化工原理實(shí)驗(yàn)資料

1、實(shí)驗(yàn)一流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉流體在管路中流動(dòng)阻力的測定方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納2.測定直管摩擦系數(shù)入和Re關(guān)系曲線及局部阻力系數(shù)匚3. 了解離心泵的構(gòu)造，熟悉其操作和調(diào)節(jié)方法4. 測出單級(jí)離心泵在固定轉(zhuǎn)速下的特定曲線二、實(shí)驗(yàn)原理定管徑流體在管路中的流動(dòng)阻力分為直管阻力和局部阻力兩種。直管阻力是流體流經(jīng)的直管時(shí)，由于流體內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力，可由下式計(jì)算：Hf-:plu2勺d2g(3-1)局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中的管件、閥門及管截面的突然擴(kuò)大或縮小等局部地方所引起的阻力，計(jì)算公式如下：管路的能量損失(3-2)(3-3)三Hf=HfHf式中Hf直管阻力，m水柱；兀直管摩擦阻力系數(shù)；

2、l管長，m;d直管內(nèi)徑，m;1u管內(nèi)平均流速，ms；g重力加速度，9.81msp直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa;P流體的密度，kgm>匚一一局部阻力系數(shù)；由式3-1可得(3-4)-P2d：'lu2這樣，利用實(shí)驗(yàn)方法測取不同流量下長度為1直管兩端的壓差iP即可計(jì)算出丸和Re,然后在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出舄Re的曲線圖。離心泵的性能受到泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、葉輪形式、葉輪轉(zhuǎn)速的影響。實(shí)驗(yàn)將測出的HQ、NQ、n-q之間的關(guān)系標(biāo)繪在坐標(biāo)紙上成為三條曲線，即為離心泵的特性曲線，根據(jù)曲線可找出泵的最佳操作范圍，作為選泵的依據(jù)。離心泵的揚(yáng)程可由進(jìn)、出口間的能量衡算求得：(3-5)22H=H出口壓力表一H入口

3、壓力表+h°+'，2g式中H出口壓力表一一離心泵出口壓力表讀數(shù)，m水柱;H入口壓力表一一離心泵入口壓力表的讀數(shù)，m水柱；ho離心泵進(jìn)、出口管路兩測壓點(diǎn)間的垂直距離，可忽略不計(jì);1U1吸入管內(nèi)流體的流速，ms；1u2壓出管內(nèi)流體的流速，ms泵的有效功率，由于泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在種種能量損失，使泵的實(shí)際壓頭和流量較理論值為低，而輸入泵的功率又較理論值為高，所以泵的效率Nee100%(3-6)N而泵的有效功率Ne=QHe討/(3600X1000)(3-7)式中：Ne泵的有效功率，Kw;N電機(jī)的輸入功率，由功率表測出，Kw;Q泵的流量，m3-h-1;He泵的揚(yáng)程，m水柱。、實(shí)驗(yàn)裝置流程

4、圖圖3-1流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)流程圖1-底閥2-入口壓力表3-離心泵4-出口壓力表5-充水閥6-差壓變送器7-渦輪流量計(jì)8-水箱管子規(guī)格：1#2#,入口內(nèi)徑為35.75mm，出口內(nèi)徑為27.1mm,直管內(nèi)徑為27.1mm，直管管長1m。3#8#，入口內(nèi)徑為41mm，出口內(nèi)徑為35.75mm,直管內(nèi)徑為35.75mm,直管管長1m四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開充水閥向離心泵泵殼內(nèi)充水。2. 關(guān)閉充水閥、出口流量調(diào)節(jié)閥，啟動(dòng)總電源開關(guān)，啟動(dòng)電機(jī)電源開關(guān)。3. 打開出口調(diào)節(jié)閥至最大，記錄下管路流量最大值，即控制柜上的渦輪流量計(jì)的讀數(shù)。4. 直管阻力的測定：調(diào)節(jié)出口閥，流量從大到小測取810次，再由小到大測取81

