化工原理實驗-化學(xué)工程與工藝

化工原理實驗——化學(xué)工程與工藝第1頁/共72頁一、化工原理實驗的目的增強工程觀點，培養(yǎng)科學(xué)實驗?zāi)芰?；培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度；提高計算與分析問題的能力，運用計算機及軟件處理實驗數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)方式或圖表科學(xué)地表達(dá)實驗結(jié)果，并進行必要的分析討論，編寫完整的實驗報告。第2頁/共72頁二、化工原理實驗的注意事項1、實驗前的預(yù)習(xí)學(xué)生實驗前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，清楚了解實驗?zāi)康?、要求、原理及實驗步驟，書寫預(yù)習(xí)報告；要對所測數(shù)據(jù)及其變化趨勢做到心中有數(shù)，對實驗的預(yù)期結(jié)果、可能發(fā)生的故障及排除做出合理的判斷；實驗小組成員要做到分工明確、動作協(xié)調(diào)。第3頁/共72頁2、實驗中的操作訓(xùn)練實驗操作是動手動腦的重要過程，學(xué)生一定要嚴(yán)格執(zhí)行實驗操作規(guī)程。調(diào)試時要求細(xì)心平穩(wěn)，仔細(xì)觀察實驗過程中的現(xiàn)象、儀表讀數(shù)的變化；實驗數(shù)據(jù)要記錄在表格內(nèi)，并注明單位、條件；實驗現(xiàn)象要盡量詳細(xì)記錄在記錄本內(nèi)，對有些當(dāng)時不能理解的實驗現(xiàn)象，應(yīng)重復(fù)實驗并如實記錄，待實驗結(jié)束經(jīng)過思考后，提出自己的看法或結(jié)論。第4頁/共72頁3、實驗后的總結(jié)——實驗報告

報告要求：（1）每份實驗報告后面附一份北方民族大學(xué)學(xué)生實驗原始數(shù)據(jù)記錄紙；（2）實驗數(shù)據(jù)的處理要有計算示例，不能只給出結(jié)果；（3）要求對不合理的數(shù)據(jù)做誤差分析；（4）畫圖要求畫在坐標(biāo)紙上；（5）認(rèn)真回答思考題。第5頁/共72頁三、實驗室規(guī)則準(zhǔn)時進實驗室，嚴(yán)肅認(rèn)真地進行實驗，不要進行與實驗無關(guān)的活動；愛護實驗室設(shè)備、儀器，未經(jīng)教師許可，不得亂動實驗設(shè)備、儀器、閥門以及電器設(shè)備；儀器操作不明白時，應(yīng)請指導(dǎo)教師予以解答，不得隨意違章操作。實驗中嚴(yán)格按實驗講義中的步驟及指導(dǎo)老師所講步驟操作；注意安全及防火。第6頁/共72頁四、實驗數(shù)據(jù)的測量（一）有效數(shù)據(jù)的讀取1、實驗數(shù)據(jù)的分類：無量綱數(shù)據(jù)有量綱數(shù)據(jù)2、直接測量時有效數(shù)字的讀取3、間接測量時有效數(shù)字的選取第7頁/共72頁（二）有效數(shù)字的計算規(guī)則1、

有效數(shù)字的舍入規(guī)則末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若小于5，則舍去；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若大于5，則將末尾有效數(shù)字加上1；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若等于5，則由末尾有效數(shù)字的奇偶而定，當(dāng)其為偶數(shù)或0時，不變；當(dāng)其為奇數(shù)時，則加上1（變?yōu)榕紨?shù)或0）

第8頁/共72頁2、

有效數(shù)字的運算規(guī)則

在加減運算中，各數(shù)所保留的小數(shù)點后的位數(shù)，與各數(shù)中小數(shù)點后的位數(shù)最少的相一致。例如：將13.65,0.0082,1.632三個數(shù)相加，應(yīng)寫為：13.65+0.01+1.63=15.29

