化工原理試驗(yàn)講義20231013

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工原理試驗(yàn)講義20231013化工原理試驗(yàn)講義

化工原理試驗(yàn)講義

中國石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

化學(xué)工程系二00八年四月

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化工原理試驗(yàn)講義

目錄

目錄2序言1試驗(yàn)一流體摩擦阻力系數(shù)測定3試驗(yàn)二流量計(jì)校核9試驗(yàn)三離心泵特性曲線的測定12試驗(yàn)四恒壓過濾常數(shù)的測定16試驗(yàn)五固體流態(tài)化21試驗(yàn)六空氣在圓形直管中對流傳熱系數(shù)的測定26試驗(yàn)七板式精餾塔塔板效率的測定31試驗(yàn)八吸收試驗(yàn)——填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定35

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化工原理試驗(yàn)講義

序言

一、化工原理試驗(yàn)的特點(diǎn)

化工原理試驗(yàn)屬于工程試驗(yàn)范疇，它不同于基礎(chǔ)課程的試驗(yàn)。后者面對的是基礎(chǔ)科學(xué)，采用的方法是理論的、嚴(yán)密的，處理的對象尋常是簡單的、基本的甚至是理想的，而工程試驗(yàn)面對的是繁雜的實(shí)際問題和工程問題。對象不同，試驗(yàn)研究方法也必然不同。工程試驗(yàn)的困難在于變量多，涉及的物料千變?nèi)f化，設(shè)備大小懸殊，試驗(yàn)工作量之大之難是可想而知的。因此不能把處理一般物理試驗(yàn)的方法簡單地套用于化工原理試驗(yàn)。數(shù)學(xué)模型方法和因次分析方法是研究工程問題的兩個(gè)基本的試驗(yàn)研究方法，由于這兩種方法可以成功地使試驗(yàn)研究結(jié)果由小見大，由此及彼地應(yīng)用于大設(shè)備的生產(chǎn)設(shè)計(jì)上。例如，在因次分析法指導(dǎo)下的試驗(yàn)，可不需要過程的深入理解，不需要采用真實(shí)的物料、真實(shí)流體或?qū)嶋H的設(shè)備尺寸，只需借助模擬物料（如空氣、水等）在試驗(yàn)室規(guī)模的小設(shè)備中，經(jīng)一些設(shè)備性的試驗(yàn)或理性的推斷得出過程的因素，從而加以歸納和概括成經(jīng)驗(yàn)方程。這種因次分析法指導(dǎo)下的試驗(yàn)研究方法，是解決難于作出數(shù)學(xué)描述的繁雜問題的一種有效方法。數(shù)學(xué)模型方法是在對過程有比較深入認(rèn)識的基礎(chǔ)上，將過程進(jìn)行概括，得到簡單而不失真的物理模型，然后進(jìn)行數(shù)學(xué)上的描述。這種研究方法同樣可以具備以小見大，由此及彼的功能（因次分析法指導(dǎo)下的試驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)模型方法反映了工程試驗(yàn)和基礎(chǔ)試驗(yàn)的主要區(qū)別）。化工原理試驗(yàn)的另一目的是理論聯(lián)系實(shí)際?；み^程由好多單元過程和設(shè)備所組成，學(xué)生應(yīng)當(dāng)運(yùn)用理論去指導(dǎo)并且能夠獨(dú)立進(jìn)行化工單元的操作，應(yīng)能在現(xiàn)有設(shè)備中完成指定的任務(wù)，并預(yù)計(jì)某些參數(shù)的變化對過程的影響。

二、基本要求

1、試驗(yàn)研究方法及數(shù)據(jù)處理

1）把握處理化學(xué)工程問題的兩種基本試驗(yàn)研究方法。一種是經(jīng)驗(yàn)的方法，即應(yīng)用因次分析法進(jìn)行試驗(yàn)的規(guī)劃；另一種是半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法或數(shù)學(xué)模型方法，把握如何規(guī)劃試驗(yàn)，去檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?、模型參?shù)的估值的可靠性。

2）把握最基本的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和模型參數(shù)的估值方法——最小二乘法。

3）對于特定的工程問題，在缺乏數(shù)據(jù)的狀況下，學(xué)會如何組織試驗(yàn)以及取得必要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

2、熟悉化工數(shù)據(jù)的基本測試技術(shù)

其中包括操作參數(shù)（例如流量、溫度、壓強(qiáng)等）和設(shè)備特性參數(shù)（例如阻力參數(shù)、傳熱系數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)等）、特性曲線的測試方法。

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化工原理試驗(yàn)講義

3、熟悉并把握化工中典型設(shè)備的操作

了解影響設(shè)備操作的參數(shù)，能預(yù)計(jì)某些參數(shù)的變化對設(shè)備操作的影響，并能在現(xiàn)有設(shè)備中通過調(diào)整操作參數(shù)以完成指定的工藝要求。

三、試驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法

通過試驗(yàn)課的教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生把握工程試驗(yàn)的全過程，此過程應(yīng)包括：1）試驗(yàn)前的準(zhǔn)備；2）進(jìn)行試驗(yàn)操作；3）正確記錄和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；4）撰寫試驗(yàn)報(bào)告。

以上四個(gè)方面是試驗(yàn)課的主要環(huán)節(jié)，認(rèn)為試驗(yàn)課就是單純進(jìn)行試驗(yàn)“操作〞的觀點(diǎn)應(yīng)當(dāng)改變。為使學(xué)生對于試驗(yàn)有嚴(yán)肅的態(tài)度，嚴(yán)格的要求和嚴(yán)密的作風(fēng)，我們推薦典型的試驗(yàn)程序如下：

1）認(rèn)真閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書和有關(guān)參考資料，了解試驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?）進(jìn)行試驗(yàn)室現(xiàn)場預(yù)習(xí)。了解

試驗(yàn)裝置，摸清試驗(yàn)流程、測試點(diǎn)、操作控制點(diǎn)，此外還需了解所使用的檢測儀器、儀表的基本原理和使用方法；3）預(yù)先組織好試驗(yàn)小組，試驗(yàn)小組探討并擬訂試驗(yàn)方案，預(yù)先作好分工，并寫出實(shí)

驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告，預(yù)習(xí)報(bào)告的內(nèi)容應(yīng)包括：①試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容；②試驗(yàn)的基本原理及方案；③試驗(yàn)裝置及流程圖；④試驗(yàn)操作步驟及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的布點(diǎn)；⑤設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)的記錄表格。

預(yù)習(xí)報(bào)告應(yīng)在試驗(yàn)前交給試驗(yàn)指導(dǎo)教師審閱，獲準(zhǔn)后學(xué)生方能參與試驗(yàn)。

進(jìn)行試驗(yàn)操作，要求認(rèn)真細(xì)致地記錄試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)。操作中應(yīng)能進(jìn)行理論聯(lián)系實(shí)際的思考。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：重復(fù)計(jì)算過程可以采用表格化的方式表達(dá)；具體計(jì)算過程需要有一組手算的計(jì)算例如，勉勵(lì)使用現(xiàn)代化方法進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

撰寫試驗(yàn)報(bào)告。撰寫試驗(yàn)報(bào)告是試驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，應(yīng)避免單純填寫表格的方式，而應(yīng)由學(xué)生自行撰寫成文，內(nèi)容大致包括：1）試驗(yàn)?zāi)康暮驮恚?）試驗(yàn)裝置簡介；3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理；4）試驗(yàn)結(jié)果及探討。

四、學(xué)生試驗(yàn)守則

1、遵守紀(jì)律不遲到不早退，在試驗(yàn)室內(nèi)保持恬靜，不大聲談笑，遵守試驗(yàn)室的一切規(guī)章制度，聽從教師指導(dǎo)。

2、試驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，作好預(yù)習(xí)報(bào)告，經(jīng)教師提問通過后，方可準(zhǔn)予參與試驗(yàn)。

3、試驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格遵守儀器、設(shè)備、電路的操作規(guī)程不得擅自變更，操作前須經(jīng)教師檢查同意后方可接通電路和開車，操作中細(xì)心觀測，如實(shí)記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。儀器設(shè)備發(fā)生故障嚴(yán)禁擅自處理，應(yīng)馬上報(bào)告教師。

4、試驗(yàn)后根據(jù)原始記錄，處理數(shù)據(jù)、分析問題并及時(shí)作好試驗(yàn)報(bào)告。5、愛護(hù)儀器、注意安全，水、電、煤氣及藥品要儉約使用。6、保持試驗(yàn)室整齊，廢品、廢物丟入垃圾箱內(nèi)。

7、試驗(yàn)完畢記錄數(shù)據(jù)須經(jīng)教師審查簽字，做好清潔工作，恢復(fù)儀器設(shè)備原狀，關(guān)好門窗，檢查水、電及氣源是否關(guān)好后，方可離開試驗(yàn)室。

