化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)-1596

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化工原理課程的一個(gè)十分重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。教學(xué)目的是使學(xué)生加深理解和鞏固化工單元操作的基本原理，熟悉和掌握各單元操作設(shè)備的工作原理、特性及使用方法，熟悉和掌握常見(jiàn)的化工儀表（如溫度、壓力或壓差、流量等）的工作原理和使用方法。在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生分析和解決化工過(guò)程中工程問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能?；ぴ韺?shí)驗(yàn)力求成為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合性技術(shù)人才的基地?；ぴ韺?shí)驗(yàn)書共有六大部分。第一部分為化工原理實(shí)驗(yàn)的基本要求，以便學(xué)生對(duì)照這些要求正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 第二部分為化工原理實(shí)驗(yàn)，共有八個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)、離心泵性能特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)、恒壓過(guò)濾常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)、對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)、固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)、吸收（解吸）實(shí)驗(yàn)、干燥速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置流程、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄幾處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求和思考題，以便知道學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和操作；第三部分為化工原理演示實(shí)驗(yàn)，共有六個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為流體的壓強(qiáng)及其測(cè)量演示實(shí)驗(yàn)、流體流型（雷諾數(shù)）演示實(shí)驗(yàn)、流體機(jī)械能分布及其轉(zhuǎn)換演示實(shí)驗(yàn)、邊界層演示實(shí)驗(yàn)、塔模型演示實(shí)驗(yàn)和流體繞流演示實(shí)驗(yàn)，以供學(xué)生觀察有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對(duì)有關(guān)原理的理解；第四部分為實(shí)驗(yàn)誤差分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理，使學(xué)生明確造成實(shí)驗(yàn)誤差的主要組成因素以及如何改變其中的薄弱環(huán)節(jié)，掌握數(shù)據(jù)處理的正確方法，以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)質(zhì)量；第五部分為測(cè)量?jī)x表和測(cè)量方法，介紹了化工實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)中常用的測(cè)量?jī)x表的工作原理及使用方法，如溫度、壓力和壓差、流量和組成等的測(cè)量及操作，還介紹了溫度、壓力和壓差、流量和組成等測(cè)量的傳感器和智能化儀表的工作原理及使用，以使學(xué)生掌握化工常用儀表及自動(dòng)化儀表的使用；第六部分為化工原理實(shí)驗(yàn)軟件，介紹了MCGS組態(tài)軟件和化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件，以使學(xué)生對(duì)MCGS組態(tài)軟件有初步的了解和掌握數(shù)據(jù)處理軟件的使用；最后為附錄，附錄收錄了SI制單位換算、常用數(shù)據(jù)表和管子、管件規(guī)格及用途。本教材適用于實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)為 30—40學(xué)時(shí)的化工及其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生使用。各專業(yè)可根據(jù)各自的教學(xué)要求選取若干實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般多學(xué)時(shí)的專業(yè)選做 7—8個(gè)實(shí)驗(yàn)，少學(xué)時(shí)的選做 4—6個(gè)實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫等四個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)學(xué)生都需認(rèn)真完成。本書由馮暉、居沈貴、夏毅編寫。書的第一、第二、第三和附錄部分由馮暉編寫，第四部分由夏毅編寫，第五部分由居沈貴編寫。在編寫過(guò)程中參考了管國(guó)鋒等編寫的 《化工原理》書，得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、管國(guó)鋒教授和化工原理教研室、實(shí)驗(yàn)室各位老師的大力支持和幫助，編者在此深表感謝。實(shí)驗(yàn)概述流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)指標(biāo)及性能特點(diǎn)：主體不銹鋼材料，流量： 0～10m3/h，管長(zhǎng)2m，采用1151差壓傳感器測(cè)量阻力損失、智能儀表顯示，均壓環(huán)取壓，性能穩(wěn)定；實(shí)驗(yàn)裝置功能：測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系，比較摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的回歸方程與經(jīng)驗(yàn)公式；主要用途及使用方向：全?；ぴ韺?shí)驗(yàn)、化學(xué)與食品工程原理實(shí)驗(yàn)、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）．掌握流體流經(jīng)直管和閥門時(shí)阻力損失的測(cè)定方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解流體流動(dòng)中能量損失的變化規(guī)律。2）．測(cè)定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾準(zhǔn)數(shù) Re的關(guān)系，將所得的λ ~Re方程與經(jīng)驗(yàn)公式比較。3）．