化工原理實(shí)驗指導(dǎo)書(化學(xué)專業(yè))

1、實(shí)驗一、離心泵特性測定實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?. 了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會離心泵的操作；2. 掌握離心泵特性曲線測定方法。3學(xué)習(xí)工業(yè)上流量、功率、轉(zhuǎn)速、壓力和溫度等參數(shù)的測量方法，使學(xué)生了解渦輪流量計、C1000、電動調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)儀表的原理和操作；二、基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率P及效率與泵的流量qV之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗測定。1揚(yáng)程H的測定與計算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程： （11

2、）由于兩截面間的管長較短，通?？珊雎宰枇?，速度平方差也很小故可忽略，則有 （12）式中： ，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m；和 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計算出泵的揚(yáng)程。2軸功率P的測量與計算 （W） （13）其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機(jī)傳動效率，可取。3效率的計算泵的有效功率Pe可用下式計算： （

3、14） 故泵效率為 （15）三、實(shí)驗裝置與流程離心泵特性曲線測定裝置流程圖如下：1水箱；2離心泵；3鉑熱電阻（測量水溫）；4泵進(jìn)口壓力傳感器；5泵出口壓力傳感器；6灌泵口；7電器控制柜；8離心泵實(shí)驗管路(光滑管)；9離心泵的管路閥；10渦輪流量計；11電動調(diào)節(jié)閥；12旁路閘閥；13離心泵實(shí)驗電動調(diào)節(jié)閥管路球閥；圖2-2 實(shí)驗裝置流程示意圖 四、實(shí)驗步驟及注意事項1實(shí)驗步驟： （1）清理水箱中的雜質(zhì)，然后加裝實(shí)驗用水。給離心泵灌水，直到排出泵內(nèi)氣體。 （2）檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)和離心泵是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。開啟離心泵之前先將出口閥關(guān)閉，當(dāng)泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后方可逐步打開出口閥。試

4、驗管路選擇光滑管。 （3）實(shí)驗時，通過組態(tài)軟件或者儀表逐漸增加電動調(diào)節(jié)閥的開度以增大流量，待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。離心泵特性實(shí)驗主要獲取實(shí)驗數(shù)據(jù)為：流量qv、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)功率N電、流體溫度t和兩測壓點(diǎn)間高度差H0（H00.1m）。 （4）最大流量在5.3m3/h左右，每隔0.6作為一個測量點(diǎn)，測取8組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號，額定流量、額定轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程和功率等），停泵前先將出口閥關(guān)閉。2注意事項： （1）一般每次實(shí)驗前，均需對泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。 （2）泵運(yùn)轉(zhuǎn)

5、過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。（3）不要在出口閥關(guān)閉狀態(tài)下長時間使泵運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不超過三分鐘，否則泵中液體循環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。五、數(shù)據(jù)記錄 水溫T=實(shí)驗次數(shù)流量qv m3/h泵進(jìn)口壓力p1 kPa泵出口壓力p2 kPa電機(jī)功率N電 kW 六、實(shí)驗報告1分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的Hqv、Pqv、qv曲線2分析實(shí)驗結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。七、思考題1. 試從所測實(shí)驗數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關(guān)閉出口閥門？2. 啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？實(shí)驗二、流體流動阻力

6、測定實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時阻力損失的一般實(shí)驗方法。 2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。 3測定流體流經(jīng)管件、閥門時的局部阻力系數(shù)x。 二、基本原理 流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時因流體運(yùn)動方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力損失。 1直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為： （1）即， （2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次； d

7、直管內(nèi)徑，m；流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg； 流體密度，kg/m3；l 直管長度，m；u 流體在管內(nèi)流動的平均流速，m/s。滯流(層流)時， （3） （4）式中：Re 雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(ms)。湍流時是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗確定。由式（2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。 l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出）， 、通過測定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得， u通過測定流體流量，再由管徑計算得到。根據(jù)實(shí)驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗時測定的流量V、液柱

8、壓差計的讀數(shù)R，通過式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2局部阻力系數(shù)x 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 (1) 當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計算，則流體在管路中流動時的總機(jī)械能損失 為： (5) (2) 阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動時