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試驗(yàn)一流體摩擦阻力系數(shù)測定

一、試驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)

1、學(xué)習(xí)流體在管道內(nèi)摩擦阻力?Pf及摩擦阻力系數(shù)λ的測定方法；2、確定摩擦阻力系數(shù)λ與雷諾數(shù)Re和相對粗糙度?d之間的關(guān)系；3、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出λ～Re曲線并與莫迪圖進(jìn)行比較；4、測定局部（閥門）阻力系數(shù)?。

二、試驗(yàn)基本原理

由于有粘性和渦流的影響，流體滾動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生滾動(dòng)阻力。其大小與管子的長度、直徑、流體流速和管道摩擦阻力系數(shù)有關(guān)。本試驗(yàn)分為直管摩擦系數(shù)?和局部（閥門）阻力系數(shù)?兩種狀況。

1、直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的測定

直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即??f(Re,?/d)，對一定的相對粗糙度而言，??f(Re)。

流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)滾動(dòng)時(shí)，其管路阻力引起的能量損失為：

hf?P1?P2???Pf?（1-1）

又由于摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式）

hf?整理（1-1）（1-2）兩式得

?Pf?lu2（1-2）??d2??2d?Pf?2（1-3）??lud?u??（1-4）

Re?式中：d?管徑，m；

??Pf?直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；l?管長，m；

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u?流速，m/s；

??流體的密度，kg/m3；??流體的粘度，N·s/m2。

在試驗(yàn)裝置中，直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降?Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和式（1-3）可計(jì)算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)λ，用式（1-4）計(jì)算對應(yīng)的Re，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出λ與Re的關(guān)系曲線。

2、局部（閥門）阻力系數(shù)?的測定

h?f??P'f?u2（1-5）??2?2??P'f????????u2（1-6）

??式中：??局部阻力系數(shù)，無因次；?Pf'?局部阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；

h'f?局部阻力引起的能量損失，J／kg。

圖1-1局部阻力測量取壓口布置圖

局部阻力引起的壓強(qiáng)降?Pf'可用下面的方法測量：在一條各處直徑相等的直管段上，安裝待測局部阻力的閥門，在其上、下游開兩對測壓口a-a’和b-b＇，見圖1-1，使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇則△Pf，ab＝△Pf，bc；△Pf，a＇b＇=△Pf，b＇c＇在a~a＇之間列柏努利方程式：

Pa－Pa＇=2△Pf，ab+2△Pf，a＇b＇+△P

在b~b＇之間列柏努利方程式：

Pb－Pb＇=△Pf，bc+△Pf，b＇c＇+△Pf=△Pf，ab+△Pf，a＇b＇+△Pf（1-8）

聯(lián)立式（1-7）和（1-8），則：

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＇

＇

＇

f（1-7）

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?Pf'＝2（Pb－Pb＇）－（Pa－Pa＇）

為了試驗(yàn)便利，稱（Pb－Pb＇）為近點(diǎn)壓差，稱（Pa－Pa＇）為遠(yuǎn)點(diǎn)壓差。用差壓傳感器來測量。

三、試驗(yàn)裝置及流程

試驗(yàn)流程示意圖見圖1-2。水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入試驗(yàn)系統(tǒng)，首先經(jīng)流量調(diào)理閥14、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)15、16測量流量，然后送入被測直管段測量流體在光滑管或粗糙管的滾動(dòng)阻力；或經(jīng)閥門10測量局部阻力后回到儲水槽，水循環(huán)使用。被測直管段流體滾動(dòng)阻力△p可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣-水倒置∪型管22來測量。

圖1-2滾動(dòng)阻力試驗(yàn)流程示意圖

1-水箱；2-離心泵；3、4-放水閥；5、13-緩沖罐；6-局部阻力近端測壓閥；

7、15-局部阻力遠(yuǎn)端測壓閥；8、20-粗糙管測壓閥；9、19-光滑管測壓閥；10-局部阻力管閥；11-U型管進(jìn)水閥；12-壓力傳感器；14-流量調(diào)理閥；15、16-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；17-光滑管閥；18-粗糙管閥；21-倒置U型管放空閥；22-倒置U型管；23-水箱放水閥；24-管線放水閥；

25-壓差表；26-溫度表；27-泵開關(guān)；28-總電源開關(guān)

本試驗(yàn)共有8套試驗(yàn)設(shè)備，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下:

被測光滑直管段：

設(shè)備編號12345管徑d/m0.0081490.0080100.0081610.0080160.008152管長L/m1.701.701.701.701.70材料0Cr18Ni90Cr18Ni90Cr18Ni90Cr18Ni90Cr18Ni95

化工原理試驗(yàn)講義

設(shè)備編號678管徑d/m0.0081500.0080500.008058管長L/m1.701.701.70材料0Cr18Ni90Cr18Ni90Cr18Ni92.被測粗糙直管段：管徑d—0.010m；管長L—1.70m；材料—不銹鋼管3．被測局部阻力直管段：管徑d—0.015m；管長L—1.2m；材料—不銹鋼管4．壓力傳感器：

型號：LXWY測量范圍：200KPa5.直流數(shù)字電壓表：

型號：PZ139測量范圍：0～200KPa6．離心泵：

型號：WB70/055流量：8m3／h揚(yáng)程：12m電機(jī)功率：550W7.玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：

型號LZB—40LZB—10測量范圍/L?h-1100～100010～100精度1.52.5四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

向儲水槽內(nèi)注水，直到水滿為止。全關(guān)出口閥門14，啟動(dòng)離心泵。1)光滑管阻力測定：

①關(guān)閉局部阻力管閥10、局部阻力近端測壓閥6；局部阻力遠(yuǎn)端測壓閥7、15；關(guān)閉粗糙管閥18、粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8，將光滑管閥17全開。

②在流量為零條件下，開啟光滑管測壓進(jìn)水閥19和回水閥9，旋開倒置U型管進(jìn)水閥11，檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則說明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行趕氣泡操作。導(dǎo)壓系統(tǒng)如圖1-3所示。

趕氣泡操作方法如下：

開大控制閥門開度，使倒置U型管內(nèi)液體充分滾動(dòng)，以趕出管路內(nèi)的氣泡；若認(rèn)為氣泡已趕凈，將流量閥關(guān)閉；漸漸旋開倒置U型管上部的放空閥21，開啟閥3、4，使液柱降至零點(diǎn)上下時(shí)馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時(shí)管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零。然后關(guān)閉放空閥21。

③該裝置兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計(jì)測量流量。

④差壓變送器與倒置U型管也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差，小流量時(shí)用倒置∪型管壓差計(jì)測量，大流量時(shí)用差壓變送器測量。應(yīng)在最大流量和最小流量之間進(jìn)行試驗(yàn)，一般測取10～15組數(shù)據(jù)。建議當(dāng)流量小于100L／h時(shí)，只用倒置∪型管來測量壓差。

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化工原理試驗(yàn)講義

2)粗糙管阻力測定

①關(guān)閉閥17、光滑管測壓進(jìn)水閥19、光滑管測壓回水閥9，全開閥18，旋開粗糙管測壓進(jìn)水閥20、粗糙管測壓回水閥8，逐漸調(diào)大流量調(diào)理閥，趕出導(dǎo)壓管內(nèi)氣泡。

②從小流量到最大流量，一般測取15~20組數(shù)據(jù)。③直管段的壓差用差壓變送器測量。

光滑管和粗糙管直管阻力的測定使用同一差壓變送器，當(dāng)測量光滑管直管阻力時(shí)，要把通向粗糙管直管阻力的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)測量粗糙管直管阻力時(shí)，要把通向光滑管直管阻力的閥門關(guān)閉。

圖1-3導(dǎo)壓系統(tǒng)示意圖

13-粗糙管測壓進(jìn)水閥；14-直管壓力傳感器；15-粗糙管測壓回水閥；16-光滑管測壓回水閥；17-光滑管測壓進(jìn)水閥；18-U型管進(jìn)水閥；19-排水閥；20-U型管出水閥；21-U型管放空閥3)局部阻力測定

關(guān)閉閥門17和18，全開或半開閥門10，改變流量，用差壓變送器測量遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差。遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)壓差的測量使用同一差壓變送器。當(dāng)測量遠(yuǎn)點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向近點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉；同樣當(dāng)測量近點(diǎn)壓差時(shí)，要把通向遠(yuǎn)點(diǎn)壓差的閥門關(guān)閉。

4)測取水箱內(nèi)水的溫度。

5)待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)理閥，停泵。

2、試驗(yàn)本卷須知

1）直流數(shù)字表操作方法請細(xì)心閱讀說明書后，方可使用。

2）較長時(shí)間未做試驗(yàn)，啟動(dòng)離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易燒壞電機(jī)。

3）啟動(dòng)離心泵之前，以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必需檢查所有流量調(diào)理閥是否關(guān)閉。

