化工原理試驗(yàn)

第3部分化工原理基本實(shí)驗(yàn)流體流動(dòng)阻力的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)習(xí)管路阻力損失(hf)、管路摩擦系數(shù)(2、管件(閥件)局部阻力系數(shù)(Z的測定方法，并通過實(shí)驗(yàn)了解它們的變化規(guī)律，鞏固對流體阻力基本理論的認(rèn)識(shí)；(2)了解與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝方式，掌握其測量原理，學(xué)會(huì)其使用方法。3.1.2實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際流體沿直管壁面流過時(shí)因粘性引起剪應(yīng)力，由此產(chǎn)生的阻力損失稱為直管阻力損失hfO流體流過管件、閥門或突然擴(kuò)大(縮小)時(shí)造成邊界層分離，由此產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。上述兩種阻力的測定原理如下：(1)直管阻力損失為了測定流體流過長為i、內(nèi)徑為d的直管的阻力損失，在其兩端安裝一個(gè)u形管壓差計(jì)。在壓差計(jì)的上、下游取壓面1-1與2-2間列伯努利方程：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"T.p.u2 / .p.u2、 ,、h=gz+T+T-(gz+T+-) (3-1)f1p2 2p2對于水平等徑直管，有q=z2,u1=u2，所以h=Pi二P2 (3-2)fp流體流過直管的壓降由壓差計(jì)測定，即于是P1-P于是P1-P2二(p-p)gRi(p-p)gR

i

p(3-3)(3-4)因?yàn)閔f因?yàn)閔f6d5，所以在某一流量下摩擦系數(shù)可按下式計(jì)算:(3-5)心2d(p「p)gR

lu2(3-5)式中：P.、P——分別為直管阻力壓差計(jì)指示劑及流體的密度；R——U形壓差計(jì)讀數(shù)。根據(jù)因次分析，流體在直管內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)摩擦系數(shù)為雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和管子相對粗糙度(/d)的函數(shù)，即工f(Re,。)=f(如,彳) (3-6)d日d(2)局部阻力根據(jù)局部阻力系數(shù)法，流體流過管件或閥門的阻力損失為(3-7)7，(P+Pgz)-(p+Pgz)(p'—P)gR'uu'2h=——1 1 2 2—二——i 二g(3-7)式中：p'、P——分別為局部阻力壓差計(jì)指示劑及流體的密度；R'——U形壓差計(jì)讀數(shù)。所以，在某一流量下閥件或者管件的局部阻力系數(shù)可按下式計(jì)算：(3-8)g_2(p'-p)gR

PUf2(3-8)根據(jù)式(3-4)?(3-8)，實(shí)驗(yàn)的組織方法是：在待測的直管段、管件(如大小頭、90o彎頭等)或者閥門(如閘閥、球閥等)兩端安裝U形管壓差計(jì)，在管路下游安裝出口閥，在直管段安裝流量計(jì)，再配以溫度計(jì)、管件、水槽等部件組成循環(huán)管路。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由離心泵、渦輪流量計(jì)、水槽、U形壓差計(jì)等組成，其流程如圖3-1所示。圖3-1流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)裝置1—水槽；2一離心水泵；3—流量計(jì)；4—溫度計(jì)；5—閥件或管件；6一直管；7—底閥；8—控制閥；9—引水閥；10，11—排氣閥；12—平衡閥；13一總管排氣閥實(shí)驗(yàn)步驟(1)關(guān)閉控制閥，打開2個(gè)平衡閥，引水、灌泵、放氣，關(guān)閉功率表，啟動(dòng)泵。(2)排出管路系統(tǒng)的氣體。a.總管排氣：先將控制閥全開，再關(guān)閉，如此反復(fù)3次，目的是排走總管中的部分氣體；然后打開總管排氣閥，開啟后再關(guān)閉，如此反復(fù)3次。b.引壓管排氣：開啟控制閥，對每個(gè)壓差計(jì)的2個(gè)排氣閥，先同時(shí)開啟再同時(shí)關(guān)閉，共反復(fù)3次。?? ??c.壓差計(jì)排氣：關(guān)閉2個(gè)平衡閥，對每個(gè)壓差計(jì)的2個(gè)排氣閥，先同時(shí)開啟后同時(shí)關(guān)閉，共反復(fù)3??????? ?? ??次。注意：在開啟排氣閥時(shí)眼睛要注視U型壓差計(jì)中的指示劑液面，防止指示劑沖出。(3)檢驗(yàn)排氣是否徹底。檢驗(yàn)方法：將控制閥全開，再全關(guān)，觀察U型壓差計(jì)讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，則可判斷系統(tǒng)排氣徹底;若左右讀數(shù)不等，則重復(fù)步驟(2)。(4)記錄數(shù)據(jù)。注意：a.由于系統(tǒng)的流量采用渦輪流量計(jì)計(jì)量，其小流量受到結(jié)構(gòu)的限制，所以從大流量做起，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。b.由于Re在充分湍流區(qū)時(shí)，丸?Re的關(guān)系是水平線，所以在大流量時(shí)宜少布點(diǎn)；而Re比較小時(shí)，丸?Re的關(guān)系是曲線，所以小流量時(shí)應(yīng)多布點(diǎn)。(5)關(guān)閉出口閥，關(guān)閉功率表開關(guān)，停泵，打開平衡閥。3.1.5注意事項(xiàng)(1)排氣一定要徹底；(2)啟動(dòng)泵前必須關(guān)閉引水閥；(3)引壓管和壓差計(jì)排氣時(shí)要同時(shí)開關(guān)排氣閥，注意安全，確保指示劑不從壓差計(jì)內(nèi)沖出；(4)合理安排實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。數(shù)據(jù)記錄表3-1流體流動(dòng)阻力測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表直管長度： m 管徑： mm 指示劑:閥門或管件類型： 管徑： mm 指示劑:水溫： ℃序號顯示儀讀數(shù)直管阻力壓差計(jì)局部阻力壓差計(jì)左右左右12345678910實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成見?Re數(shù)據(jù)表，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制力?Re曲線。???

(2)確定管件或閥門的阻力系數(shù)。思考題(1)如何選擇u形壓差計(jì)的指示液？(2)流量調(diào)節(jié)閥為何安裝在出口處的下端？(3)為了確定力與Re的函數(shù)關(guān)系要測定那些數(shù)據(jù)？宜選用什么儀器、儀表來測定？(4)為什么要進(jìn)行排氣操作？如何排氣？為什么操作失誤可能將U形壓差計(jì)中的水銀沖走？(5)不同管徑、不同水溫下測定的丸?Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)到一條曲線上，為什么？(6)以水為工作流體測定的丸?Re曲線能否用于計(jì)算空氣在直管內(nèi)的流動(dòng)阻力，為什么？(7)兩段管線的管長、管徑、相對粗糙度及管內(nèi)流速均相同，一根水平放置，另一根傾斜放置。流體流過這兩段管線的阻力及管子兩端的壓差是否相同，為什么？3.2離心泵特性曲線的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆x心泵的特性；(2)學(xué)習(xí)離心泵特性曲線的測定方法；(3)熟悉離心泵的操作方法和特性曲線的應(yīng)用;(4)正確掌握用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)原理對一定類型的離心泵來說，泵的特性曲線主要是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚(yáng)程(He)、軸功率(Pa)和效率(n)與流量(qV)之間的關(guān)系。因?yàn)镻n=因?yàn)镻n=paPgqHe

V Pa(3.9)所以，要測定離心泵的特性曲線，最重要的是測定Hee?qV關(guān)系曲線。由于離心泵的結(jié)構(gòu)和流體本身的非理想性以及流體在流動(dòng)過程中的種種阻力損失，迄今為止，還沒有人能推導(dǎo)出計(jì)算揚(yáng)程的純理論數(shù)學(xué)方程式。因此，不能通過理論方法直接獲得He?qV關(guān)系曲線。泵的工作點(diǎn)為管路特性曲線和泵特性曲線的交點(diǎn)，改變管路阻力(通過調(diào)節(jié)閥門開度)可使管路特性曲線上的工作點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)，再將一系列移動(dòng)的工作點(diǎn)的軌跡連接起來，就得到泵的He?qV關(guān)系曲線，見圖3-2。圖3-2圖3-2泵的工作點(diǎn)原理圖圖3-3泵的結(jié)構(gòu)示意圖在泵的進(jìn)出口截面(圖3-3)間列機(jī)械能衡算式:h+Ph+P+U2+He=h+P+

