化工原理實驗指導書

1、1 1 / / 5050化工原理實驗指導書沈陽工業(yè)大學2 2 / / 505020032003 年 6 6 月驗1313目錄流體流淌力的離心泵特線的驗三驗四傳熱八、驗五篩板式精餾塔的操作及 9 9驗六洞道實綜驗6 6實定實干塔板效率測燥實1111合實驗氣體攪拌萃取塔液- -液萃取實3 3 / / 5050驗13135 5 / / 5050間歇精餾實驗 . 1616演 示 實 驗柏 努 利 方 程 實驗. 1717雷諾實驗. 2020實驗一 流體流淌阻力的測定一、實驗目的1 1 、了解流體在管道內摩擦阻力的測定方法；綜合實驗6 6 / / 50502 2、確定摩擦系數(shù)入與雷諾數(shù) ReRe 的關系

2、。二、差不多原理由于流體具有粘性，在管內流淌時必須克服內摩擦力。當流 體呈湍流流淌時，質點間不斷相互碰撞，弓 I I 起質點間動量交換， 從而產(chǎn)生了湍動阻力，消耗了流體能量。流體的粘性和流體的渦 流產(chǎn)生了流體流淌的阻力。 在被側直管段的兩取壓口之間列出柏 努力方程式，可得：hf上 F Ff= = P PL L兩側壓點間直管長度（m m）2dPfd d直管內徑（m m）入一摩擦阻力系數(shù)u u流體流速（m/sm/s） P Pf直管阻力引起的壓降卩一流體粘度（Pa.sPa.s ）P流體密度（kg/mkg/m3）ReduN/mN/m2)7 7 / / 5050本實驗在管壁粗糙度、管長、管徑、一定的條件

3、下用水做實 驗，改變水流量，測得一系列流量下的厶 P P 值，將已知尺寸和所 測數(shù)據(jù)代入各式，分不求出入和 Re,Re,在雙對數(shù)坐標紙上繪出入 ReRe 曲線。三、實驗裝置簡要講明水泵將儲水糟中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，首先經(jīng)玻璃轉子 流量計測量流量， 然后送入被測直管段測量流體流淌的阻力， 經(jīng) 回流管流回儲水槽，水循環(huán)使用。 被測直管段流體流淌阻力 P P 可依照其數(shù)值大小分不采納變壓器或空氣水倒置 U U 型管來測 量。四、實驗步驟 : :1 1、 向儲水槽內注蒸餾水 , , 直到水滿為止。2 2、 大流量狀態(tài)下的壓差測量系統(tǒng) , , 應先接電預熱 10-1510-15 分鐘, , 觀擦數(shù)字

4、儀表的初始值并記錄后方可啟動泵做實驗。3 3、 檢查導壓系統(tǒng)內有無氣泡存在 . . 當流量為 0 0 時打開 B1B1、B2B2 兩閥門，若空氣一水倒置 U U 型管內兩液柱的高度差不為 0 0,則講 明系統(tǒng)內有氣泡存在 , ,需要排凈氣泡方可測取數(shù)據(jù)。 排氣方法：將流量調至較大,排除導壓管內的氣泡,直至排凈為8 8 / / 5050止。4 4、測取數(shù)據(jù)的順序可從大流量至小流量，反之也可，一般測15152020 組數(shù)，建議當流量讀數(shù)小于 300L/h300L/h 時，用空氣一水倒置U U 型管測壓差 P P。5 5、待數(shù)據(jù)測量完畢，關閉流量調節(jié)閥，切斷電源。五、使用實驗設備應注意的事項：1 1

5、 、調流量要慢、穩(wěn)、準。2 2、 利用壓力傳感器測大流量下 P P 時，應切斷空氣一水倒置 U U 型管 B1B1、B2B2 兩閥門否則阻礙測量數(shù)據(jù)。3 3、 在實驗過程中每調節(jié)一個流量之后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)。4 4、 若較長時刻不做驗驗 , , 啟動離心泵之前應先轉動泵軸使之 靈活運轉 , ,否則燒壞電機。實驗二離心泵特性曲線測定9 9 / / 5050一、 實驗目的1 1 熟悉離心泵的操作與結構；2 2、測定離心泵在一定轉速下的特性曲線。二、 差不多原理在一定轉速下，離心泵的壓頭 He,He,軸功率 N N 及效率n均隨實際 流量 QeQe 的大小而改變。因此泵的

