化工原理實驗講義

1、1 / 18化工原理實驗指導(dǎo)書唐山學(xué)院2 / 18目錄實驗一流體流動阻力的測定 .1實驗二離心泵特性曲線的測定 . 5實驗三傳熱系數(shù)測定實驗. 7實驗四 篩板式精餾塔的操作及塔板效率測定.9實驗五 填料塔吸收實驗. 12演示實驗柏努利方程實驗. 14雷諾實驗.163 / 18實驗一流體流動阻力的測定、實驗?zāi)康?、了解流體在管道內(nèi)摩擦阻力的測定方法；2、 確定摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù)Re 的關(guān)系。二、基本原理由于流體具有粘性， 在管內(nèi)流動時必須克服內(nèi)摩擦力。當(dāng)流體呈湍流流動時， 質(zhì)點間不斷相互碰撞，弓 I 起質(zhì)點間動量交換，從而產(chǎn)生了湍動阻力，消耗了流體能量。流體的粘性和 流體的渦流產(chǎn)生了流體流動的阻

2、力。在被側(cè)直管段的兩取壓口之間列出柏努力方程式，可得: Pf= PPfL u2hfd 2L兩側(cè)壓點間直管長度（m）2d Pfd直管內(nèi)徑（m） 入一摩擦阻力系數(shù) u流體流速（m/s） Pf直管阻力引起的壓降（N/m2） 廠流體粘度（Pa.s ）p流體密度（kg/m3）本實驗在管壁粗糙度、管長、管徑、一定的條件下用水做實驗，改變水流量，測得一系 列流量下的 Pf值，將已知尺寸和所測數(shù)據(jù)代入各式，分別求出入和Re,在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出入Re 曲線。三、實驗裝置簡要說明水泵將儲水糟中的水抽出， 送入實驗系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計測量流量， 然后送入 被測直管段測量流體流動的阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽，水

3、循環(huán)使用。 被測直管段流體流 動阻力 P 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變壓器或空氣一水倒置 U 型管來測量。四、實驗步驟：1、向儲水槽內(nèi)注蒸餾水，直到水滿為止。2、 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng)，應(yīng)先接電預(yù)熱 10-15 分鐘，觀擦數(shù)字儀表的初始值并 記錄后方可啟動泵做實驗。3、 檢查導(dǎo)壓系統(tǒng)內(nèi)有無氣泡存在.當(dāng)流量為 0 時打開 B1、B2 兩閥門，若空氣一水倒置U 型管內(nèi)兩液柱的高度差不為0，則說明系統(tǒng)內(nèi)有氣泡存在，需要排凈氣泡方可測取數(shù)據(jù)。排氣方法：將流量調(diào)至較大，排除導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡，直至排凈為止。4、測取數(shù)據(jù)的順序可從大流量至小流量，反之也可，一般測 1520 組數(shù)，建議當(dāng)流量 讀數(shù)小于 30

4、0L/h 時，用空氣一水倒置 U 型管測壓差 P。5、待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，切斷電源。Redu4 / 18五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項：1、調(diào)流量要慢、穩(wěn)、準(zhǔn)。2、 利用壓力傳感器測大流量下 P 時，應(yīng)切斷空氣一水倒置 U 型管 B1、B2 兩閥門否則 影響測量數(shù)據(jù)。3、在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后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、若較長時間不做驗驗 ,啟動離心泵之前應(yīng)先轉(zhuǎn)動泵軸使之靈活運轉(zhuǎn) ,否則燒壞電機。5 / 18實驗二離心泵特性曲線測定一、實驗?zāi)康?、熟悉離心泵的操作與結(jié)構(gòu)；2、測定離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。二、基本原理在一定轉(zhuǎn)速下，離心泵的壓頭 He,軸