1Pg2g 2pgU2—2.+Hf,1-2(3-10)(3-11)He="-2+h-h+”-上

PgPg 212g2g(3-11)其中(3-12)其中由式(3-9)、(3-11)和(3-12)可見，實(shí)驗(yàn)的組織方法是：在泵的進(jìn)、出口管上分別安裝真空表和壓力表，確定p1和p2；安裝溫度計(jì)測量流體溫度，從而確定流體的密度p在電機(jī)上安裝功率表計(jì)量電機(jī)輸入功率Pa；安裝流量計(jì)，確定流體的流速u；通過閥門控制流量；除以上儀表外，配上管件、水槽等部件組成循環(huán)管路。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由水槽、離心泵、控制閥、流量計(jì)等組成，其流程如圖3-4所示。圖3-4泵特性曲線實(shí)驗(yàn)裝置1—水槽；2一離心泵；3-控制閥；4—真空表；5-電功率表；6-壓力表；7—溫度計(jì)；8—渦輪流量計(jì)；9—底閥；10一排氣閥；11—引水閥；12一排污閥實(shí)驗(yàn)步驟(1)關(guān)閉電功率表開關(guān)，關(guān)閉控制閥，引水、灌泵，待泵出口壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉引水閥反復(fù)開、關(guān)?????泵體排氣閥，氣體被排盡后，關(guān)閉排氣閥。(2)啟動(dòng)泵，接通電功率表。(3)采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)從大流量做起，在最大流量與最小流量(含最大流量與最小流量)之間采集10組以上數(shù)據(jù)。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停泵，關(guān)閉電功率表開關(guān)。注意事項(xiàng)(1)調(diào)節(jié)閥門開度后須等待3?5min方能讀取數(shù)據(jù)。(2)最大流量由管路特性與泵特性共同決定，指控制閥全開時(shí)的值。(3)因離心泵效率極值點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)在大流量時(shí)，所以實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)應(yīng)遵循大流量多布點(diǎn)，小流量少布點(diǎn)的規(guī)則。(4)實(shí)驗(yàn)中若發(fā)現(xiàn)流量顯示儀讀數(shù)達(dá)不到零，則可采用先將控制閥全開，再快速關(guān)閉控制閥，使流量顯示儀讀數(shù)為零，此讀數(shù)可能不久還會(huì)上升，仍為正?，F(xiàn)象，上升的數(shù)據(jù)不采集，以零計(jì)。此時(shí)其余的儀表讀數(shù)不隨顯示儀讀數(shù)而改變。數(shù)據(jù)記錄表3-2離心泵特性曲線的測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表水溫：℃ 兩測壓口間的垂直距離： mm泵的吸入口管徑： mm泵的壓出口管徑： mm序號顯示儀讀數(shù)真空表/MPa壓力表/MPa電功率表讀數(shù)12345678910實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)在直角坐標(biāo)系中繪制離心泵的特性曲線，注意必須說明實(shí)驗(yàn)介質(zhì)、實(shí)驗(yàn)溫度、泵的類型與轉(zhuǎn)速。(2)判斷該泵較為適宜的工作范圍。思考題(1)啟動(dòng)離心泵前為什么要先灌水排氣？本實(shí)驗(yàn)裝置中的離心泵在安裝方面有何特點(diǎn)？(2)啟動(dòng)離心泵前為什么要先關(guān)閉出口閥，待啟動(dòng)后再逐漸開大？停泵時(shí)為什么也要先關(guān)閉出口閥？(3)離心泵的特性曲線是否與連接的管路系統(tǒng)有關(guān)？(4)離心泵的流量增大時(shí)，壓力表與真空表的數(shù)值將如何變化?為什么？(5)離心泵的流量是否可以通過泵的出口閥調(diào)節(jié)，為什么？(6)在什么情況下會(huì)出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象？汽蝕現(xiàn)象與氣縛現(xiàn)象有什么區(qū)別？(7)離心泵在其進(jìn)口管上安裝調(diào)節(jié)閥門是否合理？為什么？(8)試分析必須汽蝕余量與泵的安裝高度的區(qū)別。(9)已知某離心泵的必需汽蝕余量(NPSH)r=3.0m，如果選用密度比水輕的苯作介質(zhì)，那么必需汽蝕余量如何變化？為什么？

3.3過濾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私膺^濾機(jī)的構(gòu)造、流程、操作原理，掌握過濾的操作方法;(2)測定恒壓過濾時(shí)的過濾常數(shù)K；(3)測定洗滌速率并驗(yàn)證最終速率和洗滌速率的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理恒壓過濾方程為：(3-13)V2-V12+2V(V-V)=KA2(t-T1)(3-13)或 q2-q2+2q(q-q)=K(T-T) (3-13a)1 e 1 1式中：A 過濾面積，m2；K 過濾常數(shù)，m2/s；q 單位過濾面積的濾液體積，q=V/A，m3/m2；q——-t1時(shí)間所得單位過濾面積的濾液體積，m3/m2；qe 單位過濾面積的虛擬濾液體積，qe=V/A，m3/m2；V——t時(shí)間內(nèi)的濾液體積，m3；Ve——虛擬的濾液體積，它是形成相當(dāng)于濾布阻力的一層濾餅時(shí)應(yīng)得到的濾液體 積，m3；t 過濾時(shí)間，s；t1——恒壓過濾前的過濾時(shí)間，s。對式(3-13a)微分可得(3-14)(3-15)并由此算出一dt 2 2(3-14)(3-15)并由此算出一———q+—qdqKKe上式表明dT/dq與q成直線關(guān)系，其斜率為2/K，截距為2qjK。為了便于實(shí)驗(yàn)測定，用At/Aq代替dt/dq。于是，式(3-14)可改寫為At 2 2————q+—qAqK Ke已知過濾面積，對待測的物料進(jìn)行恒壓過濾，測出一系列時(shí)刻(t)的累積濾液體積(V)，系列q(q=V/A)的值，從而得出一組對應(yīng)的At與Aq之值。與At/Aq對應(yīng)的q值應(yīng)為qm，而qm應(yīng)是相鄰兩次q的平均值，即

(3.16)然后在直角坐標(biāo)系中以qm為自變量（橫軸），(3.16)距為2qe/K。由此可求出K和qe。也可將式（3-13a）化為下式進(jìn)行求解以At以At/Aq為因變量（縱軸）作一直線；直線斜率為2/K，截 1q-qi(3-17)3.3.3實(shí)驗(yàn)裝置與流程(3-17)（1）板框過濾裝置（I）板框過濾裝置由過濾器、調(diào)料桶、貯漿罐、貯水桶、量筒等組成，其流程如圖3-5所示。圖3-5板框過濾實(shí)驗(yàn)裝置1—調(diào)料桶；2—貯漿罐；3—過濾器；4一濾液計(jì)量筒；5一貯水桶；6—壓縮空氣進(jìn)口閥；7一壓力表將料漿在調(diào)料桶內(nèi)調(diào)勻后，放入貯漿罐內(nèi)，由壓縮空氣將料漿壓入過濾器中，濾液排出量用量筒進(jìn)行計(jì)量，洗滌濾餅時(shí)用壓縮空氣將貯水桶中的水壓入過濾器進(jìn)行洗滌。操作壓力由壓力定值器控制（在老師的指導(dǎo)下調(diào)節(jié)）。（2）臥式圓形過濾裝置（II）臥式圓形過濾裝置由圓形過濾器、貯漿罐、泵、量筒等組成，其流程如圖3-6所示。圖3-6臥式圓形過濾裝置1一貯漿罐；2—循環(huán)泵；3—過濾器；4一濾液計(jì)量筒；5—加料口；6一循環(huán)閥；7—過濾閥；8—壓力表；9一排污閥將配好的料漿倒入貯漿罐內(nèi)，由泵將料漿送入過濾器中，濾液排出量用量筒進(jìn)行計(jì)量。3.3.4實(shí)驗(yàn)步驟（1）裝置⑴a.熟悉過濾實(shí)驗(yàn)的裝置與流程，檢查各閥門的啟閉是否正確，然后用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%（質(zhì)量分率）左右。b.先濕透濾布，再將它裝于濾框上。安裝時(shí)濾布孔要對準(zhǔn)過濾器的孔道，表面要拉平整，不起皺紋，板和框的排列順序?yàn)椋悍窍礈彀逡粸V框一洗滌板一濾框一…。c.將料漿導(dǎo)入貯漿罐，開啟攪拌機(jī)，使料漿濃度均勻。d.啟動(dòng)壓縮機(jī)，待壓縮機(jī)運(yùn)行正常后，調(diào)節(jié)空氣減壓閥，將壓力調(diào)至指定的工作壓力（減壓閥的壓力一般控制在0.1MPa）。e.開啟過濾閥開始過濾，用二只秒表交替記時(shí)，記下間隔過濾時(shí)間和濾液量，共記錄6組以上數(shù)據(jù)。f.如欲在不同的恒定壓力下進(jìn)行過濾實(shí)驗(yàn)，其料漿濃度大體上維持不變，并重復(fù)步驟c、d、e。g.待濾渣充滿濾框時(shí)即可停止過濾（以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準(zhǔn)）。h.若需測定洗滌速度，則可在過濾終了時(shí)通入洗滌水，并記錄洗滌水量和時(shí)間。i.實(shí)驗(yàn)完畢，拆卸板框過濾器，將板框過濾器內(nèi)的濾渣放回調(diào)料桶，并清洗過濾器。（2）裝置（II）a.用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%（質(zhì)量分率）左右，其體積約占貯漿罐的2/3；b.按正確的順序安裝過濾器；c.開啟貯漿罐和循環(huán)泵的出口閥，開啟循環(huán)泵，運(yùn)行約15min；d.關(guān)閉循環(huán)閥，開啟過濾閥，用二只秒表交替記時(shí)，記下間隔過濾時(shí)間和濾液量；e.待濾渣充滿濾框時(shí)即可停止過濾（以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準(zhǔn)）；f.過濾結(jié)束后，將濾餅倒回配料桶，清洗過濾器。注意事項(xiàng)（1）板框過濾裝置a.應(yīng)在熟悉閥門、管路系統(tǒng)和板框壓濾機(jī)的構(gòu)造后方能進(jìn)行操作。b.通過調(diào)節(jié)減壓閥開度保持整個(gè)過濾過程的壓力穩(wěn)定。c.記錄數(shù)據(jù)之前，要根據(jù)過濾面積與量筒體積的大小，選定一個(gè)合適的AV值（一般取200mL）。（2）圓形過濾裝置a.安裝過濾器時(shí)必須做到順序正確，用力均勻。b.濾布要放平整。數(shù)據(jù)記錄表3-3過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表過濾面積： m2濾漿MgCO3的質(zhì)量分率： %序號時(shí)間At/s濾液量V/L12348實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)以累計(jì)濾液量q對時(shí)間T作圖；(2)以AT/Aq對qm作圖求出K、qe，并寫出完整的過濾方程式;(3)求出洗滌速度，并和最終過濾速率比較。思考題(1)為什么過濾開始時(shí)濾液常常有些渾濁，待過濾一段時(shí)間后才能澄清？Aq值取大一點(diǎn)好還是取小一點(diǎn)好？Aq與哪些因素有關(guān)？(3)濾漿濃度和過濾壓力對K值有何影響？(4)恒壓過濾時(shí)，欲增加過濾速率，可行的措施有哪些？(5)當(dāng)操作壓強(qiáng)增加一倍時(shí)，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的濾液量，其過濾時(shí)間是否應(yīng)縮短半？3.4傳熱實(shí)驗(yàn)湍流下空氣-水對流給熱系數(shù)的測定3.4.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)K；(2)測定圓形直管內(nèi)對流給熱系數(shù)a,并學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)方法將流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成包括a的準(zhǔn)數(shù)方程式。實(shí)驗(yàn)原理(1)測定總傳熱系數(shù)K根據(jù)傳熱速率方程式，有KQ(3-18)K二(3-18)AAtm實(shí)驗(yàn)時(shí)，若能測定或確定Q、Atm和A，則可測定K。a.傳熱速率Q "本實(shí)驗(yàn)為水與空氣間的換熱，忽略熱損失，根據(jù)熱量衡算，有Q=qhch(T1~T2)=qc(12-ti) (3-i9)式中：5c、cph——分別為水和空氣的定壓比熱容，J/(kg?K)；q：C、qmh——分別為水和空氣的質(zhì)量流量，kg/s；T「T2——分別為空氣的進(jìn)、出口溫度，℃；t「12——分別為水的進(jìn)、出口溫度，℃。傳熱速率Q按空氣的放熱速率計(jì)算?？諝獾馁|(zhì)量流量由下式確定：