6、特性是由H=f(Qe),Ne=f(Qe)H=f(Qe),Ne=f(Qe)和n=f(Qe)=f(Qe)三條曲線來決定。而此三條曲線是經(jīng)實驗測得標繪出 來。1 1 流量 QeQe 的測定Qe Co Ao.通過調節(jié)閥門改變水流量的大小， 采納文式流量計測得壓差,求其相應的體積流量 QaQa 單位(msms)2 2、離心泵壓頭 HeHe 的測定在離心泵的吸入口和壓出口之間列柏努力方程H(Z出譽(m)3、離心泵軸功率的計算泵軸功率 N N = =電機輸出功率= =功率表讀數(shù)X電機效率（KW泵的有效功率Ne獸H2（KW）P u2g 2gHeg 2gHf(入-出)1010 / / 5050NeN功率表讀數(shù)=

7、 =電機輸入功率式中：A A。一文丘里流量計喉管的橫截面積C Co流量系數(shù) C Co=1=1 P P文丘里流量計的壓差Z出一z入離心泵進出口管路的垂直 距離P出一P入離心泵進出口管路的壓強三、實驗裝置簡要講明本實驗用 WB70/055WB70/055 型離心泵進行實驗，用離心泵將儲水槽內 的水抽出，送入離心泵性能測定管路測量系統(tǒng)，然后由壓出管排至水槽。在泵的吸入口和壓出口處，分不裝有真空表和壓力表，以測量水進口處的壓力。泵的出口管線裝有文氏流量計及調節(jié)閥 門，用來調節(jié)水的流量或管內壓力。四、實驗方法1 1、向儲水槽內注蒸餾水，直到水滿為止。2 2、在啟動離心泵之前需做如下檢查：(1)(1) 流

8、量調節(jié)閥門 1010 和 2,2,離心泵出口壓力表和真空表的調節(jié)閥，倒置 U U 型管的閥門 B B、B B 均應關閉。(2)(2) 流量測量壓差變送器的平衡閥打開。3 3、 啟動離心泵，打開閥門 1010 至全開。稍停片刻，待流體趕凈管路內的氣泡后關閉平衡閥。打開壓力表及真空表的調節(jié)閥。4 4、 測取數(shù)據(jù)順序可任選。切記流量從最大至流量為零應均勻取點 15152020 組數(shù)據(jù)。5 5、 數(shù)據(jù)測量完畢，關閉壓力表，真空表并把平衡閥打開。五、使用實驗設備應注意的事項1 1 、啟動離心泵之前 , , 一定要檢查各處閥門。2 2、 流體在管路輸送中不應有氣存在。3 3、 測量數(shù)據(jù)將流量傳感器的平衡閥

9、一定處于關閉狀態(tài), , 否則阻礙測量數(shù)據(jù)值。4 4、 離心泵不要長時刻空轉。1 1 、對現(xiàn)有實驗條件，泵的特性曲線能否改變？2 2、管路排水口安裝在水面之上和浸在水中對實驗值有何阻1010 / / 50501212 / / 5050礙？3 3、由實驗得知，泵的流量越大，泵進口處真空度越大，什么 緣故？實驗三 恒壓過濾實驗一、實驗目的1 1、熟悉實驗裝置的結構和操作方法；2 2、 測定在恒壓操作時的過濾常數(shù)K K, q qe,Te，并以實驗所得結果驗證過濾方程式，增進對過濾理論的理解；3 3、 改變壓強差重復上述操作，測定壓縮指數(shù)s s 和物料特性 常數(shù) k k 。二、實驗原理過濾過程是將懸浮液

10、送至過濾介質及濾餅一側， 在其上維持另一側較高的壓力，液體則通過介質而成濾液，而固體粒子則1313 / / 5050被截留逐漸形成濾餅。過濾速度由過濾介質兩端的壓力差及過 濾介質的阻力決定。過濾介質阻力由二部分組成，一為過濾介質，一為濾餅(先積下來的濾餅成為后來的過濾介質) 。因為 濾餅厚度(亦即濾餅阻力)隨著時刻而增加， 因此恒壓過濾 速度隨著時刻而降低。關于不可壓縮性濾餅，在恒壓過濾情況 下，濾液量與過濾時刻的關系可用下式表示：22(V+VV+Ve)2=KX=KX(T+Te)式中：VT時刻內的濾液量(m m3)V Ve虛擬濾液的體積，它是形成相當于過濾介質阻 力的一層濾餅時，應得到的濾液量