9、平均動能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (6)故 (7) 式中：x 局部阻力系數(shù)，無因次； 局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降應(yīng)扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗結(jié)果求取。） 流體密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流體在小截面管中的平均流速，ms。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實(shí)驗采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗時測定的流量V、液柱壓差計的讀數(shù)R，通過式 (7)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。三、實(shí)驗裝置與流程

10、 1 實(shí)驗裝置實(shí)驗裝置如圖1所示： 1離心泵；2進(jìn)口壓力變送器；3鉑熱電阻（測量水溫）；4出口壓力變送器；5電氣儀表控制箱；6均壓環(huán)；7粗糙管；8光滑管（離心泵實(shí)驗中充當(dāng)離心泵管路）；9局部阻力管；10管路選擇球閥；11渦輪流量計；12局部阻力管上的閘閥；13電動調(diào)節(jié)閥；14差壓變送器；15水箱圖1 實(shí)驗裝置流程示意圖2.實(shí)驗流程實(shí)驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，渦輪流量計和倒U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管

11、阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。3裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表1所示。表1裝置1名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號管內(nèi)徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C22.0100四、實(shí)驗步驟1泵啟動：首先對水箱進(jìn)行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源和儀表開關(guān)，啟動水泵，待電機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)后，把出口閥緩緩開到最大。2. 實(shí)驗管路選擇：選擇實(shí)驗管路，把對應(yīng)的進(jìn)口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動510min。3流量調(diào)節(jié)：手控狀態(tài),電動調(diào)節(jié)閥的開度選擇100,然后開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從最大

12、4m3/h開始測量，建議每次實(shí)驗變化0.4m3/h左右。每次改變流量，待流動達(dá)到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值；自控狀態(tài)，流量控制界面設(shè)定流量值或設(shè)定電動調(diào)節(jié)閥開度，待流量穩(wěn)定記錄相關(guān)數(shù)據(jù)即可。共測量6組數(shù)據(jù)。4計算：裝置確定時，根據(jù)和u的實(shí)驗測定值，可計算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實(shí)驗點(diǎn)，從而繪出Re曲線。5實(shí)驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，清理裝置。五、實(shí)驗數(shù)據(jù)處理序號流量（m3/h）光滑管壓差（KPa）粗糙管壓差（KPa）局部阻力壓差（KPa）123456六、實(shí)驗報告 1根據(jù)粗糙管實(shí)驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出

13、Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 2根據(jù)光滑管實(shí)驗結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計算其誤差。 3根據(jù)局部阻力實(shí)驗結(jié)果，求出閘閥全開時的平均值。 4對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析討論。 恒壓過濾常數(shù)測定實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康?. 熟悉板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作方法；2. 通過恒壓過濾實(shí)驗,驗證過濾基本原理；3. 學(xué)會測定過濾常數(shù)K、qe、e及壓縮性指數(shù)S的方法；4. 、5. 了解操作壓力對過濾速率的影響。二、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留下來，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。過濾操作中，隨著過濾過程的進(jìn)行，

14、固體顆粒層的厚度不斷增加，故在恒壓過濾操作中，過濾速率不斷降低。影響過濾速率的主要因素除壓強(qiáng)差、濾餅厚度外，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，在低雷諾數(shù)范圍內(nèi)，過濾速率計算式為：(1)u：過濾速度，m/sK：康采尼常數(shù)，層流時，K5.0：床層空隙率，m3/m3：濾液粘度，Pasa：顆粒的比表面積，m2/m3p：過濾的壓強(qiáng)差，PaL：床層厚度，m由此可以導(dǎo)出過濾基本方程式：(2)V：過濾體積，m3：過濾時間，sA：過濾面積，m2Ve：虛擬濾液體積，m3r：濾餅比阻，1/m2，r=5.0a2(1-)2/3r：單位壓強(qiáng)下的比阻，1/m2，r= rpsv：濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比