第9頁/共72頁2、

有效數(shù)字的運算規(guī)則在乘除運算中，各數(shù)所保留的位數(shù)，以原來各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個數(shù)為準(zhǔn)，所得結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，亦應(yīng)與原來各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個數(shù)相同。例如：將0.0121，25.64，1.06582三個數(shù)相乘，應(yīng)寫為：0.0121×25.6×1.06=0.328第10頁/共72頁2、

有效數(shù)字的運算規(guī)則在對數(shù)計算中，所取對數(shù)位數(shù)與真數(shù)有效數(shù)字位數(shù)相同。

例如：lg55.0=1.74第11頁/共72頁五、實驗數(shù)據(jù)的測量值及其誤差

（一）誤差誤差：在實驗測量過程中，由于測量儀器的精密程度，測量方法的可靠性，以及測量環(huán)境、人員等多方面的因素，使測量值與直值間不可避免地存在著一些差異，這種差異稱為誤差，誤差普遍存在于測量過程中。

第12頁/共72頁(二）真值真值也叫理論值或定義值，是指某物理量客觀存在的實際值。由于誤差存在的普便性，通常真值是無法測量的。通常通過理論真值、相對真值、近似真值三種方法來選取真值。

第13頁/共72頁（三）誤差的表示方法1、

絕對誤差某物理量經(jīng)測量后，測量值與該物理量真值之間的差異，即：絕對誤差=測量值—真值在工程計算中：絕對誤差=測量值—精確測量值=測量值—算術(shù)平均值2、

相對誤差絕對誤差相對誤差=×100%

真值當(dāng)絕對誤差很小時，工程中可用測量值代替真值計算相對誤差，絕對誤差是一個有量綱的值，相對誤差是無量綱的真分?jǐn)?shù)。第14頁/共72頁（三）誤差的表示方法3、

引用誤差

示值誤差引用誤差=×100%

滿刻度值測量儀表的精度等級是國家統(tǒng)一規(guī)定的，按引用誤差的大小分成幾個等級，將引用誤差的百分?jǐn)?shù)去掉，剩下的數(shù)值就稱為測量儀表的精度等級。電工儀表的精度等級分別為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七個等級。

第15頁/共72頁（四）誤差的分類1、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在一定條件下，對同一物理量進行多次測量時，誤差的數(shù)字保持恒定，或按照某種已知函數(shù)規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的大小用正確度來表征。系統(tǒng)誤差表明一個測量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度，產(chǎn)生原因通常有：測量儀器、測量方法、環(huán)境及人為因素。第16頁/共72頁（四）誤差的分類2、偶然誤差（隨機誤差）偶然誤差由于測量中一系列隨機性因素的影響而產(chǎn)生的誤差。偶然誤差的大小用精密度一詞表征。3、

過失誤差（粗差）過失誤差是由于測量過程中明顯歪曲測量結(jié)果而引起的誤差，如測錯、讀錯、記錯。產(chǎn)生的主要原因為粗枝大葉、過度疲勞或操作不正確。含有過失誤差的測量值被稱為壞值，正確的實驗結(jié)果不應(yīng)該含有壞值，即所有壞值都要剔除。

第17頁/共72頁六、實驗項目

必做項目：

實驗緒論及化工安全教育流體流動阻力的測定

離心泵性能實驗

傳熱膜系數(shù)測定實驗

氧解吸實驗萃取實驗流化干燥實驗板框及動態(tài)過濾實驗精餾實驗選做項目：小流量液體流量標(biāo)定實驗壓力標(biāo)定實驗溫度標(biāo)定實驗雷諾實驗柏努利實驗第18頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定一、實驗?zāi)康?、掌握直管摩擦阻力系數(shù)的測量方法；2、掌握突擴管及閥門的局部阻力系數(shù)的測定方法；3、回歸光滑管的λ—Re曲線，并與相應(yīng)的經(jīng)驗公式進行比較；4、回歸層流管的λ—Re曲線，并與相應(yīng)的經(jīng)驗公式進行比較（選做內(nèi)容）。第19頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定二、基本原理：