(3-20)q=Pq(3-20)mc V式中：qVp空氣的體積流量，m式中：qVp空氣處于流量計(jì)前狀態(tài)時(shí)的密度，kg/m3。式中:b.P=1.293xpa式中:b.P=1.293xpa 當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa；t——轉(zhuǎn)子流量計(jì)前空氣的溫度，R——流量計(jì)前空氣的表壓，Pa。傳熱平均推動(dòng)力Atm℃；p+R273.15—a X 101325273.15+1(3-21)(3-22)(4-t2)-(T2-tj(3-22)T-tln^—2-T-11c.傳熱面積c.傳熱面積(3-23)式中：L(3-23)式中：L——傳熱管長度d——傳熱管外徑，m。A=ndL(2)測定空氣與管壁間的對流給熱系數(shù)在空氣一水換熱系統(tǒng)中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數(shù)K與空氣、水側(cè)的對流給熱系數(shù)氣、氣之間的關(guān)系為：(3-24)由于水側(cè)的對流給熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)，即ac?a「故ah工K (3-25)⑶求a與Re的定量關(guān)系式由因次分析法可知，流體無相變時(shí)管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為Nu=ARmPn (3-26)er(3-26a)a,dup c從(3-26a)=A(丁)m(X)n式中：u 空氣的流速，m/s；入——定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；p 定性溫度下空氣的密度，kg/m3；〃 定性溫度下空氣的粘度，Pa-s；A、m、n——待定系數(shù)及指數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，由于空氣被冷卻，取n=0.3,所以式(3-26)可化簡為Nu/Po.3=ARm (3-27)上式兩邊同時(shí)取對數(shù)，有(3-28)lg(Nu/P0.3)=1gA+m1gR(3-28)在雙對數(shù)坐標(biāo)中以Nu/P0.3對Re作圖，由直線的斜率與截距之值求取系數(shù)A與指數(shù)m,進(jìn)而得到對r流給熱系數(shù)a與Re間的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由套管換熱器、風(fēng)機(jī)、電加熱器等組成，其流程見圖3-7。由風(fēng)機(jī)送入風(fēng)管的空氣經(jīng)電加熱器加熱后，進(jìn)入套管換熱器的內(nèi)管，與套管環(huán)隙內(nèi)的大量水換熱后排至大氣中。圖3-7空氣-水套管式換熱設(shè)備流程圖1—風(fēng)機(jī)；2—空氣流量調(diào)節(jié)閥；3—空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4—電加熱器；5一套管換熱器；6—水流量調(diào)節(jié)閥；7—水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8、9—U形壓差計(jì)；10一溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟(1)檢查空氣流量調(diào)節(jié)閥是否全關(guān)。(2)打開冷卻水流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)水的流量至指定值(水的流量大于100L/h)。(3)開啟風(fēng)機(jī)，打開空氣流量調(diào)節(jié)閥，將流量調(diào)至最大；開啟兩組電加熱器，待空氣溫度升到設(shè)定值(一般為80℃)后穩(wěn)定10min。(4)保持水的流量不變，從大到小調(diào)節(jié)空氣的流量，測定6?8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(5)數(shù)據(jù)記錄完畢后，先關(guān)電加熱器，后關(guān)空氣流量調(diào)節(jié)閥，停風(fēng)機(jī)，最后關(guān)冷卻水流量調(diào)節(jié)閥。??????注意事項(xiàng)(1)調(diào)節(jié)空氣流量時(shí)要做到心中有數(shù)，保證空氣流動(dòng)處于湍流狀態(tài)(空氣流量不應(yīng)低于12m3/h)。(2)每改變一次空氣流量，應(yīng)等到讀數(shù)穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)。(3)合理分布實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。數(shù)據(jù)記錄表3-4空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)記錄表內(nèi)管規(guī)格： mm管長： m 流量計(jì)前壓差計(jì)所用指示劑：室溫：℃ 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?Pa序號空氣流量水流量流量計(jì)前壓差一溫度/℃空氣空氣冷水冷水進(jìn)風(fēng)/m3.h-1/m3.h-1計(jì)讀數(shù)/cm進(jìn)口出口進(jìn)口出口溫度13456實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.3?Re的關(guān)系圖。(2)整理出空氣在圓管中做強(qiáng)制湍流流動(dòng)時(shí)的對流給熱系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

(3)將實(shí)驗(yàn)得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式與公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。思考題(1)為什么本實(shí)驗(yàn)裝置的總傳熱系數(shù)近似等于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)？(2)空氣的速度和溫度對空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)有何影響？在不同的溫度下，是否會(huì)得出不同的準(zhǔn)數(shù)方程？(3)換熱器的壓降與空氣流量之間的變化關(guān)系如何？(4)水流量的大小會(huì)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？(5)本實(shí)驗(yàn)中壁溫是接近水的平均溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.4.2強(qiáng)制湍流下空氣-蒸汽對數(shù)給熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)K；(2)比較圓形光滑管和螺紋管的傳熱效率；(3)測定圓形直管內(nèi)對流給熱系數(shù)a，并學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)方法將流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成包括a的準(zhǔn)數(shù)方程。實(shí)驗(yàn)原理(1)測定總傳熱系數(shù)K根據(jù)傳熱速率方程，有QQ(3-29)K二(3-29)AAtm實(shí)驗(yàn)時(shí)，若能測定或確定Q、Atm和A，則可測定K。a.傳熱速率Q "本實(shí)驗(yàn)為蒸汽與空氣之間的換熱，忽略熱損失，根據(jù)熱量衡算，有Q=qhrh=qc(12-1]) (3-30)式中： cpc——空氣的定壓比熱容，J/(kg?K)；qmc、；：——分別為空氣和蒸汽的質(zhì)量流量，kg/s；mct「t2——分別為空氣的進(jìn)、出口溫度，℃。傳熱速率Q按空氣的吸熱速率計(jì)算。空氣的質(zhì)量流量由式(3-31)確定：(3-31)q=Pq(3-31)mc v式中：qV 空氣的體積流量，m3/s；p 空氣處于流量計(jì)前狀態(tài)時(shí)的密度，kg/m3。空氣的體積流量用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量，空氣的密度可按理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算:P=1.293xP=1.293x?^±Rx101325273.15273.15+1(3-32)式中：pa 當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa；t——轉(zhuǎn)子流量計(jì)前空氣的溫度，℃；R——流量計(jì)前空氣的表壓，Pa。b.傳熱平均推動(dòng)力Atm

ln三Tln三T—t一t2(3-33)c.傳熱面積A=ndL (3-34)式中：L傳熱管長度，m；d傳熱管外徑，m。(2)測定空氣與管壁之間的對流給熱系數(shù)在蒸汽一空氣換熱系統(tǒng)中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數(shù)人與空氣、蒸汽側(cè)的對流給熱系數(shù)ac、ah之間的關(guān)系為：(3-35)由于水側(cè)的對流給熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)，即ac?ah,故ac工K (3-36)⑶求a與Re的定量關(guān)系式由因次分析法可知，流體無相變時(shí)管內(nèi)強(qiáng)制湍流給熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式為Nu=ARmPn (3-37)er(3-37a)a,dup c從(3-37a)二A(—)m(X)n式中：u 空氣的流速，m/s；入——定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；p 定性溫度下空氣的密度，kg/m3；〃 定性溫度下空氣的粘度，kg/(m?s)；A、m、n——待定系數(shù)及指數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中，空氣被加熱，取n=0.4,則式(3-37)可化簡為Nu/Po.4=ARm (3-38)上式兩邊同時(shí)取對數(shù)，有l(wèi)g(Nu/P0.4)=lgA+mlgR (3-39)在雙對數(shù)坐標(biāo)中以Nu/P0.4對Re作圖，由直線的斜率與截距之值可求取系數(shù)A與指數(shù)m,進(jìn)而得到r對流給熱系數(shù)a與Re的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由2套套管式換熱器組成，其中一套內(nèi)管是光滑管，另一套內(nèi)管是螺紋管。圖3-8所示為其中的一套。圖3-8蒸汽-空氣套管換熱設(shè)備流程圖