15、，無因次S：濾餅壓縮性指數(shù)，無因次，一般S01，對不可壓縮濾餅，S0恒壓過濾時，令k=1/rv，K=2kp1-s，q=V/A，qe=Ve/A，對(2)式積分得：(q+qe)2=K(+e)(3)K、q、qe三者總稱為過濾常數(shù)，由實(shí)驗測定。對（3）式微分得：2(q+qe)dq=Kd (4)用/q代替d/dq，在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測定一系列時間間隔i，和對應(yīng)的濾液體積Vi，可計算出一系列i、qi、qi，在直角坐標(biāo)系中繪制/qq的函數(shù)關(guān)系，得一直線，斜率為2/K，截距為2qe/K，可求得K和qe，再根據(jù)e=qe2/K，可得e。改變過濾壓差p，可測得不同的K值，由K的定義式兩邊取對數(shù)得： lg

16、K=(1-S)lg(p)+lg(2k)(5)在實(shí)驗壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則lgKlg(p)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，斜率為(1-S)，可得濾餅壓縮性指數(shù)S，進(jìn)而確定物料特性常數(shù)k。三、實(shí)驗裝置與流程實(shí)驗裝置如圖3-1所示：圖3-1 板框壓濾機(jī)過濾流程1-可移動框架 2-閥2 3-止回閥 4-壓力料罐 5-玻璃視鏡 6-壓緊手輪 7-壓力表 8-板框組 9-板框進(jìn)口壓力表 10-壓力定值調(diào)節(jié)閥 12-閥10 13-閥9 14-配料槽15-指示尺 16-閥6 17-閥7 18-閥8 19-閥5 20-閥4 21-閥3 22-閥1 CaCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配制一定濃度后，利用壓差送入壓力

17、料槽中，用壓縮空氣攪拌，同時利用壓縮空氣將濾漿送入板框壓濾機(jī)過濾，濾液流入量筒計量，壓縮空氣從壓力料槽排空管排出。板框壓慮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸：框厚度11mm，過濾總面積 0.0354m2?？諝鈮嚎s機(jī)規(guī)格型號：V 0.08/8，最大氣壓0.8Mpa。四、實(shí)驗步驟與注意事項（一）實(shí)驗步驟：1. 配制含CaCO3813（wt%）的水懸浮液。2. 開啟空壓機(jī)，打開閥2、閥3，關(guān)閉閥1閥4、閥5，將壓縮空氣通入配料槽，使CaCO3懸浮液攪拌均勻。 3. 正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前用水浸濕。濾布要繃緊，不能起皺（注意：用螺旋壓緊時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動手輪使板框合上，然后再壓緊）。4. 等配

18、料槽料液攪拌均勻后，關(guān)閉閥3，打開閥5及壓力料槽上的排氣閥，使料漿自動由配料桶流入壓力料槽至其視鏡2/3處，關(guān)閉閥5。5. 打開閥4，通壓縮空氣至壓力料槽，使容器內(nèi)料漿不斷攪拌。壓力料槽的排氣閥應(yīng)不斷排氣，但又不能噴漿。6. 調(diào)節(jié)壓力料槽的壓力到需要的值。主要依靠調(diào)節(jié)壓力料槽出口處的壓力定值調(diào)節(jié)閥來控制出口壓力恒定，壓力料槽的壓力由壓力表讀出。壓力定值閥已調(diào)好，從左到右分別為1#壓力：0.1MPa；2#壓力：0.2MPa；3#壓力：0.3MPa?？紤]各個壓力值的分布，從低壓過濾開始做實(shí)驗較好。7. 放置好電子天平，按下電子天平上的“on”開關(guān)，打開電子天平，將料液桶放置到電子天平上。打開并運(yùn)行