5、0次，記錄各次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括渦輪流量計(jì)的讀數(shù)、直管壓差示值。5. 局部阻力的測定（要求流量在14m3h范圍內(nèi)）：調(diào)節(jié)出口閥，改變管路流量3次，分別記錄閘閥壓差、截止閥壓差、渦輪流量計(jì)的讀數(shù)。6. 離心泵特性曲線的測定：調(diào)節(jié)出口閥，流量從最大到最小測取810次，再由最小到最大測取810次，記錄各次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括入口壓力表、出口壓力表、渦輪流量計(jì)、功率表的讀數(shù)。7. 測取實(shí)驗(yàn)用水的溫度。8. 依次關(guān)閉出口流量調(diào)節(jié)閥、電機(jī)開關(guān)、總電源開關(guān)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .計(jì)算直管摩擦系數(shù)及雷諾準(zhǔn)數(shù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪舄-Re的關(guān)系曲線。2 .計(jì)算局部阻力系數(shù)匚的平均值。3. 以流量Q為橫坐標(biāo)，N,He及11為縱

6、坐標(biāo)，繪出此離心泵的特性曲線。在離心泵的特性曲線圖上標(biāo)明泵的型號(hào)和轉(zhuǎn)速，請(qǐng)參照所學(xué)教材。六、思考題1. 以水為工作流體所測得的&-Re關(guān)系能否適用于其他種類的牛頓型流體？請(qǐng)說明原因。2. 如果要增加雷諾數(shù)的范圍，可采取哪些措施？3. 測出的直管摩擦阻力與直管的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？請(qǐng)說明原因。4. 離心泵啟動(dòng)前，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？關(guān)閉離心泵時(shí)，出口閥處于什么狀態(tài)？為什么？5. 測定離心泵的特性曲線并繪出曲線圖時(shí)為什么要注明轉(zhuǎn)速數(shù)值？6. 隨著離心泵流量的增大，進(jìn)口真空表和出口壓力表指示的數(shù)值怎么變化？功率表讀數(shù)如何變化？7. 離心泵怎樣啟動(dòng)？為什么？8. 離心泵啟動(dòng)后，如不打開出口

7、閥會(huì)有什么結(jié)果？9. 為什么離心泵可用出口閥來調(diào)節(jié)流量？10. 試分析氣縛和氣蝕現(xiàn)象的區(qū)別。11. 試分析允許吸上真空高度與泵的安裝高度的區(qū)別。七、注意事項(xiàng)1. 注意電機(jī)和泵是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有無雜音，電機(jī)是否發(fā)熱等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即關(guān)閉泵電源開關(guān)。2. 泵啟動(dòng)前先沖水排氣，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉出口閥，停泵前也應(yīng)先關(guān)出口閥；3. 泵啟動(dòng)后，應(yīng)及時(shí)打開出口閥，觀察泵是否已正常輸水工作，如果沒有應(yīng)及時(shí)停泵，以保護(hù)機(jī)械密封裝置；4. 當(dāng)測量流量為零的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，即出口閥全關(guān)，數(shù)據(jù)測量時(shí)間不宜太長，以免泵殼內(nèi)水發(fā)熱氣化實(shí)驗(yàn)二管路設(shè)計(jì)與安裝實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 綜合運(yùn)用流體力學(xué)基本原理與操作技能，設(shè)計(jì)并安裝“流量

8、計(jì)校核”與“突然擴(kuò)大、縮小阻力系數(shù)的測定”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置2. 掌握常用工具的使用方法，學(xué)習(xí)管路的組裝、試壓、沖洗及拆除操作方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1. 流量計(jì)校核測取孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)C0；整理出雷諾系數(shù)Re與孔流系數(shù)Co之間的關(guān)系曲線。2. 突然擴(kuò)大、縮小阻力系數(shù)的測定測取突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)；測取突然縮小局部阻力系數(shù)。三、安裝操作注意事項(xiàng)1. 安裝過程一定注意人身安全，避免碰傷、擦傷、砸傷；2. 安裝之前一定要充分討論，思路明確，避免返工；3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，寫出實(shí)驗(yàn)步驟；4. 實(shí)驗(yàn)中需測數(shù)據(jù)應(yīng)列成表格形式；5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束應(yīng)檢查水、電是否關(guān)閉。四、思考題1. 孔流系數(shù)與哪些因素有關(guān)？2.

