化工原理實(shí)驗(yàn)講義

1、1 / 18化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)唐山學(xué)院2 / 18目錄實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定 .1實(shí)驗(yàn)二離心泵特性曲線的測(cè)定 . 5實(shí)驗(yàn)三傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn). 7實(shí)驗(yàn)四 篩板式精餾塔的操作及塔板效率測(cè)定.9實(shí)驗(yàn)五 填料塔吸收實(shí)驗(yàn). 12演示實(shí)驗(yàn)柏努利方程實(shí)驗(yàn). 14雷諾實(shí)驗(yàn).163 / 18實(shí)驗(yàn)一流體流動(dòng)阻力的測(cè)定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解流體在管道內(nèi)摩擦阻力的測(cè)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(dòng)時(shí)必須克服內(nèi)摩擦力。當(dāng)流體呈湍流流動(dòng)時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)間不斷相互碰撞，弓 I 起質(zhì)點(diǎn)間動(dòng)量交換，從而產(chǎn)生了湍動(dòng)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(dòng)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(diǎn)間直管長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)在管壁粗糙度、管長(zhǎng)、管徑、一定的條件下用水做實(shí)驗(yàn)，改變水流量，測(cè)得一系 列流量下的 Pf值，將已知尺寸和所測(cè)數(shù)據(jù)代入各式，分別求出入和Re,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出入Re 曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)要說(shuō)明水泵將儲(chǔ)水糟中的水抽出， 送入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量流量， 然后送入 被測(cè)直管段測(cè)量流體流動(dòng)的阻力，經(jīng)回流管流回儲(chǔ)水槽，水

3、循環(huán)使用。 被測(cè)直管段流體流 動(dòng)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(lái)測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、向儲(chǔ)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(cè)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(dòng)泵做實(shí)驗(yàn)。3、 檢查導(dǎo)壓系統(tǒng)內(nèi)有無(wú)氣泡存在.當(dāng)流量為 0 時(shí)打開(kāi) B1、B2 兩閥門(mén)，若空氣一水倒置U 型管內(nèi)兩液柱的高度差不為0，則說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)有氣泡存在，需要排凈氣泡方可測(cè)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(cè)取數(shù)據(jù)的順序可從大流量至小流量，反之也可，一般測(cè) 1520 組數(shù)，建議當(dāng)流量 讀數(shù)小于 30