11、( m m3)A A過濾面積( m m2)K K 過濾常數(shù)( m m2/s/s )T相當于得到濾液V V 所需的過濾時刻(s s)上式也可寫成：2q q+2q+2qeq=Kq=Kt式中： q=V/Aq=V/A ，即單位過濾面積的濾液量 (m m) q qe=V=Ve/A/A ，即單位過濾面積的虛擬濾液量 ( m m)將過濾方程式微分后得到 2qdq+2q2qdq+2qedq=Kddq=Kdt相當于得到濾液Ve所需的過濾時刻s s)情況下，各點均在一條直線上，如圖所示，直線斜率 2/K=A/B,2/K=A/B,結 局 2q2qe/K=/K=c c由此可求出 K K 和 q qeTe由下式得:qe

12、2Ke在實驗中，當計量瓶中的濾液達到 100ml100ml 刻度時開始按表計 時，作為恒壓過濾時刻的零點。 然而，在此之前吸濾早已開始， 即計時之前系統(tǒng)內已有濾液存在，這部分濾液量可視為常量以q表示，這些濾液對應的濾餅視為過濾介質以外的另一層過濾介質，在整理數(shù)據(jù)時應考慮到里面去，則方程應改寫為:V系統(tǒng)存液量為 170ml170ml兩邊取對數(shù)：lg K (1 s)lg( p) lg(2k)1313 / / 5050過濾常數(shù)的定義式:K 2k p1 s因s常數(shù)，k常數(shù)，故 K K 與厶 p p 的關系，在雙對數(shù)坐標上q q (mW)q dq2q 2qeq KK2 2qqVA標繪是一條直線。 直線的

13、斜率1 s，由此可計算出壓縮性指數(shù) s s， 讀取 p pK K直線上任一點處的 K K 值，將 K KAp p 數(shù)據(jù)一起代入 過濾常數(shù)定義式計算物料特性常數(shù) k k。三、實驗裝置簡要講明本實驗裝置由過濾漏斗、濾漿桶、攪拌槳、計量筒、緩沖 罐、及真空泵等組成。濾漿槽內配有一定濃度的硅藻土懸浮液，用電動攪拌器進行攪 拌（漿液不出現(xiàn)漩渦為好） 。濾漿在濾漿槽中經(jīng)攪拌均勻后， 啟動真空泵，使系統(tǒng)內形成真空達指定值。濾液通過濾漏斗清 液進入計量筒，固相被留在過濾漏斗上逐漸生成濾餅。定時讀 取計量筒的液位，并記錄。系統(tǒng)真空度可由真空閥進行調節(jié)。四、實驗步驟1 1、熟悉實驗裝置流程2 2 、裝置接通電源，

14、啟動電動攪拌器，待槽內漿液攪拌均勻，將過濾漏斗安裝好，固定于漿液槽內。3 3、打開放空閥 7 7 關閉旋塞 4 4 及放液閥 1010 。4 4、啟動真空泵，用放空閥 7 7 及時調節(jié)系統(tǒng)的真空度，使真 空表的讀數(shù)稍大于指定值，然后達凱旋塞 4 4 進行抽濾。此后時1414 / / 5050刻內要注意觀看真空表的讀數(shù)應恒定于指定值。當計量瓶濾液 達到 100ml100ml 刻度時按表計時，做為恒壓過濾時刻的零點。記錄 濾液每增加 100ml100ml 所用的時刻。 當計量瓶讀數(shù)為 800ml800ml 時停止 計時，并立即關閉旋塞 4 4 。5 5、把放空閥 7 7 全開，關閉真空泵，打開旋塞