4）在試驗(yàn)過程中每調(diào)理一個(gè)流量之后應(yīng)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)。5）利用壓力傳感器測量大流量下△P時(shí)，應(yīng)切斷空氣—水倒置∪型玻璃管的閥門18、20否則影響測量數(shù)值。

6）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，調(diào)好數(shù)字表的零點(diǎn)，然后啟動(dòng)泵進(jìn)行試驗(yàn)。

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化工原理試驗(yàn)講義

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果列在表格中。

表1-1試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表

試驗(yàn)裝置編號：________試驗(yàn)水溫：T＝________℃水溫：管徑：管長：密度：黏度：

序號123456流量l/h直管壓降(表示)kPaU形管讀數(shù)R1/mmR2/mm2、寫出計(jì)算例如，即以某一組數(shù)據(jù)為例寫出計(jì)算過程。

3、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出λ～Re關(guān)系曲線并與莫迪圖進(jìn)行比較。

4、求本試驗(yàn)條件下層流區(qū)光滑管λ～Re關(guān)系式，并與理論公式??64Re比較。

六、思考及探討

1、在測量前為什么要將設(shè)備中的空氣排盡？怎樣才能迅速地排盡？2、以水為介質(zhì)做出的λ～Re關(guān)系曲線，能否適用于其他流體？為什么？

3、在不同設(shè)備上（包括相對粗糙度一致而管徑不同）、不同溫度下測定的數(shù)據(jù)是否能關(guān)聯(lián)在一條曲線上？為什么？

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)二流量計(jì)校核

一、試驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)

1、了解孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的構(gòu)造和使用方法。

2、學(xué)習(xí)把握流量計(jì)的校核方法，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)，驗(yàn)證流量計(jì)流量系數(shù)的變化規(guī)律。

3、標(biāo)繪出標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的流量曲線。

4、測定并比較孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)大小及永久壓降（阻力損失）的大小。

二、試驗(yàn)基本原理

孔板流量計(jì)是利用流體經(jīng)過孔板前后的壓差變化來實(shí)現(xiàn)測量流量的。流體流過孔板流量計(jì)孔口時(shí)，由于滾動(dòng)截面突然收縮，流體約在孔口后1/3或2/3處形成縮脈，引起流體靜壓能和動(dòng)能的變化。根據(jù)機(jī)械能衡算方程，選擇縮脈取壓方式，將測定的靜壓差和相應(yīng)的動(dòng)能變化進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以求出流量。

孔板流量計(jì)流量與U形管壓差計(jì)內(nèi)指示液高度差之間的關(guān)系為：

V0?C0A0式中：Ao—孔板的截面積，m2；Co—孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)。

2Rg(?0??)?(2-1)

孔流系數(shù)Co由試驗(yàn)測定。Co是流體雷諾數(shù)Re（以管內(nèi)徑計(jì)算）和孔徑與管內(nèi)徑之比do/d1的函數(shù)。當(dāng)do/d1一定時(shí)，隨Re的增加Co是下降的。當(dāng)Re達(dá)到一定值后，C0趨于常數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)Re一定時(shí)，隨著孔徑比do/d1的增大C0增大。設(shè)計(jì)選用孔板流量計(jì)時(shí)應(yīng)使孔流系數(shù)Co處于常數(shù)區(qū)?？装辶髁坑?jì)的C0范圍一般是在0.6~0.7。

文丘里流量計(jì)用一段漸縮漸擴(kuò)管代替孔板減小阻力損失。文丘里流量計(jì)的工作原理和孔板流量計(jì)是完全一樣的。

文丘里流量計(jì)的流量與U形管壓差計(jì)內(nèi)指示液的高度差之間的關(guān)系為：

Vv?CvAv2Rg(?v??)?(2-2)

式中，Av—文丘里流量計(jì)的喉徑截面積，m2；Cv—文丘里流量計(jì)的孔流系數(shù)。

當(dāng)流體流經(jīng)孔板流量計(jì)或文丘里流量計(jì)時(shí)，由于突然的收縮或擴(kuò)大，形成渦流，產(chǎn)生阻力，損失部分能量，使壓力不能恢復(fù)，這種壓力損失是永久壓力損失?？梢杂迷囼?yàn)方法測得。為保證測量的確鑿性，需消除渦流等因素的影響。兩測壓口應(yīng)選在孔板前1d（1倍管徑長度）和孔板后6d（6倍管徑長度）的2個(gè)截面處。對于文丘里流量計(jì)，兩測壓口應(yīng)選在距離入口和擴(kuò)散管出口為1d（1倍管徑長

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化工原理試驗(yàn)講義

度）地方的2個(gè)截面處。2個(gè)截面壓力差為：

?p永?p1?p2(2-3)

永久壓力損失ΔP永，可以用U形管壓差計(jì)測定。常將它表示為流量計(jì)測量壓差的一個(gè)百分比，即：

???p永?p測(2-4)

η與孔板孔徑（或文丘里管喉徑）do和管道直徑d1的比值有關(guān)。do/d1越小則永久壓力損失就越大。各種孔板流量計(jì)的永久壓力損失在40%~90%。由于文丘里管入口和出口都為擴(kuò)散形管，流體流過時(shí)渦流損失較小，所以永久壓降比孔板流量計(jì)小得多，文丘里流量計(jì)的永久壓力損失一般為8%~18%。

三、試驗(yàn)裝置及流程

本試驗(yàn)裝置由水箱、水泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、U形管壓差計(jì)和計(jì)量槽組成。試驗(yàn)流程如圖2-1所示。

圖2-1流量計(jì)校核試驗(yàn)裝置流程圖

孔板流量計(jì)的孔徑為20.0mm，文丘里流量計(jì)的喉徑為19.0mm。水管管內(nèi)徑為26.0mm。本試驗(yàn)以水為介質(zhì)，其流量用計(jì)量槽和秒表測量。計(jì)量槽底面積為1.570×10-3m2。

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化工原理試驗(yàn)講義

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

1）在啟動(dòng)泵之前，檢查旁路是否全開，出口閥是否關(guān)閉。

2）將壓差計(jì)測壓導(dǎo)管中的氣泡趕出，檢查U形管水銀壓差計(jì)中指示液面是否處于平衡位置，使各壓差計(jì)處于備用狀態(tài)。

3）啟動(dòng)水泵，調(diào)理出口及旁路閥閥門開度，使流量達(dá)到最大，流量最大值以壓差計(jì)最大量程為準(zhǔn)。4）分別讀取孔板流量計(jì)文丘里流量計(jì)對應(yīng)U形管壓差計(jì)的壓差及永久損失壓差，關(guān)閉計(jì)量槽排水閥，用計(jì)量槽和秒表測量水的流量。

5）改變流量再重復(fù)測定以上各數(shù)據(jù)，共取12~15組。6）測取水的溫度。

7）試驗(yàn)完畢，先關(guān)閉出口閥和旁路閥，然后停泵，切斷電源。

2、本卷須知

1）在做試驗(yàn)之前確保將取壓管中氣泡趕盡。

2）為保證測量精度，每次測量的時(shí)間要盡量長，水的體積要盡量多。3）出口閥要緩緩開啟，以防壓差計(jì)內(nèi)的水銀沖出。

4）旁路閥需要開的小一點(diǎn)，這樣攜帶進(jìn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的氣泡就會少些。

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果列在表格中。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。

2、在坐標(biāo)紙上繪制Co與lgRe之間的關(guān)系曲線。

3、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出流量Vv與壓差計(jì)讀數(shù)R之間的關(guān)系曲線，并求出斜率，驗(yàn)證是否為0.5次方的關(guān)系。

4、計(jì)算孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)Co和Cv，比較二者的大小。5、計(jì)算試驗(yàn)條件下的永久壓降之比η，比較兩種壓差計(jì)的永久壓降損失大小。

六、思考及探討

1、U形管水銀壓差計(jì)測壓導(dǎo)管中的氣泡該怎樣除去？

2、流量計(jì)的流量系數(shù)Co和Cv一般范圍是多少?它們與哪些參數(shù)有關(guān)？這些參數(shù)對流量系數(shù)Co和Cv有什么影響?

