化工原理實驗指導(dǎo)書(西安科大)

1、化工原理實驗指導(dǎo)書西安科技大學(xué)材料工程系二00二年九月目 錄序 言 2第一部分 演示實驗 5實驗一 雷諾演示實驗 5實驗二 伯努利方程演示實驗 6第二部分 驗證型實驗 7實驗三 流體流動阻力的測定 7實驗四 流量計的流量校正11實驗五 離心泵特性曲線的測定16實驗六 過濾及過濾常數(shù)的測定20實驗七 換熱器操作和傳熱系數(shù)的測定24實驗八 塔板流體力學(xué)性能的測定28實驗九 流化床干燥速度曲線測定32第三部分 綜合型、操作型實驗36實驗十 填料吸收塔的操作及其吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定36實驗十一 板式精餾塔的操作與全塔效率的測定41實驗十二 液液萃取塔的操作45序 言一、化工原理實驗的特點化工原理實驗屬于

2、工程實驗范疇，它不同于基礎(chǔ)課程的實驗。后者面對的是基礎(chǔ)科學(xué)，采用的方法是理論的、嚴密的，處理的對象通常是簡單的、基本的甚至是理想的，而工程實驗面對的是復(fù)雜的實際問題和工程問題。對象不同，實驗研究方法也必然不同。工程實驗的困難在于變量多，涉及的物料千變?nèi)f化，設(shè)備大小懸殊，實驗工作量之大之難是可想而知的。因此不能把處理一般物理實驗的方法簡單地套用于化工原理實驗。數(shù)學(xué)模型方法和因次論指導(dǎo)下的實驗研究方法是研究工程問題的兩個基本方法，因為這兩種方法可以非常成功地使實驗研究結(jié)果由小見大，由此及彼地應(yīng)用于大設(shè)備的生產(chǎn)設(shè)計上。例如，在因次論指導(dǎo)下的實驗，可不需要過程的深入理解，不需要采用真實的物料、真實流體

3、或?qū)嶋H的設(shè)備尺寸，只需借助模擬物料（如空氣、水、黃砂等）在實驗室規(guī)模的小設(shè)備中，經(jīng)一些設(shè)備性的實驗或理性的推斷得出過程的因素，從而加以歸納和概括成經(jīng)驗方程。這種因次論指導(dǎo)下的實驗研究方法，是確立解決難于作出數(shù)學(xué)描述的復(fù)雜問題的一種有效方法。數(shù)學(xué)模型方法是在對過程有充分認識的基礎(chǔ)上，將過程作高度的概括，得到簡單而不失真的物理模型，然后給予數(shù)學(xué)上的描述。這種研究方法同樣可以具備以小見大，由此及彼的功能（因次論指導(dǎo)下的實驗方法和數(shù)學(xué)模型方法反映了工程實驗和基礎(chǔ)實驗的主要區(qū)別）。化工原理實驗的另一目的是理論聯(lián)系實際?；び珊芏鄦卧^程和設(shè)備所組成，學(xué)生應(yīng)該運用理論去指導(dǎo)并且能夠獨立進行化工單元的操作，

4、應(yīng)能在現(xiàn)有設(shè)備中完成指定的任務(wù)，并預(yù)測某些參數(shù)的變化對過程的影響。二、基本要求1、實驗研究方法及數(shù)據(jù)處理（1）掌握處理化學(xué)工程問題的兩種基本實驗研究方法。一種是經(jīng)驗的方法，即應(yīng)用因次論進行實驗的規(guī)劃；另一種是半經(jīng)驗半理論的方法或數(shù)學(xué)模型方法，掌握如何規(guī)劃實驗，去檢驗?zāi)Ｐ偷挠行阅Ｐ蛥?shù)的估值。（2）掌握最基本的經(jīng)驗參數(shù)和模型參數(shù)的估值方法最小二乘法。（3）對于特定的工程問題，在缺乏數(shù)據(jù)的餓情況下，學(xué)會如何組織實驗以及取得必要的設(shè)計數(shù)據(jù)。2、熟悉化工數(shù)據(jù)的基本測試技術(shù)其中包括操作參數(shù)（例流量、溫度、壓強等）和設(shè)備特性參數(shù)（例阻力參數(shù)、傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)等）、特性曲線的測試方法。3、熟悉并掌握化工

5、中典型設(shè)備的操作了解有關(guān)影響操作的參數(shù)，能在現(xiàn)在設(shè)備中完成指定的工藝要求。并能預(yù)測某些參數(shù)的變化對設(shè)備能力的影響，應(yīng)作何調(diào)整。三、實驗課教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法通過實驗課的教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生掌握科學(xué)實驗的全過程，此過程應(yīng)包括：（1）實驗前的準(zhǔn)備；（2）進行實驗操作；（3）正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)；（4）撰寫實驗報告。以上四個方面是實驗課的主要環(huán)節(jié)，認為實驗課就是單純進行實驗“操作”的觀點應(yīng)該改變。為使學(xué)生對于實驗有嚴肅的態(tài)度，嚴格的要求和嚴密的作風(fēng)，我們推薦典型的實驗程序如下：（1）認真閱讀實驗指導(dǎo)書和有關(guān)參考資料，了解實驗?zāi)康暮鸵?；?）進行實驗室現(xiàn)場預(yù)習(xí)。了解實驗裝置，摸清實驗流程、測試點、操作控制點