因此，通過改變流體的流速可測定出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，即可得出一定相對粗糙度的管子的λ—Re關(guān)系。第20頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定在湍流區(qū)內(nèi)，λ=f（Re，ε/d），對于光滑管大量實驗證明，當(dāng)Re在3×103至105的范圍內(nèi)，λ與Re的關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即：

對于層流時的摩擦阻力系數(shù)，由哈根—泊謖葉公式和范寧公式，對比可得：第21頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定1離心泵

2水箱

3電磁閥

4渦輪流量計

5管路切換閥

6穩(wěn)流罐

7測量管線

8流量調(diào)節(jié)閥

9層流流量調(diào)節(jié)閥三、實驗裝置和流程第22頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定自上而下分別為：No1層流管，為φ6×1.7mm的不銹鋼管，管長1.2m；No2球閥與截止閥，為φ27×3.5mm的不銹鋼管；No3光滑管，為φ27×3mm的不銹鋼管，管長1.5m；No4粗糙管，為φ27×2.5mm的鍍鋅管，管長1.5m；No5突然擴大管，為φ22×3mm→φ48×3mm的不銹鋼管；No6孔板流量計（渦輪）管線，為φ48×3mm的不銹鋼管。第23頁/共72頁實驗一：流體流動阻力的測定四、報告要求1、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出λ–Re-ε/d的關(guān)系曲線。2、將光滑管的λ–Re關(guān)系與Blasius公式進行比較。3、計算局部阻力系數(shù)ξ。４、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出層流時的關(guān)系曲線（選做）。五、思考題P63①②④⑤第24頁/共72頁實驗二：離心泵性能測定實驗一、實驗?zāi)康?、了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法；2、測量離心泵在恒定轉(zhuǎn)數(shù)下的特性曲線，并確定其最佳工作范圍；3、測量管路特性曲線及雙泵并聯(lián)時特性曲線；4、了解工作點的含義及確定方法；5、測定孔板流量計孔流系數(shù)C0與雷諾數(shù)Re的關(guān)系（選做內(nèi)容）。第25頁/共72頁實驗二：離心泵性能測定實驗二、基本原理He=H壓力表

+H真空表

+H0

（H0=0.3m）

N軸

=N電機?η電機?η傳動

[kw]第26頁/共72頁實驗二：離心泵性能測定實驗1水箱2離心泵3渦輪流量計4孔板流量計d=21mm5流量調(diào)節(jié)閥三、實驗裝置和流程第27頁/共72頁實驗二：離心泵性能測定實驗四、報告要求1、畫出離心泵的特性曲線，確定該泵較為適宜的工作范圍。2、繪出管路特性曲線。3、做出C0—Re曲線（選做內(nèi)容）。五、思考題P67①④⑤⑥⑦第28頁/共72頁實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗一、實驗?zāi)康募叭蝿?wù)1、熟悉板框過濾機的結(jié)構(gòu)和操作方法；2、測定在恒壓過濾操作時的過濾常數(shù)；3、掌握過濾問題的簡化工程處理方法；4、熟悉燭芯動態(tài)過濾器的結(jié)構(gòu)與操作方法；5、測定不同壓差、流速及懸浮液濃度對過濾速率的影響。第29頁/共72頁實驗三：傳熱膜系數(shù)測定實驗一、

實驗?zāi)康?、掌握傳熱膜系數(shù)的測定方法；2、測定強化與非強化傳熱過程中，傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)A和指數(shù)m、n；3、測定套管換熱器的靜壓損失與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系(選做內(nèi)容）；4、通過實驗提高對傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的理解，并分析影響傳熱膜系數(shù)的因素，了解工程上強化傳熱的措施。第30頁/共72頁實驗三：傳熱膜系數(shù)測定實驗二、基本原理