3、比較孔板和文丘里流量計(jì)流量系數(shù)Co和Cv的大小，永久壓降η的大小，并做出適當(dāng)?shù)恼f明。

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)三離心泵特性曲線的測定

一、試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)

1、了解離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熟悉并把握離心泵的工作原理和操作方法；2、測定離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。

二、試驗(yàn)基本原理

離心泵是一種液體輸送機(jī)械，它籍助于泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使充滿在泵體內(nèi)的液體在離心力的作用下，從葉輪中心被甩至邊緣，在此過程中液體獲得能量，提高了靜壓能和動(dòng)能。液體在離開葉輪進(jìn)入殼體時(shí)，由于滾動(dòng)截面積的增大，部分動(dòng)能變成靜壓能，進(jìn)一步提高了靜壓能。流體獲得能量的多少，不僅取決于離心泵的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速，而且與流體的密度有關(guān)。當(dāng)離心泵內(nèi)存在空氣，空氣的密度遠(yuǎn)比液體的小，使離心泵所產(chǎn)生的離心力不足以在泵的進(jìn)口處形成所需的真空度，無法吸入液體，該現(xiàn)象稱為“氣縛〞。為了保證離心泵的正常操作，在啟動(dòng)前必需在離心泵和吸入管路內(nèi)充滿液體，并確保運(yùn)轉(zhuǎn)過程中盡量不使空氣漏入。

離心泵的主要性能參數(shù)是揚(yáng)程H、流量Q、功率N、效率?和轉(zhuǎn)速n。在一定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程、功率、效率均隨流量的大小改變。揚(yáng)程與流量的特性曲線H=f（Q）、功率消耗與流量的特性曲線N=f（Q）、以及效率與流量的特性曲線?=f（Q）是離心泵的三條特性曲線。它們與離心泵的設(shè)計(jì)、制造有關(guān)，必需由試驗(yàn)測定。

泵特性曲線的具體測定方法如下：

1、揚(yáng)程的測定

在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程：

P出u2出P入u2入Z入???H?Z出???Hf入?出（3-1）

?g2g?g2gH??Z出?Z入??P出?P入u2出?u2入??Hf入?出（3-2）

2g?g上式中Hf入?出是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體滾動(dòng)阻力，與柏努力方程中其它項(xiàng)比較，

Hf入?出值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?/p>

H??Z出?Z入??P出?P入u2出?u2入(3-3)?2g?g12

化工原理試驗(yàn)講義

將測得的Z出?Z入和P入的值以及計(jì)算所得的u入,u出代入上式即可求得H的值。出?P??2、軸功率的測定

功率表測得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即：

泵的軸功率N=電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kw

電動(dòng)機(jī)的輸出功率=電動(dòng)機(jī)的輸入功率×電動(dòng)機(jī)的效率。泵的軸功率=功率表的讀數(shù)×電動(dòng)機(jī)效率，kw。

3、效率的測定

Ne(3-4)NHQ?gHQ?Ne??(3-5)

1000102??式中：?—泵的效率；

N—泵的軸功率，kw

Ne—泵的有效功率kw；H—泵的壓頭，m

Q—泵的流量，m3/s；

?—水的密度，kg/m3

三、試驗(yàn)裝置與流程

水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到試驗(yàn)系統(tǒng)，用流量調(diào)理閥8調(diào)理流量，流體經(jīng)渦輪番量計(jì)5計(jì)量后，流回儲水槽。流程示意圖見圖3-1。

試驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如下：

離心泵：流量Q=1.2～7.2m3/h，揚(yáng)程H=14～19m，軸功率N=550w真空表測壓位置管內(nèi)徑d入=0.030m壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d出=0.030m

真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離△h=0.355m試驗(yàn)管路d=0.050m電機(jī)效率為60%

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化工原理試驗(yàn)講義

圖3-1離心泵性能測定試驗(yàn)裝置流程示意圖

1-水箱2-離心泵3-真空表4-出口壓力表5-渦輪番量計(jì)6-溫度計(jì)7-排水閥計(jì)8-流量調(diào)理閥9-流量表10-功率表11-流體溫度表12-變頻器13-總電源關(guān)14-總電源開關(guān)15底閥

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

1）向儲水槽1內(nèi)注入蒸餾水。水位最好沒過回水出口，避免震動(dòng)。2）檢查流量調(diào)理閥8，壓力表4及真空表3的開關(guān)應(yīng)關(guān)閉。

3）啟動(dòng)試驗(yàn)裝置總電源，啟動(dòng)離心泵，緩慢開啟調(diào)理閥8至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，開啟壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。

4）調(diào)理流量，測取數(shù)據(jù)?？蓮?至最大流量。一般測12~15組數(shù)據(jù)。

5）每次在穩(wěn)定的條件下同時(shí)記錄：流量、壓力表、真空表、功率表的讀數(shù)及流體溫度。6）試驗(yàn)終止，關(guān)閉流量調(diào)理閥，停泵，切斷電源。

2、本卷須知

1）該裝置電路采用五線三相制配電，試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好地接地。

2）啟動(dòng)離心泵前，關(guān)閉流量調(diào)理閥，壓力表和真空表的開關(guān)以免損壞渦輪番量計(jì)和壓強(qiáng)表。

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化工原理試驗(yàn)講義

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將實(shí)測數(shù)據(jù)記入表3-1；

2、將所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及通過計(jì)算求得的各參數(shù)在坐標(biāo)紙上作出以下三條特性曲線：揚(yáng)程和流量的特性曲線H～Q；軸功率消耗和流量的特性曲線N～Q；效率和流量的特性曲線?～Q；

表3-1原始數(shù)據(jù)記錄表

試驗(yàn)裝置編號：________試驗(yàn)水溫：T＝________℃

流量l／s壓力表MPa真空表MPa功率kW轉(zhuǎn)速rpm序號六、思考及探討

1、離心泵在啟動(dòng)前為什么要引水灌泵？假使已經(jīng)引水灌泵了，但離心泵還是啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為可能是什么原因？

2、為什么離心泵啟動(dòng)時(shí)要關(guān)閉出口閥和拉下功率表的開關(guān)？

3、為什么調(diào)理離心泵的出口閥可調(diào)理其流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其它方法調(diào)理泵的流量？

4、正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管上設(shè)閥門是否合理？為什么？

5、為什么在離心泵的進(jìn)口管下安裝底閥？從節(jié)能觀點(diǎn)上看，底閥的設(shè)置是否有利？你認(rèn)為應(yīng)如何改進(jìn)？

15

化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)四恒壓過濾常數(shù)的測定

一、試驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)

1、了解板框壓濾機(jī)的構(gòu)造，學(xué)會板框壓濾機(jī)的操作方法；

2、在恒壓操作時(shí)測定過濾常數(shù)K，qe，τe，并以試驗(yàn)所得結(jié)果驗(yàn)證過濾方程式；3、測定壓縮指數(shù)s和物料特性常數(shù)k；4、了解操作壓力對過濾速率的影響；

5、了解壓力定值調(diào)理閥的工作原理和使用方法。

二、試驗(yàn)基本原理

過濾是以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮液的操作。在外力的作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截流下來，從而實(shí)現(xiàn)固液分開，因此，過濾操作本質(zhì)上是流體通過固體顆粒床層的滾動(dòng)，所不同的是這個(gè)固體顆粒層的厚度隨著過濾過程的進(jìn)行而不斷增加，故在恒壓過濾操作中，其過濾速率不斷降低。

影響過濾速度的主要因素除壓強(qiáng)差△p，濾餅厚度L外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過濾介質(zhì)的阻力等，故難以用流體力學(xué)的方法處理。

比較過濾過程與流體經(jīng)過固定床的滾動(dòng)可知：過濾速度即為流體通過固定床的表現(xiàn)速度u。同時(shí)，流體在細(xì)小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的滾動(dòng)屬于低雷諾數(shù)范圍，因此，可利用流體通過固定床壓降的簡化模型，尋求濾液量與時(shí)間的關(guān)系，運(yùn)用層流時(shí)泊唆葉公式不難推導(dǎo)出過濾速度計(jì)算式：

1?3?p(4-1)u?．22K?a(1??)?L式中，u—過濾速度，m/s；

K—康采尼常數(shù)，層流時(shí)，K=5.0；ε—床層的空隙率，m/m；a—顆粒的比表面積，m/m；△p—過濾的壓強(qiáng)差，Pa；μ—濾液的粘度，Pa.s；L—床層厚度，m。由此可導(dǎo)出過濾基本方程式為

2

3

3

3

dVA2?p1?s(4-2)?d??r?v(V?Ve)16

化工原理試驗(yàn)講義

3

式中，V—濾液體積，m；

τ—過濾時(shí)間，s；A—過濾面積，m；

S—濾餅壓縮性指數(shù)，無因次。一般狀況下S=0~1，對不可壓縮濾餅S=0；r—濾餅比阻，1/m，r=5.0a2(1??)2/?3；

22

r?—單位壓差下的比阻，1/m2，r=r??ps；

v—濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比，無因次；Ve—虛擬濾液體積，m。

恒壓過濾時(shí)，令k=1/?r?v，K?2k?p(1?s)，q=V/A，qe?Ve/A對式(4-2)積分可得

3(q?qe)2?K(???e)(4-3)

式中，q—單位過濾面積的濾液體積，

m3/m2；

32qe—單位過濾面積的虛擬濾液體積，m/m；τe—虛擬過濾時(shí)間，s；

K—濾餅常數(shù)，由物料特性及過濾壓差所決定，m/s。

K，qe，τe三者總稱為過濾常數(shù)。利用恒壓過濾方程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必需首先需要知道K，qe，τe，它們只有通過試驗(yàn)才能確定。對式（4-3）微分整理可得