6、，此外還需了解所使用的檢測儀器、儀表。（3）預(yù)先組織好34人的實驗小組，實驗小組討論并擬訂實驗方案，預(yù)先作好分工，并寫出實驗的預(yù)習(xí)報告，預(yù)習(xí)報告的內(nèi)容應(yīng)包括：1）實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容；2）實驗的基本原理及方案；3）實驗裝置及流程圖；4）實驗操作要點實驗數(shù)據(jù)的布點；5）設(shè)計原始數(shù)據(jù)的記錄表格。預(yù)習(xí)報告應(yīng)在實驗前交給實驗指導(dǎo)教師審閱，獲準(zhǔn)后學(xué)生方能參加實驗；（4）進行實驗操作，要求認真細致地記錄實驗原始數(shù)據(jù)。操作中應(yīng)能進行理論聯(lián)系實際的思考；（5）實驗數(shù)據(jù)的處理，如果用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，則學(xué)生還須有一組手算的計算示例；（6）撰寫實驗報告。撰寫實驗報告是實驗教學(xué)的重要組成部分，應(yīng)避免單純填寫表格的方式，

7、而應(yīng)由學(xué)生自行撰寫成文，內(nèi)容大致包括：1）實驗?zāi)康暮驮恚?）實驗裝置；3）實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理；4）實驗結(jié)果及討論。四、學(xué)生實驗守則1、遵守紀律不遲到不早退，在實驗室內(nèi)保持安靜，不大聲談笑，遵守實驗室的一切規(guī)章制度，聽從教師指導(dǎo)。2、實驗前要認真預(yù)習(xí)，作好預(yù)習(xí)報告，經(jīng)教師提問通過后，方可準(zhǔn)予參加實驗。3、實驗時要嚴格遵守儀器、設(shè)備、電路的操作規(guī)程不得擅自變更，操作前須經(jīng)教師檢查同意后方可接通電路和開車，操作中仔細觀察，如實記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。儀器設(shè)備發(fā)生故障嚴禁擅自處理，應(yīng)立即報告教師。4、實驗后根據(jù)原始記錄、處理數(shù)據(jù)、分析問題及時作好實驗報告。5、愛護儀器、注意安全、水，電，煤氣，藥品要節(jié)約使用

8、。6、保持實驗室整潔，廢品，廢物丟入垃圾箱內(nèi)。7、實驗完畢記錄數(shù)據(jù)須經(jīng)教師審查簽字，做好清潔工作，恢復(fù)儀器設(shè)備原狀，關(guān)好門窗，和檢查水，電，氣源是否關(guān)好，方可離開實驗室。實驗一 雷諾演示實驗一、實驗?zāi)康模?）觀察流體在管內(nèi)流動的兩種不同型態(tài)；（2）確定臨界雷諾數(shù)。二、基本原理流體流動有兩種不同型態(tài)，即滯流（層流）和湍流（紊流）。流體作滯流流動時，其質(zhì)點作平行于管軸的直線運動；湍流時流體質(zhì)點在沿管軸流動的同時還作著雜亂無章的隨機運動。雷諾準(zhǔn)數(shù)是判斷流動型態(tài)的數(shù)群。流體在圓管內(nèi)流動時的雷諾準(zhǔn)數(shù)可用下式表示： 式中：d 管子內(nèi)徑m；u 流速ms； 流體密度kgm； 流體粘度Pa·s。一般認

9、為，Re2000時，流動型態(tài)為滯流；Re4000時，流動為湍流；Re數(shù)在兩者之間，有時為滯流，有時為湍流，和流動環(huán)境有關(guān)。對于一定溫度的流體，在特定的圓管內(nèi)流動，雷諾準(zhǔn)數(shù)僅與流速有關(guān)。本實驗是改變水在管內(nèi)的速度，觀察在不同雷諾數(shù)下流體流型的變化。進水閥出水閥水箱玻璃試驗管顏色水瓶雷諾實驗裝置圖溢流三、實驗裝置及描述 實驗流程見圖所示。本實驗裝置中，為了保持水箱中水位恒定和避免波動，在水箱上設(shè)一溢流口，多余的水經(jīng)水箱的溢流口泄入下水道中。水通過玻璃實驗管，經(jīng)出口閥、轉(zhuǎn)子流量計計量，然后泄入下水道。流速由出口閥調(diào)節(jié)。玻璃瓶內(nèi)裝有紅顏色水，借助于本身的位頭，經(jīng)細鋼針頭注入玻璃管中心，由此可觀察水在玻

10、璃管中流動的狀態(tài)。實驗二 伯努利方程演示實驗一、實驗?zāi)康?、通過本實驗，加深對能量互相轉(zhuǎn)化概念的理解；2、觀察流體流經(jīng)收縮、擴大管段時，各截面上靜壓頭之變化。三、實驗原理不可壓縮性流體在導(dǎo)管中作穩(wěn)定流動時，由于導(dǎo)管截面的改變致使各截面上的流速不同，而引起相應(yīng)的靜壓頭之變化，其關(guān)系可由流動過程中能量衡量式描述，即： （1）對于水平玻璃導(dǎo)管，在忽略摩擦阻力時，則式（1）變?yōu)椋?（2）因此，由于導(dǎo)管截面發(fā)生變化所引起流速的變化，致使部分動壓頭轉(zhuǎn)化成靜壓頭，它的變化可由各玻璃管中水柱高度指示出來。123451、溢流槽； 2、玻璃管（帶尺度）；3、文氏管；4、泵；5、水箱； 實驗裝置流程圖abA四、裝置

