化工原理試驗講義

1、化工原理實驗講義專業(yè):環(huán)境工程應用化學教研室2015.3實驗一流體機械能轉(zhuǎn)化實驗一、實驗目的1、了解流體在管內(nèi)流動情況下，靜壓能、動能、位能之間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，加深對伯努利方程的理解。2、了解流體在管內(nèi)流動時，流體阻力的表現(xiàn)形式。二、實驗原理流動的流體具有位能、動能、靜壓能、它們可以相互轉(zhuǎn)換。對于實際流體，因為存在內(nèi)摩擦，流動過程中總有一部分機械能因摩擦和碰撞，而被損失掉。所以對于實際流體任意兩截面，根據(jù)能量守恒有：22PiViP2V2z1丁z2丁Hfg2gg2g上式稱為伯努利方程。三、實驗裝置(dA=14mm,dB=28mm,dc=dD=14mm,ZA-ZD=110mm)實驗裝置與流程示意圖如

2、圖1-1所示，實驗測試導管的結(jié)構(gòu)見圖1-2所示：離心泵寓空江箱tlNuijyy叫溫度計-計呈沆流量調(diào)中閥.水箱圖i-i能量轉(zhuǎn)換流程示意圖歡迎下載ECD圖1-2實驗導管結(jié)構(gòu)圖四、操作步驟1 .在低位槽中加入約3/4體積的蒸儲水，關(guān)閉離心泵出口上水閥及實驗測試導管出口流量調(diào)節(jié)閥和排氣閥、排水閥，打開回水閥后啟動離心泵。2 .將實驗管路的流量調(diào)節(jié)閥全開，逐步開大離心泵出口上水閥至高位槽溢流管有液體溢流。3 .流體穩(wěn)定后讀取并記錄各點數(shù)據(jù)。4 .關(guān)小流量調(diào)節(jié)閥重復上述步驟5次。5 .關(guān)閉離心泵出口流量調(diào)節(jié)閥后，關(guān)閉離心泵，實驗結(jié)束。五、數(shù)據(jù)記錄和處理表一、轉(zhuǎn)能實驗數(shù)據(jù)表流量(l/h)壓強mmH2O壓強

3、mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O壓強mmH2O測試點標號12345678歡迎下載9101112131415五、結(jié)果與分析1、觀察實驗中如何測得某截面上的靜壓頭和總壓頭，又如何得到某截面上的動壓頭？2、觀察實驗，對于不可壓縮流體在水平不等徑管路中流動，流速與管徑的關(guān)系如何？3、實驗觀測到A、B截面的靜壓頭如何變化？為什么？4、實驗觀測到C、D截面的靜壓頭如何變化？為什么？5、當出口閥全開時，計算從C到D的壓頭損失？六、注意事項1.不要將離心泵出口上水閥開得過大以免使水流沖擊到高位槽外面，同時導致高位槽液面不穩(wěn)定。2,流量調(diào)節(jié)閥開大時，應檢查一下高位槽內(nèi)的水面是否穩(wěn)定，當水面下

4、降時應適當開大泵上水閥。3 .流量調(diào)節(jié)閥須緩慢地關(guān)小以免造成流量突然下降測壓管中的水溢出管外。4 .注意排除實驗導管內(nèi)的空氣泡。5 .離心泵不要空轉(zhuǎn)和出口閥門全關(guān)的條件下工作。歡迎下載實驗二流體阻力的測定、實驗目的1 .學習直管摩擦系數(shù)入的測定方法2 .掌握摩擦系數(shù)人與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系二、實驗原理流體在圓管內(nèi)流動時，由于本身具有黏性及渦流的影響，會產(chǎn)生摩擦阻力。流體在管內(nèi)流動阻力的大小與管長、管徑和摩擦系數(shù)有關(guān)，它們之間存在著如下關(guān)系:HfLVr(1)d2g對于管路的兩截面有:2V22gHf(2)2PiViP2zl丁Z2g2gg如果管路水平并且粗細均勻，有:ZlZ2,ViV2則（2）式化簡

5、為:Hf（3）g采用倒u型壓差計測量壓差，則有：Pighip;P2gh2P（4）其中p代表壓差計上方壓強將（4）代入（3）式中，則：Hfhih2R（5）綜合（i）和（5）式，則有：*，Re；其中v曳Lv2A歡迎下載、實驗裝置8號管：L=1.2m,d=0.015m；9號管：L=1.49m,d=0.010m；10號管：L=1.49m,d=0.0078m圖2-1流體綜合實驗裝置流程圖1-水箱；2-離心泵；3-功率表；4-變頻器；5-渦輪流量計；6-文丘里流量計；7-局部阻力被測閥門；8-局部阻力測量段；9-直管阻力粗糙測量管；10-直管阻力光滑測量管；11-切換閥；12-流量調(diào)節(jié)閥；13-轉(zhuǎn)子流量計