9、 實(shí)驗(yàn)測定的CoR曲線是否與課本中的圖1-33相一致？3. 常見的管路連接方式有哪幾種？4. 常見的閥門有哪幾種？5. 常見的流量計(jì)有哪幾種？6. 管材的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)是如何規(guī)定的？實(shí)驗(yàn)三傳熱綜合實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 利用套管換熱器測定蒸汽冷凝與冷空氣（水）之間的總傳熱系數(shù)。2. 比較冷空氣（水）以不同流速流過圓形直管時(shí)，總傳熱系數(shù)的變化。3. 測定套管換熱器中，空氣（水）在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)定Nu和Re之間的關(guān)系。4. 通過實(shí)驗(yàn)提高對(duì)關(guān)聯(lián)式«的理解，并分析影響a的因素，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施。二、實(shí)驗(yàn)原理管壁熱傳導(dǎo)和管壁對(duì)冷流體兩流體通過間壁的傳熱過程是由熱流體對(duì)管壁的

10、對(duì)流傳熱、對(duì)流傳熱的串聯(lián)過程組成。所選基準(zhǔn)面積不同，總傳熱系數(shù)的數(shù)值也不同。在套管換熱器中一邊蒸汽冷凝，一邊冷空氣（水）被加熱情況下的總傳熱系數(shù)，其值可由下式計(jì)算:(3-8)K=So-tm式中:K總傳熱系數(shù)，W/（m2，c）Q傳熱速率，W;So傳熱管的外表面積，r2:Atm對(duì)數(shù)平均溫度差，CMm（Tt進(jìn)）-（Tt出）ln(3-9)Tt出T飽和蒸汽溫度，c,根據(jù)飽和蒸汽壓力查表得到;t進(jìn)、t出分別為冷空氣（水）進(jìn)、出口溫度，C。通過套管換熱器間壁的傳熱速率,即冷空氣（水）通過換熱器被加熱的速率，用下式(3-10)式中:ms空氣（水）的質(zhì)量流量,1kgs；Cp空氣（水）在進(jìn)出口平均溫度下的比熱,J

11、/kgC求得:Q=misCp«出-t進(jìn))傳熱速率方程:(3-11)式中：Si傳熱管的內(nèi)表面積，m2;a空氣（水）在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù);*tm空氣（水）和管壁的對(duì)數(shù)平均溫度差,"Im由式（3-10）、(3-11)（tw進(jìn)-t進(jìn)）一（tw出一t出）tw進(jìn)_t進(jìn)Intw出t出(3-12)（3-12）聯(lián)解，即可求出-duRe=PraNu=定性溫度取空氣（水）進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值。對(duì)于低粘度流體，在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)，關(guān)系式可表示為Nu=CRemPr0'4(3-13)本實(shí)驗(yàn)中，可用圖解法和最小二乘法計(jì)算準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)m和系數(shù)C。用圖解法對(duì)式（3-

12、13）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，兩邊取對(duì)數(shù)，得到直線方程:Ig-=IgCmlgRePr.(3-14)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)m。在直線上任取一點(diǎn)的函數(shù)值，代入方程（3-14）中得到系數(shù)C。用圖解法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)確定直線位置，有一定的人為性。到最佳關(guān)聯(lián)結(jié)果。壁溫的測定是將熱電偶焊在內(nèi)管的外管壁的槽內(nèi)，其值可由數(shù)字顯示表直接讀取。而用最小二乘法回歸，可以得三、實(shí)驗(yàn)裝置流程圖設(shè)備描述本設(shè)備由紫銅管為內(nèi)管，無縫鋼管為外管組成的套管換熱器。內(nèi)管的進(jìn)出口端各裝有熱電阻溫度討支，用于測量空氣（水）的進(jìn)出口溫度。內(nèi)管的進(jìn)、出口端外壁表面上，各焊有三對(duì)熱電偶，型號(hào)為WRNK-192。紫銅管巾16乂2,長