11、流程實驗裝置如圖外形尺寸：800×500×1800mm測試管長：700mm 管內(nèi)徑ø25mm文氏管長：300mm 循環(huán)泵：1臺貯水槽：250×500mm×300 五、實驗步驟1、 將著色(紅色)水充入水箱5(以2深度為宜)，啟動水泵；2、 關(guān)閉閥“b”，逐步增大閥“a”的開度，讓液體充滿測試管內(nèi)，并排盡管內(nèi)空氣；3、 然后逐步增大閥“b”的開度；注意：不要讓測壓點“A”上的壓力過低，以致于空氣吸入文氏管內(nèi)；4、若要增大流量，可將測壓管“A”上的蝴蝶夾將橡膠管夾緊（此時假如打開此夾，可觀察到文氏管喉口處為負壓，氣體不斷被吸入）。實驗三 流體流動阻

12、力的測定一、實驗?zāi)康模?）學(xué)會測定流體流經(jīng)直管和管件時阻力損失的實驗流程設(shè)計思路及測定摩擦系數(shù)的工程意義； （2）學(xué)會用因次分析方法解決工程實際問題；（3）學(xué)會壓差計、流量計的使用方法以及識別管路中各個管件、閥門的作用。二、基本原理由于流體粘性的存在，流體在流動的過程中會發(fā)生流體間的摩擦，從而導(dǎo)致阻力損失。層流時阻力損失的計算式是由理論推導(dǎo)得到的；湍流時由于情況復(fù)雜得多，未能得出理論式，但可以通過實驗研究，獲得經(jīng)驗的計算式。其研究的基本步驟如下：1、尋找影響過程的主要因素對于所研究的過程作初步的實驗和經(jīng)驗的歸納，盡可能地列出影響過程的主要因素。對湍流時直管阻力損失hf與諸多影響因素的關(guān)系式應(yīng)為

13、： （1）2、用因次分析法規(guī)劃實驗當(dāng)一個過程受多個變量影響時，通常用因次分析法通過實驗尋找自變量與因變量的關(guān)系，以（1）式為例，若每個自變量的數(shù)值變化10次，測取hf的值而其他自變量保持不變，6個自變量，實驗次數(shù)將達106。為了減少實驗工作量，需要在實驗前進行規(guī)劃，以盡可能減少實驗次數(shù)。因次分析法是通過將變量組合成無因次數(shù)群，從而減少實驗自變量的個數(shù)，大幅度地減少實驗次數(shù)。定理表明：在物理方程因次一致性的條件下，任何一個方程都可化為無因次方程，無因次方程的變量數(shù)=原方程變量數(shù)基本因次數(shù)。式（1）共有7個變量數(shù)，在流體力學(xué)范疇，基本因次共有3個，它們是、，定理告訴我們：無因次數(shù)群的個數(shù)= 73

14、= 4則： 因次分析法可以將對式（1）的研究轉(zhuǎn)變成對下式（2）4個無因次數(shù)之間關(guān)系的研究。即： （2）若實驗設(shè)備已定，那么上式（2）可寫為： （3）再若實驗設(shè)備是水平直管，上式（3）又可寫為： （4）令所以： （5）式中流體流過管件所引起的壓力損失為： （6）由式（5）可知，要測定式（6）的曲線關(guān)系，若裝置和物系已經(jīng)確立，那么只隨Re而變，實驗操作變量僅是流量，改變流量的手段是閥門的開度，由閥門開度的變化達到改變流速u的目的，因此在管路中必須要安裝一個流量計；在直徑為d、長度為的水平直管上，引出二個測壓點，并接上一個壓差計；實驗體系確定后，、是物性參數(shù)，它們只取決于實驗溫度，所以，在實驗裝置中

15、需要安裝測流體的溫度計；再配上水槽、泵、管件等組建成以下循環(huán)管路，見實驗裝置流程圖。三、實驗流程圖1234678551、 水槽 2、泵 3、渦輪流量計 4、局部阻力閥 5、U型壓差計 6、待測管道 7、放氣閥 8、平衡閥阻力實驗流程圖四、實驗步驟1、關(guān)閉控制閥，打開壓差計上方的二個平衡閥、二個引壓閥，啟動泵；2、系統(tǒng)排氣（1）總管排氣：先將控制閥開足然后再關(guān)閉，重復(fù)三次，目的為了使總管中的大部分氣體被排走，然后打開總管排氣閥，開足后再關(guān)閉，重復(fù)三遍；（2）引壓管排氣：依次分別對4個放氣閥，開、關(guān)重復(fù)三次；（3）壓差計排氣：關(guān)閉二個平衡閥，依次分別打開4個放氣閥，此時眼睛要注視著U型壓差計中的指

16、示劑液面的上升，防止指示劑沖出，開、關(guān)重復(fù)三次；3、檢驗排氣是否徹底：將控制閥開至最大，再關(guān)至為零，看U型壓差計讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，則判斷系統(tǒng)排氣徹底；若左右讀數(shù)不等，則重復(fù)上述步驟2。由于系統(tǒng)的流量計量采用渦輪流量計，其小流量受到結(jié)構(gòu)的限制，因此，從大流量做起，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確； 4、實驗測試布點由于Re在充分湍流區(qū)時，Re的關(guān)系是直線，所以在大流量時測試點不要多；而在Re比較小時，Re的關(guān)系是曲線，所以小流量時測試點要多。先將控制閥開至最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)F大，然后關(guān)至水銀壓差計差值約0.08時，再讀取流量顯示儀讀數(shù)F小，在F小和F大二個讀數(shù)之間布1416個測試點；5、改變切換引壓閥

