程度。C、絕對誤差（3）準(zhǔn)確度和精密度準(zhǔn)確度：測量值和真值之間的符合程度。精

10、密度：所測量的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性的程度。精密度高，準(zhǔn)確度不一定高；但準(zhǔn)確度高，其精密度一定高。2.1.2 隨機誤差的正態(tài)分布性質(zhì)在系統(tǒng)誤差忽略條件下，一個物理量在同一條件下進(jìn)行多次測量，發(fā)現(xiàn)有一定規(guī)律。如用流量計測定一固定流量（30），其結(jié)果服從正態(tài)分布。其特點：（1）單峰性：絕對值小的誤差出現(xiàn)的幾率大。（2）對稱性：絕對值相同的正、負(fù)誤差的幾率相同。（3）有界性：大的誤差出現(xiàn)幾率小，且不超過一定的限度。（4）低償性：隨著測量次數(shù)的增加，隨機誤差的算術(shù)平均值等于零。誤差分析曲線積分可得，誤差大于3出現(xiàn)的概率，在370次觀測中只有一次。2.1.3 3法則凡是誤差大于3的數(shù)據(jù)點應(yīng)予以舍棄（實際測量次數(shù)一般

11、不超過10次）。2.1.4 間接測量誤差估計設(shè)間接測量y和直接測量xi間有如下關(guān)系：實際上，直接測量誤差xi是互不相關(guān)的隨機量，根據(jù)概率論，要確定未知量y 的隨機誤差，應(yīng)將各部分誤差平方再相加，然后求其開方值，即：2.1.5測量結(jié)果表示方法（1） 單次測量結(jié)果（2） 多次測量結(jié)果注意：計算的m儀時，用m；否則用儀。例：圓柱體的半徑 r 已知為2 .1±0.1cm 而長度L為6.4±0.2cm，求圓柱體體積及均值標(biāo)準(zhǔn)誤差。解: V=×(2.1) 2×6.4±m=88.7±8.9=89±9cm32.2實驗數(shù)據(jù)處理2.2.1列表表

12、示方法（1）實驗數(shù)據(jù)記錄表（例 流體流動實驗） 設(shè)備編號 _ 管徑 _ 管長 _ 管件 _ 水溫度_ 儀表常數(shù)_序號數(shù)字電表讀數(shù) N/S直管阻力壓差計讀數(shù)局部阻力差計讀數(shù)左(mm)右（mm)左（mm）右(mm)01（2）計算結(jié)果表序號流量m3/sU m/sRe×104Hf直，mH2oHf居， mH2O122.2.2實驗曲線表示法(1)坐標(biāo)紙選擇線形函數(shù)：y=ax+b （直角坐標(biāo)紙）冪函數(shù)： y=axb log y=lga + blgx （雙對數(shù)坐標(biāo)紙）指數(shù)函數(shù)：y=aebx log y=lga+0.4343bx （半對坐標(biāo)紙）(2)坐標(biāo)的分度：即坐標(biāo)的比例尺。比例尺選擇不當(dāng)，會使圖形

13、失真。例:某組實驗數(shù)據(jù)為：X1.02.03.04.0y8.08.28.38.0上圖的原因是：沒有考慮測量誤差。若考慮測量誤差：設(shè)x=±0.05，y=±0.2，則(x,y)位于底邊為2x，高為2y的矩形內(nèi)，兩種比例尺的圖形都是一條曲線，如下圖a、b所示。設(shè)x=±0.05，y=±0.04則它們都是在x=3時，y具有最大值，如下圖c、d所示 只要考慮了測量誤差，選擇不同的坐標(biāo)比例尺都能得到同樣的函數(shù)關(guān)系。但從上面的圖形看出，比例太小，矩形太扁，而比例太大，矩形太長，這些矩形都不能作為光滑的曲線的點。為了得到理想的圖形，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)谋壤摺＿x擇比例尺原則：坐標(biāo)

14、比例尺： 按照上述原則描繪x=±0.05,y=±0.04曲線應(yīng)如下圖所示。對于x軸：；對于y軸：。2.2.3用數(shù)學(xué)模型（函數(shù)式）表示實驗結(jié)果數(shù)學(xué)模型是表示實驗結(jié)果函數(shù)關(guān)系的一個重要方法。數(shù)學(xué)模型的確定，一般可分為三個步驟：確定數(shù)學(xué)模型的函數(shù)類型；確定數(shù)學(xué)模型式中各個待定系數(shù)；對數(shù)學(xué)模型的可靠程度進(jìn)行評價。（1）數(shù)學(xué)模型函數(shù)類型的確定y=f(x1 , x2) 作圖觀察化工常用的函數(shù)形式有：（3） 模型的線性化和待定系數(shù)的確定 待定系數(shù)Bi的確定，常用的有分組平均法、圖解法、最小二乘法等A、分組平均法例：已知 x3.44.35.46.78.710.6y4.55.86.88.11