第31頁/共72頁實驗三：傳熱膜系數(shù)測定實驗第32頁/共72頁實驗三：傳熱膜系數(shù)測定實驗1、蒸汽發(fā)生器2、蒸汽管3、補水口4、補水閥5、排水閥6、套管換熱器7、放氣閥8、冷凝水回流管9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力（壓差）傳感器11、孔板流量計12、空氣管13、風(fēng)機三、實驗裝置與流程第33頁/共72頁實驗三：傳熱膜系數(shù)測定實驗四、報告要求1、在雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪出Nu/Pr0.4—Re的關(guān)系圖。2、整理出流體在圓管內(nèi)做強制湍流流動的傳熱膜系數(shù)半經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。3、將實驗所得到的半經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式和公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式進行比較。五、思考題P75①②③⑥第34頁/共72頁實驗四：氧解吸實驗一、

實驗?zāi)康?、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。4、學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法。第35頁/共72頁實驗四：氧解吸實驗二、基本原理

1、填料塔流體力學(xué)特性

2、傳質(zhì)實驗本實驗是對富氧水進行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也是直線，因此可以用對數(shù)平均濃度差計算填料層傳質(zhì)平均推動力。

第36頁/共72頁實驗四：氧解吸實驗三、裝置和流程第37頁/共72頁實驗四：氧解吸實驗四、報告要求1、計算并確定干填料及一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速下，lg△P與lgu的關(guān)系曲線，并找出泛點與載點。２、計算實驗條件下（一定噴淋量、一定空塔氣速）的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa及液相總傳質(zhì)單元高度HOL。五、思考題P83①④⑤⑥第38頁/共72頁實驗五：精餾實驗一、實驗?zāi)康?、測定精餾塔在全回流及部分回流條件下的全塔效率；2、測定精餾塔在全回流條件下的單板效率；3、測定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；4、測定再沸器的傳熱膜系數(shù)（選做內(nèi)容）。第39頁/共72頁實驗五：精餾實驗二、實驗原理第40頁/共72頁實驗五：精餾實驗板效率是體現(xiàn)塔板性能及操作狀況的主要參數(shù)，有兩種定義方法：

1、總板效率E

2、單板效率EmL,ｎ第41頁/共72頁實驗五：精餾實驗三、裝置及流程

第42頁/共72頁實驗五：精餾實驗四、報告要求１、在直角坐標(biāo)系中繪制x-y圖，用圖解法求出理論板數(shù)；２、測定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；３、全回流條件下的全塔效率和單板效率；４、部分回流條件下的全塔效率；５、結(jié)合精餾操作對實驗結(jié)果進行分析。五、思考題P78①②③④⑤⑥⑦第43頁/共72頁實驗六：轉(zhuǎn)盤塔萃取實驗

一、實驗?zāi)康?、了解轉(zhuǎn)盤萃取塔的結(jié)構(gòu)和特點；2、掌握液—液萃取塔的操作；3、掌握傳質(zhì)單元高度的測定方法，并分析外加能量對液液萃取塔傳質(zhì)單元高度和通量的影響。第44頁/共72頁實驗六：轉(zhuǎn)盤塔萃取實驗二、基本原理萃取是利用原料液中各組分在兩個液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離。