6、；14-流量調(diào)節(jié)閥通向各測壓點=壓力平衡罐1clL8排氣閥二通向各測壓點壓力平衡耀亶U型管圖2-2倒U型壓差計歡迎下載四、實驗步驟1 .打開電源總開關(guān)，啟動泵前要檢查各閥門的開關(guān)，尤其閥門12和閥門14應關(guān)閉，以防止轉(zhuǎn)子流量被損壞。2 .針對某一測試對象選擇對應的流向?qū)ㄩy，逆時針全開。3 .在進行阻力測定之前，應檢查導壓系統(tǒng)內(nèi)有無氣泡存在。當流量為零時，打開A,A'兩閥門，若空氣-水倒置U型管內(nèi)兩液柱的高度差不為零，則說明系統(tǒng)內(nèi)有氣泡存在，需趕凈氣泡方可測試數(shù)據(jù)。趕氣泡的方法：將流量調(diào)至較大，打開閥門A,A'和C,C,打開壓力平衡罐的排氣閥，使水完全充滿管路，排出導壓管內(nèi)的氣

7、泡，將流量關(guān)為零，關(guān)閉A,A',緩慢打開閥門D,通過打開B,B'讓倒置U型管內(nèi)的水流出再關(guān)D,判斷倒置U型管內(nèi)兩液柱的高度差是否為零，若不為零，重復上述操作直至排凈為止。4 .調(diào)節(jié)閥門14測取數(shù)據(jù)，順序可從大流量至小流量，反之也可，由13號轉(zhuǎn)子流量計記錄流量，通過倒U管測量h1,h2,管9和10各測量8組數(shù)據(jù)5 .待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，相關(guān)閥門，泵，切斷電源。五、數(shù)據(jù)記錄和處理水溫:實驗序號h1(cm)h2(cm)qv(L?h-1)R(cm)Re入以其中一組數(shù)據(jù)為例，寫出v、Re、入的具體計算過程歡迎下載六、思考題1、在圓直管內(nèi)及導壓管內(nèi)可否存有積存的空氣？如有，會有

8、何影響?2、討論人與Re的關(guān)系(坐標上畫出關(guān)系圖)？七、注意事項1 .啟動離心泵之前，必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。2 .調(diào)節(jié)流量計閥門要緩慢，調(diào)節(jié)后應等待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可記錄數(shù)據(jù)。3 .在計算時，要統(tǒng)一為國際單位制進行計算。實驗2-2文氏流量計校正系數(shù)的測定、實驗目的1 .了解文氏流量計的構(gòu)造、工作原理和主要特點2 .測定文氏流量計校正系數(shù)Co、實驗原理因為pPiP2(i)gR綜合可以得到：qvqvQ)ao從而得到校正系數(shù)c0其中qv式中f代表渦輪流量計的頻率Hz,實驗時Hz小于120KK代表渦輪流量計的儀表常數(shù)，77.842(s/l)a。式中do代表喉管截面積,0.019

9、5m歡迎下載三.實驗裝置同上四、操作步驟1 .打開電源總開關(guān)，儀表預熱10分鐘，啟動泵前檢查各閥門的開關(guān)，尤其閥門12和閥門14應關(guān)閉，以防止轉(zhuǎn)子流量被損壞；2 .將管道內(nèi)的空氣排出，打開文氏流量計的測壓口閥門；3 .調(diào)節(jié)閥門12測取數(shù)據(jù)，共測定10組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括：Hz,Ap；4 .待數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，相關(guān)閥門，泵，切斷電源。五、數(shù)據(jù)記錄和處理實驗序號HzP(kPa)Q(ls-1)CoCo平均值以其中一組數(shù)據(jù)為例，寫出qv,Co的具體計算過程歡迎下載實驗三離心泵特征曲線測定、實驗目的1 .了解離心泵的構(gòu)造及送液原理。2 .掌握離心泵特征曲線的測定方法、表示方法，加深對離心泵性能的