17、，可進行孔板流量計校核實驗測定，方法同上。注意水銀沖出。五、實驗內(nèi)容1 測定直管摩擦系數(shù)和雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系；2 測定流體流經(jīng)閥門的阻力系數(shù)。六、原始數(shù)據(jù)記錄1、一次性原始數(shù)據(jù) = d直= t水= d局= = 2、原始數(shù)據(jù)表No流量次秒直管阻力壓差計局部阻力壓差計左cm Hg右cm Hg左cm Hg右cm Hg123七、過程運算表直管阻力和局部阻力過程運算表No流量L/S直管流速m/sRe×10-4摩擦系數(shù)局部流速m/s阻力系數(shù)0七、實驗報告1、將所得的實驗數(shù)據(jù)組在雙對數(shù)座標(biāo)紙上繪制Re曲線圖形；2、實驗結(jié)果討論與分析。八、思考題1 在啟動離心泵前，為什么要注水灌泵和關(guān)閉泵的出口閥門？2

18、 在進行測試系統(tǒng)的排氣工作時，是否應(yīng)關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥門？為什么？3 如何檢驗測試系統(tǒng)內(nèi)的空氣已經(jīng)被排除干凈？4 在U形壓差計上設(shè)置“平衡閥”有何作用？在什么情況下它是開著的？又在什么情況下它應(yīng)該是關(guān)閉的？5 U形壓差計的零位應(yīng)如何校正？6 為什么本實驗數(shù)據(jù)必須在對數(shù)坐標(biāo)紙上進行標(biāo)繪？7 以累計流量和時間求體積平均流量時，經(jīng)常采用以下兩種方法：（1） 確定流體體積，測定所需時間；（2） 確定某一定時間，測定所得到的流體體積。在使用渦輪流量積算器測定流量時，你將采用哪一種方法？為什么/8你在本實驗中掌握了哪些測試流量、壓強的方法。它們各有什么特點？實驗四 流量計的流量校正“孔板流量計的流量校正”是

19、工程技術(shù)課中基本實驗之一，孔板流量計結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，使用工況條件不苛刻，有生產(chǎn)實用價值。由于孔板的結(jié)構(gòu)、加工精度、和使用時間的長久，都需對流量計進行校正和標(biāo)定。學(xué)生通過實驗的訓(xùn)練，達到掌握流量計校正的方法，了解流量系數(shù)及其影響因素。一、實驗?zāi)康?、掌握流量計流量系數(shù)的校正(或標(biāo)定)的方法；2、通過對流量計孔流系數(shù)的測定，了解孔流系數(shù)的變化規(guī)律。二、基本原理工程上是利用測定流體的壓差來確定流體的速度，從而來測量流體的流量，孔板流量計就是最常用的一種。計算孔板流量計的數(shù)學(xué)模型為： 經(jīng)過分析，對于測壓方式、結(jié)構(gòu)尺寸、加工狀況均已確定的孔板流量計，其流量系數(shù)C0表示為。孔板流量計是基于流體在流動過

20、程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，由流體通過孔板壓差的變化來確定流體流過管截面的流量，即： 由于縮脈處面積難以確定，所以工程上以孔口速度u0代替u2，流體通過孔口時有阻力損失；又由于流動狀況的變化使縮脈位置難以確定，對所測的帶來偏差，因此引入流量系數(shù)C0，從形式上簡化流量計的計算式。通過實驗確定C0的流量計計算式： Vs 流體的流量u0 流體在孔板的孔口處流速A0 孔口截面積Hg U形壓差計中指示液水銀的密度 被測流體的密度C0 流量系數(shù)孔板流量計不足之處是由于永久壓強損失大。 式中，是永久壓強損失，是永久阻力摩擦系數(shù)。四、實驗內(nèi)容1 測定孔板流量計或文氏流量計的孔流系數(shù)；2 觀察孔流系數(shù)的變化規(guī)律；3 測

21、定孔板流量計或文氏流量計的永久壓強損失。五、實驗裝置與流程1孔板流量計：鍍鋅水管Dg=1，內(nèi)徑27mm，孔板孔徑=18mm；2測量儀表：U型壓差計，指示液(水銀) 渦輪流量計LW25，精度0.5級，量程1.610m3/h； MMD智能流量儀上水12341循環(huán)水箱 2離心泵3孔板流量計 4渦輪流量計六、實驗步驟1、水箱充水至80%；2、儀表調(diào)整：MMD智能流量儀及渦輪流量計LW25型按說明書調(diào)節(jié)；3、打開壓差計上平衡閥，關(guān)閉各放氣閥；4、啟動循環(huán)水泵；5、排氣：（1）管路排氣；（2）測壓導(dǎo)管排氣；（3）關(guān)閉平衡閥，緩慢旋動壓差計上放氣閥，排除壓差計中的氣泡。注意：先排高壓管后排低壓管(嚴防壓差計