15、0.512.7若選定的模型為,則:B、圖解法 例：某實驗數(shù)據(jù)如：x1.002.406.6014.0y1.792.905.408.2求：y-x的數(shù)學(xué)模型式解：此數(shù)據(jù)在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪得一直線C、最小二乘法最小二乘法：各觀測值與最佳值的殘差的平方之和為最小。對于：，求待定系數(shù)Bi時，使模型式的計算值y和實驗值yi的誤差（或殘差）平方之和為最小。即目標(biāo)函數(shù)為：例：用最小二乘法解上述圖解法的例題解：為了簡單起見，設(shè)y=A+Bx 解得：A0.2312 B0.602 a=1.703 b=0.602XI=lgxiYI=lgyiXiyiXi200.3860.8191.1460.2300.4600.7320.9

16、1400.1780.6001.04700.1490.6711.3132.3512.3361.8252.133（3）數(shù)學(xué)模型的可靠程度A、標(biāo)準(zhǔn)差B、線性相關(guān)系數(shù)實驗一 流體流動阻力的測定1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的：(1)熟悉測定流體流經(jīng)直管和管件的阻力損失的實驗組織法及測定摩擦系數(shù)的工程意義；(2)學(xué)會壓差計和流量計的使用方法；(3)識別組成管路中各個管件、閥門，并了解其作用。內(nèi)容：(1)測定某一直管的摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，并求其粗糙度；(2)測定流體流經(jīng)閥門的阻力系數(shù)。2、基本原理（1）直管阻力損失流體在水平均勻直管中定態(tài)流動，由截面1流到截面2阻力損失表現(xiàn)為壓強降低：用水作物系，確定，即可計算

17、任一流體在該管道中流動的。（2）局部阻力損失當(dāng)量長度法： 各種局部阻力的當(dāng)量長度之和局部阻力系數(shù)法： 3、實驗流程圖1,2,3,4測壓閥；5,6,7,8，11放氣閥；9,10平衡閥；12,13截止閥。本實驗的物料為自來水，由離心泵供水，循環(huán)使用，流體流量由裝設(shè)管道中渦輪流量計計量，安裝渦輪流量計必須保證前后有規(guī)定的直管段（一般上游段為20Dg，下游段為15Dg），且在變送器前應(yīng)加設(shè)過濾裝置（防止渦輪被介質(zhì)卡住）。渦輪變送器：脈沖信號頻率和流量成正比 脈沖數(shù)，次； -測量時間，秒： 比例系數(shù)（流量系數(shù)），次/升 升/秒4、實驗步驟 （1）實驗前檢查U型管液面是否一致，打開平衡閥9、10，關(guān)閉放氣

18、閥5、6、7、8、11，打開測壓閥1、2、3、4，接通渦輪流量計電源。（2）關(guān)閉出口閥，啟動離心泵。（3）供水后，依次進(jìn)行總管排氣；測壓導(dǎo)管排氣；壓差計排氣。（4）檢查系統(tǒng)是否排凈空氣，然后測量，考慮測量范圍和實驗布點（前密后疏）。（5）實驗結(jié)束后，打開平衡閥,關(guān)閉泵和流量計電源。5、實驗數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備編號 ；水溫度 ；儀表常數(shù) ；管徑 ；管件 ；管長 。序號數(shù)字顯示儀表讀數(shù)直管阻力壓差計讀數(shù)局部阻力壓差計讀數(shù)左（）右（）左（）右（）0123456789106、實驗結(jié)果部分的要求（1）用雙對數(shù)坐標(biāo)紙關(guān)聯(lián)一定下摩擦系數(shù)與之間的關(guān)系；（2）根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算閥門的局部阻力系數(shù)的平均值，標(biāo)準(zhǔn)誤差，均值