2d?22?q?qe（4-4）dqKK該式說明以

d?為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)作圖可得一直線，直線斜率為2/K，截距為2qe/K。在dqd???替代，把式（4-4）改寫成?qdq試驗(yàn)測定中，為便于計(jì)算，可用

??22?q?qe?qKK（4-5）

在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測定一系列時(shí)間間隔△τi(i=1、2、3······)及對應(yīng)的濾液

17

化工原理試驗(yàn)講義

體積△Vi(i=1、2、3······)，也可采用計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)采集一系列時(shí)間間隔△τi(i=1、2、3······)及對應(yīng)的濾液體積△Vi(i=1、2、3······)，由此算出一系列△τi，△qi，qi在直角坐標(biāo)系中繪制

??2~q的函數(shù)關(guān)系，得一直線。有直線的斜率便可求出K和qe，再根據(jù)?e?qe/K，求出?e。?q改變試驗(yàn)所用的過濾壓差△p，可測得不同壓強(qiáng)差下的K值，由K的定義式兩邊取對數(shù)得

lgK?(1?s)lg(?P)?lg(2k)(4-6)

在試驗(yàn)壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則lgK~lg(△P)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，直線的斜率為（1-s），可得濾餅壓縮性指數(shù)s，由截矩可得物料特性常數(shù)k。

三、試驗(yàn)裝置及流程

圖4-1恒壓過濾常數(shù)測定試驗(yàn)裝置流程圖

1-配料槽2-壓力料槽3-板框壓濾機(jī)4-壓力表5-安全閥6-壓力定值調(diào)理閥7-洗滌液槽8-壓縮機(jī)

本試驗(yàn)裝置由空壓機(jī)、配料槽、壓力儲槽、板框過濾機(jī)和壓力定值調(diào)理閥等組成。其試驗(yàn)流程如圖4-1所示。MgCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配置一定濃度后利用位差送入壓力儲槽中，用壓縮空氣加以攪拌使MgCO3不致沉降，同時(shí)利用壓縮空氣的壓力將料漿送入板框過濾機(jī)過濾，濾液流入量筒或?yàn)V液量自動(dòng)測量儀計(jì)量。

板框過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸如下：框厚度25mm，每個(gè)框過濾面積0.024m，框數(shù)2個(gè)?？諝鈮嚎s機(jī)規(guī)格型號為：2VS—0.08/7，風(fēng)量0.08m/min，最大氣壓為0.7MPa。

18

3

2

化工原理試驗(yàn)講義

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

過濾試驗(yàn)：

1)配制含MgCO38%~13%(wt.%)的水懸浮液；2)熟悉試驗(yàn)裝置流程；3)開啟空氣壓縮機(jī)；

4)正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前先用水浸濕。濾布要綁緊，不能起縐（用絲桿壓緊時(shí)，千萬不要把手壓傷，先漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使濾框合上，然后再壓緊）；

5)開啟閥（3）、（2）、（4），將壓縮空氣通入配料槽，使MgCO3懸浮液攪拌均勻；（開閥時(shí)從小到大緩慢開啟，以防止懸浮液噴出配料槽）

6)關(guān)閉閥（2），開啟壓力料槽排氣閥（18），開啟閥（6），使料漿由配料桶流入壓力料槽至1/2～2/3處，關(guān)閉閥（6）；

7)開啟閥（5），后開啟閥（7）、閥(8)、閥(15)通壓縮空氣入壓力料槽，再開啟閥(20)開始做低壓過濾試驗(yàn)(壓力為0.02MPa左右)；

8)每次試驗(yàn)應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時(shí)刻作為開始時(shí)刻，每次ΔV取為800ml左右，記錄相應(yīng)的過濾時(shí)間Δτ。要熟悉雙秒表輪番讀數(shù)的方法。量筒交替接液時(shí)不要流失濾液。等量筒內(nèi)濾液靜止后讀出ΔV值和記錄Δτ值。測量6～8個(gè)讀數(shù)即可中止試驗(yàn)。

9)關(guān)閉閥（7）、閥(8)、閥(20)，再開啟閥（9）、閥（10）、閥（20），重復(fù)上述操作做中等壓力過濾試驗(yàn)(壓力在0.2MPa左右)。

10)關(guān)閉閥（15）、閥（20）開啟閥（6）、（4），將壓力料槽剩余的懸浮液壓回配料桶，關(guān)閉閥（4），閥（6）。

洗滌試驗(yàn)：

開啟閥（14），進(jìn)行橫穿洗滌，測定洗滌速率。測定完后關(guān)閉閥門。開啟排氣閥（12），卸除壓力料槽內(nèi)的壓力。然后卸下濾餅，清洗濾布、濾框及濾板。

關(guān)閉空氣壓縮機(jī)電源，總電源開關(guān)。

2、本卷須知

1）濾餅、濾液要全部回收到配料桶。

2）過濾進(jìn)行時(shí)，閥(18)一定要稍開一點(diǎn)，以攪拌料液。

3）攪拌及壓力槽料漿壓回配料槽時(shí)注意要控制好閥門的開度，以免料漿濺出配料槽．

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化工原理試驗(yàn)講義

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將實(shí)測數(shù)據(jù)記入表4-1，計(jì)算結(jié)果記入計(jì)算結(jié)果表。2、由恒壓過濾試驗(yàn)數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K，qe，τe；

3、比較幾種壓差下的K、qe及τe值，探討壓差變化對以上參數(shù)數(shù)值的影響；4、在直角坐標(biāo)紙上繪制lgK~lg(?p)關(guān)系曲線，求出S及k；5、寫出完整的過濾方程式，弄清其中各個(gè)參數(shù)的符號及意義；6、比較洗滌速率與過濾終了時(shí)的過濾速率兩者之間的關(guān)系。

表4-1原始數(shù)據(jù)記錄表

試驗(yàn)裝置編號：________操作壓力：P＝________MPa

序號12345678時(shí)間t（秒）體積V(ml)六、思考及探討

1)通過試驗(yàn)?zāi)阏J(rèn)為過濾的一維模型是否適用？

2)當(dāng)操作壓強(qiáng)增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的過濾液，其過濾時(shí)間是否縮短了一半？

3）影響過濾速率的主要因素有哪些？

4）濾漿濃度和操作壓強(qiáng)對過濾常數(shù)K值有何影響？

5）為什么過濾開始時(shí)，濾液往往有點(diǎn)渾濁，而過段時(shí)間后才變清？

20

化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)五固體流態(tài)化

一、試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)

1、學(xué)習(xí)流體通過固體顆粒層滾動(dòng)特性的測量方法；2、觀測散式流化和聚式流化的試驗(yàn)現(xiàn)象；

3、測定流化曲線和臨界流化速度，驗(yàn)證流體通過固體顆粒床層的規(guī)律，加深對這些規(guī)律的認(rèn)識和理解；

4、測定液體和氣體分別通過固體顆粒床層時(shí)流速與床層壓降的關(guān)系；5、觀測空氣固體顆粒床中顆粒輸送現(xiàn)象及旋風(fēng)分開器收集顆粒的現(xiàn)象。

二、試驗(yàn)基本原理

流體通過固體顆粒床層時(shí)，流體的流速保持在一定的范圍內(nèi)將大量固體顆粒懸浮于滾動(dòng)的流體中，并在流體作用下使顆粒作翻滾運(yùn)動(dòng)，類似于液體的沸騰，從而大大加強(qiáng)了物質(zhì)的擴(kuò)散過程，提高了反應(yīng)速度，具有流體的某些特性故這種狀態(tài)為固體流態(tài)化。流態(tài)化技術(shù)是研究和處理工業(yè)過程中固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間的混合、傳質(zhì)、傳熱的多相流技術(shù)。流態(tài)化技術(shù)是化學(xué)工程及相關(guān)學(xué)科中一個(gè)十分重要的研究領(lǐng)域，在石油化工、煤燃燒、制藥、污水處理等過程中得到重要應(yīng)用。

把握流態(tài)化技術(shù)，了解流態(tài)化床層的性質(zhì)對工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究都有重要的意義。

根據(jù)系統(tǒng)的不同，流化床可以分為散式流化床和聚式流化床。由液-固系統(tǒng)形成的流化床，由于固體顆粒和液體顆粒的密度相差不是很大，當(dāng)顆粒的直徑很小時(shí)，流體以較低速度通過固體顆粒床層，就能形成流化態(tài)。且個(gè)個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)以相對比較一致的平均自由路程通過床層，床層有相對穩(wěn)定的上界面，固體顆粒均勻的分散在液體中，這種流化態(tài)稱為散式流化。對氣-固系統(tǒng)形成的流化床，由于固體顆粒與氣體的密度差很大或顆粒直徑較大，氣體必需以較大的速度通過固體顆粒床層，此時(shí)的流化態(tài)是不平穩(wěn)的。氣體通過固體顆粒床層時(shí)，主要是呈大氣泡狀態(tài)，由于這些氣泡的上升與破碎，床層上界面波動(dòng)大，更看不到明了的上界面，所以將這種氣—固系統(tǒng)所形成的流態(tài)化稱為聚式流態(tài)化。