22、中水銀沖走)；6、讀取壓差計零位讀數(shù)；7、開啟調(diào)節(jié)閥至最大，確定流量范圍，確定實驗測試點，測定孔板前后壓降和經(jīng)過孔板所帶來的永久壓降。8、改變管道中的流量，讀出一系列流量Vs，壓差P1、P29、記錄(附表)：編號： 流量系數(shù)：10、實驗裝置恢復(fù)原狀，打開壓差計上的平衡閥，并清理實驗場地。七、數(shù)據(jù)記錄d管= d孔= T水= 序號流量孔板壓降（cmHg）阻力損失（cmHg）次升左讀數(shù)右讀數(shù)左讀數(shù)右讀數(shù)八、過程運算表序號流速u1（m/s）流量系數(shù)C0永久損失九、實驗報告：1、本實驗C0=f（Re,m）對于特定孔板，m為常數(shù)，上式可寫為C0=f（Re）。將所得的實驗數(shù)據(jù)組在半對數(shù)座標(biāo)上繪制C0Re的關(guān)

23、系曲線，從而可確定該孔板的孔流系數(shù)C0和該孔板在工程上的測量范圍。2、在對數(shù)座標(biāo)上繪制永久壓強損失與流速的關(guān)系曲線。3、實驗結(jié)果討論與分析十、思考題1 為什么測試中要保證系統(tǒng)的滿灌？2 為什么測試系統(tǒng)要排氣，任何正確排氣？3 為什么孔板流量計安裝時，要求前后有一定的直管穩(wěn)定段？4 標(biāo)繪C0Re關(guān)系曲線時，選擇何種座標(biāo)紙？你從所標(biāo)繪的曲線，得出什么結(jié)論？5 從實驗中，可以直接得到壓差計讀數(shù)Ru的校正曲線，經(jīng)整理后也可得到C0Re曲線，這兩種表示方法，各有什么優(yōu)點？實驗五 離心泵特性曲線的測定“離心泵特性曲線的測定”系化工原理系統(tǒng)重點實驗之一，凡選讀化工原理課程及流體力學(xué)的學(xué)生，必須完成本項實驗。

24、本實驗裝置是根據(jù)實驗的基本要求設(shè)計的。旨在使學(xué)生了解離心泵構(gòu)造和操作，學(xué)會離心泵的特性曲線的測定方法。一、實驗?zāi)康?、熟悉離心泵的結(jié)構(gòu)、特性和操作，掌握實驗組織方式；2、學(xué)會離心泵特性曲線的測定方法，正確掌握用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)。二、基本原理離心泵是一種液體輸送機械，它籍助于泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使充滿在泵體內(nèi)的液體在離心力的作用下，從葉輪中心被甩至邊緣，在此過程中液體獲得能量，提高了靜壓能和動能。液體在離開葉輪進入殼體時，由于流動截面積的增大，部分動能變成靜壓能，進一步提高了靜壓能。流體獲提能量的多少，不僅取決于離心泵的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速，而且與流體的密度有關(guān)。當(dāng)離心泵內(nèi)存在空氣，空氣的重度遠比液體的小

25、，使離心泵所產(chǎn)生的離心力不足以在泵的進口處形成所需的真空度，無法吸入液體，該現(xiàn)象稱為“氣縛”。為了保證離心泵的正常操作，在啟動前必須在離心泵和吸入管路內(nèi)充滿液體，并確保運轉(zhuǎn)過程中盡量不使空氣漏入。離心泵的主要性能是揚程、流量、功率、效率和轉(zhuǎn)速。在一定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程、功率、效率均隨流量的大小改變。揚程與流量的特性曲線He=f（Qe）、功率消耗與流量的特性曲線N軸=f（Qe）、以及效率與流量的特性曲線=f（Qe）是離心泵的三條特性曲線。它們與離心泵的設(shè)計、制造有關(guān)，必須由實驗測定。三條特性曲線中的Qe和N軸由實驗直接測定。He和可通過公式計算。由伯努力方程得： 式中：He泵的揚程，m液柱；

26、H壓強表壓力表測得的表壓，m液柱)；H真空表真空表測得的真空度，m液柱；h0壓強表和真空表中心的垂直距離，m；u2泵出口管內(nèi)流體的速度，m/s；u1泵進口管內(nèi)流體的速度，m/s。流體通過泵之后，實際得到的有效功率： 其中：He離心泵的有效功率，kW；Qe離心泵的輸液量，m3/s；被輸送液體的密度，kg/m3。離心泵的總效率： 式中：N電電機的輸入功率，kW。三、實驗裝置和流程213451循環(huán)水箱 2離心泵 3真空表 4壓力表5流量計1 1離心泵：型2真空表：精度：1.5級，量程：00.1MPa3。壓力表：精度：1.5級，量程：00.4 MPa4渦輪流量計：LW25， 精度：0.5級 ，量程1.

27、610m3/h5MDD智能流量儀6功率表：DP3（1）W1100(單相)，精度：±0.5%F.S四、實驗內(nèi)容 測定一定轉(zhuǎn)速下的離心泵特性曲線。五、實驗步驟1、開放上水閥門，水箱充水至80%。2、關(guān)閉功率表、流量計的二次儀表及調(diào)節(jié)閥。3、灌泵：開啟引水閥，反復(fù)開啟和關(guān)閉放氣閥，盡可能排除泵體內(nèi)的空氣，排氣結(jié)束，關(guān)閉引水閥。4、啟動離心泵。5、開啟各儀表開關(guān)。6、開啟調(diào)節(jié)閥至最大開啟度，由最大流量范圍合理分割流量，進行實驗布點。7、由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，每次流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，讀取各組實驗數(shù)據(jù)。8、實驗裝置恢復(fù)原狀，并清理實驗場地。六、原始數(shù)據(jù)記錄渦輪系數(shù) 次升進口管徑= （mm）h0功率表系數(shù)