19、標(biāo)誤差及真值。附1：計算結(jié)果表序號流量 ×104直局12345678910附2：閥門局部阻力系數(shù)的平均值，標(biāo)準(zhǔn)誤差，均值標(biāo)準(zhǔn)誤差及真值的計算 解：平均值 實驗次數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)誤差 1、2、3n 均值標(biāo)準(zhǔn)誤差 真值 檢查有無可疑值的舍棄： 或 若大于，舍棄第i實驗點，按上述步驟重算、 若不大于，無可疑值。 7、思考題（1）在型壓差計上裝設(shè)“平衡閥”有何作用?它們在何時開著，何時關(guān)閉？（2）離心泵啟動前哪些閥應(yīng)開著，哪些閥應(yīng)關(guān)閉？ （3）在進(jìn)行系統(tǒng)排氣時，是否應(yīng)關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥門？為什么？（4）如何檢驗測試系統(tǒng)內(nèi)的空氣已經(jīng)排除干凈？（5）型壓差計的零點應(yīng)如何校正？（6）在一定下，的關(guān)系曲線是怎

20、樣的？當(dāng)是夠大時，曲線情況如何?由此可得何種結(jié)論？實驗二 流量計的流量校正1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的：(1)學(xué)會流量計的流量校正方法；(2)通過孔板流量計孔流系數(shù)的測定，了解其變化規(guī)律。內(nèi)容：(1)測定孔板流量計的孔流系數(shù)；(2)測定孔板流量計永久壓強損失。2、基本原理本實驗用的孔板流量計是管道法蘭間裝有一中心開孔的銅板在圖2-1的1和2截面間列機械能守恒式:理想流體： 已知，未知實驗測壓口裝在法蘭上，即，且非理想流體。不可壓縮流體， 令 孔流系數(shù)對于測壓方式、結(jié)構(gòu)盡寸、加工狀況、管道粗糙度等均已規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板： 孔板流量計是一種易于制造；結(jié)構(gòu)簡單的測量裝置，因此使用廣泛。但其主要缺點是能量損失大

21、，用型差壓計可測量這個損失永久壓強損失。流量計的校正，有量體法、稱量法和基準(zhǔn)流量計法。本實驗采用基準(zhǔn)流量計法。它用一個已被校正過而精度級較高的流量計作為比較基準(zhǔn)。3、實驗流程圖被?？装迩昂蟊仨氂兄惫芏?，上游：30-50，下游：5-8。永久壓頭取壓點上下游離孔板端面：3-5和8，（-指內(nèi)徑）。4、實驗步驟 （1）實驗前檢查型管液面是否一致，打開平衡閥9、10，關(guān)閉放氣閥5、6、7、8、11，打開測壓閥1、2、3、4，接通渦輪流量計電源。（2）關(guān)閉出口閥，啟動離心泵。（3）供水后，依次進(jìn)行總管排氣，測壓導(dǎo)管排氣，壓差計排氣。（4）檢查系統(tǒng)是否排凈空氣，然后測量，考慮測量范圍和實驗布點（前密后疏）。

22、（5）實驗結(jié)束后，打開平衡閥，關(guān)閉泵和流量計電源。 5、實驗數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備編號 ；水溫度 ；儀表常數(shù) ；管徑 ；孔徑 ；流量范圍 。序號數(shù)字顯示儀表讀數(shù)孔板阻力差計讀數(shù)永久壓強壓差計讀數(shù)左（）右（）左（）右（）012345678910 6、實驗報告中實驗結(jié)果部分的要求（1）繪出孔流系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系曲線（）（2）繪出永久壓強損失和流速的關(guān)系曲線（）附：誤差分析及、曲線的繪制(1)流量的誤差及坐標(biāo)比例尺：(2)孔流系數(shù)的誤差及坐標(biāo)比例尺： 取若(4)流速的誤差及坐標(biāo)比例尺：(5)的誤差及坐標(biāo)比例尺：同理：實驗曲線繪制為： 7、思考題（1）為什么測試系統(tǒng)要排氣，如何正確排氣？（2）為什么流量計和壓

23、差計讀數(shù)的精確度直接影響的數(shù)值？如何保證讀數(shù)精確？（3）為什么速度式流量計安裝時，要求其前后有一定的直管穩(wěn)定段？（4）本實驗可得及的曲線，這二種表示法各有什么優(yōu)點？實驗三 離心泵特性曲線的測定1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的：(1)熟悉離心泵操作，了解離心泵結(jié)構(gòu)和特性；(2)掌握離心泵特性曲線的測定方法。內(nèi)容：測定離心泵在特定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。2、基本原理泵是輸送液體的機械。在選用泵時，一般總是根據(jù)生產(chǎn)要求的揚程和流量，參照泵的特性來決定的。對于一定類型的泵來說，泵的特性主要指在一定轉(zhuǎn)速下泵的流量、揚程、功率和效率等。離心泵的特性曲線有三條，,= 3、實驗流程圖4、實驗步驟（1）實驗前，關(guān)閉泵的出口閥，