第45頁/共72頁實驗六：轉(zhuǎn)盤塔萃取實驗三、裝置及流程1、萃取塔2、輕相料液罐3、輕相采出罐4、水相貯罐5、輕相泵6、水泵第46頁/共72頁實驗六：轉(zhuǎn)盤塔萃取實驗四、報告要求１、根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)盤塔的傳質(zhì)單元高度；２、并分析不同輕、重相流率、不同攪拌轉(zhuǎn)速對傳質(zhì)系數(shù)的影響。五、思考題1、萃取的目的是什么？原理是什么？2、萃取溶劑的必要條件是什么？3、萃取設(shè)備按兩相的接觸方式分類可分成哪幾類？各有何特點？轉(zhuǎn)盤萃取塔屬于哪一類？第47頁/共72頁實驗七：流化床干燥實驗一、實驗?zāi)康?、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法；2、測定流化床的床層壓降與流速的關(guān)系曲線；3、測定被干燥物料的含水量（溫度）隨時間的變化曲線；4、測定干燥速率曲線，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。第48頁/共72頁實驗七：流化床干燥實驗二、基本原理1、流化曲線：通過測量不同空氣流量不的床層壓降。2、干燥特性曲線第49頁/共72頁實驗七：流化床干燥實驗三、裝置及流程1、空氣加熱器2、放凈口3、不銹鋼筒體4、取樣口5、玻璃筒體6、氣固分離段7、加料口8、旋風(fēng)分離器9、孔板流量計d0=20mm10、風(fēng)機11、濕球溫度水筒

第50頁/共72頁實驗七：流化床干燥實驗四、報告要求１、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出流化床的△p~u圖；２、繪出干燥速率與物料含水量關(guān)系圖，并注明干燥操作條件；３、確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。五、思考題P89①②③④第51頁/共72頁實驗八：板框及動態(tài)過濾實驗二、基本原理恒壓過濾方程：對上式微分可得：用Δτ/Δq替代dτ/dq

第52頁/共72頁實驗八：板框及動態(tài)過濾實驗三、裝置和流程1壓縮機2配料釜3供料泵4圓形板框過濾機5壓力控制閥6旁路閥（1）板框過濾實驗流程圖

第53頁/共72頁實驗八：板框及動態(tài)過濾實驗（2）動態(tài)過濾實驗流程

1、壓縮機2、磁力泵3、原料罐4、小儲罐5、旋渦泵6、電子天平7、燒杯8、燭芯過濾器9、進料調(diào)節(jié)閥10、孔板流量計11、旁路閥12、電磁閥第54頁/共72頁實驗八：板框及動態(tài)過濾實驗四、報告要求1、在坐標(biāo)紙上繪出Δτ/Δq—q的關(guān)系圖，求出的值K、qe、τe的值。2、得出完整的過濾方程式。3、列出過濾最終速率與洗滌速率的比值。4、繪制動態(tài)過濾速率趨勢圖。5、繪制操作壓力、流體速度和懸浮液含量對過濾速率的關(guān)系圖。五、思考題P70①③④⑤⑥，P72①②第55頁/共72頁實驗九：小流量液體流量標(biāo)定實驗

一、實驗?zāi)康膶W(xué)會標(biāo)定10～100ml/min的轉(zhuǎn)子流量計，標(biāo)定其他類型小流量計，標(biāo)定小流量傳感器。二、實驗原理轉(zhuǎn)子流量計具有一定的精度范圍，測量值存在偏差，尤其是小流量的測定，結(jié)果導(dǎo)致的相對誤差較大，因此在測量精度要求較高的條件下，需要對轉(zhuǎn)子流量計進行標(biāo)定。第56頁/共72頁三、裝置及流程實驗九：小流量液體流量標(biāo)定實驗

第57頁/共72頁實驗十：壓力標(biāo)定實驗

一、實驗?zāi)康睦脴?biāo)準(zhǔn)壓力傳感器標(biāo)定壓力表或真空表。二、基本原理壓力表或真空表在長期使用后，測量準(zhǔn)確度會發(fā)生變化，因此需要校正其測量讀數(shù)。第58頁/共72頁實驗十：壓力標(biāo)定實驗三、裝置及流程1、空氣壓縮機(真空泵)2、進氣閥3、緩沖罐4、壓力表5、排氣閥6、標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器7、智能顯示儀表第59頁/共72頁實驗十一：溫度標(biāo)定實驗

一、實驗?zāi)康睦秒姌蚝蜆?biāo)準(zhǔn)鉑電阻校正熱電偶及鉑電阻。

二、基本原理在生產(chǎn)制造熱電偶或熱電阻的過