1一離心風(fēng)機(jī)；2—空氣流量調(diào)節(jié)閥；3—空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4、11一壓差計(jì)；5一溫度計(jì);6一套管式換熱器；7—蒸汽流量調(diào)節(jié)閥；8—壓力表；9—放空閥；10一疏水閥由風(fēng)機(jī)送來的空氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥2進(jìn)入換熱器6的內(nèi)管，與蒸汽換熱后排空。由蒸汽發(fā)生器來的蒸汽經(jīng)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥7進(jìn)入換熱器的環(huán)隙空間，冷凝液由疏水閥10排出，不凝性氣體經(jīng)放空閥9放空。實(shí)驗(yàn)步驟(1)打開自動(dòng)蒸汽發(fā)生器的補(bǔ)水閥，依次打開傳熱實(shí)驗(yàn)裝置儀表盤上的總電源開關(guān)、儀表開關(guān)和鍋爐開關(guān)。(2)打開自動(dòng)蒸汽發(fā)生器儀表盤的電源開關(guān)，選擇自動(dòng)控制，開啟蒸汽發(fā)生器水泵開關(guān)，打開電加熱器電源，開三組電加熱器。(3)待產(chǎn)生蒸汽后調(diào)節(jié)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥至一額定蒸汽壓(一般為0.1MPa),再打開疏水閥。(4)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)空氣流量從大到小，測定6?8組數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)蒸汽發(fā)生器的電源，再打開套管環(huán)隙的排氣閥進(jìn)行排氣，最后停風(fēng)機(jī)，清理現(xiàn)場。注意事項(xiàng)(1)調(diào)節(jié)空氣流量時(shí)要做到心中有數(shù)，保證空氣流動(dòng)處于湍流狀態(tài)，其流量不應(yīng)低于12m3/h。(2)每改變一次空氣流量，應(yīng)等到讀數(shù)穩(wěn)定后再測取數(shù)據(jù)。(3)實(shí)驗(yàn)中空氣流量間隔應(yīng)適宜，以保證數(shù)據(jù)點(diǎn)分布均勻。(4)在操作過程中間隔打開放氣閥，以排除不凝性氣體。數(shù)據(jù)記錄表3-5蒸汽-空氣套管換熱實(shí)驗(yàn)記錄表內(nèi)管規(guī)格： mm管長： m流量計(jì)前壓差計(jì)所用指示劑：室溫：℃當(dāng)?shù)卮髿鈮海篜a 序號空氣流量流量計(jì)前壓差 溫處 /m3.h-1 計(jì)讀數(shù)/cm空氣進(jìn)口 空氣出口 蒸汽12345678實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.4?Re的關(guān)系圖。(2)整理出空氣在圓管中做強(qiáng)制湍流流動(dòng)時(shí)的對流給熱系數(shù)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。(3)將實(shí)驗(yàn)得到的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式與公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。思考題(1)為什么本實(shí)驗(yàn)裝置的總傳熱系數(shù)近似等于空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)？(2)如果環(huán)隙間飽和蒸汽的壓強(qiáng)發(fā)生變化，那么管內(nèi)空氣側(cè)對流給熱系數(shù)的測量是否會(huì)受到影響？(3)空氣的速度和溫度對空氣側(cè)的對流給熱系數(shù)有何影響？在不同的溫度下，是否會(huì)得出不同的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式？(4)當(dāng)空氣流速增大時(shí)空氣離開換熱器的溫度將升高還是降低？為什么？(5)本實(shí)驗(yàn)中空氣和蒸汽的流向?qū)鳠嵝Ч惺裁从绊懀恳灰紤]它們的相對流動(dòng)方向？(6)本實(shí)驗(yàn)中壁溫是接近蒸汽的溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.5氨吸收實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馓盍衔昭b置的基本流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)；(2)掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，了解單膜控制過程的特點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)原理要決定填料塔的塔高，總傳質(zhì)系數(shù)是有待確定的參量，而實(shí)驗(yàn)測定是其來源之一，另外在測定生產(chǎn)中塔的性能時(shí)，也需要測定總傳質(zhì)系數(shù)。在吸收過程為單膜控制時(shí)，單膜傳質(zhì)系數(shù)近似等于總傳質(zhì)系數(shù)，因而可用總傳質(zhì)系數(shù)的測定，代替單膜傳質(zhì)系數(shù)的測定，從而可建立單膜傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。由于填料的有效氣液接觸面積a的值很難直接測定，常將它與傳質(zhì)系數(shù)的乘積如Ka、Ka視為一體，作為一個(gè)完整的物理量來看待，這個(gè)乘積稱為“體積傳質(zhì)系數(shù)”。當(dāng)吸收溶液的濃度小于10%時(shí)，氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，則氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為Ka=G*-y2) (3-40)y h-Aym式中 h——填料層高度，m；匕、y——分別為入塔氣與尾氣中氨的摩爾分?jǐn)?shù)；G—單位塔截面的混合氣體的摩爾流量，kmol/(m2?h)；Aym——?dú)庀嗥骄苿?dòng)力；Kya——填料的氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3?h)。實(shí)驗(yàn)裝置與流程如圖3-9所示。圖3-9吸收裝置流程圖1—填料吸收塔；2一噴頭；3—填料；4—柵板；5一風(fēng)機(jī)；6一旁路調(diào)節(jié)閥；7—空氣緩沖罐；8—空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)；9,15—溫度計(jì)；10,17,28—表壓計(jì)；11—氨瓶；12—鋼瓶壓力表；13一氨壓力表；14一氨緩沖罐；16一氨流量調(diào)節(jié)閥；18一氨氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)；19一尾氣調(diào)壓閥；20—取樣管；21—穩(wěn)壓瓶；22—旋塞；23—吸收盒；24—濕式氣體流量計(jì)；25—水流量調(diào)節(jié)閥；26—水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；27—液封；29一壓差計(jì)由葉氏鼓風(fēng)機(jī)5輸送的空氣進(jìn)入緩沖罐7,經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)8后與從液氨鋼瓶減壓后經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)18的氨氣混合，進(jìn)入吸收塔1的底部，在塔內(nèi)與水進(jìn)行傳質(zhì)后，從塔頂排出。吸收劑水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)26至噴頭2入塔。吸收液經(jīng)塔底U形管27排出，尾氣組成用氣體分析器(或氣相色譜儀)測定；空氣、氨氣和水的流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測定；空氣、氨氣塔頂混合氣的壓強(qiáng)以及填料層壓降，分別由各自的液柱壓差計(jì)測定，空氣或水的溫度由溫度計(jì)顯示。實(shí)驗(yàn)步驟(1)確定操作條件，包括被吸收溶質(zhì)流量、空氣量及噴淋量等。(2)準(zhǔn)備好尾氣分析器，尾氣分析器由吸收盒和濕式氣體流量計(jì)組成。用少許蒸餾水洗凈吸收盒后，用移液管移取1mL的一定濃度稀硫酸加入吸收盒，然后加入少量蒸餾水至刻度線處，再滴入1?2滴甲基紅指示劑，最后將吸收盒連入尾氣分析管路。(3)全開旁通閥，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)旁通閥來控制空氣流量。(4)在教師指導(dǎo)下，開啟氨氣系統(tǒng)。第一步，放松減壓閥的彈簧，使減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，再打開氨氣瓶上的截止閥，此時(shí)氨氣瓶處的壓力表應(yīng)有示值；第二步，先關(guān)好氨氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)前的調(diào)節(jié)閥，再緩緩壓緊減壓閥的彈簧，使閥門打開，調(diào)節(jié)減壓閥開???????????????度使減壓閥低壓側(cè)壓力表示值為0.04?0.06MPa；第三步，開啟氨氣流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)氨氣流量，使塔底混合氣中氨濃度在5%左右，并維持恒定。注意：氨氣流量調(diào)節(jié)閥不宜開得過快，以防流量計(jì)前的壓差計(jì)中水銀被沖掉。(5)待操作穩(wěn)定后記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。(6)尾氣分析操作。打開玻璃旋塞之前，先記錄濕式空氣流量計(jì)的初示值，然后開啟玻璃旋塞，讓尾氣通過吸收盒。當(dāng)吸收液的顏色由紅變黃時(shí)，立即關(guān)閉玻璃旋塞，讀取濕示空氣流量計(jì)的終示值。注意：旋塞開度應(yīng)適當(dāng)，使氣泡均勻上升，以免硫酸被氣泡帶走，造成反應(yīng)不完全。(7)保持水的噴淋量不變，改變空氣流量(混合氣體濃度仍在5%左右)按同樣步驟測定K產(chǎn)，也可保持空氣流量不變，改變噴淋量，測定Kya。(8)操作完成后，依次關(guān)閉氨氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)。3.5.5實(shí)驗(yàn)記錄表3-6氨吸收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表填料種類:填料層高度:填料種類:塔內(nèi)徑:填料規(guī)格:大氣壓強(qiáng):

塔內(nèi)徑:參數(shù)項(xiàng)目空氣流量流量計(jì)前表壓々@血1^^空氣溫度/℃流量計(jì)示值/m3?h-i氨氣流量流量計(jì)前表壓々@血1^^氨氣溫度/℃流量計(jì)示值/m3?h-i氨氣含純氨白分率/%水流量水的溫度/℃流量計(jì)示值/L-h-i尾氣流量H2so4濃度mol/LH2sO4體積/mL尾氣體積/L塔壓強(qiáng)塔頂表壓/Pa(mmH2O)填料層壓降/Pa(mmH2O)3.5.6數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算空氣流量為了求空氣的摩爾流量，應(yīng)先按下式將空氣在實(shí)驗(yàn)條件下的體積流量換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量K0。V=V工：pp2 (3-41)o 2p0\TT2式中：T0,p0一分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，T『273K,p0=101330Pa；T1、p1——分別為標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，T1=293K,p1=101330Pa；T2、p2——分別為使用狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，kPa；V0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣流量，m3/h；V2—使用狀態(tài)下的空氣流量，m3/h；(2)計(jì)算被測溶質(zhì)氨氣的流量V，=V，-T-邛1P2P01 (3-42)0 2p°\■TT2p02式中：V'——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測溶質(zhì)的流量，m3/h；0V2——使用狀態(tài)下被測溶質(zhì)的流量,m3/h；P01——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度,kg/mP01——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度,kg/m3,Poi=1.2928kg/m3；P02一操作狀態(tài)下空氣的密度,kg/m3,對純度為98%的氨氣Po2=0.7810kg/m3。(3)計(jì)算入塔氣體通過塔截面的摩爾流量G=v+(3)計(jì)算入塔氣體通過塔截面的摩爾流量G=v+V0)兀22.4x—D24(3-43)式中：D——填料塔的內(nèi)徑，m；G——空氣的摩爾流率，kmol/(m2?h)(4)計(jì)算y1、y2y「0.98V'(V+Vy「0.98V'(V+V0)(3-44)y22cV s-s-(3-45)2cV+ss 022.4T2式中：式中：c——硫酸的摩爾濃度，mol/L；P0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，pP0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力，p0=101.33kPa；Pm當(dāng)?shù)仄骄髿鈮?，kPa；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度，K；T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度，K；使用狀態(tài)下空氣的溫度，K；-濕式流量計(jì)讀數(shù)，L；硫酸體積，L；(5)計(jì)算Aym1 1e ln(二y2-y(3-46)式中：ye與液相中溶質(zhì)成平衡的氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)，下標(biāo)“1”、“2”分別表示塔底和塔頂位置。a.平衡濃度的計(jì)算式中：ye與液相中溶質(zhì)成平衡的氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)，下標(biāo)“1”、“2”分別表示塔底和塔頂位置。a.平衡濃度的計(jì)算y=mx(3-47)(3-48)式中：E—亨利系數(shù)，Pa；p——當(dāng)?shù)卮髿鈮?塔頂表壓+1塔內(nèi)壓降，Pa；2%——溶液中氨的摩爾分?jǐn)?shù)；m——相平衡常數(shù)。氨水濃度在5%以下時(shí)E與t的關(guān)系見表3-7。表3-7氨水濃度在5%以下時(shí)E與t的關(guān)系t/℃01020253040E/Pa29690508687883595960126660196380b.吸收液濃度的計(jì)算因?yàn)?L(%—%J=G(乂—y2)因系用純水吸收，％2=0，故%1=G(y1-y2)/L (3-49)式中:L 水的摩爾流率，kmol/(m2-h)；%1——塔底溶液的摩爾分?jǐn)?shù)。(6)計(jì)算KJG(y—y)Ka=：i2 (3-50)y h-Aym3.5.7實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)將原始數(shù)據(jù)列表；(2)計(jì)算總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya；(3)給出實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果與計(jì)算過程。3.5.8思考題(1)葉式風(fēng)機(jī)為什么要用旁通閥調(diào)節(jié)流量？(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析用水吸收氨的過程是氣膜控制還是液膜控制？(3)在填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置？液封裝置是如何設(shè)計(jì)的？(4)要提高氨水濃度(不改變進(jìn)氣濃度)有什么方法？又會(huì)帶來什么問題？