24、斷開功率表的開關(guān)，接通渦輪流量計電源（2）打開引水閥和放氣閥，引水灌泵灌滿后，關(guān)閉水源，引水閥、放氣閥（3）啟動泵，接通功率表開關(guān)（4）打開泵的出口閥，調(diào)至最小（=0），記錄流量計、壓強表、真空表、功率表的讀數(shù)（5）記錄最大流量，在最小最大流量范圍內(nèi)分割流量，進(jìn)行實驗布點（一般前疏后密，在附近尤其注意讀數(shù)）（6）實驗結(jié)束，拉開功率表開關(guān)，關(guān)閉泵和渦輪流量計電源。5、實驗數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備編號 ；水溫度 ；儀表常數(shù) ；離心泵型號 ；揚程 ；流量 ； 管徑：進(jìn) ；出 ； ； 精度 。序號數(shù)字顯示儀器次/s真空表壓力表功率表01234567896、實驗報告中結(jié)果部分的要求（1）寫出所測的離心泵的類型和規(guī)

25、格，設(shè)備編號及泵的性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)。（2）繪出離心泵特性的實驗結(jié)果，并畫出曲線圖。注明實驗條件，并和制造廠給出的數(shù)值進(jìn)行比較。附：離心泵實驗誤差分析和特性曲線的繪制（1） 流量的誤差及坐標(biāo)比例尺 測量誤差：-渦輪流量系數(shù)（次/升）儀表誤差：量程1.610,渦輪流量計和顯示儀表精度均為0.5級即： 故： 以為流量誤差坐標(biāo)比例尺： 假設(shè)泵的最大流量為2.3 l/s，則坐標(biāo)軸總長為4.32.3100mm（2）揚程的誤差及坐標(biāo)比例尺 （壓力表量程,1.5級）（真空表量程,1.5級） 設(shè)，則坐標(biāo)軸總長為 = 13325=33.3mm （3）功率誤差及坐標(biāo)比例尺 (功率表0150w,0.5級) 電坐標(biāo)比例

26、設(shè)，則坐標(biāo)軸總長為 = 1.2100=120（4）效率誤差及坐標(biāo)比例尺的坐標(biāo)軸總長為=400.45=18mm7、思考題（1）離心泵在啟動前為什么要引水灌泵？如果已經(jīng)引水灌泵了但離心泵還是啟動不起來，你認(rèn)為可能是什么原因？怎樣解決？（2）為什么離心泵啟動時要關(guān)閉出口閥和拉下功率表的開關(guān)？（3）為什么調(diào)節(jié)離心泵的出口閥可調(diào)節(jié)其流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？是否還有其他方法調(diào)節(jié)泵的流量？（4）正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管上設(shè)閥門是否合理，為什么？（5）為什么在離心泵進(jìn)口管下安裝低閥？從節(jié)能觀點上看，低閥的裝設(shè)是否有利？你認(rèn)為應(yīng)如何改進(jìn)？實驗四 過濾實驗1、實驗?zāi)康哪康模?1)掌握過濾實驗問題的簡化工程

27、處理方法,及過濾常數(shù)的測定；(2)了解過濾設(shè)備的構(gòu)造和操作方法。內(nèi)容:測定恒壓操作下過濾常數(shù)K、及洗滌速率。2、基本原理過濾是借一種能將固體物截留而讓流體通過的多孔介質(zhì)，將固體物從液體或氣體中分離出來的過程。因此過濾在本質(zhì)上是流體通過固體顆粒層的流體，所不同的是這個固體顆粒層的厚度隨過濾過程的進(jìn)行不斷增加，因此，在勢能差不變的情況下，單位時間通過過濾介質(zhì)的液體也在不斷下降，及過濾速度不斷降低。過濾速度的定義是單位時間單位過濾面積內(nèi)通過過濾介質(zhì)的濾液量，即 式中: -過濾面積； -過濾時間； -通過過濾介質(zhì)的濾液量?？梢灶A(yù)測，在恒定壓差下，過濾速率與過濾時間之間的關(guān)系、單位面積的累計濾液量q和的

28、關(guān)系見下圖。影響過濾速度的主要因素除勢能差（）、濾餅厚度外，尚有濾餅，懸浮液（含有固體粒子的流體）性質(zhì)，懸浮液溫度，過濾介質(zhì)的阻力等，故難以用嚴(yán)格的流體力學(xué)方法處理。由于過濾速率為流體經(jīng)過固定床的表觀速度，同時液體在由細(xì)小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的流動屬于低雷諾數(shù)范圍。因此，利用流體通過固定床壓降的簡化數(shù)學(xué)模型，尋求濾液量與時間的關(guān)系，在低雷諾數(shù)下，可用康采尼（Kozeny）的計算式，即 對于不可壓縮濾餅，由上式可以導(dǎo)得過濾速率的計算式為式中：；形成與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅層所得的濾液量，；濾餅的比阻，；懸浮液中單位體積凈液體中所帶有的固體顆粒量清液；液體粘度，；過濾常數(shù)，。在恒壓差過濾時，上述微