28、=出口管徑= （mm）T 流量F（次秒）壓力表（MPa）真空表（MPa）功率（W）12345678910七、數(shù)據(jù)整理表序號流量（m3h）揚程H（m）功率N（KW）效率八、實驗報告1、將所取得的實驗數(shù)據(jù)及通過計算求得的各參數(shù)在座標(biāo)紙上作出三條特性曲線；揚程和流量的特性曲線HeQe。功率消耗和流量的特性曲線N軸Qe。功率和流量的特性曲線Qe。2、實驗結(jié)果討論與分析九、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，你認為可能是什么原因？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

29、其它方法調(diào)節(jié)泵的流量？4 正常工作的離心泵，在其進口管上設(shè)閥門是否合理？為什么/5 為什么在離心泵的進口管下安裝底閥？從節(jié)能觀點上看，底閥的設(shè)置是否有利？你認為應(yīng)如何改進？ 實驗六 過濾及過濾常數(shù)的測定一、 實驗?zāi)康?掌握過濾問題的簡化工程處理方法，及測定過濾常數(shù)的測定；2了解板式過濾器的構(gòu)造，并學(xué)會板式過濾器的操作方法。二、實驗原理過濾是一種能將流體通過多孔介質(zhì)，而將固體物截留，使從液體或氣體中分離出來的單元操作。因此過濾在本質(zhì)上是流體通過固體顆粒層的流動，所不同的是這個固體顆粒層的厚度隨著過濾過程的進行而不斷增加。因此在勢能差不變的情況下，單位時間通過過濾介質(zhì)的液體量也在不斷下降，即過濾速

30、度不斷降低。過濾速度u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： （1）式中：A 過濾面積，m； 過濾時間，s；V 通過過濾介質(zhì)的濾液量，m。可以預(yù)測，在恒定壓差下，過濾速度dqd與過濾時間之間有如圖1所示的關(guān)系，單位面積的累計濾量q和的關(guān)系，如圖2所示。圖1 過濾速率與時間的關(guān)系過濾速率dq/dt時間t時間t累計濾液量q圖2 累計濾液量與時間的關(guān)系影響過濾速度的主要因素除勢能差(p)、濾餅厚度外，還有濾餅、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，故難以用嚴格的流體力學(xué)方法處理。比較過濾過程與流體經(jīng)過固體床的流動可知：過濾速度即為流體經(jīng)過固定床的表觀速度

31、u。同時，液體在由細小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的流動屬于低雷諾范圍。因此，可利用流體通過固體床壓降的簡化模型，尋求濾液量q與時間的關(guān)系。在低雷諾數(shù)下，可用康采尼(Kozeny)計算式，即： （2）對于不可壓縮的濾餅，由上式可以導(dǎo)出過濾速率的計算式： （3）式中： 為形成與過濾介質(zhì)阻力相等的濾餅層所得的濾液量，m； 濾餅的比阻，mkg；懸浮液中單位體積凈液體中所帶有的固體顆粒量，kg/m3清液； 液體粘度，Pa·s； 過濾常數(shù)，m2s。在恒壓差過濾時，上述微分方程積分后可得： （4）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

32、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K、qe等常數(shù)，而K、qe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： （5）因此在實驗時，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q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，進而計算和的值。若在恒壓過濾之前的時間內(nèi)，已通過單位過濾面的濾液量為，則在至及至范圍內(nèi)將式3積分，整理后得： （6）上述表明和 為線性關(guān)系，從而能方便地求出過濾常數(shù)和的值。三、實驗裝置與流程：實驗裝置由配料桶、供料泵過濾器、濾液計量筒及空氣壓縮機等組成?？蛇M行過濾、

33、洗滌和吹干三項操作過程。碳酸鈣(CaCO)或碳酸鎂(MgCO)的懸浮液在配料桶內(nèi)配成一定濃度后，由供料泵輸入系統(tǒng)。為阻止沉淀，料液在供料泵管路中循環(huán)。配料桶中用壓縮空氣攪拌，漿液經(jīng)過濾機過濾后，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。供料泵配料桶接過濾器接過濾器水壓縮空氣控四、實驗內(nèi)容 測定恒壓操作下過濾常數(shù)和，以及洗滌速率。五、實驗操作要點：1、實驗選用CaCO粉末配制成濾漿，其量約占料桶的2/3左右，配制濃度在8.0B左右；2、料桶內(nèi)濾漿可用壓縮空氣和循環(huán)泵進行攪拌，桶內(nèi)壓力控制在0.10.2Mpa；3、濾布在安裝之前要先用水浸濕；4、實驗操作前，應(yīng)先由供料泵將料液通過

34、循環(huán)管路，循環(huán)操作一段時間。過濾結(jié)束后，應(yīng)關(guān)閉料桶上的出料閥，打開旁路上清水管路清洗供料泵，以防止CaCO在泵體內(nèi)沉積；5、由于實驗初始階段不是恒壓操作，因此需采用二只秒表交替計時，記下時間和濾液量，并確定恒壓開始時間和相應(yīng)的濾液量q；6、當(dāng)濾液量很少，濾渣已充滿濾框后，過濾階段可結(jié)束。六、實驗報告：1、以累計濾液量q對作圖；2、以對作圖。求出過濾常數(shù)和，并寫出完整的過濾方程式；3求出洗滌速率，并與最終過濾速率進行比較；4、數(shù)據(jù)記錄：計量筒直徑 園板過濾器直徑：操作壓力： 濃度： 溫度：序號時間S（秒）計量H（厘米）01七、思考題1 過濾剛開始時，為什么濾液總是渾濁的？2 在過濾中，初始階段為