19、電腦上的“恒壓過濾測定實(shí)驗軟件”，進(jìn)入實(shí)驗界面，做好準(zhǔn)備工作，可以開始實(shí)驗。8. 做0.1MPa壓力實(shí)驗：并打開閥6、閥9及閥10開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定時，單擊實(shí)驗軟件上的“0.1MPa壓力實(shí)驗”按鈕，進(jìn)行0.1MPa壓力實(shí)驗，實(shí)驗軟件自動計算時間間隔內(nèi)的過濾量并記錄數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中，以供數(shù)據(jù)處理軟件之用。當(dāng)實(shí)驗數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。9. 手動實(shí)驗時每次實(shí)驗應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時候作為開始時刻，每次V取800ml左右，濾液量可以由電子天平處讀出。記錄相應(yīng)的過濾時間及濾液量。每個壓力下，測量810個讀數(shù)即可停止實(shí)驗。10. 每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細(xì)后重新倒入料漿桶

20、內(nèi)，實(shí)驗結(jié)束后要沖洗濾框、濾板及濾布不要折，應(yīng)用刷子刷。（二）注意事項： 1在夾緊濾布時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動手輪使板框合上，然后再壓緊。 2濾餅及濾液循環(huán)下次實(shí)驗可繼續(xù)使用。五、實(shí)驗報告實(shí)驗數(shù)據(jù)列于表3-1中。計算結(jié)果列于表3-2中。表3-1 實(shí) 驗 數(shù) 據(jù)p1.0kg/cm2V（ml）（s）表3-2 計 算 結(jié) 果p1.0kg/cm2q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）表3-3 不同壓力下的K值p（kg/cm2）過濾常數(shù)K（m2/s）qe1.0對流給熱系數(shù)測定實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康? 觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象，并判斷冷凝類型；2 測定空氣（或水）在圓直管內(nèi)強(qiáng)制

21、對流給熱系數(shù)；二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣或水，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣或水，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：Q=qvCP(t2t1)空Ai(twt)m= KiAitm （1） （2） 式中：qv被加熱流體體積流量，m3/s； 被加熱流體密度，kg/m3； CP被加熱流體平均比熱，J/(kg)； i銅管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，W/(m2)； t1、t2被加熱流體進(jìn)、出口溫度，；Ai內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2；tm-對數(shù)平均溫度差；Ki-以內(nèi)表面為基準(zhǔn)計算的總傳熱系數(shù)。 對于平壁或者薄壁管來說， 。在本實(shí)驗中，內(nèi)管為空氣被加熱，外管為水蒸氣冷凝放熱，空遠(yuǎn)小于

22、水蒸氣。所以k1空。三、實(shí)驗裝置與流程1實(shí)驗裝置實(shí)驗裝置如圖1所示。來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器，與來自水泵）的水進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷水經(jīng)渦輪流量計進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后排出裝置外。圖1傳熱系數(shù)測定裝置流程圖 1-可移動框架 2-中間儲水箱 3-液位控制浮球閥 4-渦輪流量計 5-水箱排水閥6 6-閥5 7-進(jìn)水口 8-水泵 9-腳輪 10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水閥4 12-蒸汽進(jìn)汽口 13-冷凝水調(diào)節(jié)閥2 14-蒸汽調(diào)節(jié)閥3 15-冷流體出口溫度 16-蒸汽壓力表 17-壁面右端溫度 18-排不寧性氣體閥門 19-蒸汽右端溫度 20-冷流

23、體流量調(diào)節(jié)閥1 21-壁面左端溫度 22-蒸汽左端溫度 23-排不寧性氣體閥門 24-冷流體進(jìn)口溫度 25-換熱外套管 26-換熱紫銅管27-可視視窗2設(shè)備與儀表規(guī)格（1）紫銅管規(guī)格：直徑212.5mm，長度L=1000mm（2）外套玻璃管規(guī)格：直徑1005mm，長度L=1000mm（3）壓力表規(guī)格：00.1MPa四、實(shí)驗步驟與注意事項（一）實(shí)驗步驟1、蒸氣發(fā)生器加水，加熱，把蒸氣加熱到額定壓力下。1打開總電源空氣開關(guān)，打開儀表及巡檢儀電源開關(guān)，給儀表上電。2打開儀表臺上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，讓風(fēng)機(jī)工作，同時打開冷流體入口閥門。4打開冷凝水出口閥，注意只開一定的開度，開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉，關(guān)的太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產(chǎn)生玻璃管炸裂。5在做實(shí)驗