根據(jù)流體通過固體顆粒床層的流速大小，床層可表現(xiàn)為固定床層、流化床層和氣體輸送等階段。在各個(gè)階段，流體的流速與床層壓降關(guān)系具有不同的規(guī)律。

1流體通過固定床層的壓降與流體流速的關(guān)系

關(guān)于流體通過固體床層的壓降與流速之間的關(guān)系，一般使用歐根半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算

?p(1??)2?u(1??)?u2(5-1)?K1?K2323L?d?(?sdp)?sp式中△p——床層壓降，Pa；

21

化工原理試驗(yàn)講義

dp—顆粒平均直徑，m；

ε—床層空隙率；L—床層高度，m；μ—流體粘度，Pa·s；

u—以床層橫截面為基準(zhǔn)的流體速度，m/s；ρ—測定溫度下流體的密度，kg·m；φs—球形度；

公式（5-1）中，右邊第一項(xiàng)為粘性阻力，其次項(xiàng)為空隙收縮放大而導(dǎo)致的局部阻力。歐根采用的系數(shù)K1=150，K2=1.75。

-3

2臨界流化速度的確定

為保持穩(wěn)定的流化床操作，需要將流體流速控制在一定的范圍內(nèi)。其起始流化速度為臨界流化速度；流化床消失的速度為帶出速度。穩(wěn)定流態(tài)化操作的流體流速應(yīng)控制在臨界流化速度和帶出速度之間。這兩個(gè)速度對流化設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作都是至關(guān)重要的。

臨界流化速度可由公式計(jì)算出，為數(shù)眾多的計(jì)算顆粒初始流態(tài)化速度的公式大體上分為三類:第一類以Ergun公式為基礎(chǔ)，引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)加以修正；其次類以某種流體力學(xué)關(guān)系為基礎(chǔ)；第三類屬于純經(jīng)驗(yàn)公式。然而，液—固流態(tài)化顆粒特性計(jì)算公式好多，計(jì)算結(jié)果區(qū)別很大，例如，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有關(guān)資料上介紹適用于球形顆粒初始流態(tài)化速度umf的經(jīng)驗(yàn)公式超過30種。在眾多的計(jì)算公式中，Ergun型的計(jì)算式適用的較寬，精度較高。當(dāng)顆粒雷諾數(shù)Rep化工原理試驗(yàn)講義

體床層后從旋風(fēng)分開器頂部排出，而顆粒落入灰斗中。通過調(diào)理空氣流量，可以進(jìn)行不同滾動(dòng)狀態(tài)下的測定試驗(yàn)。設(shè)備中裝有壓差計(jì)指示床層壓降，標(biāo)尺用于測量床層高度。

對液-固系統(tǒng)，用泵輸送的水經(jīng)調(diào)理閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)送至分布板，經(jīng)二維床層后從床層上部溢流至下水槽。

顆粒特性及設(shè)備參數(shù)列于表5-1中。

表5-1裝置的顆粒特性及設(shè)備參數(shù)表

氣-固系統(tǒng)液-固系統(tǒng)截面積Amm2120×20140×20粒徑dmm0.4150.475粒重Wg一定量一定量球形度φ1.01.0顆粒密度ρSs3kg/m10402490四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

在熟悉試驗(yàn)設(shè)備、流程、各控制開關(guān)、閥門的基礎(chǔ)上按以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：散式流態(tài)化（液-固系統(tǒng)）1）檢查閥①應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)；

2）啟動(dòng)泵（按下綠色按鈕，啟動(dòng)前應(yīng)搬動(dòng)泵軸使其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活）；

3）緩緩開啟閥①，流量計(jì)浮子升起，使流化床內(nèi)充滿水至上部溢流槽，檢查U形管壓差計(jì)的測壓引線如有氣泡應(yīng)排除；

4）調(diào)理閥①從小到大測取十個(gè)以上不同流量下的床層壓降值，同時(shí)觀測床層的變化（記錄下床層高度和變化現(xiàn)象）；

5）終止試驗(yàn)：先把閥①全關(guān)恢復(fù)固定床狀態(tài)，然后按下紅色按鈕停泵。聚式流態(tài)化（氣-固系統(tǒng)）

1）檢查閥②應(yīng)處于全開狀態(tài)，閥③、④應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)；2）啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)（按下綠色按鈕）；

3）緩緩開啟閥③，關(guān)小閥②，待床層出現(xiàn)流態(tài)化后重新開啟閥②關(guān)閉閥③恢復(fù)固定床狀態(tài)；4）調(diào)理閥③（小流量調(diào)理閥③，大流量調(diào)理閥④）和閥②從小到大測取十個(gè)以上不同空氣流量下的床層壓降值，同時(shí)觀測床層的變化（記錄下床層高度和變化現(xiàn)象）；

5）終止試驗(yàn)：先把閥②全開，然后全關(guān)③、④恢復(fù)固定床狀態(tài)，然后按下紅色按鈕停風(fēng)機(jī)。

2、本卷須知

1）試驗(yàn)過程中要注意水電安全；進(jìn)試驗(yàn)室要通風(fēng)換氣，離開時(shí)要關(guān)閉電氣水的開關(guān)。2）注意泵和風(fēng)機(jī)的正確使用方法。

3）試驗(yàn)記錄開始前，先調(diào)大流速穩(wěn)定流化一段時(shí)間。

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化工原理試驗(yàn)講義

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1）將實(shí)測數(shù)據(jù)記入表5-2。通過數(shù)據(jù)處理，繪出流態(tài)化壓強(qiáng)降、床層高度與流速關(guān)系曲線圖。2）根據(jù)流態(tài)化曲線的斜率，計(jì)算出臨界流化速度。3）求取實(shí)測的臨界流化速度umf，并與理論值進(jìn)行比較。

4）對試驗(yàn)中觀測到的現(xiàn)象，運(yùn)用流體與顆粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律加以解釋。

表5-2原始數(shù)據(jù)記錄表

試驗(yàn)裝置編號：________操作溫度：T＝_______℃

序號流量(l/h)床層壓力降(mmH2O)R1R2床層高度L(cm)床層現(xiàn)象六、思考及探討

1）臨界流化速度與哪些因素有關(guān)？2）流態(tài)化時(shí)流體的流速應(yīng)控制在什么范圍？3）說明為什么在流化曲線上會出現(xiàn)一“駝峰〞？4）氣固流態(tài)化試驗(yàn)中，實(shí)際流化時(shí)，?p為什么會波動(dòng)？

5）由小到大與由大到小改變流體流量測定的流化曲線是否重合，為什么？

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)六空氣在圓形直管中對流傳熱系數(shù)的測定

一、試驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)

1、觀測水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象；

2、通過試驗(yàn)把握傳熱膜系數(shù)α的測定方法，并分析影響α的因素；3、把握確定傳熱膜系數(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；4、通過試驗(yàn)提高對α關(guān)聯(lián)式的理解，了解工程上加強(qiáng)傳熱的措施；5、把握測溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>

二、試驗(yàn)基本原理

1、水蒸氣冷凝傳熱系數(shù)α0與空氣對流傳熱系數(shù)αi測定

在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，有如下關(guān)系式：

VρCP(t2－t1)＝α0A0(T－TW)m＝αiAi(tw－t)m（6-1）

式中V—被加熱流體體積流量，m3/s；

ρ—被加熱流體密度，kg/m3；

CP—被加熱流體平均比熱，J/(kg·℃)；

α0、αi—水蒸氣對內(nèi)管外壁的冷凝傳熱系數(shù)和流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；t1、t2—被加熱流體進(jìn)、出口溫度，℃；A0、Ai—內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2；

(T－TW)m—水蒸氣與內(nèi)管外壁間的對數(shù)平均溫度差，℃；

(T?Tw)m?(T1?Tw1)?(T2?Tw2)（6-2）

T?Tw1ln1T2?Tw2(tw－t)m—內(nèi)管內(nèi)壁與空氣的對數(shù)平均溫度差，℃；

(tw1?t1)?(tw2?t2)（6-3）

(tw?t)m?t?tlnw11tw2?t2式中T1、T2—蒸汽進(jìn)、出口溫度，℃；

Tw1、Tw2、tw1、tw2—外壁和內(nèi)壁上進(jìn)、出口溫度，℃。

當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好且管壁很薄時(shí)，可認(rèn)為Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即為所測得的該點(diǎn)的壁溫。由式（6-1）、（6-2）與（6-3）可得：

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化工原理試驗(yàn)講義

?0?V?CP(t2?t1)