29、分方程積分后可得。由上述方程可計算在過濾設(shè)備、過濾條件一定時，過濾一定濾液量所需要的時間，或者在過濾時間、過濾條件一定時為了完成一定生產(chǎn)任務(wù)，所需要的過濾設(shè)備大小。利用上述方程計算時，需要知道，等常數(shù)，而，常數(shù)只有通過實驗才能測定。在用實驗方法測定過濾常數(shù)時，需將上述方程變換成如下形式： 因此實驗時，只要維持操作壓強恒定，計取過濾時間和相應(yīng)的濾液量。以作圖得一直線，讀取直線斜率和截距求取常數(shù)和，或者將和的數(shù)據(jù)用最小二乘法求取和值，進(jìn)而計算和值。若在恒壓過濾之前的時間內(nèi)已通過過濾面的濾液，則在至 及至q范圍內(nèi)將上式積分，整理后得 上式表明和為線形關(guān)系，從而能方便地求出過濾常數(shù)和值3、實驗裝置本實

30、驗裝置系由配料桶、供料泵、高位槽、臥式圓形過濾機（或立式板框過濾機）、濾液計量筒以及空氣壓縮機等組成。其流程如下圖所示。碳酸鈣或碳酸鎂的懸浮液在配料桶內(nèi)配制成一定濃度后由供料泵送入高位槽，在高位槽內(nèi)用壓縮空氣攪拌，和配料桶構(gòu)成一循環(huán)系統(tǒng)，使?jié){液不致沉降，并利用壓縮空氣壓力將濾漿送入過濾機過濾，濾液流入計量筒。過濾完畢后，亦可用洗滌水洗滌和壓縮空氣吹干。4、實驗操作原則（1）本實驗用碳酸鈣粉末配制成濾漿，其量約占配料桶一半左右，配制濃度約在8.0波美度左右，用供料泵使其循環(huán)攪勻，并可防止產(chǎn)生沉淀。啟動泵之前必須了解泵的性能，掌握其操作方法。（2）濾布在裝上之前要用水先浸濕。（3）向高位槽供濾漿前

31、先打開通向該高位槽管路上所有閥門，而后再慢慢關(guān)小循環(huán)出口閥。（4）高位槽內(nèi)通入壓縮空氣進(jìn)行攪拌，以防止濾漿沉淀，并作為濾漿過濾時加壓之用。高位槽壓強可由放氣旁路上的閥門加以調(diào)節(jié)（壓強調(diào)節(jié)在以下）。（5）實驗操作壓強，一般可視配制的濾漿濃度選定，壓強選得太高過程進(jìn)行太快，來不及讀數(shù)，若選得太低實驗時間就增加，一般在上述濃度時約可選左右。（6）實驗初始階段不是恒壓操作，而接近恒速操作。因此可采用二只停表交替計時，記下時間和濾液量，并確定恒壓開始時間和相應(yīng)濾液量。（7）當(dāng)濾液量很少，濾渣已充滿濾框后，過濾階段可結(jié)束。（8）若需洗滌或要求洗滌速率和過濾最終速率的關(guān)系，可通入洗滌水，并記下洗滌水量和時間

32、。（9）若需吹干濾餅，則通入壓縮空氣。5、實驗報告中實驗結(jié)果部分的要求（1）以累計濾液量和時間作圖；（2）以對作圖，求出、并寫出完整的過濾方程式；（3）求出洗滌速率并和最終過濾速率比較。6、思考題（1）過濾開始時，為什么濾液經(jīng)常是渾濁的？（2）在恒壓過濾中，初始階段為什么不采取恒壓操作？（3）如果濾液的粘度比較大，你考慮用什么方法改善過濾速率？（4）當(dāng)操作壓強增加一倍，其K值是否也增加一倍，要得到同樣的過濾量時，其過濾時間是否縮短一半？實驗五 換熱器的操作和傳熱系數(shù)的測定1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的：(1)了解換熱器的結(jié)構(gòu)，掌握換熱器主要性能指標(biāo)的測定方法； (2)學(xué)會換熱器的操作方法。內(nèi)容：(1)