35、什么不能采取恒壓操作？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，其值是否也增加一倍？要得到同樣的過濾量，其過濾時間是否可縮短一倍？實驗七 換熱器操作和傳熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康? 了解換熱器的結(jié)構(gòu)；2 掌握換熱器主要性能指標(biāo)的標(biāo)定方法；3 學(xué)會換熱器的操作方法。二、實驗原理在工業(yè)生產(chǎn)中，間壁式換熱器是經(jīng)常使用的換熱設(shè)備。熱流體借助于傳熱壁面，將熱量傳遞給冷熱體，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。影響換熱器傳熱速率的參數(shù)有傳熱面積、平均溫度差和傳熱系數(shù)三要素。為了合理選用或設(shè)計換熱器，應(yīng)對其性能有充分的了解。除了查閱文獻外，換熱器性能實測是重要的途徑之一。傳熱系數(shù)是度量

36、換熱器性能的重要指標(biāo)。為了提高能量的利用率，提高換熱器的傳熱系數(shù)以強化傳熱過程，在生產(chǎn)實踐中是經(jīng)常遇到的問題。列管換熱器是一種間壁式的傳熱裝置。冷熱液體間的傳熱過程是由熱流體對壁面的對流傳熱、間壁的熱傳導(dǎo)、以及壁面對冷流體的對流傳熱這三個傳熱子過程組成。如下圖所示。以冷流體一側(cè)傳熱面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)計算式為：ThTWhtWctc （1）對已知的物系和確定的換熱器，上式可表示為 （2）由此可知，通過分別考察冷熱流體流量對傳熱系數(shù)的影響，可達到了解某個傳熱過程的性能。傳熱系數(shù)可借助于傳熱速率方程式和熱量衡量方程式求取。熱量衡算方程式： （3）傳熱速率方程式： （4）式中： （5）符號說明：K傳熱

37、系數(shù) 流體的給熱系數(shù)A換熱器的傳熱面積 G流體的質(zhì)量流量Q傳熱量 CP流體的恒壓熱容T熱流體溫度 t冷流體溫度傳熱對數(shù)平均溫度差 固體壁的厚度固體壁的導(dǎo)熱系數(shù)傳熱平均溫差修正系數(shù)；逆流時=1，對于單殼程、雙管程或二管程以上的可通過P、R的計算，在文獻中查得。 下標(biāo)：h熱流體 c冷流體 進進口 出出口 逆逆流三、實驗內(nèi)容1 測定水空氣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，待達到定態(tài)操作后，再增加50%的熱（或冷）流體量，并維持熱（或冷）流體的進出口溫度不變。你認為應(yīng)采取哪些措施。在實驗中實施之。四、實驗裝置和流程T進T出t進t出本實驗選用水為冷流體，空氣為熱流體。水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計

38、測量流量、溫度計測量溫度后，進入換熱器殼程，換熱后在出口處測量其出口溫度?？諝鈦碜怨娘L(fēng)機，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計測量流量、并加熱至120后，進入換熱器的管程，并在入口處測量其進口溫度，在出口處測量其出口溫度。1、 列管換熱器： 型號：GLC0.4 單殼程雙管程：殼程采用圓缺型擋板；管程管束有14根10×1mm的低肋紫銅管組成，有效管長L290mm，管外側(cè)傳熱總面積為0.4m2。2、測量儀表（1）溫度測量：測量冷熱流體進出口溫度一次儀表：Cu50銅電阻，量程0150；二次儀表：數(shù)顯儀表AI708J，精度0.2級；控溫儀表：人工智能溫度調(diào)節(jié)儀表AI708，精度0.2級。（2）流量測量：冷、熱流體轉(zhuǎn)

39、子流量計型號：LZB25 量程：110 精度：1.5級范圍：氣體2.525Nm3h 液體1001000NL/h五、實驗方法1、開通冷流體源，由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷流體流量。2、開通風(fēng)源，打開閥，由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)空氣流量，接通電源，在智能溫度調(diào)節(jié)儀表AI708上設(shè)定控制溫度為100120。3、維持冷熱流體流量不變，熱空氣進口溫度在一定時間內(nèi)(約10分鐘)基本不變時，可記取有關(guān)數(shù)據(jù)。4、測定傳熱系數(shù)K時，在維持冷流體(或熱空氣)流量不變的情況下，根據(jù)實驗布點的要求，改變熱空氣(或冷流體)流量若干次。5、實驗結(jié)束，關(guān)閉加熱電源，待熱空氣溫度降至50以下，關(guān)閉冷熱流體調(diào)節(jié)閥，并關(guān)閉冷熱流體源。六、數(shù)據(jù)處理1、原始

