化工原理(過(guò)控)

實(shí)驗(yàn)教師：李梅杜春

緒論

化工原理實(shí)驗(yàn)一、化工原理實(shí)驗(yàn)的目的

驗(yàn)證化工單元過(guò)程的基本理論，并在運(yùn)用理論分析實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，使理論知識(shí)得到進(jìn)一步的理解和鞏固；

熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的流程、結(jié)構(gòu)，以及化工中常用儀表的使用方法；

掌握化工原理實(shí)驗(yàn)的方法和技巧；

一、化工原理實(shí)驗(yàn)的目的增強(qiáng)工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度；提高計(jì)算與分析問(wèn)題的能力，運(yùn)用計(jì)算機(jī)及軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)方式或圖表科學(xué)地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行必要的分析討論，編寫(xiě)完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、化工原理實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，清楚了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁?、原理及?shí)驗(yàn)步驟，書(shū)寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告；要對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)做到心中有數(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果、可能發(fā)生的故障及排除做出合理的判斷；實(shí)驗(yàn)小組成員要做到分工明確、動(dòng)作協(xié)調(diào)。2、實(shí)驗(yàn)中的操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作是動(dòng)手動(dòng)腦的重要過(guò)程，學(xué)生一定要嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程。調(diào)試時(shí)要求細(xì)心平穩(wěn)，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象、儀表讀數(shù)的變化；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要記錄在表格內(nèi)，并注明單位、條件；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要盡量詳細(xì)記錄在記錄本內(nèi)，對(duì)有些當(dāng)時(shí)不能理解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)并如實(shí)記錄，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束經(jīng)過(guò)思考后，提出自己的看法或結(jié)論。3、實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)——實(shí)驗(yàn)報(bào)告

報(bào)告要求：（1）每份實(shí)驗(yàn)報(bào)告后面附一份北方民族大學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄紙；（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理要有計(jì)算示例，不能只給出結(jié)果；（3）要求對(duì)不合理的數(shù)據(jù)做誤差分析；（4）畫(huà)圖要求畫(huà)在坐標(biāo)紙上；（5）認(rèn)真回答思考題。三、實(shí)驗(yàn)室規(guī)則準(zhǔn)時(shí)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不要進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的活動(dòng)；愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器，未經(jīng)教師許可，不得亂動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器、閥門(mén)以及電器設(shè)備；儀器操作不明白時(shí)，應(yīng)請(qǐng)指導(dǎo)教師予以解答，不得隨意違章操作。實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)講義中的步驟及指導(dǎo)老師所講步驟操作；注意安全及防火。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量（一）有效數(shù)據(jù)的讀取1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分類(lèi)：無(wú)量綱數(shù)據(jù)有量綱數(shù)據(jù)2、直接測(cè)量時(shí)有效數(shù)字的讀取3、間接測(cè)量時(shí)有效數(shù)字的選取（二）有效數(shù)字的計(jì)算規(guī)則1、

有效數(shù)字的舍入規(guī)則末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若小于5，則舍去；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若大于5，則將末尾有效數(shù)字加上1；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若等于5，則由末尾有效數(shù)字的奇偶而定，當(dāng)其為偶數(shù)或0時(shí)，不變；當(dāng)其為奇數(shù)時(shí)，則加上1（變?yōu)榕紨?shù)或0）

2、

有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則

在加減運(yùn)算中，各數(shù)所保留的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)，與各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)最少的相一致。例如：將13.65,0.0082,1.632三個(gè)數(shù)相加，應(yīng)寫(xiě)為：13.65+0.01+1.63=15.29

2、

有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則在乘除運(yùn)算中，各數(shù)所保留的位數(shù)，以原來(lái)各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)為準(zhǔn)，所得結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，亦應(yīng)與原來(lái)各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)相同。例如：將0.0121，25.64，1.05782三個(gè)數(shù)相乘，應(yīng)寫(xiě)為：0.0121×25.6×1.06=0.3282、

有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則在對(duì)數(shù)計(jì)算中，所取對(duì)數(shù)位數(shù)與真數(shù)有效數(shù)字位數(shù)相同。

例如：lg55.0=1.74五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量值及其誤差

（一）誤差誤差：在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量?jī)x器的精密程度，測(cè)量方法的可靠性，以及測(cè)量環(huán)境、人員等多方面的因素，使測(cè)量值與直值間不可避免地存在著一些差異，這種差異稱為誤差，誤差普遍存在于測(cè)量過(guò)程中。

(二）真值真值也叫理論值或定義值，是指某物理量客觀存在的實(shí)際值。由于誤差存在的普便性，通常真值是無(wú)法測(cè)量的。通常通過(guò)理論真值、相對(duì)真值、近似真值三種方法來(lái)選取真值。