13、1.20米轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZB-25數(shù)字顯示表SWP-C40圖3-2傳熱綜合實(shí)驗(yàn)流程圖1-空氣流量調(diào)節(jié)閥2-轉(zhuǎn)子流量計(jì)3-蒸汽調(diào)節(jié)閥4-蒸汽壓力表5-套管換熱器6-空氣進(jìn)口溫度計(jì)7-空氣出口溫度計(jì)8-不凝氣排放口蒸汽一一空氣系統(tǒng)流程圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 檢查管路系統(tǒng)各閥門開啟位置是否正常，鍋爐液位是否合理。2. 接通總電源，打開儀表柜上儀表開關(guān)、加熱開關(guān)。待鍋爐蒸汽壓力恒定后，打開放氣閥排凈套管中空氣，然后關(guān)閉放氣閥。3. 全開空氣旁路閥，調(diào)節(jié)空氣流量調(diào)節(jié)閥，改變冷空氣的流量，取68點(diǎn)，每點(diǎn)測量時(shí)必須待流速穩(wěn)定，加熱蒸汽壓強(qiáng)維持穩(wěn)定，冷空氣出口溫度不變后，才可記錄空氣流量、空氣入口溫度、空氣出口溫度

14、、壁溫等數(shù)據(jù)。4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先停止加熱，3分鐘后停風(fēng)機(jī)，關(guān)閉總電源。五、思考題1. 本實(shí)驗(yàn)要想提高K值應(yīng)當(dāng)增加哪一個(gè)管內(nèi)的流體流量？2. 紫銅管內(nèi)壁的溫度與哪一種流體的溫度相接近？3. 本實(shí)驗(yàn)中若套管間隙中有不凝性氣體存在，對(duì)傳熱有什么影響？4. 實(shí)驗(yàn)中所測的壁溫接近蒸汽側(cè)溫度還是空氣（水）側(cè)溫度？5. 以空氣為被加熱介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)流量增大時(shí)，管壁溫度將會(huì)怎樣變化？為什么？6. 管內(nèi)空氣流動(dòng)速度對(duì)傳熱膜系數(shù)有何影響？7. 如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)a式的關(guān)聯(lián)有沒有影響？8.傳熱過程的穩(wěn)定性受哪些因素的影響？六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表：紫銅管外表面積So=蒸汽溫度T=C序號(hào)空氣的流量m3/h空

15、氣進(jìn)口溫度C空氣出口溫度C傳熱速率Q總傳熱系數(shù)K12345678七、注意事項(xiàng)1. 調(diào)節(jié)空氣流量時(shí)，保證管內(nèi)流速呈湍流狀態(tài)；取點(diǎn)時(shí)，使其在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上描點(diǎn)均勻。特別注意每改變一流量，要使操作穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。特別是小流量時(shí)尤是如此。2.空氣（水）調(diào)節(jié)閥要緩緩開啟，以免轉(zhuǎn)子上升過快，撞碎玻璃管。3. 實(shí)驗(yàn)過程中，盡可能將空氣旁路閥開到最大。實(shí)驗(yàn)四精僻綜合實(shí)驗(yàn)精僻塔全塔效率的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解篩板精儲(chǔ)塔的結(jié)構(gòu)。2. 熟悉精儲(chǔ)工藝流程。2. 掌握精鐳塔的操作方法與調(diào)節(jié)。3. 測定全回流及部分回流狀況下的全塔效率和單板效率。二、實(shí)驗(yàn)原理如果每層塔板上的液體與離開該板的上升蒸汽處于平衡狀態(tài)，則稱