10、了解。二、實驗原理離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。對于一定型號的泵在一定的轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程He,軸功率N,及效率“均隨流量qv的改變而改變。通常通過實驗測出qv-He,qv-N,qv-4關(guān)系，并用曲線表示，稱為特征曲線。下面介紹具體的測定方法。(1) He的測定在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程：22PlviP2v2ZiHeZ2Hf(1)g2gg2g由于進出口管路粗細均勻，有：viv2又因為所選的兩截面和泵體接近，Hf值可以忽略所以(1)式可以化簡為：P2PiHe(Z2z1)g式中，(Z2Z1)為泵進出口測壓點間的距離(P2P1)為泵進出口測壓點間的壓強差(2) N軸的測定N軸N電電N電為

11、電動機的輸入功率；電為電機效率，60%(3)”的測定-10-歡迎下載N有效瓦TN有效Heqvg(4)qv流量qvf,f為自動調(diào)節(jié)閥開度Hz;K為儀表常數(shù),K電機頻率45Hz、實驗裝置77.902（次/升）計耳機I1詡件器放H矩里冗凰圖3-1實驗裝置流程示意圖四、操作步驟1 .打開電源總開關(guān)，設(shè)備調(diào)于計算機采集自控操作；2 .將泵的入口調(diào)節(jié)閥全部打開；3 .打開計算機，進入離心泵計算機數(shù)據(jù)采集和過程控制軟件，按照軟件提示進行操作；4 .點擊離心泵特征曲線自動控制后，計算機自動調(diào)節(jié)流量，并記錄原始數(shù)據(jù)；5 .實驗完畢后，點擊結(jié)束當前實驗，回到主菜單。-11-歡迎下載五、數(shù)據(jù)記錄和處理1.跟據(jù)計算機

12、自動采集數(shù)據(jù)表，在坐標紙上畫出離心泵特征曲線圖序號流里出口壓力入口真空功率表揚程軸功率效率m3/hPaPaKwmKw%2.以第四組為例，寫出qv,He,N軸，”的具體計算過程六、思考題1 .如何選用離心泵？2 .隨著泵出口流量調(diào)節(jié)閥開度增大，泵的流量增加時，入口真空度及出口壓力如何變化？并分析原因。七、注意事項1 .實驗前應檢查水槽水位、流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉到零位，泵入口調(diào)節(jié)閥全部打開；2 .由于本次實驗計算機自動控制與采集，關(guān)閉計算機后，所有數(shù)據(jù)不予保留。-12-歡迎下載實驗四傳熱實驗、實驗目的1、通過對空氣-水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)a的測定方法，加深對其概念和影響因素的理

13、解。并應用線形回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式NuARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。2、通過對管程內(nèi)部插有螺旋圈的空氣-水蒸氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數(shù)關(guān)聯(lián)式NuBRem中常數(shù)B、m的值，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。二、實驗原理1、對流傳熱系數(shù)a的測定對流傳熱系數(shù)a可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實驗來測定，即itmiSi式中：i-管內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)，W/(m2gC)Qi-管內(nèi)傳熱速率，WS-管內(nèi)換熱面積，m2tmi-管內(nèi)流體空氣與管內(nèi)壁面的平均溫差，C平均溫差由下式確定:式中：ti1,ti2-冷流體空氣的入口、出口溫度，CtW-壁面平均溫度，C管內(nèi)換熱面積SidL式中d傳熱管內(nèi)徑，m,d

14、光=20mm,d卞s=50mmL傳熱管測量段白實際長度，m,L=1m-13-歡迎下載由熱量衡算式QiWcpi(ti2ti1)其中質(zhì)量流量由下式求得式中：Vi-冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量,m3/hCpi-冷流體的定壓比熱，kJ/(kggC)i-冷流體的密度，kg/m3Cpi和i可根據(jù)定性溫度tm查得，tmti19為冷流體進出口平均溫度。22、對流傳熱系數(shù)準數(shù)關(guān)聯(lián)式的實驗確定流體在管內(nèi)作強制湍流時,處于被加熱狀態(tài),準數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為mnNuiAReiPri其中Nui/，Rei史上Cpii,Pr物性數(shù)據(jù)i、Cpi、ii可根據(jù)定性溫度tm查得。經(jīng)過計算可知，對于管內(nèi)被加熱的空氣，普朗特準數(shù)Pq變化不

15、大，可認為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為NuiAReiW口這樣通過實驗確定不同流量下的Rei與Nui,然后用線性回歸方法確定A和m的值。-14-歡迎下載、實驗裝置圖6-1空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置1、普通套管換熱器；2、內(nèi)插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3、蓄水罐；4、旋渦氣泵；5、旁路調(diào)節(jié)閥；6、孔板流量計；7、8、空氣支路控制閥：9、10、蒸汽支路控制閥；11、12、蒸汽放空口；13蒸汽上升主管路；14、加水閥：15-加熱罐；16-加熱器；17-放液閥：五、實驗方法及步驟1、實驗前的準備才僉查工作.(1)向電加熱釜內(nèi)加水，液位計到端線處以上為宜。(2)檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。(3)檢