(5)溶劑量和氣體量的變化對傳質(zhì)系數(shù)有什么影響？j2如何變化(從推動(dòng)力和阻力兩方面分析其原因)？(6)試計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下填料塔的實(shí)際液氣比是最小液氣比的多少倍？(7)工業(yè)上，吸收在低溫加壓下進(jìn)行，而解吸在高溫、常壓下進(jìn)行，為什么？(8)填料塔的結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？全回流精餾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實(shí)驗(yàn)的操作方法。了解篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)，觀察塔板上的氣液接觸狀況。(3)測定全回流時(shí)精餾塔的全塔效率(或單板效率)。實(shí)驗(yàn)原理精餾塔是分離均相混合物的重要設(shè)備。一般用全塔效率衡量板式精餾塔的分離性能。全塔效率的定義為：「NE=— (3-51)Np式中：E——總板效率；nt——理論板層數(shù)；NP——實(shí)際板層數(shù)。理論板層數(shù)NT可用M-T圖解法求解。由式(3-51)可見，要測定精餾塔的全塔效率，關(guān)鍵是確定理論塔板數(shù)。要求出全回流操作時(shí)特定分離要求的理論塔板數(shù)，必須確定物系的相平衡關(guān)系和塔頂、塔釜產(chǎn)品組成。本實(shí)驗(yàn)的物系為乙醇一水二元混合物，常壓下該物系的氣液相平衡數(shù)據(jù)可從文獻(xiàn)查取，所以本實(shí)驗(yàn)的主要工作是測定塔頂流出液組成xD和釜液組成xw。若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口則可通過測定液相組成xn-jnxn測定第n塊板在全回流時(shí)的單板效若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口EmLxLEmLxLx-x*n-1 n(3-52)因全回流時(shí)，操作線方程為(3-53)上兩式中：％」——離開第n-1板的液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；%n——離開第n板的液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；yn——離開第n板的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；%*——與y成平衡的液相摩爾分?jǐn)?shù)。n nn實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置為一小型篩板精餾塔,見圖3-10。圖3-10全回流精館塔1—塔釜取樣口；2—蒸餾釜；3一料液液位計(jì)；4—加料口；5，10—溫度計(jì)；6—塔體；7—冷凝器；8—塔頂取樣口；9一不凝氣排放閥；11—水轉(zhuǎn)子流量計(jì)原料液在蒸餾釜2中被加熱汽化進(jìn)入塔體6,與回流液在塔板上進(jìn)行熱、質(zhì)交換后進(jìn)入塔頂冷凝器7,冷凝為液體后，又全部回流到塔內(nèi)。實(shí)驗(yàn)步驟(1)熟悉精餾裝置的流程和結(jié)構(gòu)，以及所需的控制儀器表盤的布置情況。(2)檢查蒸餾釜中料液量是否適當(dāng)。釜內(nèi)液面高度控制在液面計(jì)的2/3左右。(3)接通電源，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)加熱器的功率(控制電流為3?4A)加熱釜液。當(dāng)塔板上有冷凝液時(shí)，打開塔頂冷凝器的冷卻水調(diào)節(jié)閥，冷卻水的量以能將蒸汽全部冷凝為宜。(4)打開塔頂不凝氣排放排出不凝性氣體。(5)當(dāng)操作穩(wěn)定(指塔板上鼓泡正常、塔釜與塔頂溫度穩(wěn)定)時(shí)，準(zhǔn)備取樣。(6)取樣前先用少量試樣沖洗燒瓶，取樣后用插有溫度計(jì)的塞子塞嚴(yán)燒瓶口，用流水間接冷卻樣品至20℃,再用比重天平測量樣品的相對密度，一般取樣二次(塔頂、塔釜各一次)。(7)以上步驟經(jīng)教師檢查無誤后，加大電流至5A左右，觀察塔內(nèi)的液泛現(xiàn)象；然后將電流緩慢減小，觀察漏液現(xiàn)象；最后將電流減小至零，切斷電源，待塔內(nèi)無回流液時(shí)關(guān)閉冷卻水閥門，清理現(xiàn)場。若精餾塔塔板上設(shè)有液體取樣口，在操作穩(wěn)定后，取樣分析相鄰兩板液體組成xn和Xn-1，再按公式(3-52)計(jì)算單板效率。注意事項(xiàng)(1)塔頂、塔釜產(chǎn)品樣品需同時(shí)取樣。(2)樣品采集量約占燒瓶體積的2/3。(3)用插有溫度計(jì)的塞子塞嚴(yán)錐形瓶口時(shí)要觀察溫度計(jì)的量程。用于測量塔釜樣品的溫度計(jì)量程宜為100c或以上，以避免炸裂溫度計(jì)。(4)使用比重天平測量樣品的相對密度時(shí)要注意：a.測錘不能碰量筒壁；b.測錘必須全部浸沒于液體中；？c.同一規(guī)格的祛碼只能用一個(gè)。3.6.1.6數(shù)據(jù)記錄表3-8全回流精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表塔內(nèi)徑： mm 板間距： mm操作方法釜液組成餾出液組成實(shí)際塔板數(shù)NT密度/kg-m-3%W密度/kk-m-3%D3.1.6.7實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)在直角坐標(biāo)體系中繪制％-y圖，用圖解法求理論板數(shù);(2)求出全塔效率(或單板效率)。3.6.1.8思考題(1)什么是全回流，全回流時(shí)的操作特征是什么？在生產(chǎn)中有什么實(shí)際意義？如何測定全回流時(shí)板式塔的全塔效率？(2)如何判斷塔的操作已達(dá)到穩(wěn)定？影響精餾操作穩(wěn)定的因素有哪些？(3)影響全塔效率的因素有哪些？(4)進(jìn)料量對理論塔板數(shù)有無影響？為什么？(5)回流溫度對塔的操作有何影響？(6)板式塔有哪些不正常操作現(xiàn)象？對本實(shí)驗(yàn)裝置，如何處理液泛或塔板漏液現(xiàn)象?3.6.2部分回流精餾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實(shí)驗(yàn)的操作方法。(2)了解篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)，觀察塔板上的氣液接觸狀況。(3)測定部分回流時(shí)精餾塔的全塔效率(或單板效率)。????實(shí)驗(yàn)原理精餾塔是分離均相混合物的重要設(shè)備。一般用全塔效率衡量板式精餾塔的分離性能。全塔效率的定義見式(3-51)。由式(3-51)可見，要測定精餾塔的全塔效率，關(guān)鍵是確定理論塔板數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的物系為乙醇一水二元混合物，常壓下該物系的氣液相平衡數(shù)據(jù)可從文獻(xiàn)查取。根據(jù)逐板計(jì)算法或圖解法得知，若能獲得精餾段與提餾段的操作方程、產(chǎn)品的分離要求則可確定部分回流操作時(shí)的理論塔板數(shù)。精餾段的操作方程為：(3-54)(3-55)(3-56)Rx