40、數(shù)據(jù)記錄表裝置編號編號熱流體冷流體流量m3h溫度 流量Lh溫度 T進T出t進t出1234562、計算結(jié)果表編號QhWRPtm逆KWm2123456七、注意事項1、電源220V，雙色線(黃綠)為接地線。2、加熱時以設(shè)定120為宜，不得大于150，以免超出Cu50銅電阻的測量范圍。3、氣源不可在0流量下工作，應(yīng)用旁路閥調(diào)節(jié)為宜。4、在計算實驗結(jié)果時=1。八、思考題1 在實驗中，有哪些因數(shù)影響實驗的穩(wěn)定性？2 影響傳熱系數(shù)的因數(shù)有哪些？3 在傳熱中，有哪些工程因數(shù)可以調(diào)動？你在操作中主要調(diào)動哪些因數(shù)？實驗八 塔板流體力學(xué)性能的測定實現(xiàn)吸收過程和精餾過程的主要設(shè)備是塔設(shè)備，而板式塔是廣泛應(yīng)用的一種氣液

41、傳質(zhì)設(shè)備，研究塔板結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)是工程技術(shù)人員必不可少的工作。一、實驗?zāi)康模?、熟悉塔板結(jié)構(gòu)。2、考察在正常操作時氣液兩相在塔板上的接觸狀態(tài)，同時觀察不正常的流動漏液、霧沫夾帶及液泛現(xiàn)象。3塔板流體力學(xué)性能。二、實驗原理：在板式塔設(shè)計中，塔板的設(shè)計關(guān)系到生產(chǎn)處理能力、效率、操作彈性及操作費用。因此，研究其結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)、塔板負荷性能是從事這方面工作人員的研究課題。1、塔板壓降：板壓降對塔板性能有著重要的影響，特別是在減壓精餾時，對板壓降有所限制。在實驗中可用壓差計來測取板壓降。2、氣液接觸狀態(tài)：一般說來，在氣液接觸過程中，隨著氣流速度的變化，大致有三種狀態(tài)。（1）鼓泡接觸。當(dāng)氣流速度很低時

42、，氣體通過篩孔時斷裂成氣泡，在板上浮升，此時，形成的氣液混合物基本上以液體為主（連續(xù)相），氣泡占的比例較?。ǚ稚⑾啵瑲庖航佑|面積不大。 （2）泡沫接觸狀態(tài)。當(dāng)氣流速度增加，氣泡數(shù)量急劇增加，氣泡表面連成一片，并且不斷發(fā)生合并與破裂，此時板上液體大部分以液膜形式存在，僅在靠近塔板表面處才能看到清液，清液層高度隨氣流速度增加而減少。此時，液體仍為連續(xù)相，氣體為分散相。（3）噴射接觸。當(dāng)氣流速度很高時，由于氣體動能很大，不能形成氣泡，而把液體噴射成液滴，而被氣流拋起。直徑較大液滴因為重力作用又落到塔板上，直徑較小液滴容易被氣流帶走形成液沫夾帶，這種氣液接觸狀態(tài)稱噴射狀態(tài)。在噴射接觸情況下，氣流速度

43、很大，液體分散較好，對傳質(zhì)傳熱是有利的，但產(chǎn)生過量液沫夾帶，會影響和破壞傳質(zhì)過程。此時，液體分散相，氣體為連續(xù)相。3、塔板上的不正常操作現(xiàn)象：（1）漏液：漏液是塔內(nèi)不正常操作現(xiàn)象。當(dāng)塔板在低氣速下操作時，氣體通過塔板為克服開孔處的液體表面張力，以及液層摩擦阻力所形成的壓強降，不能抵消塔板上液層的重力，因此液體降會穿過塔板上的開孔往下漏，即產(chǎn)生漏液現(xiàn)象。嚴重的漏液會導(dǎo)致塔板上不能積液而無法操作。測定漏液點氣速在設(shè)計塔板和過程操作中都起著重要作用。（2）霧沫夾帶：霧沫夾帶是一種空間反向流動，是指在高氣速下液滴被氣體從一層塔板帶到上一層塔板。這種返混現(xiàn)象導(dǎo)致傳質(zhì)推動力的下降，過量的霧沫夾帶量應(yīng)受到限

44、制。漏液量和霧沫夾帶量可用稱重法加以測量，計算方法為：漏液 kg漏液kg液量式中：Q漏液量 kgminL液流強度 m3m.hLW堰長 mL液相密度 kgm3霧沫夾帶量： kg夾帶kg氣量式中：e夾帶量 kgminW氣速 msA塔截面積 mg氣體密度 kgm3 （3）液泛：當(dāng)上升氣體速度很高時，塔板壓降增大，液體來不及從溢流管向下流動，于是液體在塔板上不斷積累，液層不斷上升，使整個塔板空間都充滿氣液混合物，此即為液泛現(xiàn)象。液泛發(fā)生后完全破壞了氣液的逆流操作，使塔失去分離效果。三、實驗裝置：風(fēng)機水箱水霧沫夾帶收集處熱球風(fēng)速儀分離器漏液收集處塔徑： ø300mm 板間距： 300mm篩板篩孔： ø8mm 開孔率： 10%平直堰： 堰長200mm 堰高： 25mm最大液流量： 6mh 最大空塔氣速：1.5ms四、實驗內(nèi)容1觀察在正常操作時氣液兩相在塔板上的接觸狀態(tài)；2觀察不正常的流動漏液、霧沫夾帶及液泛現(xiàn)象；3測量塔板壓降；4用稱重法測取泄漏量及霧沫夾帶量。五、實驗步驟：1、開啟風(fēng)機，用熱球風(fēng)速儀調(diào)節(jié)氣流速度；2、開啟水泵，用轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)水量；3、調(diào)節(jié)液流強度為某定值，改變氣體流量由小到大取若干實驗點，在每一實驗點分別測取塔板壓降，泄漏量及霧沫夾帶；2、 板壓降由U