A0(T?Tw)m（6-4）

V?CP(t2?t1)?i?（6-5）

Ai(tw?t)m若能測得被加熱流體的V、t1、t2，內(nèi)管的換熱面積A0或Ai，以及水蒸氣溫度T，壁溫Tw1、Tw2，則可通過式（6-4）算得實(shí)測的水蒸氣冷凝傳熱系數(shù)α0；通過式（6-5）算得實(shí)測的空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)αi。

2、總傳熱系數(shù)測定

VρCP(t2－t1)＝KA0Δtm（6-6）

式中K—總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

A0—傳熱面積，m2；Δtm—對數(shù)平均溫差，℃。

3、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的測定

Nu=CRemPrnGrp（6-7）

對強(qiáng)制湍流，Gr準(zhǔn)數(shù)可以忽略。

Nu=CRemPrn（6-8）

本試驗(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(shí)，要對不同變量Re和Pr分別回歸。為了便于把握這類方程的關(guān)聯(lián)方法，可取n=0.4（試驗(yàn)中流體被加熱）。這樣就簡化成單變量方程。兩邊取對數(shù)，得到直線方程：

lgNu?lgC?mlgRe（6-9）0.4Pr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(diǎn)的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù)C，即

C?Nu（6-10）0.4mPrRe用圖解法，根據(jù)試驗(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，可以得到最正確關(guān)聯(lián)結(jié)果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)對多變量方程進(jìn)行一次回歸，就能同時(shí)得到C、m、n。

可以看出對方程的關(guān)聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。雷諾準(zhǔn)數(shù)

Re?d0u?（6-11）

?努塞爾特準(zhǔn)數(shù)

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化工原理試驗(yàn)講義

Nu??id0（6-12）?普蘭特準(zhǔn)數(shù)

Pr?Cp?（6-13）

?式中d0—換熱器內(nèi)管內(nèi)徑，m；

αi—空氣傳熱膜系數(shù)，W/（m2·℃）；ρ—空氣密度，kg/m3；

λ—空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·℃）；；Cp—空氣定壓比熱；J/（kg·℃）

?—空氣的粘度，cP。

試驗(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)α值。進(jìn)而算得Nu準(zhǔn)數(shù)值。

由于空氣傳熱膜系數(shù)αi遠(yuǎn)小于蒸汽傳熱膜系數(shù)α0，所以傳熱管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)αi約等于冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K。則有

牛頓冷卻定律：

VρCP(t2－t1)＝αiA0Δtm（6-14）

三、試驗(yàn)裝置及流程

本試驗(yàn)裝置由蒸汽發(fā)生器、套管換熱器及溫度傳感器、智能顯示儀表等構(gòu)成。其試驗(yàn)裝置流程如圖6-1所示。

圖6-1水蒸氣－空氣對流傳熱系數(shù)測定試驗(yàn)裝置流程圖

1-風(fēng)機(jī)2-蒸汽發(fā)生器3-旁路閥4-轉(zhuǎn)子流量計(jì)5-排污閥6-蒸汽總閥

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化工原理試驗(yàn)講義

7-蒸氣調(diào)理閥8-冷凝水排放閥9-空氣流量調(diào)理閥10-惰性氣體排放閥T：蒸汽溫度測量電偶；t1、t2：空氣進(jìn)、出口溫度測量電偶；TW：壁溫測量電偶

水蒸氣—空氣體系：來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入套管換熱器環(huán)隙，冷凝水經(jīng)管道排入地溝。冷空氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），與水蒸汽換熱后放空?？諝饬髁坑瞄y門調(diào)理。

設(shè)備與儀表規(guī)格如下：

紫銅管規(guī)格：直徑φ16×3.0mm，長度L=1000mm；外套玻璃管規(guī)格：直徑φ80×5mm，長度L=1000mm；風(fēng)機(jī)：XGB—13型，風(fēng)量0～90m3/h，風(fēng)壓12kPa；壓力表規(guī)格：0～0.1Mpa；轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZB-25，2.5-25m3/h。

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

1）檢查儀表、風(fēng)機(jī)、蒸汽發(fā)生器及測溫點(diǎn)是否正常，檢查進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣閥（7）是否關(guān)閉。2）開啟總電源開關(guān)、儀表電源開關(guān)；

3）全開旁路閥（3），全關(guān)閥（9），啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（1）；4）調(diào)理閥（9）的開度，閥門全開使風(fēng)量達(dá)到最大；

5）關(guān)閉閥（7），開啟閥（8）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水；

6）排凈后，關(guān)閉閥（8），開啟閥（7），使蒸汽緩緩進(jìn)入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃爆裂傷人）以加熱套管換熱器，再開啟換熱器冷凝水排放閥（8）（閥（8）開度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷凝水不斷地排至地溝；

7）細(xì)心調(diào)理閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在0.05MPa，以保證在恒壓條件下操作，再根據(jù)測試要求，由大到小逐漸調(diào)理閥（9）的開度，合理確定3～6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，待穩(wěn)定后，分別從溫度、壓力顯示儀表上讀取各有關(guān)參數(shù)；

8）試驗(yàn)終止，先關(guān)閉閥（7），切斷設(shè)備的蒸汽來路；關(guān)閉蒸汽發(fā)生器、儀表電源開關(guān)及切斷總電源。

2、本卷須知

1）試驗(yàn)裝置儀表柜上的拉門學(xué)生不得隨便開啟，以防觸電。

2）一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣，方可開啟蒸汽閥門（7），且必需在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。

3）開始通入蒸汽時(shí)，要緩慢開啟蒸汽閥門，使蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)〞轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)〞不得少于5min，以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。

4）操作過程中保證蒸汽在恒壓條件下操作。

29

化工原理試驗(yàn)講義

5）測定各參數(shù)時(shí)，必需是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下（空氣出口溫度穩(wěn)定），并且隨時(shí)注意壓力表讀數(shù)的調(diào)整。

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將實(shí)測數(shù)據(jù)記入表6-1，計(jì)算結(jié)果記入表6-2、表6-3；2、對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析探討；3、按要求編寫試驗(yàn)報(bào)告。

表6-1原始數(shù)據(jù)記錄表

試驗(yàn)裝置編號：_________試驗(yàn)壓力：P＝__________MPa

試驗(yàn)次數(shù)流量Vm3/h冷入℃冷出℃

蒸汽℃壁入℃壁出℃12345678六、思考及探討

1、試驗(yàn)中冷流體和蒸汽的相對流向，對傳熱效果有何影響?

2、蒸汽冷凝過程中，若存在不冷凝氣體，對傳熱有何影響、應(yīng)采取什么措施？3、試驗(yàn)過程中，冷凝水不及時(shí)排走，會產(chǎn)生什么影響？如何及時(shí)排走冷凝水？4、試驗(yàn)中，所測定的壁溫是靠近蒸汽側(cè)還是冷流體側(cè)溫度？為什么？5、假使采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行試驗(yàn)，對α關(guān)聯(lián)式有何影響？

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)七板式精餾塔塔板效率的測定

一、試驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)（本科課內(nèi)試驗(yàn)僅完成全回流部分）

1、熟悉板式精餾塔的結(jié)構(gòu)、精餾流程、原理及操作方法；2、觀測精餾過程中汽液兩相在塔板上的接觸狀況；3、測定精餾塔全塔效率并把握板式塔效率的影響因素。

二、試驗(yàn)操作原理

精餾過程是依據(jù)各組分在一致操作條件下?lián)]發(fā)性能之間的差異來分開液相混合物的最基本最重要的單元操作之一。例如乙醇與水在常壓下其沸點(diǎn)分別是78.3℃和100℃，當(dāng)它們混合時(shí)形成一種完全互溶的二元混合物。利用乙醇和水兩個(gè)組分各自揮發(fā)性能不同的特點(diǎn)，通過精餾的方法使混合溶液反復(fù)進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，最終在塔頂?shù)玫捷^濃的乙醇水溶液，在塔底得到很稀的乙醇水溶液。

本試驗(yàn)是將乙醇和水的二元混合溶液在篩板塔內(nèi)進(jìn)行精餾，測定在全回流及部分回流操作條件下的理論板數(shù)?？捎稍囼?yàn)裝置的實(shí)際塔板數(shù)根據(jù)公式（7-1）計(jì)算出全塔效率。

??NT?100%（7-1）N式中NT、N分別表示達(dá)到某一分開要求所需的理論板數(shù)和實(shí)際板數(shù)。對于二元溶液體系，理論板數(shù)的求取利用圖解法最為簡捷。

全回流操作時(shí)，只要測取到乙醇—水精餾系統(tǒng)操作穩(wěn)定時(shí)的塔頂和塔底的乙醇組成，在乙醇—水

二元溶液相平衡關(guān)系與x-y相圖上即可畫出理論板數(shù)NT。（7-3）

四、試驗(yàn)裝置及流程

精餾塔為篩板塔，全塔共有10塊不銹鋼板塔板，塔高1.5m，塔身用內(nèi)徑為50mm的不銹鋼管制成，每段為100mm，用螺栓連在一起。塔身其次段和第七段是用耐熱玻璃制成的，以便于觀測塔內(nèi)的操作狀況。不銹鋼塔段采用玻璃棉保溫。降液管是由外徑為8mm的銅管制成。篩板的直徑為54mm，篩孔的直徑為2mm。塔中裝有鉑電阻溫度計(jì)用來測量塔內(nèi)汽相溫度。