15、 4 4，利用系統(tǒng) 內的大氣壓和液位高度差把吸附在過濾介質上的濾餅壓回槽 內。放出計量瓶內的濾液并倒回槽內，以保證濾漿濃度恒定。 卸下過濾漏斗洗凈待用。6 6、改變真空度重復上述實驗。7 7、實驗結束后，關閉電源。五、實驗注意事項1 1、過濾漏斗如圖安裝 , , 在濾漿中浸沒一定深度 , , 讓過濾介質 平行于液面 , , 以防止被空氣抽如造成濾餅厚度不均勻。2 2、啟動攪拌器前，用手旋轉一下攪拌軸以保證順利啟動攪 拌器。將調速鈕調在最小位置，打開調速器開關，將調速鈕從 小到大位調節(jié)，不同意高速檔啟動，轉速狀態(tài)下出現(xiàn)異常時或 實驗完畢后將調速鈕恢復最小位。3 3、用放空閥 7 7 調節(jié)。操縱系

16、統(tǒng)內的真空度恒定，以保證恒1515 / / 50501717 / / 5050壓狀態(tài)下操作實驗四 傳熱綜合實驗一、實驗目的1 1 通過實驗掌握傳熱膜系數(shù)a的測定方法，并分析阻礙a的 因素；2 2、 掌握確定傳熱膜系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式中的系數(shù)C C 和指數(shù) m m、 n n 的方法；3 3、通過實驗提高對a關聯(lián)式的理解，了解工程上強化傳熱的 措施；4 4、掌握測溫熱電偶的使用方法。二、差不多原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)a,當流體無相變化 時對流傳熱準數(shù)關聯(lián)式一般形式為：1818 / / 5050NuNu = = C C ReRemPrPrnGrGrP對強制湍流，GrGr 準數(shù)能夠忽略。NuN

17、u = = C C ReRemPrPrn本實驗中，可用圖解法和最小二乘法兩種方法計算準數(shù)關聯(lián)式中的指數(shù) m m n n 和系數(shù) C Co用圖解法對多變量方程進行關聯(lián)時，要對不同變量ReRe 和 PrPr分不回歸。為了便于掌握這類方程的關聯(lián)方法，可取 n n = = 0.40.4 （實驗中流體被加熱）。如此就簡化成單變量方程。兩邊取對數(shù)，得到直線方程：Nulg04lgC mlg Re Pr在雙對數(shù)坐標系中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)m mo在直線上任取一點的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù)C,C,即Nu用圖解法，依照實驗點確定直線位置，有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，能夠得到最佳關聯(lián)結果。應用

18、計算機對多變量方程進行一次回歸，就能同時得到C C、m m n no能夠看出對方程的關聯(lián)，首先要有 NuNu ReRe PrPr 的數(shù)據(jù)組。0.4PrRe1919 / / 5050雷諾準數(shù)Redu努塞爾特準數(shù)Nuid2020 / / 5050d d換熱器內管內徑（m ma1空氣傳熱膜系數(shù)（W/mC）p空氣密度（kg/mkg/m3）入一空氣的導熱系數(shù)（W/mW/m C）C_P空氣定壓比熱（J/kgJ/kgC）實驗中改變空氣的流量以改變準數(shù)ReRe 之值。依照定性溫度計算對應的 PrPr 準數(shù)值。同時由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的 傳熱膜系數(shù)a值。進而算得 NuNu 準數(shù)值。因為空氣傳熱膜系數(shù)a

19、i遠大于蒸汽傳熱膜系數(shù)a2,因此傳熱 管內的對流傳熱系數(shù)ai約等于冷熱流體間的總傳熱系數(shù) K K。則 有牛頓冷卻定律：Q Q = =aiA AAt tmA傳熱面積（m m）（內管內表面積）At tm管內外流體的平均溫差（C）tt2t1tm: TTInt2其中：A1 11= = T-tT-t1, ,A1 12= = T-tT-t2T T蒸汽側的溫度，可近似用傳熱管的外壁面平均溫度T Tw普蘭特準數(shù)PrCP2121 / / 5050T Tw= = 8.5+21.268.5+21.26XE EE E 熱電偶測得的熱電勢（mm）CC傳熱量 Q Q 可由下式求得：Q=Q= w w_p（1 12-t-ti） /3600/3600 =V=Vp_P(t(t2-t-ti) /3600/3600w w 空氣質量流量（kg/hkg/h ）V空氣體積流量（m/hm/h）t tl,t,t2空氣進出口溫度（C）實驗條件下的空氣流量V（ m/hm/h）V VtVti空氣入口溫度下的體積流量（m/hm/h）t空氣進出口平均溫度（C） P P 孔板兩端壓差（KPaKPa）3t1進口溫度下的空氣密度（kg/mkg/m