33、測定空氣水物系在常用流速范圍內(nèi)的傳熱系數(shù)； (2)先設(shè)定一種操作條件，待達(dá)到定態(tài)操作后，再增加熱（或冷）流體流量50%，并維持熱（或冷）流體進(jìn)、出口溫度不變，在實驗中實施之。2、基本原理在工業(yè)生產(chǎn)中換熱器是一種經(jīng)常使用的換熱設(shè)備。它是由許多個傳熱元件（如列管式換熱器的管束）組成。冷、熱流體借助于換熱器中的傳熱元件進(jìn)行熱量交換而達(dá)到加熱或冷卻任務(wù)。由于傳熱元件的結(jié)構(gòu)形式繁多，由此構(gòu)成的各種換熱器之性能差異頗大。為了合理的選用或設(shè)計換熱器，對他們的性能應(yīng)該要充分了解。除了文獻(xiàn)資料外，實驗測定換熱器的性能是重要途徑之一。（1）傳熱系數(shù)K的測定列管式換熱器是一種間壁式換熱器裝置，其傳熱過程為三個子過程

34、組成，即：熱流體和管壁間的對流給熱：管壁內(nèi)的熱傳導(dǎo)： 管壁和冷流體之間的對流給熱： 以冷流體測傳熱面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)與三個子過程的關(guān)系為： 對于以知的物系和確定的換熱器，上式可表示為K=f（Gh,Gc），因此，通過分別考察冷熱流體流量對傳熱系數(shù)的影響，可達(dá)到了解某個對流傳熱過程的性能。 傳遞系數(shù)K借助熱量衡算和傳熱速率方程式求?。簾崃亢馑悖?若 由于存在隨機誤差 傳熱不平衡度： 以此衡量換熱器操作的優(yōu)劣傳熱速率式： 式中： 下標(biāo)符號：h-熱流體；c-冷流體；m-對數(shù)平均值；進(jìn)-進(jìn)口；出-出口；逆-逆流。（2）換熱器的操作和調(diào)節(jié)換熱器的熱負(fù)荷發(fā)生變化時，需通過換熱器的操作以完成任務(wù)。由傳熱速率

35、知，影響傳熱量的參數(shù)有傳熱面積、傳熱系數(shù)和過程平均溫差三要素，由熱量衡算知，由于換熱器熱（或冷）流體的進(jìn)、出溫度不能隨意改變，在操作時的調(diào)節(jié)手段只能改變熱（或冷）流體的流量和進(jìn)口溫度。工藝要求： 、 一定，若Gh： 熱阻在冷流體側(cè)： 熱阻在熱流體側(cè)： 工藝要求： 、 一定，若： 熱阻在熱流體側(cè)： 熱阻在冷流體側(cè)： 本實驗熱阻受何種流體控制，應(yīng)如何設(shè)計操作？3、實驗流程圖注：列管換熱器：GLC1-4單殼程雙管程，殼層為圓缺擋板；傳熱管為低肋銅管10×1mm，有效管長290mm；管數(shù)：14； =0.4 。溫度計：0-50，分度1/10；：0-100，分度1/5轉(zhuǎn)子流量計：LZB-25,量

36、程1:10,精度1.5級；范圍：氣體2.5-25,液體：100-1000。4、實驗步驟（1）打開閥6，接通水源7，由調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)冷流體流量。（2）打開閥3，接通風(fēng)源1，由調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)空氣力量。接通加熱器4電源，加熱空氣到90-100。（3）維持冷熱流體流量不變，當(dāng)熱空氣進(jìn)口溫度在一定時間內(nèi)（約10分鐘）基本保持不變時，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，每個實驗點測3-4次數(shù)據(jù)，測量間隔時間約3-5分鐘。（4）在測量總傳熱系數(shù)時，維持冷流體流量不變的情況下，根據(jù)實驗有關(guān)要求，改變空氣流量5次。（5）在進(jìn)行換熱器的操作時，以某次實驗為基準(zhǔn)，擬定調(diào)節(jié)方案，并按第3點的要求測定數(shù)據(jù)（6）實驗結(jié)束后，關(guān)閉加熱電源，待熱空氣