塔頂?shù)娜骱退桌鋮s器內(nèi)是直徑為8mm做成螺旋狀的的銅管，外面是不銹鋼套管。塔頂?shù)奈锪险魵夂退桩a(chǎn)品在銅管外冷凝、冷卻，銅管內(nèi)通冷卻水。塔釜用電爐絲進(jìn)行加熱，塔外部也用保溫棉保溫。

混合液體由高位槽經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入塔內(nèi)。塔釜的液位計(jì)用于觀測塔釜內(nèi)的存液量。塔底產(chǎn)品經(jīng)過冷卻器由平衡管流出，儲存在釜產(chǎn)品儲罐（8）中?；亓鞅日{(diào)理器（30）用來控制回流比，餾出液儲罐（12）接收塔頂餾出液。

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化工原理試驗(yàn)講義

圖7-1板式精餾塔塔板效率測定試驗(yàn)流程示意圖

1-原料罐進(jìn)料口；2-原料罐；3-進(jìn)料泵旁路閥；4-進(jìn)料泵；5-電加熱器；6-釜料放空閥；7-塔釜產(chǎn)品罐放空閥；8-釜產(chǎn)品儲罐；9-塔釜；10-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；11-頂產(chǎn)品罐放空閥；12-頂產(chǎn)品儲罐；13-塔板；14-塔身；15-觀測段；16-塔頂取樣口；17-降液管；18-線圈；19-冷凝器20-塔釜取樣口；212223-第七、八和九塊板進(jìn)料口及控制閥；24-高位槽進(jìn)料閥；25-進(jìn)料閥；26總電源開關(guān)；27-加熱開關(guān)；28-進(jìn)料泵開關(guān)；29-回流比開關(guān)；30-電壓控制器；31-回流比控制器；32.33-溫度顯示器

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1、試驗(yàn)步驟

1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

①將與阿貝折光儀配套的超級恒溫水浴調(diào)整到20℃，準(zhǔn)備好取樣注射器和擦鏡頭紙。

②檢查試驗(yàn)裝置上的各個(gè)旋塞、閥門均應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)：電流、電壓表及電位器位置均應(yīng)為零。

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化工原理試驗(yàn)講義

③配制一定濃度(質(zhì)量濃度10％左右)的乙醇─水混合液(總?cè)萘?000毫升左右)，參與原料儲罐。④開啟高位槽進(jìn)料閥門（23、25），向精餾釜內(nèi)加料到指定的高度(冷液面在塔釜總高2／3處)，而后關(guān)閉閥門。

2）全回流操作

①開啟塔頂冷凝器的冷卻水(約8L／min)。②記錄下來室溫，開啟裝置上總電源開關(guān)（26）。

③調(diào)理電位器（30）使加熱電壓為180V左右，待塔板上建立液層時(shí)，可適當(dāng)減小電壓(如140V)，使塔內(nèi)維持正常操作。

④等各塊塔板上鼓泡均勻后，保持加熱釜電壓不變，在全回流狀況下穩(wěn)定20分鐘左右，期間細(xì)心觀測全塔傳質(zhì)狀況，待操作穩(wěn)定后分別在塔頂、塔釜取樣口同時(shí)取樣，用阿貝折射儀分析樣品濃度。

3）部分回流操作

①開啟塔釜冷卻水，冷卻水流量以保證釜餾液溫度接近常溫為準(zhǔn)。

②調(diào)理進(jìn)料轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥，以2.5-3.0l／h的流量向塔內(nèi)加料；用回流比控制調(diào)理器調(diào)理回流比R＝4；餾出液收集在塔頂產(chǎn)品儲罐（12）中。

③塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后由溢流管流出，收集在容器（8）內(nèi)。

④等操作穩(wěn)定后，觀測板上傳質(zhì)狀況，記錄下來加熱電壓、電流、塔頂溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)，整個(gè)操作中維持進(jìn)料流量計(jì)（10）讀數(shù)不變，用注射器取塔頂、塔釜和進(jìn)料三處樣品，用折光儀分析，并記錄進(jìn)原料液的溫度(室溫)。

4）試驗(yàn)終止

①檢查數(shù)據(jù)合理后，中止加料并將加熱電壓調(diào)零；關(guān)閉回流比調(diào)理器開關(guān)。②根據(jù)物系的t-x-y關(guān)系，確定部分回流下進(jìn)料的泡點(diǎn)溫度。③中止加熱后10分鐘，關(guān)閉冷卻水。裝置復(fù)原。

2、使用本試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)本卷須知

1）本試驗(yàn)過程中要特別注意安全，試驗(yàn)所用物系是易燃物品，操作過程中避免灑落發(fā)生危險(xiǎn)。2.）試驗(yàn)設(shè)備加熱功率由電位器來調(diào)理，故在加熱時(shí)應(yīng)注意控制加熱速率，以免發(fā)生爆沸(過冷沸騰)，使釜液從塔頂沖出，若遇此現(xiàn)象應(yīng)馬上斷電，重新加料到指定冷液面，再緩慢升電壓，重新操作。升溫柔正常操作中釜的電功率不能過大。

3）開車時(shí)先開冷卻水，再向塔釜供熱；停車時(shí)則反之。

4）測濃度用折光儀，讀取折光率數(shù)據(jù)，一定要同時(shí)記其測量溫度，并按給定的折光率─質(zhì)量百分濃度關(guān)系測定有關(guān)數(shù)據(jù)。

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理

1、將試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果分別列入表中；

表7-1原始數(shù)據(jù)表

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)裝置編號：________試驗(yàn)水溫：T＝_____℃

試驗(yàn)序號加熱電壓回流比塔頂回流第三板第四板第五板溫度℃第六板第七板第八板第九板第十板進(jìn)料塔底塔頂進(jìn)料塔底折光率nD20質(zhì)量分?jǐn)?shù)折光率nD20質(zhì)量分?jǐn)?shù)折光率nD20質(zhì)量分?jǐn)?shù)V12（全回流無此溫度）32、畫出在全回流條件下塔頂溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律；

3、畫出穩(wěn)定操作時(shí)，在全回流和部分回流條件下塔內(nèi)溫度在塔內(nèi)分布規(guī)律；4、計(jì)算全回流條件下的全塔效率并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和探討；5、按試驗(yàn)報(bào)告要求寫出試驗(yàn)報(bào)告。

六、思考及探討

1、精餾塔操作中，塔釜壓力為什么是一個(gè)重要操作參數(shù)？塔釜壓力與哪些因數(shù)有關(guān)？2、板式塔汽液兩相的滾動(dòng)特點(diǎn)是什么？

3、操作中增加回流比的方法是什么？能否采用減少塔頂出料量D的方法？

4、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，恢復(fù)正常的最快、最有效的方法是什么？

5、本試驗(yàn)中，進(jìn)料狀況為冷態(tài)進(jìn)料，當(dāng)進(jìn)料量太大時(shí)，為什么會出現(xiàn)精餾段干板，甚至出現(xiàn)塔頂既沒有回流又沒有出料的現(xiàn)象？應(yīng)如何調(diào)理？

6、在部分回流操作時(shí)，你是如何根據(jù)全回流的數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)適合的回流比和進(jìn)料口位置的？7、精餾操作過程中，回流溫度發(fā)生變化，對精餾操作可能產(chǎn)生的影響；8、如何判斷精餾塔內(nèi)操作是否正常合理？如何判斷塔操作是否穩(wěn)定？

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化工原理試驗(yàn)講義

試驗(yàn)八吸收試驗(yàn)——填料塔吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1)．了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2)．把握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；

3)．了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響；4)．了解氣相色譜儀和六通閥在線檢測CO2濃度的測量方法。

二、基本原理

氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價(jià)，所以氣體吸收試驗(yàn)選擇CO2

作為溶質(zhì)組分是最為適合的。本試驗(yàn)采用水吸收混合氣中的CO2組分。一般將原料氣中的CO2濃度控制在10%以內(nèi)，所以吸收的計(jì)算方法可按低濃度來處理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此體系CO2氣體的吸收過程屬于液膜控制過程。因此，本試驗(yàn)主要測定Kxa和HOL。

1）計(jì)算公式

填料層高度Z為z??dZ?0ZLx1dx?HOL?NOL（8-1）??xKxa2x?x式中：L液體通過塔截面的摩爾流量，kmol/(m2·s)；

Kxa以△X為推動(dòng)力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3·s)；

HOL液相總傳質(zhì)單元高度