16、該塔為理論塔。實(shí)際操作中，由于接觸時(shí)間的限制以及其它因素的影響，不能達(dá)到平衡狀態(tài)，即實(shí)際塔板的分離達(dá)不到理論板的理想分離效果。因此所需實(shí)際塔板數(shù)總比理論板數(shù)要多。對(duì)于二元物系，若已知汽、液平衡數(shù)據(jù)，則根據(jù)塔頂儲(chǔ)出液的組成xD,塔釜?dú)堃旱慕M成Xw,原料液的組成Xf，及操作回流比R和進(jìn)料溫度tF,就可用圖解法求得理論塔板數(shù)。1. 全回流狀況下單板效率對(duì)第n板而言，按氣相組成變化表示的單板效率為EMVyn-yn1(3-18)yn-yn1式中Emv按氣相組成變化表示的單板效率;由第n+1塊板上升至第n塊板的氣相組成，摩爾分率;yn由第n塊板上升至第n-1塊板的氣相組成，摩爾分率;yn與離開第n塊板的液

17、相Xn成平衡的氣相組成，摩爾分率。全回流時(shí)R=00,操作線與對(duì)角線重合。因此有:Yn1=Xnyn一xn4(3-19)（3-18）式可寫成EmvXn4"Xn(3-20)yn-Xn式中xn.、xn分別為離開第n-1、n塊板的液相組成，摩爾分率這時(shí)，欲測定第n塊塔板的單板效率，只要測取該板（n板）及其上一板（n-1板）的液相組成Xn和Xn值。由Xn值根據(jù)平衡曲線查得yn，再代入（3-20）式，即可求出該板的單板效率。2. 全塔效率Et全塔效率又稱總板效率，是指達(dá)到指定分離要求所需理論塔板數(shù)與實(shí)際塔板數(shù)的比值。可表小為EtNt(3-21)式中：Et全塔效率;Nt理論塔板數(shù)（不包括蒸偶釜）Np

18、實(shí)際塔板數(shù)（不包括蒸偶釜）三、實(shí)驗(yàn)裝置1.實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如下圖3-4所示。_L1-塔釜塔體3衿攝器4-溜出海弁配器5-產(chǎn)品貯槽6-料液貯槽7-塔根8-塔頂溫度傳感器9-回流液溫度傳感器0進(jìn)斜溫度傳感器U普爰溫度傳感器12-進(jìn)料加熱器13-釜液泵14倒瞰15-料液泵圖3-4板式塔精儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置流程圖2.主要技術(shù)數(shù)據(jù)塔內(nèi)徑：80mm實(shí)際塔板數(shù)；15塊板間距：100mm加料板位置：從塔頂開始第11塊板上孔徑：2mm開孔率：6%再沸器最大加熱功率：3Kw塔頂冷凝器面積（雙程列管式）0.4m2其中5#,6#,7#,8#塔為自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和控制3#,4#采用蒸汽加熱四實(shí)驗(yàn)步驟1. 首先熟悉精儲(chǔ)塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)和流

19、程，并了解各部分的作用，檢查整套裝置管路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)是否正常；2. 向蒸儲(chǔ)釜中加入料液，維持液面在2/3處。料液組成在15%（體積分率）左右；3. 接通總電源，打開儀表柜上的電源和加熱開關(guān)，用調(diào)壓器逐漸加大電壓（不能超過設(shè)備上規(guī)定值）。注意觀察塔頂、塔釜的溫度變化和第一塊塔板的情況，當(dāng)見到有上升蒸汽時(shí)，向塔頂冷凝器通入冷卻水，冷卻水量大約100l/h,其用量能將全部酒精蒸汽冷卻下來即可。但也要注意勿因冷卻水過少而使蒸汽從塔頂噴出。當(dāng)各層塔板上汽液鼓泡正常時(shí)，操作穩(wěn)定，塔頂、塔釜溫度恒定不變5分鐘后取樣。由塔頂取樣口和塔底取樣口用錐型瓶接取適量試樣，并冷卻到2030C之間。用酒精計(jì)分析其濃度，測完的樣品倒入回收桶中。4. 打開進(jìn)料泵，調(diào)節(jié)進(jìn)料量逐步升至510l/h，回流比控制在設(shè)定值（R=2左右），調(diào)節(jié)塔底熱負(fù)荷，保持塔操作正常，開塔底出料。保持蒸僭釜液位恒定，全塔穩(wěn)定操作一定時(shí)間