4、0L/h 時(shí)，用空氣一水倒置 U 型管測(cè)壓差 P。5、待數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，切斷電源。Redu4 / 18五、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)注意的事項(xiàng)：1、調(diào)流量要慢、穩(wěn)、準(zhǔn)。2、 利用壓力傳感器測(cè)大流量下 P 時(shí)，應(yīng)切斷空氣一水倒置 U 型管 B1、B2 兩閥門(mén)否則 影響測(cè)量數(shù)據(jù)。3、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每調(diào)節(jié)一個(gè)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(zhǎng)時(shí)間不做驗(yàn)驗(yàn) ,啟動(dòng)離心泵之前應(yīng)先轉(zhuǎn)動(dòng)泵軸使之靈活運(yùn)轉(zhuǎn) ,否則燒壞電機(jī)。5 / 18實(shí)驗(yàn)二離心泵特性曲線測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉離心泵的操作與結(jié)構(gòu)；2、測(cè)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(shí)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(lái)決定。而此三條曲線是經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè) 得標(biāo)繪出來(lái)。1、流量 Qe 的測(cè)定通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)改變水流量的大小，采用文式流量計(jì)測(cè)得壓差,Qe CoAo 單位(m3/s)2、離心泵壓頭 He 的測(cè)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(jì)算 泵軸功率N =電機(jī)輸出功率 功率表讀數(shù)=電機(jī)輸入功率泵的有效功率NeH2(KW)式中：NeNA0文丘里流量計(jì)喉管的橫截面積Co流量系數(shù) Co=1 P文丘里流量計(jì)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(qiáng)三、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)要說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)用 WB70/055 型離心泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用離心泵將儲(chǔ)水槽內(nèi)的水抽出， 送入離心泵性 能測(cè)定管路測(cè)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(cè)量水進(jìn)口處的壓力。 泵的出口管線裝有文氏流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥門(mén)，用來(lái)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(jī)效率(Kw)6 / 18的流量或管內(nèi)壓力。四、實(shí)驗(yàn)方法1、向儲(chǔ)水槽內(nèi)注蒸餾水，直到水滿為止。2、在啟動(dòng)離心泵之前需做如下檢查：(1)流量調(diào)節(jié)閥門(mén) 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(mén) B1、 B2均應(yīng)關(guān)閉。(2)流量測(cè)量壓差變送器的平衡閥打開(kāi)。3、啟動(dòng)離心泵，打開(kāi)閥門(mén) 10 至全開(kāi)。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(kāi)壓力表及真空表的調(diào)節(jié)閥。4、 測(cè)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(diǎn)1520 組數(shù)據(jù)。5、數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，關(guān)閉壓力表，真空表并把平衡閥打開(kāi)。五、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)注意的事項(xiàng)1 、啟動(dòng)離心泵之前 , 一定要檢查各處閥門(mén)。2、流體在管路輸送中不應(yīng)有氣存在。3、測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)值。4、離心泵不要長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)。1 、對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)值有何影響？3、由實(shí)驗(yàn)得知，泵的流量越大，泵進(jìn)口處真空度越大，為什么？7 / 18實(shí)驗(yàn)三傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握傳熱膜系數(shù)a的測(cè)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(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)a關(guān)聯(lián)式的理解，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施；二、基本原理對(duì)流傳熱的核心問(wèn)題是求算傳熱膜系數(shù)a,當(dāng)流體無(wú)相變化時(shí)對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式一般形式為：Nu = C RemPrnGrp對(duì)強(qiáng)制湍流，Gr 準(zhǔn)數(shù)可以忽略。Nu = C RemPrn本實(shí)驗(yàn)中，可用圖解法和最小二乘法兩種方法計(jì)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(duì)多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)，要對(duì)不同變量 Re 和 Pr 分別回歸。為了便于掌握這類(lèi)方程的關(guān)聯(lián)方法，可取對(duì)數(shù)，得到直線方程：n = 0.4 （實(shí)驗(yàn)中流體被加熱）。這樣就簡(jiǎn)化成單變量方程。兩邊取lgPr0-4lgCmlgRe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) 值代入方程中得到系數(shù) C,即NuPr0.4Rem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。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(jì)算機(jī)對(duì)多變量方程進(jìn)行一次回歸, 就能同時(shí)得到 C、m、n?？梢钥闯鰧?duì)方程的關(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(shí)驗(yàn)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(jì)算對(duì)應(yīng)的Pr 準(zhǔn)數(shù)值。同時(shí)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?yàn)榭諝鈧鳠崮は禂?shù)a1遠(yuǎn)大于蒸汽傳熱膜系數(shù)a2,所以傳熱管內(nèi)的對(duì)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(cè)得的熱電勢(shì)（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(shí)驗(yàn)條件下的空氣流量 V（m3/h）需按下式計(jì)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(qiáng)化傳熱被學(xué)術(shù)界稱(chēng)為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計(jì)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(dòng)力消耗，更有效的利用能源和資金。強(qiáng)化換熱的方法有多種， 本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來(lái)強(qiáng)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(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。強(qiáng)化傳熱時(shí)，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(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化 比的概念作為評(píng)判準(zhǔn)則，即強(qiáng)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(qiáng)化比 Nuo/ Nu 1,而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。三、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)要說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)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(jì)的孔徑比m = 17mm / 44mm 0.39空氣進(jìn)、出口測(cè)量段的溫度t1、t2采用電阻溫度計(jì)測(cè)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(jì)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(cè)量，在數(shù)字式毫伏計(jì)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(shí)驗(yàn)方法及步驟1、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，檢查工作。 打開(kāi)冷水開(kāi)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(kāi)。檢查普通管支路各控制閥是否已打開(kāi)。 接通電源總閘，啟動(dòng)電加熱器開(kāi)關(guān)，開(kāi)始加熱。2、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。提前啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，約加熱十分鐘后，保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)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(kāi)度，使流量計(jì)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(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須穩(wěn)定足夠的時(shí)間)重復(fù)與共做 56 個(gè)空氣流量值。最小最大流量值一定要做。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)定 5 6 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)。 過(guò) 5 分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開(kāi)。 切斷總電源。五

15、、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 實(shí)驗(yàn)裝置儀表柜上的拉門(mén)學(xué)生不得隨便打開(kāi)，以防觸電。2、 注意要先開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)再開(kāi)加熱器，關(guān)閉時(shí)先關(guān)加熱器后關(guān)鼓風(fēng)機(jī)電源。3、 注意不要接觸加熱管以免燙傷。11 / 18實(shí)驗(yàn)四篩板式精餾塔的操作及塔板效率的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?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(cè)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(shí)現(xiàn)分離，實(shí)驗(yàn)物 料是乙醇一水系統(tǒng)。精餾塔塔板數(shù)的計(jì)算利用圖

16、解的方法最簡(jiǎn)便，對(duì)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(shí)驗(yàn)采用全回流狀態(tài)下，通過(guò)測(cè)定塔頂，塔釜組成，確定出理論塔板數(shù)，計(jì)算出全NP塔效率:式中：n全塔效率NT理論塔板數(shù)（塊）NP實(shí)際塔板數(shù)（塊）NP=7三、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明裝置實(shí)驗(yàn)裝置了為一小型篩板塔， 共有七層篩板，板上開(kāi)有 2 毫米篩孔 8 個(gè)，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(jì)、測(cè)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)方法及注意事項(xiàng)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(méi)電加熱器（約為液面計(jì)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(kāi)儀表柜上的電源和加熱開(kāi)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