y= x+—d—(3-54)(3-55)(3-56)n+1R+1nR+1提餾段的操作方程為:LWxyn+廣笆一干q線方程為:qxy= x--F-q-1q-1顯然，點(diǎn)(xw,xw)位于提餾段操作線上。因?yàn)閝線方程為精餾段與提餾段操作方程的交點(diǎn)軌跡方程，所以也可以用q線方程與精餾段操作方程的交點(diǎn)(xq,yq)和點(diǎn)(xw,xw)確定提餾段操作方程，即y=' ^x+(\ ^-1)x (3-57)n+1 x-xx-xw由式(3-54)、(3-56)和(3-57)可見，若能通過實(shí)驗(yàn)測定塔頂、塔釜產(chǎn)品的組成、原料的組成和原料的溫度(q由原料的組成與溫度確定)、回流比，則可確定精餾段與提餾段的操作方程。若相鄰兩塊塔板設(shè)有液體取樣口，則可通過測定液相組成xn-1和xn測定第n塊板在部分回流時(shí)的單板效率EmL。EmL的定義見式(3-52)。實(shí)驗(yàn)裝置與流程圖3-11部分回流精餾塔1一蒸餾釜；2—電加熱電源；3—塔體；4—冷凝器；5一料液槽；6一料液輸送泵；7—分配器;8一產(chǎn)品貯槽；9、11、12—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；10—進(jìn)料閥；13一壓力表；14一釜液出料閥料液由料液槽5經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)9、閥10進(jìn)入精餾塔，蒸汽由蒸餾釜1上升至塔頂，上升過程中與回流液進(jìn)行熱量、質(zhì)量傳遞，再進(jìn)入冷凝器4、回流分配器7,其中一部分冷凝液作為產(chǎn)品進(jìn)入貯槽，另一部分回流至塔內(nèi)。與此同時(shí)，釜內(nèi)液體的一部分經(jīng)閥14流出。實(shí)驗(yàn)步驟（1）正常操作步驟a.熟悉精餾流程和主要控制點(diǎn)。b.在料液槽內(nèi)配制5%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇水溶液，其液位應(yīng)高于供料泵。啟動(dòng)輸液泵將料液注入蒸餾釜，釜內(nèi)液位應(yīng)在液位計(jì)兩標(biāo)記線之間。c.接通電源加熱釜液，啟動(dòng)恒定加熱器，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)可調(diào)加熱器的功率:控制電流為3?4A）,開啟塔頂冷凝器的冷卻水進(jìn)口閥。密切注視加熱釜的溫度和表盤上的溫度和壓力，當(dāng)壓力不斷上升時(shí)，應(yīng)適當(dāng)開啟塔頂排氣閥，及時(shí)將塔內(nèi)不凝性氣體排出，操作壓力應(yīng)穩(wěn)定在0.026?0.030MPa（表壓）。d.待加熱釜內(nèi)釜液沸騰后，進(jìn)行回流操作約20?30min。此時(shí)，靈敏板溫度約為80?81℃,塔頂溫度約為79?80℃,塔板鼓泡正常。如果溫度過高，可降低可調(diào)加熱器的功率。待操作穩(wěn)定后，測定全回流時(shí)的全塔效率。e.關(guān)小回流閥，開啟餾出液產(chǎn)品出口閥，進(jìn)行部分回流操作，注意要預(yù)先選擇好回流比和一個(gè)加料口（不能同時(shí)選用兩個(gè)加料口），待有產(chǎn)品后，再加以適當(dāng)調(diào)節(jié)。f.在料液槽內(nèi)配制約20%（體積分?jǐn)?shù)）的料液，啟動(dòng)進(jìn)料泵進(jìn)料（4?6L/h）。并控制塔釜液位在正常標(biāo)記范圍內(nèi)，如液位過低，可加大進(jìn)料；如液位過高，可開大塔底出口閥14。操作中要隨時(shí)注意塔內(nèi)壓力、靈敏板溫度等操作參數(shù)的變化并及時(shí)加以調(diào)節(jié)。g.待操作穩(wěn)定后，同時(shí)對餾出液、釜液進(jìn)行取樣（取樣量均為140?150mL,以保證液體相對密度計(jì)能正常測量），并按表3-9中的內(nèi)容做好記錄。繼續(xù)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)直至餾出液濃度高于75%（體積百分率），釜?dú)堃壕凭珴舛鹊陀?%,操作才算達(dá)到要求。h.實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉總電源，打開玻璃觀察罩考克和回流管路上的考克，將餾出液排盡。.清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。（2）操作過程中的不正?，F(xiàn)象，其原因分析和處理方法a.塔頂溫度高于正常值，塔釜溫度低于正常值，餾出液和釜液組成不合要求。這是因?yàn)樗宸蛛x能力不夠，應(yīng)加大回流比。b.塔釜溫度變化不大，塔頂溫度逐漸升高，餾出液組成降低。這是因?yàn)镈xD>FxF-叫，又可細(xì)Dx-x分為：a.—>一—w，即塔頂采出率過大；b.xF下降過多。處理辦法是：對情況a應(yīng)適當(dāng)使D下降、Fx一x FDWW上升，待塔頂溫度逐步降至正常時(shí)，再調(diào)節(jié)各操作參數(shù)使精餾過程處于DxD=FxF-叫下進(jìn)行；對情況b則應(yīng)使進(jìn)料板下移或使R上升。c.塔頂溫度變化不大，塔釜溫度逐漸下降，釜液組成升高。這是因?yàn)镈xD<FxF一叫，又可細(xì)分Dx-x為：a. <一—的；b.xF上升太快。處理方法是：對情況a與現(xiàn)象②中的a相反，對情況b可使進(jìn)料Fx一x FDW板上移或加大塔釜電熱器功率，并使D上升，W下降。d.塔板漏液，塔釜壓力降低，塔板上液面下降或消失，這是因?yàn)樯仙羝坎粔颍瑧?yīng)適當(dāng)加大塔釜電熱器功率。e.液沫夾帶嚴(yán)重，餾出液和釜?dú)堃翰环弦螅獕毫ζ?，這是因?yàn)樯仙羝亢鸵后w回流量過大，應(yīng)減少塔釜電加熱器功率和回流量。f.液體逐板下降不暢，塔釜壓力陡升，造成淹塔，這是因?yàn)橐缌饕悍?，夾帶液泛，應(yīng)減少回流量和上升蒸汽量。g.塔釜壓力逐漸升高，塔頂冷凝效果降低，這是因?yàn)樗?nèi)不凝性氣體積聚，應(yīng)排放不凝氣。數(shù)據(jù)記錄表3-9部分回流精餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表塔內(nèi)徑： mm 實(shí)際塔板數(shù)：回流比R： 塔釜壓力p： MPa溫度/℃流量/Lh，密度（25℃時(shí)）/M”料液餾出液釜液3.6.2.6實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按全回流精餾的基本原理，用圖解法確定理論塔板數(shù)，并計(jì)算全塔效率。3.6.2.7思考題（1）是否精餾塔越高，產(chǎn)量越大?（2）精餾塔加高能否得到無水酒精？（3）結(jié)合本實(shí)驗(yàn)說明影響精餾操作穩(wěn)定的因素有哪些？（4）操作中加大回流比應(yīng)如何進(jìn)行？有何利弊？（5）精餾塔在操作過程中，由于塔頂采出率太大而造成產(chǎn)品不合格時(shí)，要恢復(fù)正常的最快最有效的方法是什么？（6）冷液進(jìn)料對精餾塔操作有何影響？進(jìn)料口位置如何確定？（7）當(dāng)回流比R<Rmii時(shí)，精餾塔是否還能進(jìn)行操作？（8）何謂“靈敏板”？影響塔板上的溫度（或濃度）的因素有哪些？3.7干燥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解氣流常壓干燥設(shè)備的基本流程和工作原理；（2）測定物料（紙板或其他）在恒定干燥工況下的干燥速率曲線，并確定臨界含水量，及恒速干燥階段的傳質(zhì)系數(shù)kH和降速階段的比例系數(shù)KX；實(shí)驗(yàn)原理干燥操作是采用某種方式將熱量傳給濕物料，使?jié)裎锪现械乃制蛛x的操作。干燥操作同時(shí)伴有傳熱和傳質(zhì)，其過程比較復(fù)雜。目前仍依靠實(shí)驗(yàn)測定物料的干燥速率曲線，并作為干燥器設(shè)計(jì)的依據(jù)。物料的干燥速率曲線是指干燥速率與物料的含水量的關(guān)系曲線。在恒定干燥條件下的干燥干燥速率曲線如圖3-12所示?？梢?，干燥過程分為三個(gè)階段：預(yù)熱階段（I）,此階段物料表面的溫度很快接近于熱空氣的濕球溫度tww；恒速干燥階段（H）,此階段物料表面溫度ew維持不變，干燥速率不變和降速率干燥階段（m）。在降速段，物料表面已無液態(tài)水存在。由于物料內(nèi)部的擴(kuò)散速速率小于物料表面水分的汽化速率，干燥速率會(huì)逐漸降低，直至達(dá)到平衡含水量，干燥速率則逐漸降至零。恒速干燥與降速干燥的交點(diǎn)處物料的含水量稱為臨界含水量（以xc表示），通常預(yù)熱階段所需干燥時(shí)間可以忽略。圖3-12干燥速率曲線干燥速率是指單位時(shí)間從被干燥物料的單位汽化表面積上所汽化的水分量。它可以表示為:zdW(3-58)N= (3-58)AAdt式中：N. 干燥速率,kg/（m2?s）；■A.A——被干燥物料的汽化表面積,m2；T——干燥時(shí)間,S；W——從干燥物料中汽化的水分量,kg。為了便于處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將式(3-58)改寫為:(3-59)(3-59)(1)干燥速率曲線式(3-59)中的濕物料質(zhì)量差可由相鄰兩次質(zhì)量差得到:(1)干燥速率曲線式(3-59)中的濕物料質(zhì)量差可由相鄰兩次質(zhì)量差得到:AW=G-G1與之對應(yīng)的物料干基含水量為X：