37、溫度降至50以下，關(guān)閉冷熱流體源，關(guān)閉冷熱流體調(diào)節(jié)閥。5、實驗數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備編號： ； 傳熱面積 ： 。熱流體冷流體流量T進(jìn)/T出/流量t進(jìn)/t出/平均平均平均平均6、實驗報告中實驗結(jié)果部分的要求（1）列表表示熱（冷）流體的流量變化后，傳熱量傳熱平均推動力及傳熱系數(shù)的變化情況。并可得到什么結(jié)論？（2）按實驗內(nèi)容2的實施結(jié)果。附：轉(zhuǎn)子流量計流量校正 液體: 氣體: 7、思考題（1）為什么要待熱空氣進(jìn)口溫度穩(wěn)定后才讀數(shù)？（2）在實驗中有哪些因素影響實驗的穩(wěn)定性？（3）使用轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)注意什么問題？（4）本實驗采用改變哪種流體流量達(dá)到改變傳熱系數(shù)的目的？（5）你是如何設(shè)計實驗內(nèi)容2的傳熱操作？（6）

38、為了減少實驗誤差，冷流體的進(jìn)出口溫度計讀數(shù)需不需要校正？如果需要，如何校正？（7）在傳熱系數(shù)測定過程中，冷流體流量應(yīng)維持在較小值還是較大值？實驗六 填料吸收塔的操作及吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的: （1）熟悉吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定方法及實驗裝置； （2）了解操作條件改變對吸收率、平均推動力及傳質(zhì)系數(shù)的影響。內(nèi)容: （1）測定丙酮、空氣-水吸收系統(tǒng)在填料吸收塔內(nèi)作逆流接觸的吸收傳質(zhì)系數(shù)Kya或Kxa。 （2）分別改變吸收劑流量和進(jìn)口溫度t1進(jìn)，穩(wěn)定操作后測定氣體進(jìn)、出口濃度y1、y2，計算回收率和吸收率傳質(zhì)系數(shù)Kya或Kxa。2、基本原理吸收操作的目的是使進(jìn)塔氣體混合物中被吸收組分的出口

39、濃度達(dá)到一定要求。 影響的因素有：塔的結(jié)構(gòu)、填料類型、吸收劑性能以及操作條件。（1）吸收傳質(zhì)速率方程式及傳質(zhì)系數(shù)吸收傳質(zhì)速率： = 式中: 氣相總傳質(zhì)系數(shù)，;傳質(zhì)系數(shù)： 塔頂、塔底氣相平均推動力, ; 填料的有效接觸面積， 全塔物衡： 平均推動力： 由文獻(xiàn)可知：顯然： （2）吸收塔的操作和調(diào)節(jié)：在塔結(jié)構(gòu)、填料類型及吸收劑一定情況下，影響的因素主要是操作條件。A、G=const時，當(dāng)若氣相阻力控制： 若液相阻力控制： 若兩相阻力聯(lián)合控制：B、若氣相阻力控制： 若液相阻力控制： 若兩相阻力控制C、吸收劑 應(yīng)注意：當(dāng)且塔底平衡時， 當(dāng)且塔頂平衡時，3、實驗裝置該實驗裝置包括：空氣輸送，丙酮汽化，氣體

40、混合，吸收劑供給及氣液兩相填料塔中逆流接觸等部分，其流程圖如所示。圖中：、-壓力表；、- 溫度計；、-氣體進(jìn)出口取樣口；4、6、10-流量調(diào)節(jié)閥；1-空氣壓縮就機旁路閥；2-空氣壓力調(diào)節(jié)閥；3、5、7、8、9、10-啟閉閥。填料吸收塔：塔徑，41×3；塔高：600。填料：拉西環(huán)，尺寸：6×6×1（直徑×高度×壁厚）；填料層高度：400?？諝廪D(zhuǎn)子流量計：LZJ（耐丙酮），流量范圍：100-1000 ；精度：2.5級；液體轉(zhuǎn)子流量計：LZB-4，流量范圍：1-10；精度：2.5級。恒壓槽：長×寬×高=350×200&#

41、215;410，吸液管在槽中插入的深度：370，液體汽化器：有效容積4.5；調(diào)壓器 ；管狀加熱器 。4、實驗步驟（1）檢查閥門的開關(guān)，打開閥1、5、10、11和壓力定值器閥，關(guān)閉閥8、9。（2）接通空氣壓縮機，當(dāng)壓縮機空氣氣包內(nèi)的氣體壓力達(dá)到0.050.1 時，調(diào)節(jié)閥1和閥2，使氣包內(nèi)的氣壓穩(wěn)定，然后調(diào)節(jié)氣體壓力定值器，使輸出氣體的壓力恒定在0.02，同時打開閥4和閥7、6，關(guān)閉閥5，調(diào)節(jié)空氣流量為400，調(diào)節(jié)水流量為2。（3）開啟電加熱器使丙酮被加熱至沸（開始調(diào)節(jié)器調(diào)至600左右，接近沸騰=56，關(guān)小至200左右），進(jìn)入混合器。（4）待汽化器溫度和混合器溫度穩(wěn)定10min后取樣分析。（5）改