（三）誤差的表示方法1、

絕對(duì)誤差某物理量經(jīng)測(cè)量后，測(cè)量值與該物理量真值之間的差異，即：絕對(duì)誤差=測(cè)量值-真值在工程計(jì)算中：絕對(duì)誤差=測(cè)量值-精確測(cè)量值=測(cè)量值-算術(shù)平均值2、

相對(duì)誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差=×100%

真值當(dāng)絕對(duì)誤差很小時(shí)，工程中可用測(cè)量值代替真值計(jì)算相對(duì)誤差，絕對(duì)誤差是一個(gè)有量綱的值，相對(duì)誤差是無(wú)量綱的真分?jǐn)?shù)。（三）誤差的表示方法3、

引用誤差

示值誤差引用誤差=×100%

滿刻度值測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)是國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的，按引用誤差的大小分成幾個(gè)等級(jí)，將引用誤差的百分?jǐn)?shù)去掉，剩下的數(shù)值就稱為測(cè)量?jī)x表的精度等級(jí)。電工儀表的精度等級(jí)分別為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七個(gè)等級(jí)。

（四）誤差的分類(lèi)1、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在一定條件下，對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，誤差的數(shù)字保持恒定，或按照某種已知函數(shù)規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的大小用正確度來(lái)表征。系統(tǒng)誤差表明一個(gè)測(cè)量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度，產(chǎn)生原因通常有：測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法、環(huán)境及人為因素。（四）誤差的分類(lèi)2、偶然誤差（隨機(jī)誤差）偶然誤差由于測(cè)量中一系列隨機(jī)性因素的影響而產(chǎn)生的誤差。偶然誤差的大小用精密度一詞表征。3、

過(guò)失誤差（粗差）過(guò)失誤差是由于測(cè)量過(guò)程中明顯歪曲測(cè)量結(jié)果而引起的誤差，如測(cè)錯(cuò)、讀錯(cuò)、記錯(cuò)。產(chǎn)生的主要原因?yàn)榇种Υ笕~、過(guò)度疲勞或操作不正確。含有過(guò)失誤差的測(cè)量值被稱為壞值，正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)該含有壞值，即所有壞值都要剔除。

六、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目離心泵性能實(shí)驗(yàn)流體流動(dòng)阻力的測(cè)定傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)

氧解吸實(shí)驗(yàn)必做實(shí)驗(yàn)精餾實(shí)驗(yàn)

流化床干燥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：離心泵性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法；2、測(cè)量離心泵在恒定轉(zhuǎn)數(shù)下的特性曲線，并確定其最佳工作范圍；3、測(cè)量管路特性曲線及雙泵并聯(lián)時(shí)特性曲線；4、了解工作點(diǎn)的含義及確定方法；實(shí)驗(yàn)一：離心泵性能實(shí)驗(yàn)二、基本原理在一定轉(zhuǎn)數(shù)下，泵的揚(yáng)程、功率、效率與其流量之間的關(guān)系，即為特性曲線。１、泵的揚(yáng)程

He=H壓力表

+H真空表

+H0[m]其中：H真空表，H壓力表分別為離心泵進(jìn)出口的壓力[m]；

H0為兩測(cè)壓口間的垂直距離，H0=0.3m。實(shí)驗(yàn)一：離心泵性能實(shí)驗(yàn)

２、泵軸輸入離心泵的功率N軸N軸

=N電機(jī)?η電機(jī)?η傳動(dòng)

[kw]其中：η電機(jī)—電機(jī)效率，取0.9；

η傳動(dòng)—傳動(dòng)裝置的效率，取1.0；３、泵的有效功率Ｎe4、泵的總效率為：[kw]實(shí)驗(yàn)一：離心泵性能實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程

1水箱2離心泵3渦輪流量計(jì)4孔板流量計(jì)d=21mm5流量調(diào)節(jié)閥實(shí)驗(yàn)一：離心泵性能實(shí)驗(yàn)四、報(bào)告要求1、畫(huà)出離心泵的特性曲線，該泵較為適宜的工作范圍。2、繪出管路特性曲線。五、思考題①④⑤⑥⑦

實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握直管摩擦阻力系數(shù)的測(cè)量方法；2、掌握突擴(kuò)管及閥門(mén)的局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法；3、回歸光滑管的λ—Re曲線，并與相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行比較；實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定二、基本原理：

因此，通過(guò)改變流體的流速可測(cè)定出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，即可得出一定相對(duì)粗糙度的管子的λ—Re關(guān)系。實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定在湍流區(qū)內(nèi)，λ=f（Re，ε/d），對(duì)于光滑管大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Re在3×103至105的范圍內(nèi)，λ與Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即：

對(duì)于層流時(shí)的摩擦阻力系數(shù)，由哈根—泊謖葉公式和范寧公式，對(duì)比可得：實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定1離心泵

2水箱

3電磁閥

4渦輪流量計(jì)