5、功率 N 及效率n均隨實際流量Qe 的大小而改變。因此泵的特性是由 H=f(Qe),Ne=f(Qe)和n=f(Qe)三條曲線來決定。而此三條曲線是經(jīng)實驗測 得標(biāo)繪出來。1、流量 Qe 的測定通過調(diào)節(jié)閥門改變水流量的大小，采用文式流量計測得壓差,Qe CoAo 單位(m3/s)2、離心泵壓頭 He 的測定在離心泵的吸入口和壓出口之間列柏努力方程離心泵d入=d出又H(x-出)可忽略Rt!、H (Z出Z入)(m)g3、離心泵軸功率的計算 泵軸功率N =電機輸出功率 功率表讀數(shù)=電機輸入功率泵的有效功率NeH2(KW)式中：NeNA0文丘里流量計喉管的橫截面積Co流量系數(shù) Co=1 P文丘里流量計的壓

6、差Z出一z入離心泵進(jìn)出口管路的垂直距離P出一P入離心泵進(jìn)出口管路的壓強三、實驗裝置簡要說明本實驗用 WB70/055 型離心泵進(jìn)行實驗，用離心泵將儲水槽內(nèi)的水抽出， 送入離心泵性 能測定管路測量系統(tǒng)， 然后由壓出管排至水槽。 在泵的吸入口和壓出口處， 分別裝有真空表 和壓力表，以測量水進(jìn)口處的壓力。 泵的出口管線裝有文氏流量計及調(diào)節(jié)閥門，用來調(diào)節(jié)水求其相應(yīng)的體積流量 Qe。P u2g 2gHeg 2gHf(入-出)功率表讀數(shù)X電機效率(Kw)6 / 18的流量或管內(nèi)壓力。四、實驗方法1、向儲水槽內(nèi)注蒸餾水，直到水滿為止。2、在啟動離心泵之前需做如下檢查：(1)流量調(diào)節(jié)閥門 10 和 2,離心泵

7、出口壓力表和真空表的調(diào)節(jié)閥 ,倒置 U 型管的閥門 B1、 B2均應(yīng)關(guān)閉。(2)流量測量壓差變送器的平衡閥打開。3、啟動離心泵，打開閥門 10 至全開。稍停片刻，待流體趕凈管路內(nèi)的氣泡后關(guān)閉平衡 閥。打開壓力表及真空表的調(diào)節(jié)閥。4、 測取數(shù)據(jù)順序可任選。切記流量從最大至流量為零應(yīng)均勻取點1520 組數(shù)據(jù)。5、數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉壓力表，真空表并把平衡閥打開。五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項1 、啟動離心泵之前 , 一定要檢查各處閥門。2、流體在管路輸送中不應(yīng)有氣存在。3、測量數(shù)據(jù)將流量傳感器的平衡閥一定處于關(guān)閉狀態(tài) ,否則影響測量數(shù)據(jù)值。4、離心泵不要長時間空轉(zhuǎn)。1 、對現(xiàn)有實驗條件，泵的特性曲線能

8、否改變？ 2、管路排水口安裝在水面之上和浸在水中對實驗值有何影響？3、由實驗得知，泵的流量越大，泵進(jìn)口處真空度越大，為什么？7 / 18實驗三傳熱系數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康?、通過實驗掌握傳熱膜系數(shù)a的測定方法，并分析影響a的因素；2、 掌握確定傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)C 和指數(shù) m、n 的方法；3、通過實驗提高對a關(guān)聯(lián)式的理解，了解工程上強化傳熱的措施；二、基本原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)a,當(dāng)流體無相變化時對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式一般形式為：Nu = C RemPrnGrp對強制湍流，Gr 準(zhǔn)數(shù)可以忽略。Nu = C RemPrn本實驗中，可用圖解法和最小二乘法兩種方法計算準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式