42、變吸收劑流量為6，穩(wěn)定10min后取樣分析。（6）吸收劑流量為6，改變吸收劑溫度（開啟水預(yù)熱器1.5A，使進(jìn)口溫度40），穩(wěn)定10min取樣分析。（7）實驗完畢，關(guān)閉水預(yù)熱器電源和丙酮汽化器電源，待、降至室溫，關(guān)閉空氣壓縮機附：氣相中丙酮濃度配制參照表室溫空氣流量汽化器功率混合氣溫度Y11025400400180130243013155、實驗數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備號： ； 填料層高： ； 塔徑： ；室溫： ； 空氣罐壓力 ： ； 定值器壓力： ；空氣壓縮機：型號： ； 排氣量： ；額定壓力： ；氣相色譜儀型號 （成分分析用）；相平衡系數(shù) =0.5855 氣 相液 相分 析空氣流量計讀數(shù)混合氣溫度功率表

43、液體流量計讀數(shù)液體加熱器A水進(jìn)水出4004004006、實驗結(jié)果部分的要求列表表示吸收劑流量和溫度變化后、的變化情況，可得到什么結(jié)論？附：計算方法及計算舉例空氣流量：轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)是在20、1atm下標(biāo)定的，即=1atm，設(shè)使用壓力為，溫度為，則為： 標(biāo)態(tài)下， =1atm，1氣體體積為22.4 混合氣體流量： 液相出口濃度: 稀溶液 吸收率： 平均推動力： 傳質(zhì)系數(shù)： (近似值)7、思考題（1）如何配制丙酮-空氣混合氣？（2）為什么要保證入口氣濃度恒定？怎樣保證恒定？通過什么衡量是否恒定？（3）填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置？液封裝置是如何設(shè)計的？（4）可否改變空氣流量達(dá)到改變傳質(zhì)系數(shù)的目

44、的？（5）維持吸收劑流量恒定的恒壓槽的原理是什么？（6）氣體轉(zhuǎn)子流量計測定何種氣體流量？怎樣得到混合氣流量？實驗七 精餾塔的操作與塔效率的測定1、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容目的：(1)熟悉板式精餾塔的結(jié)構(gòu)及流程，掌握精餾塔的操作。(2)學(xué)會精餾塔效率的測定方法。內(nèi)容：(1)全回流操作，并測定全塔效率； (2)部分回流操作，得到一定質(zhì)量和一定數(shù)量的產(chǎn)品。2、基本原理（1）維持穩(wěn)定的連續(xù)精餾操作的條件A、根據(jù)進(jìn)料量及組成、產(chǎn)品的分離要求，嚴(yán)格維持物料平衡i. 總物料平衡：當(dāng)，會引起淹塔；當(dāng)，會引起塔釜干料。ii.各組分物料平衡： i輕組份已知： ； 若，即使塔有足夠的分離能力，仍達(dá)不到要求。B、精餾塔應(yīng)有足夠

45、的分離能力：，R足夠大，便能獲得合格的產(chǎn)品。C、精餾操作應(yīng)防止幾種不正常的操作現(xiàn)象。i過量液沫夾帶；ii.嚴(yán)重漏液；iii.溢流液泛（2）產(chǎn)品不合格的原因及調(diào)節(jié)方法。A、由于物料不平衡而引起的不正?，F(xiàn)象及調(diào)節(jié)方法i. 在下操作隨著過程的進(jìn)行，塔內(nèi)輕組分大量流失，而重組分則逐步積累，過程日趨惡化。外觀表現(xiàn)：合格，不合格。造成原因：； 輕組分處理方法：加熱蒸汽壓不變，使過程在下操作一段時間，以補充塔內(nèi)輕組分，待正常時，再調(diào)節(jié)參數(shù)在過程下操作。若變化不大，按調(diào)節(jié)，若變化大，改變進(jìn)料位置。ii.在下操作隨著過程的進(jìn)行，塔內(nèi)重組分流失而輕組分逐漸累積，過程日趨惡化。外觀表現(xiàn)：合格，,不合格。造成原因：，處理方法：使用過程在下操作，待釜溫 正常時，按操作。若變化不大，按調(diào)節(jié)，若變化大，改變進(jìn)料位置。B、分離能力不夠引起產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象及調(diào)節(jié)方法分離能力不夠引起不合要求。采取措施：（增加塔底加熱速度及塔頂冷凝量）（3）全回流操作的目的i.建立塔正常操作條件，如加熱條