m(3-60)(3-61)(3-61)其中(3-62)X=GZG

iG

c(3-62)式中：Gc——絕干物料質(zhì)量。(2)傳質(zhì)系數(shù)因干燥過程既是傳熱過程也是一個(gè)傳質(zhì)過程，則干燥速率可表示為:dW_dQdW_dQAdtrA?dt，，… ―a， 、=k(H—H)=——(t—t)hw rwW(3-63)式中：a——空氣與濕物料表面的對流傳熱系數(shù)，kW/(m2.℃)；H——空氣濕度,kg水/kg干空氣;HW——tW時(shí)空氣的飽和濕度，kg水/kg干空氣；kH 傳質(zhì)系數(shù),kg/(m2?s)；rW——tW時(shí)水的汽化潛熱，kJ/kg；t——熱空氣溫度,℃；tW——濕物料表面的溫度(即空氣的濕球溫度)，℃。因在恒定干燥條件下空氣的溫度、濕度以及空氣與物料的接觸方式均保持不變，故隨空氣條件而定的a和kH亦保持恒定。(3-64)?(3-65)a=0.0143G0.8(3-64)?(3-65)其中:G=pqjF式中：G 空氣的質(zhì)量流速,kg/(m2?s)；qV——預(yù)熱前空氣的體積流量,m3/s；p--預(yù)熱前空氣的密度,kg/m3；F——干燥室的流通截面積，m2。裝置與流程干燥實(shí)驗(yàn)多采用干燥器在恒定干燥條件下干燥塊狀物料，其流程見圖3-12。圖3-13干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖1—風(fēng)機(jī)；2—可控電加熱器；3—干燥室；4一試樣；5—托架；6—熱電偶溫度計(jì)；7—渦輪流量計(jì)；8一干球溫度計(jì)；9—濕球溫度計(jì)；10—電子天平；11一室后溫度計(jì)；12—風(fēng)機(jī)出口端片式閥；13一蝶閥；14—風(fēng)機(jī)進(jìn)口端片式閥空氣由風(fēng)機(jī)1輸送，經(jīng)渦輪流量計(jì)7,電加熱器2后進(jìn)入干燥室3,對試樣4進(jìn)行干燥,干燥后的廢氣再經(jīng)風(fēng)機(jī)循環(huán)使用。由通過溫控儀控制干燥室前溫度為80℃左右。干燥室前方裝有干球及濕球溫度計(jì)，干燥室后也裝有干球溫度計(jì)，用以測量干燥室內(nèi)空氣的熱狀況。風(fēng)機(jī)出口端的溫度計(jì)用以測量流經(jīng)渦輪流量計(jì)的空氣溫度，空氣流量用蝶閥13調(diào)節(jié)，任何時(shí)候該閥都不能全關(guān)，否則電加熱器會(huì)因空氣不流動(dòng)過熱??????????而損壞。風(fēng)機(jī)進(jìn)口端的片式閥用于控制系統(tǒng)所吸入的新鮮空氣，而出口端的片式閥門則用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)向外排出的廢氣量。實(shí)驗(yàn)步驟(1)處理試樣。量取試樣尺寸(長、寬、高)，并記錄絕干物料質(zhì)量，將試樣加水15g左右，讓水分均勻擴(kuò)散至整個(gè)試樣，然后稱取濕試樣重量。(2)往濕球溫度計(jì)內(nèi)加水，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)送風(fēng)，調(diào)節(jié)閥門，使渦輪流量計(jì)示值在80m3/h以上。(3)接通兩組電加熱器加熱空氣。(4)測取數(shù)據(jù)。待干燥條件恒定(流量穩(wěn)定，干燥室前溫度達(dá)到設(shè)定值)后，將濕物料放入干燥室內(nèi)支架上，確定物料的起始干燥質(zhì)量，啟動(dòng)第一個(gè)秒表計(jì)時(shí)，當(dāng)電子天平所示物料的質(zhì)量減輕1g時(shí)，停第一個(gè)秒表，同時(shí)啟動(dòng)第二個(gè)秒表；如此往復(fù)進(jìn)行直至試樣接近平衡水分為止，通常至少應(yīng)取10組以上數(shù)據(jù)。(5)實(shí)驗(yàn)完畢后，依次關(guān)電加熱器，風(fēng)機(jī)和總電源，最后將試樣從干燥室中取出。數(shù)據(jù)記錄表3-10干燥實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表試樣絕干質(zhì)量Gc:g試樣尺寸:mm試樣初始質(zhì)量：g干燥室前溫度：℃濕球溫度:℃空氣的流量：m3/h預(yù)熱前空氣溫度：℃濕質(zhì)量時(shí)間間隔濕質(zhì)量差序號G/gAt/sAW/g01234567893.7.6報(bào)告要求(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出NA~X曲線，注明干燥條件；(2)計(jì)算傳質(zhì)系數(shù)k；H3.7.8思考題(1)在70?80℃的空氣流中干燥溫物料，經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間，能否得到絕干物料？為什么？通常要獲得絕干物料采用什么辦法？(2)測定干燥速率曲線有何意義？它對于設(shè)計(jì)干燥器及指導(dǎo)生產(chǎn)有些什么幫助？(3)使用廢氣循環(huán)對干燥作業(yè)有什么好處？干燥熱敏性物料或易變形、開裂的物料為什么多使用廢氣循環(huán)？怎樣調(diào)節(jié)新鮮空氣和廢氣的比例？(4)為什么在操作過程中要先開鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)后再開電加熱器？(5)如何提高干燥速率？就兩個(gè)階段分別說明理由。(6)在等速階段和降速階段中分別除去的是什么性質(zhì)的水分？(7)如果改變氣流溫度(或改變氣流速率、物料厚度)，干燥速率曲線有何變化？(8)為什么說同一物料如干燥速率增加，則臨界含水量增大？在一定干燥速率下物料越薄，則臨界含水量越小？(9)何謂恒定干燥條件？恒定干燥條件下的干燥速率有何規(guī)律?10.為什么同一濕度的空氣，溫度較高有利于干燥操作的進(jìn)行？第4部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理用Excel處理化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Excel基礎(chǔ)知識(shí)(1)在單元格中輸入公式【例】試計(jì)算3.14159/28義56*10-3義103方法：在任意單元格中輸入“=3.14159/28*5-6*163*16-3"，結(jié)果為1753。注意：a.一定不要忘記輸入等號“二”；b.公式中需用括號時(shí)，只允許用“()”，不允許用“?！被颉翱凇?。提醒：a.若公式中包括函數(shù)，可通過“插入”菜單下的選“函數(shù)”命令得到；b.1e3必103；1e-3必10-3。(2)處理化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)常用的函數(shù)POWER(number,power)必numberPowero提示：可以用"”運(yùn)算符代替函數(shù)POWER來表示對底數(shù)乘方的幕次，例如5-2oSQRT(number)^nnumber,EXP(number)廖enumberLN(number)必ln(number),L0G10(number)必lg(number)(3)在單元格中輸入符號【例】在單元格A1中輸入符號“人”方法一：打開“插入”菜單一選“符號”命令插入希臘字母人。提醒：無論要輸入什么符號，都可以通入“插入”菜單下的“符號”或“特殊符號”命令得到。方法二：打開任意一種中文輸入法，用鼠標(biāo)單擊鍵盤按鈕，選擇希臘字母，得到希臘字母鍵盤，用鼠標(biāo)單擊入鍵。Excel處理基本化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示例流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)(1)原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如圖4.1所示。

圖4.1圖4.1流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)(2)數(shù)據(jù)處理-物性數(shù)據(jù)查附錄一得18.5℃下水的密度與粘度分別為998.5kg/m3和1.0429mPa.s-數(shù)據(jù)處理的計(jì)算過程a.插入2個(gè)新工作表插入2個(gè)新工作表并分別命名為“中間運(yùn)算表”和“結(jié)果表”，將“原始數(shù)據(jù)表”中第7至18行內(nèi)容復(fù)制至“中間運(yùn)算表”。b.中間運(yùn)算過程在C4:P4單元格區(qū)域內(nèi)輸入公式。-在單元格G4中輸入公式“二C4-D4”一一計(jì)算直管壓差計(jì)讀數(shù)(R)；-在單元格H4中輸入公式“二E4-F4”一一計(jì)算局部壓差計(jì)讀數(shù)(R2)；-在單元格I4中輸入公式“=B4/324.15”一一計(jì)算管路流量(9/=F/5)；-在單元格J4中輸入公式“=4*I4*1e-3/3.14159/(0.021"2)”一一計(jì)算流體在直管內(nèi)的流速(u-4q/(兀d2)；V-在單元格K4中輸入公式”=4*I4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”一一計(jì)算流體在與閘閥相連的直管中的流速(u-4q/(兀d2))；V-在單元格L4中輸入公式“二(13600-998.5)*G4/998.5”——計(jì)算流體流過長為2m,內(nèi)徑為21mm直管的阻力損失(hf1-Ap/p=(pi-p)gR1/p)；計(jì)算流體流過閘閥的阻力損失-在單元格M4中輸入公式“二(1477.5-998.5)*H4/998.5”計(jì)算流體流過閘閥的阻力損失（hf2=（pgAz+Ap）/p=（p「P）gR2/P）；三在單元格N4中輸入公式“二L4*0.021/2*2/（J，2）*1e2” ——計(jì)算摩擦系數(shù)（九=h-（d/1）-（2/u2））；11 1 1三在單元格04中輸入公式“=M4*2/（K4"2）”一一計(jì)算局部阻力系數(shù)（C=2h/u2）；f2 2三在單元格P4中輸入公式“=0.021*J4*998.5/1.0429e-3*1e-4”——計(jì)算流體在直管中流動(dòng)的雷諾準(zhǔn)數(shù)（R=絲上）。e從選定I4:P4單元格區(qū)域（如圖4.2所示），再用鼠標(biāo)拖動(dòng)P4單元格下的填充柄（單元格右下方的“+”號）至P13,復(fù)制單元格內(nèi)容，結(jié)果見圖4.3。圖4.2選定單元格I4:P4圖4.3復(fù)制I4:P4單元格內(nèi)容后的結(jié)果c.運(yùn)算結(jié)果將“中間運(yùn)算表”中A4:A13,N4:N13,04:013,P4:P13單元格區(qū)域內(nèi)容復(fù)制至“結(jié)果表”，并添加E列與F列，其中E2=B2*1e4,F2=C2*100,運(yùn)算結(jié)果見圖4.4。圖4.4流體流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果表三實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形表示一一繪制人-Re雙對數(shù)坐標(biāo)圖a.打開圖表向?qū)нx定E2:F11單元格區(qū)域，點(diǎn)擊工具欄上的“圖表向?qū)А保▓D4.5）,得到“圖表向?qū)?4步驟之1—圖表類型”對話框（圖4.6）。b.倉建人-Re圖三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之2—圖表源數(shù)據(jù)”對話框（圖4.7）。若系列產(chǎn)生在“行”，改為系列產(chǎn)生在“列”。三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之3—圖表選項(xiàng)”對話框（圖4.8）,在數(shù)值x值下輸入Re,在數(shù)值y值下輸入人。三點(diǎn)擊“下一步”，得到“圖表向?qū)б?步驟之4—圖表位置”對話框（圖4.9）,點(diǎn)擊“完成”，得到直角坐標(biāo)下的“人-Re”圖（圖4.10）。圖4.5圖表向?qū)D4.6圖表向?qū)е襟E一 圖4.7圖表向?qū)е襟E二圖4.8圖表向?qū)е襟E三 圖4.9圖表向?qū)е襟E四圖4.11結(jié)果圖圖4.10A~圖4.11結(jié)果圖③修飾入?Re圖清除網(wǎng)格線和繪圖區(qū)填充效果一一選定“數(shù)值Y軸主要網(wǎng)格線”，點(diǎn)擊Del鍵，選定繪圖區(qū)，點(diǎn)Del鍵，結(jié)果見圖4.11。將X、Y軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)一一選定X軸，點(diǎn)右鍵，選擇坐標(biāo)軸格式得到“坐標(biāo)軸格式”對話框，根據(jù)Re的數(shù)值范圍改變“最小值”、“最大值”，并將“主要刻度”改為“10”，并選中“對數(shù)刻度”，從而將X軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)（圖4.12）。同理將y軸的刻度由直角坐標(biāo)改為對數(shù)坐標(biāo)，改變坐標(biāo)軸后得到結(jié)果圖（圖4.13）。圖4.12坐標(biāo)軸格式對話框 圖4.13將x、y軸改為對數(shù)刻度用繪圖工具繪制曲線一一打開“繪圖工具欄”（方法：點(diǎn)擊菜單上的“視圖”一選擇“工具欄”f選擇“繪圖”命令，單擊“自選圖形”一指向“線條”一再單擊“曲線”命令圖4.14）,繪制曲線（方法：單擊要開始繪制曲線的位置，再繼續(xù)移動(dòng)鼠標(biāo)，然后單擊要添加曲線的任意位置。若要結(jié)束繪制曲線，請隨時(shí)雙擊鼠標(biāo)），得到最終結(jié)果圖（圖4.15）。圖4.14打開曲線工具 圖4.15人~Re關(guān)系圖4.1.2.2離心泵特性曲線測定實(shí)驗(yàn)（1）原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)如圖4.16所示。圖4.16離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)（2）數(shù)據(jù)處理物性數(shù)據(jù)查附錄一得18.6℃下水的密度為998.2kg/m3o實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算過程a.插入2個(gè)新工作表插入2個(gè)新工作表并分別命名為“中間結(jié)果”和“結(jié)果與圖”將“原始數(shù)據(jù)”中第6至22行內(nèi)容復(fù)制至“中間結(jié)果”表。b.中間運(yùn)算過程在F4:L4單元格區(qū)域內(nèi)輸入公式。在單元格F4中輸入公式“=B4/320.40”一一計(jì)算流量（q=F/t）；V在單元格J4中輸入公式”=4*F4*1e-3/3.14159/（0.04"2）”一一計(jì)算流體在吸入管路中的流速（u=4q/冗d2）；計(jì)算流體在壓出管路中的流速在單元格H4中輸入公式“=4*F4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”計(jì)算流體在壓出管路中的流速(u=4q/冗d2)；三在單元格I4中輸入公式“=(C4+D4)*1e6/998.2/9.81+(H4"2-G4"2)/2/9.81”——計(jì)算揚(yáng)程p+pu2—u2= 壓+——).Pg 2g 'b在單元格J4中輸入公式"=15*E4*1e-3”——計(jì)算軸功率Pa；行在單元格K4中輸入公式“二998.2*9.81*F4*1e-3*I4*1e-3”——計(jì)算有效功率（H=PgqVHe）；^在單元格L4中輸入公式“=K4/J4*100”——計(jì)算效率g=Pe/Pa）；選定G4:L4單元格區(qū)域，再用鼠標(biāo)拖動(dòng)L4單元格下的填充柄至L18。完成單元格內(nèi)容的復(fù)制，運(yùn)算結(jié)果見圖4.17。圖4.17離心泵性能測定運(yùn)算結(jié)果 圖4.18離心泵的性能參數(shù)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖形表示a.準(zhǔn)備繪圖要用的原始數(shù)據(jù)將“中間結(jié)果”工作表中的F、I、J、L列數(shù)據(jù)復(fù)制至“結(jié)果與圖”工作表（圖4.18）。b.創(chuàng)建泵特性曲線選擇單元格區(qū)域B4:E18,按圖表向?qū)ё鲌D（圖4.19）。圖4.19泵特性曲線草圖 圖4.20次坐標(biāo)軸的選定c.修飾泵特性曲線b將軸功率置于次坐標(biāo)軸一一選定系列2（軸功率?流量關(guān)系曲線），單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“數(shù)據(jù)系列格式”，得到“數(shù)據(jù)系列格式”對話框（圖4.20），打開“坐標(biāo)軸”選項(xiàng)，選擇“次坐標(biāo)軸”，得到圖4.21。圖4.21將Pa-qV曲線置于次坐標(biāo)軸后的結(jié)果b添加標(biāo)題一一將鼠標(biāo)置于“繪圖區(qū)”，菜單欄上顯示“圖表”菜單一點(diǎn)擊“圖表選項(xiàng)”命令，得到“圖表選項(xiàng)”對話框（圖4.22）。圖4.22添加標(biāo)題b添加實(shí)驗(yàn)條件、圖例，得到泵特性曲線結(jié)果圖（圖4.23）。圖4.23泵特性曲線結(jié)果圖4.1.2.3過濾實(shí)驗(yàn)（1）原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)見圖4.24。圖4.24過濾實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