9、中的指數(shù)m、n 和系數(shù) C。用圖解法對多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時，要對不同變量 Re 和 Pr 分別回歸。為了便于掌握這類方程的關(guān)聯(lián)方法，可取對數(shù)，得到直線方程：n = 0.4 （實驗中流體被加熱）。這樣就簡化成單變量方程。兩邊取lgPr0-4lgCmlgRe在雙對數(shù)坐標(biāo)系中作圖， 找出直線斜率，即為方程的指數(shù) m。在直線上任取一點的函數(shù) 值代入方程中得到系數(shù) C,即NuPr0.4Rem用圖解法，根據(jù)實驗點確定直線位置，有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，可以得到最佳關(guān)聯(lián)結(jié)果。 應(yīng)用計算機對多變量方程進(jìn)行一次回歸, 就能同時得到 C、m、n?？梢钥闯鰧Ψ匠痰年P(guān)聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr 的數(shù)據(jù)組。

10、雷諾準(zhǔn)數(shù)努塞爾特準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)d 換熱器內(nèi)管內(nèi)徑（m）ai空氣傳熱膜系數(shù)（W/m2C）p空氣密度（kg/m3）入一空氣的導(dǎo)熱系數(shù)（W/mC）Cp空氣定壓比熱（J/kgC）實驗中改變空氣的流量以改變準(zhǔn)數(shù)Re 之值。根據(jù)定性溫度計算對應(yīng)的Pr 準(zhǔn)數(shù)值。同時由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)a值。進(jìn)而算得Nu 準(zhǔn)數(shù)值。因為空氣傳熱膜系數(shù)a1遠(yuǎn)大于蒸汽傳熱膜系數(shù)a2,所以傳熱管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)a1約等于冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K。則有牛頓冷卻定律：Q =aiA tmReduNu1dPrCp8 / 18A 傳熱面積（m2）（內(nèi)管內(nèi)表面積）9 / 18tm管內(nèi)外流體的平均溫差（C）tit2其中：ti

11、= T-ti, t2= T-t2T 蒸汽側(cè)的溫度，可近似用傳熱管的外壁面平均溫度Tw（C）表示Tw= 8.5+21.26XEE 熱電偶測得的熱電勢（mv）C傳熱量 Q 可由下式求得：Q= w_p（t2-ti） /3600 =Vp_ p（t2-ti） /3600w 空氣質(zhì)量流量（kg/h）V 空氣體積流量（m3/h）t1,t2空氣進(jìn)出口溫度（C）實驗條件下的空氣流量 V（m3/h）需按下式計算：Vt空氣入口溫度下的體積流量（m3/h）1t 空氣進(jìn)出口平均溫度（C） P孔板兩端壓差（KPa）11進(jìn)口溫度下的空氣密度（kg/m3）強化傳熱被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計的傳熱面積，以減小換

12、熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力； 使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動力消耗，更有效的利用能源和資金。強化換熱的方法有多種， 本實驗裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來強化傳熱的。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動，因而可以使傳熱強化。強化傳熱時，Nuo= B Rem,其中 B、m 的值因螺旋絲尺寸不同而不同。同樣可用線性回 歸方法確定 B 和 m 的值。單純研究強化手段的強化效果（不考慮阻力的影響），可以用強化 比的概念作為評判準(zhǔn)則，即強化管的努塞爾特準(zhǔn)數(shù)Nu。與普通管的努塞爾特準(zhǔn)數(shù) N

13、u 的比。顯然，強化比 Nuo/ Nu 1,而且它的值越大，強化效果越好。三、實驗裝置簡要說明本實驗采用列管式換熱器，熱空氣走管程，冷水走殼程。傳熱管參數(shù)傳熱面積 0.4m2不銹鋼孔板流量計的孔徑比m = 17mm / 44mm 0.39空氣進(jìn)、出口測量段的溫度t1、t2采用電阻溫度計測量，在顯示儀表上直接讀數(shù)。換InV V-273 t273 t1其中V-可按下式計算Vt121 .6810 / 18熱管的外壁面平均溫度 Tw采用銅一康銅熱電偶測量，在數(shù)字式毫伏計上顯示數(shù)值E?？諝庥秒娂訜崞骷訜岢隹跍囟瓤刂圃?60C。四、實驗方法及步驟1、實驗前的準(zhǔn)備，檢查工作。 打開冷水開關(guān)調(diào)制一定流量。檢查