16、查水蒸氣管及空氣支路各控制閥是否已打開，保證蒸汽和空氣管線的暢通。2、實驗開始.(1)啟動計算機并按照操作說明進行操作。(2)合上電源總開關(guān)，打開加熱電源開關(guān)(設(shè)備)，設(shè)定加熱電壓160V(電腦),直至有水蒸氣冒出，在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。(3)計算機數(shù)據(jù)采集實驗(a)蒸汽冒出10min后，啟動風機(電腦),用旁路調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量(孔-15-歡迎下載板讀數(shù)0.44-2Kpa之間）,待操作穩(wěn)定后計算機分別對空氣流量，空氣進出口溫度，水蒸氣進出口溫度進行采集。測5組流量，每組間隔10min。光滑管測5組、粗糙管測5組。（b） .在改變流量穩(wěn)定后分別測量空氣的流量，空氣進出口的

17、溫度，水蒸氣溫度，繼續(xù)進行實驗。（c） .計算機對所有的實驗數(shù)據(jù)進行計算和整理，得出實驗結(jié)果。關(guān)閉加熱（電腦），無蒸汽冒出后關(guān)閉風機（電腦）。六、數(shù)據(jù)處理與分析根據(jù)計算機顯示的結(jié)果，以其中一組數(shù)據(jù)為例寫出具體計算過程。七、思考題1、實驗裝置中的兩組套管換熱器，哪套對流傳熱系數(shù)大？為什么？（注意要在空氣流量相同的前提下比較）2、傳熱管內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度認為近似相等，為什么？八、注意事項：1、實驗前將加熱器內(nèi)的水加到指定的位置，防止電熱器干燒損壞電器。2、剛剛開始加熱時，加熱電壓在（160V）左右。3、計算機數(shù)據(jù)采集和過程控制實驗時應嚴格按照計算機使用規(guī)程操作計算機。采集數(shù)據(jù)和控制實

18、驗時要注意觀察實驗現(xiàn)象。4、測量管后有蒸汽排出10分鐘，可啟動鼓風機，保證實驗開始時空氣入口溫度比較穩(wěn)定。5.原始數(shù)據(jù)記錄空氣進口出口溫度、壁溫、流量。-16-歡迎下載實驗七篩板塔全塔效率的測定、實驗目的1 .了解板式塔的基本構(gòu)造，精儲設(shè)備流程及各個部分的作用。2 .測定全塔效率。二、實驗原理二元體系為乙醇與正丙醇全塔效率-NT,其中心為全回流測定板數(shù)，N實=9塊N實Xp(1xw)lgXw(1Xp)NT-.lgm其中相對揮發(fā)度m=2.0781Xw為塔釜樣品液相組成Xp為塔頂樣品液相組成其中Xw和Xp可通過折光率測定：對于30c以下，質(zhì)量分率與折光率之間的關(guān)系可按下面的回歸式計算:WA58.84

19、411642.61325nDt摩爾分率xA其中Ma=46,Wa/Ma(Wa/Ma)(1Wa)/MbMb=60-17-歡迎下載、實驗裝置圖7-1計算機數(shù)據(jù)采集和過程控制精儲實驗裝置精儲塔為篩板塔，全塔共有9塊塔板由紫銅板制成，塔高1.5米，塔身用內(nèi)徑為50mm的不繡鋼管制成，每段為10厘米，焊上法蘭后，用螺栓連在一起，并墊上聚四氟乙烯墊防漏，塔身的第二段和第九段是用耐熱玻璃制成的，以便于觀察塔內(nèi)的操作情況。除了這兩段玻璃塔段外，其余的塔段都用玻璃棉保溫。降液管是由外徑為8毫米的銅管制成。篩板的直徑為54毫米，篩孔的直徑為2毫米。塔中裝有鋁電阻溫度計用來測量塔內(nèi)汽相溫度。塔頂?shù)娜鳛轱L式換熱器，