(2)數(shù)據(jù)處理T-T1， 2依據(jù)：—=—(q+q)+~^qq-qK1Ke1a.中間運(yùn)算過程與結(jié)果行在單元格D5中輸入：“=C5+D4”，并將該公式復(fù)制至“D6：D11”；求累積濾液體積;行在單元格E5中輸入：“=B5+E4”，并將該公式復(fù)制至“E6：E11”；行在單元格F5中輸入："二D5*1e-6/$B$2”，并將該公式復(fù)制至“F6：F11”；-在單元格G6中輸入：“二F6+$F$5”，并將該公式復(fù)制至“G7：G11”；?在單元格H6中輸入：”=(E6-$E$5)/(F6-$F$5)”，并將該公式復(fù)制至“H7：H11”。實(shí)施以上步驟后得到圖4.25。圖4.25恒壓過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果b.創(chuàng)建(T-T1)/(q-qi)~(q+%)圖以G6：H11單元格區(qū)域內(nèi)容作圖，結(jié)果見圖4.26。圖4.26創(chuàng)建(t-T1)/(q-q1)?(q+q1)關(guān)系曲線c.添加趨勢線與趨勢方程行單擊數(shù)據(jù)系列，菜單欄上顯示“圖表”菜單一點(diǎn)擊該菜單下的“添加趨勢線”命令，得到“添加趨勢線”對話框(圖4.27)。-在“類型”選項(xiàng)卡上，單擊“線性”選項(xiàng)；打開“選項(xiàng)”選項(xiàng)卡，選中“顯示公式”與“顯示R平方值”選項(xiàng)，如圖4.28所示；單擊“確定”按鈕，得到圖4.29。-將y改成(T-T1)/(q-qJx改成(q+qj得到最終結(jié)果圖(圖生3。)。圖4.28添加趨勢線之選項(xiàng)卡圖圖4.28添加趨勢線之選項(xiàng)卡圖4.30經(jīng)修飾后的過濾實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果圖圖4.29添加趨勢線后的過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖d.求恒壓過濾常數(shù)T-T1 2 T-T因一二-(q+q)+-q,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果為一=77924(q+q)+865.07,所以q-qK1Ke q-q 111—=77924,—q=865.07，解得：K=1.283x10-5m2/s,,q=5.551x10-3ma/m2oK Ke 晨方法二：At2 2依據(jù)：——=q+qAqK Kea.中間運(yùn)算過程與結(jié)果三在單元格D31中輸入：“=C31*1e-6/$B$28”，并將該公式復(fù)制至“D32：D37”；三在單元格E31中輸入：“=D31+E30"，并將該公式復(fù)制至“E32：E37”；三在單元格F32中輸入：“=(E32+E31)*0.5"，并將該公式復(fù)制至“F33：F37”；三在單元格G32中輸入：“二B32/D32"，并將該公式復(fù)制至“G33：G37”；實(shí)施以上步驟后得到圖4.31。圖4.31用方法二計(jì)算所得過濾實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果b.創(chuàng)建At/Aq?q圖，添加趨勢線與趨勢方程(圖4.32)圖4.32用方法二計(jì)算所得過濾實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果圖c.求恒壓過濾常數(shù)TOC\o"1-5"\h\zAt2 2 .At 2因--=—q+—q，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果為--=163329q+644.05，所以—=163329，\o"CurrentDocument"AqKKe Aq K2一q=644.05，解得：K=1.225x10-5m2/s，，q=3.943x10-3旗加。Ke e4.1.2.4空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)(1)原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)如圖4.33所示。圖4.33空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)(2)數(shù)據(jù)處理物性數(shù)據(jù)行空氣的粘度廠5.0153+4.8062x102T-1.0967x105T2[u：uPa-s；T：K]空氣的導(dǎo)熱系數(shù)X=0.00512+7.234x10-5T-9.2207x10-9T21％W/(m,K),T：K]空氣的熱容+2.0656x10-12T4 [cp：J/(mol?K)；T：K]計(jì)算過程a.計(jì)算空氣的質(zhì)量流量，主體溫度下的粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱容、對數(shù)平均推動(dòng)力及傳熱速率

三在單元格J9中輸入“=(101000+69-09)*13.6)*0.029/8.314/(273.15+69)”——計(jì)算空氣的密度(p=pM/RT)；在單元格K9中輸入”=89町9/3600”一一計(jì)算空氣的質(zhì)量流量(q=Pq)m V在單元格L9中輸入“=39+19)*0.5”——計(jì)算空氣的主體溫度('=0，5(t1+t2))；行在單元格M9中輸入“=19+273.15”一一將空氣的溫度單位由攝氏度轉(zhuǎn)化為開爾文；在單元格N9中輸入“=5.0153+0.048062*乂9-0.000010967*乂9A2”——計(jì)算空氣的粘度；在單元格O9中輸入“=0.00512+7.2342e-5*M9-9.2207e-9*M9A2”——計(jì)算空氣的導(dǎo)熱系數(shù)；在單元格P9中輸入“二(29.381-4.6652e-3*M9+1.5957e-5*M9A2-1.0258e-8*M9A3+2.0656e-12*M9A4)/29”——計(jì)算空氣的熱容；在單元格Q9中輸入“二K9*P9*(H9-I9)”——計(jì)算傳熱速率(Q=qm2cp2(12—tj)；在單元格R9中輸入“=((H9-F9)-(I9-E9))/LN((H9-F9)/(I9-E9))”——計(jì)算對數(shù)平均推動(dòng)力(T(T—t)—(T—t))；T2Tl選定J9:R9單元格區(qū)域，再用鼠標(biāo)拖動(dòng)J9單元格下的填充柄至J13,完成單元格內(nèi)容的復(fù)制，運(yùn)算結(jié)果見圖4.34。圖4.34空氣-水套管換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中間結(jié)果1b.計(jì)算空氣側(cè)對流給熱系數(shù)、雷諾準(zhǔn)數(shù)、努塞爾準(zhǔn)數(shù)-在單元格H20中輸入“=F20*1e3/(3.14159*0.026*2*G20)”——計(jì)算空氣側(cè)對流給熱系數(shù)-在單元格I20中輸入“=￡20*103區(qū)20*16-6/020”——計(jì)算空氣的普蘭特準(zhǔn)數(shù)(P=。//九)；-在單元格J20中輸入“=H20*0.026/D20”——計(jì)算空氣的努塞爾準(zhǔn)數(shù)(Nu=ad/九)；-在單元格K20中輸入“=4*B20/(3.14159*0.026*C