測(cè)定流體流經(jīng)閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)ξ。4）．學(xué)會(huì)倒U形差壓計(jì)、 1151差壓傳感器、Pt100溫度傳感器和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用方法。5）．觀察組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。6）掌握化工原理實(shí)驗(yàn)軟件庫(kù)（組態(tài)軟件MCGS和VB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)）的使用。．基本原理流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流的存在，不可避免地要消耗一定的機(jī)械能，這種機(jī)械能的消耗包括流體流經(jīng)直管的沿程阻力和因流體運(yùn)動(dòng)方向改變所引起的局部阻力。沿程阻力流體在水平等徑圓管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)， 阻力損失表現(xiàn)為壓力降低。即影響阻力損失的因素很多，尤其對(duì)湍流流體，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究其規(guī)律。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有普遍意義，必須采用因次分析方法將各變量組合成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。根據(jù)因次分析，影響阻力損失的因素有，流體性質(zhì)：密度ρ、粘度μ；管路的幾何尺寸：管徑d、管長(zhǎng)l、管壁粗糙度ε；流動(dòng)條件：流速μ?？杀硎緸椋航M合成如下的無(wú)因次式：(1—3)令則式（1—1）變?yōu)椋菏街?，λ稱為摩擦系數(shù)。層流(滯流)時(shí)，λ＝64／Re；湍流時(shí)λ是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。局部阻力局部阻力通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。當(dāng)量長(zhǎng)度法流體流過(guò)某管件或閥門時(shí)，因局部阻力造成的損失，相當(dāng)于流體流過(guò)與其具有相當(dāng)管徑長(zhǎng)度的直管阻力損失， 這個(gè)直管長(zhǎng)度稱為當(dāng)量長(zhǎng)度，用符號(hào) le表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來(lái)計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)．可將管路中的直管長(zhǎng)度與管件、閥門的當(dāng)量長(zhǎng)度合并在一起計(jì)算，如管路中直管長(zhǎng)度為 l,各種局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度之和為 ，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總阻力損失為 為(1—6)阻力系數(shù)法流體通過(guò)某一管件或閥門時(shí)的阻力損失用流體在管路中的動(dòng)能系數(shù)來(lái)表示，這種計(jì)算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。即(1—7)式中，ξ——局部阻力系數(shù)，無(wú)因次；u——在小截面管中流體的平均流速，m/s。（2）由于管件兩側(cè)距測(cè)壓孔間的直管長(zhǎng)度很短。引起的摩擦阻力與’局部阻力相比，可以忽略不計(jì)。因此hf值可應(yīng)用柏努利方程由壓差計(jì)讀數(shù)求取。實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示主要由高位槽，不同管徑、材質(zhì)的管子，各種閥門和管件、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等組成。第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動(dòng)阻力的測(cè)定。第三根為不銹鋼管，裝有待測(cè)閘閥，用于局部阻力的測(cè)定。流體流動(dòng)阻力測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置圖1、 1、進(jìn)水閥2、3、5球閥4、閘閥6、流量調(diào)節(jié)閥 7、8、9、10、11光滑管12、粗糙管13、不銹鋼管14、倒U形差壓計(jì)(3個(gè)) 15、1151差壓傳感器16、轉(zhuǎn)子流量計(jì)17、儀表箱18、Pt100溫度傳感器 19、溫度計(jì)20、均壓環(huán)21、測(cè)壓導(dǎo)管本實(shí)驗(yàn)的介質(zhì)為水，由高位水塔供給(其位頭約為25m)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)裝置后的水通過(guò)地下管道流人泵房?jī)?nèi)水池．再用泵送至高位水塔循環(huán)使用。水流量采用裝在測(cè)試裝置尾部的轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量，直管段和閘閥的阻力分別用各自的倒 U形差壓計(jì)或1151差壓傳感器和數(shù)顯表測(cè)得。倒U形差壓計(jì)的使用方法見(jiàn) 4.2節(jié)。）裝置結(jié)構(gòu)尺寸裝置結(jié)構(gòu)尺寸如表所示。實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)步驟 ：1）熟悉實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)；2）打開(kāi)進(jìn)水閥(1),水來(lái)自帶溢流裝置的高位槽；3）打開(kāi)閥(2)、(3)、(4)、(5)（6）排盡管道中的空氣，之后關(guān)閥（5）（6）；4）在管道內(nèi)水靜止（零流量）時(shí)，按 2.2.1（4）的倒U形差壓計(jì)的使用方法，將三個(gè)倒 U形差壓計(jì)調(diào)節(jié)到測(cè)量壓差正常狀態(tài)；5）打開(kāi)考克（7）、（8）、(9) 、(10)排盡1151差壓傳感器的測(cè)壓導(dǎo)管內(nèi)的氣泡，然后關(guān)閉考克。打開(kāi) 1151差壓傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x電源，記錄零點(diǎn)數(shù)值（或校零、校零由指導(dǎo)教師完成）；6）關(guān)閉閥（2），打開(kāi)閥（6）并調(diào)節(jié)流量使轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量示值（轉(zhuǎn)子最大截面處對(duì)應(yīng)的刻度值）分別為 2、3、4 .110m3/h，測(cè)得每個(gè)流量（8~9個(gè)）下對(duì)應(yīng)的光滑管和粗糙管的阻力（壓差 mmH2O），分別記下倒U行壓差計(jì)和1151差壓傳感器測(cè)量?jī)x表的讀數(shù)。注意：調(diào)節(jié)好流量后，須等一段時(shí)間，待水流穩(wěn)定后才能讀數(shù)，測(cè)完后關(guān)閉（6）；7）關(guān)閉閥（2），打開(kāi)閥（3），測(cè)