20、塔釜用電爐絲加熱，塔的外部也用保溫棉保溫?；旌弦后w由高位槽經(jīng)蠕動泵計量后進入塔內(nèi)。塔釜的液面由液位計和放大器計量再由液位儀表顯示。塔底產(chǎn)品經(jīng)過由液位控制平衡管流出?；亓鞅日{(diào)節(jié)閥用-18-歡迎下載來控制回流比，儲出液儲罐接收儲出液四、操作步驟（一）實驗前準備工作.檢查工作：1,將與阿貝折光儀配套的超級恒溫水?。ㄓ脩糇詡洌┱{(diào)整運行到所需的溫度，并記下這個溫度（例如30C）0檢查取樣用的注射器和擦鏡頭紙是否準備好。2.檢查實驗裝置上的各個旋塞、閥門均應處于關(guān)閉狀態(tài)；，電流、電壓表及電位器位置均應為零。3,配制一定濃度（質(zhì)量濃度20%左右）的乙醇一正丙醇?M合液（總?cè)萘?000毫升左右），然后倒入高位

21、瓶,或由指導教師事前做好這一步。4,打開進料轉(zhuǎn)子流量計的閥門，向精儲釜內(nèi)加料到指定的高度（冷液面在塔釜總高2/3處），而后關(guān)閉流量計閥門。（二）實驗操作1,打開電源開關(guān)，再打開塔釜加熱開關(guān)2.打開計算機，進入精儲塔計算機數(shù)據(jù)采集和過程控制軟件3,向計算機輸入加熱電壓4,等各塊塔板上鼓泡均勻后，保持加熱釜電壓不變，在全回流情況下穩(wěn)定20分鐘左右，期間仔細觀察全塔傳質(zhì)情況待操作穩(wěn)定后分別在塔頂,塔釜取樣口用注射器同時取樣，用阿貝折射儀分析樣品濃度。5.檢查數(shù)據(jù)合理后，按照計算機要求退出控制程序并關(guān)機，關(guān)閉塔釜加熱開關(guān)，及電源總開關(guān)，實驗完畢，將測定數(shù)據(jù)填入表中-19-歡迎下載五、數(shù)據(jù)記錄和處理塔頂

22、溶液塔釜溶液25nDWaXp25nDWaXw12計算結(jié)果Nt=,要求對Xp,xw,Nt,”進行具體的計算六、注意事項1 .本實驗過程中要特別注意安全，實驗所用物系是易燃物品，操作過程中避免灑落以免發(fā)生危險。2 .本實驗設(shè)備加熱功率由電位器來調(diào)解，固在加熱時應注意加熱千萬別過快，以免發(fā)生爆沸（過冷沸騰），使釜液從塔頂沖出，若遇此現(xiàn)象應立即斷電，重新加料到指定冷液面，再緩慢升電壓，重新操作。升溫和正常操作中釜的電功率不能過大。3 .開車時先開冷卻水，再向塔釜供熱；停車時則反之。4 .測濃度用折光儀.讀取折光指數(shù)，一定要同時記其測量溫度，并按給定的折光指數(shù)一質(zhì)量百分濃度一測量溫度關(guān)系（見表一）測定有

23、關(guān)數(shù)據(jù),（折光儀和恒溫水浴由用戶自購，使用方法見其說明書）。5 .為便于對全回流和部分回流的實驗結(jié)果（塔頂產(chǎn)品和質(zhì)量）進行比較，應盡量使兩組實驗的加熱電壓及所用料液濃度相同或相近。連續(xù)開出實驗時，在做實驗前應將前一次實驗時留存在塔釜和塔頂，塔底產(chǎn)品接收器內(nèi)的料液均倒回原料液瓶中。6 .實驗時，應按照操作規(guī)程完成實驗，愛護計算機。-20-歡迎下載七、附錄表1溫度一折光指數(shù)一液相組成之間的關(guān)系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.599025C1.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37051.368030C1.380

24、91.37961.37841.37591.37551.37121.36901.366835C1.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.3650（續(xù)表2）0.64450.71010.79830.84420.90640.95091.00025C1.36071.36581.36401.36281.36181.36061.358930C1.36571.36401.36201.36071.35931.35841.357435C1.36341.36201.36001.35901.35731.36531.3551-21-歡迎下載實驗六管式反應器停留時間的測定一、

25、實驗目的1、測定管式反應器中停留時間分布。2、通過軸向擴散模型來定量返混程度，加深對返混的認識和理解。二、實驗原理在連續(xù)流動的反應器內(nèi)，不同停留時間的物料之間的混合稱為返混。返混程度的大小，一般很難直接測定，通常是利用物料停留時間分布的測定來研究。停留時間分布的測定方法有脈沖法、階躍法等，常用的是脈沖法。當系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量的示蹤物料，同時開始在出口流體中檢測示蹤物料的濃度變化。本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料，以飽和KCI作示蹤劑，在反應器出口處檢測溶液電導值。在一定范圍內(nèi)，KCI濃度與電導值成正比，所以可用電導值來表達物料的停留時間變化。停留時間分布密度函數(shù)E在概率