5管路切換閥

6穩(wěn)流罐

7測(cè)量管線

8流量調(diào)節(jié)閥

9層流流量調(diào)節(jié)閥三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定自上而下分別為：No1層流管，為φ6×1.7mm的不銹鋼管，管長(zhǎng)1.2m；No2球閥與截止閥，為φ27×3.5mm的不銹鋼管；No3光滑管，為φ27×3mm的不銹鋼管，管長(zhǎng)1.5m；No4粗糙管，為φ27×2.5mm的鍍鋅管，管長(zhǎng)1.5m；No5突然擴(kuò)大管，為φ22×3mm→φ48×3mm的不銹鋼管；No6孔板流量計(jì)（渦輪）管線，為φ48×3mm的不銹鋼管。實(shí)驗(yàn)二：流體流動(dòng)阻力的測(cè)定四、報(bào)告要求1、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出λ–Re-ε/d的關(guān)系曲線。2、將光滑管的λ–Re關(guān)系與Blasius

公式進(jìn)行比較。3、計(jì)算局部阻力系數(shù)ξ。五、思考題P63①②④⑤實(shí)驗(yàn)三：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握傳熱膜系數(shù)的測(cè)定方法；2．測(cè)定強(qiáng)化與非強(qiáng)化傳熱過(guò)程中，傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)A和指數(shù)m、n；3．測(cè)定套管換熱器的靜壓損失與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系(選做內(nèi)容）；4．通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的理解，并分析影響傳熱膜系數(shù)的因素，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施。實(shí)驗(yàn)三：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)二、基本原理

圓形直管內(nèi)的強(qiáng)制湍流實(shí)驗(yàn)三：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)雷諾準(zhǔn)數(shù)普蘭特準(zhǔn)數(shù)努塞爾準(zhǔn)數(shù)實(shí)驗(yàn)三：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)1、蒸汽發(fā)生器2、蒸汽管3、補(bǔ)水口4、補(bǔ)水閥5、排水閥6、套管換熱器7、放氣閥8、冷凝水回流管9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力（壓差）傳感器11、孔板流量計(jì)12、空氣管13、風(fēng)機(jī)三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)三：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)四、報(bào)告要求1、在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.4—Re的關(guān)系圖。2、整理出流體在圓管內(nèi)做強(qiáng)制湍流流動(dòng)的傳熱膜系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。3、將實(shí)驗(yàn)所得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式和公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。五、思考題P75①②③⑥實(shí)驗(yàn)四：氧解吸實(shí)驗(yàn)一、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測(cè)定方法并分析影響因素。4、學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問(wèn)題的方法。實(shí)驗(yàn)四：氧解吸實(shí)驗(yàn)二、基本原理

1、填料塔流體力學(xué)特性

2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也是直線，因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。

實(shí)驗(yàn)四：氧解吸實(shí)驗(yàn)三、裝置和流程實(shí)驗(yàn)四：氧解吸實(shí)驗(yàn)四、報(bào)告要求1、計(jì)算并確定干填料及一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速下，lg△P與lgu的關(guān)系曲線，并找出泛點(diǎn)與載點(diǎn)。２、計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下（一定噴淋量、一定空塔氣速）的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa及液相總傳質(zhì)單元高度HOL。五、思考題P83①④⑤⑥實(shí)驗(yàn)五：精餾實(shí)驗(yàn)一、

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定精餾塔在全回流及部分回流條件下的全塔效率；2、測(cè)定精餾塔在全回流條件下的單板效率；3、測(cè)定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；4、測(cè)定再沸器的傳熱膜系數(shù)（選做內(nèi)容）。實(shí)驗(yàn)五：精餾實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)五：精餾實(shí)驗(yàn)板效率是體現(xiàn)塔板性能及操作狀況的主要參數(shù)，有兩種定義方法：

1、總板效率E

2、單板效率EmL,ｎ實(shí)驗(yàn)五：精餾實(shí)驗(yàn)三、裝置及流程

實(shí)驗(yàn)五：精餾實(shí)驗(yàn)四、報(bào)告要求１、在直角坐標(biāo)系中繪制x-y圖，用圖解法求出理論板數(shù)；２、測(cè)定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；３、全回流條件下的全塔效率和單板效率；４、部分回流條件下的全塔效率；５、結(jié)合精餾操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。五、思考題P78①②③④⑤⑥⑦實(shí)驗(yàn)六：流化床干燥實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法；2、測(cè)定流化床的床層壓降與流速的關(guān)系曲線；3、測(cè)定被干燥物料的含水量（溫度）隨時(shí)間的變化曲線；4、測(cè)定干燥速率曲線，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。實(shí)驗(yàn)六：流化床干燥實(shí)驗(yàn)二、基本原理1、流化曲線：通過(guò)測(cè)量不同空氣流量下的床層壓降。