14、空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。檢查普通管支路各控制閥是否已打開。 接通電源總閘，啟動電加熱器開關(guān)，開始加熱。2、實驗開始。提前啟動鼓風(fēng)機，約加熱十分鐘后，保證實驗開始時空氣入口溫度Ti(C)比較穩(wěn)定。調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度，使流量計讀數(shù)為所需的空氣流量值穩(wěn)定 58 分鐘左右讀取 ti,t2,TiT2值以及流體流量。(注意：第一個數(shù)據(jù)點必須穩(wěn)定足夠的時間)重復(fù)與共做 56 個空氣流量值。最小最大流量值一定要做。整個實驗過程中，加熱電壓可以保持不變，也可隨空氣流量的變化做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。測定 5 6 組實驗數(shù)據(jù)。4、實驗結(jié)束。 關(guān)閉加熱開關(guān)。 過 5 分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機，并將旁路閥全開。 切斷總電源。五

15、、實驗注意事項1、 實驗裝置儀表柜上的拉門學(xué)生不得隨便打開，以防觸電。2、 注意要先開鼓風(fēng)機再開加熱器，關(guān)閉時先關(guān)加熱器后關(guān)鼓風(fēng)機電源。3、 注意不要接觸加熱管以免燙傷。11 / 18實驗四篩板式精餾塔的操作及塔板效率的測定一、實驗?zāi)康?、 了解篩板式精餾塔的結(jié)構(gòu)2、 熟悉篩板式精餾塔的操作方法3、 測定全回流的總塔板效率二、基本原理1、精餾操作是分離工程中最基本最重要的單元之一。在板式精餾塔中，混合液在塔板上傳質(zhì)、傳熱，氣相逐板上升，液相逐板下降，層層接觸，多次部分氣 化，部分冷凝，在塔頂?shù)玫捷^純的輕組分，塔釜得到較純的重組分，從而實現(xiàn)分離，實驗物 料是乙醇一水系統(tǒng)。精餾塔塔板數(shù)的計算利用圖

16、解的方法最簡便，對于二元物系，若已知其氣液平衡數(shù)據(jù)，則根據(jù)流出液的組成 XD,料液組成 XF,殘液組成 XW及回流比 R,很容易求出理論板數(shù) NT。本實驗采用全回流狀態(tài)下，通過測定塔頂，塔釜組成，確定出理論塔板數(shù)，計算出全NP塔效率:式中：n全塔效率NT理論塔板數(shù)（塊）NP實際塔板數(shù)（塊）NP=7三、實驗簡要說明裝置實驗裝置了為一小型篩板塔， 共有七層篩板，板上開有 2 毫米篩孔 8 個，塔徑 Do=5Omm , 板間距 L=100mm,堰高 h=10mm,塔體部分上中下各裝有一玻璃段，用以觀察塔板上氣泡接觸情況和回流情況。塔底有一加熱釜，裝有液位計、測壓接管、加料接管和釜液取樣口，塔頂 有一

17、蛇管式冷凝器，冷卻水走管內(nèi)，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔頂全部回流，也可以由 塔頂取樣管將冷凝液 （餾出液）全部放出。另外，加熱釜裝有 2KW 電爐絲，用 TDGC 1/0.5 型調(diào)壓器控制點加熱量，亦即塔內(nèi)上升蒸汽量。塔頂和釜底的溫度用鉑電阻溫度指示儀記錄。四、實驗方法及注意事項1、首先熟悉精餾塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)和流程，并了解各部分的作用，然后檢查加熱釜中料液量是否適當(dāng)，釜中液面必須浸沒電加熱器（約為液面計高2/3 左右），釜內(nèi)料液組成以含酒精 15%20% （質(zhì)量分率）的水溶液為宜。2、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。電流大小由安培表指示，正常操作可控制在34 安培。注意觀察塔頂、塔釜的溫度變化和第一塊塔板的情況