化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

《化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》杜華、鈐小平、畢研迎編整山東師范大學(xué)《化工原理》教研室2023.3實(shí)驗(yàn)一流體能量轉(zhuǎn)換(柏努利)演示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對能量轉(zhuǎn)化概念的理解；2、觀測流體流經(jīng)擴(kuò)大管、縮小管段時(shí)，各截面上靜壓變化。二、實(shí)驗(yàn)原理對于不可壓縮流體，在導(dǎo)管內(nèi)作定常流動，系統(tǒng)與環(huán)境又無功的互換時(shí)，若以單位質(zhì)量流體為衡算基準(zhǔn)，由于導(dǎo)管截面上的流速不同，而引起相應(yīng)靜壓頭變化，其關(guān)系可由流動過程中能量恒算方程來描述，即：式中：——每公斤質(zhì)量流體具有的位能，J/kg；——表達(dá)每公斤質(zhì)量流體具有的動能，J/kg；——表達(dá)每公斤質(zhì)量流體具有的壓強(qiáng)能，J/kg；——表達(dá)每公斤質(zhì)量流體在流動過程中的摩摖損失，J/kg。若以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)時(shí)，則又可表達(dá)為mm水柱（2）式中：Z—流體的位壓頭，m液柱；P—流體的壓強(qiáng)，Pa；u—流體的平均流速，m·s–1；ρ－流體的密度，kg·m–3；—流動系統(tǒng)內(nèi)因阻力導(dǎo)致的能量損失，J·kg–1；H—流動系統(tǒng)內(nèi)因阻力導(dǎo)致的壓頭損失，m液柱。因此，由于導(dǎo)管截面和位置發(fā)生變化引起流速變化，致使部分靜[-壓頭轉(zhuǎn)化成動壓頭，它的變化可由各玻璃管中水柱高度指示出來。三、實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-1所示，本實(shí)驗(yàn)裝置重要由實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管、穩(wěn)壓溢流水槽和三對側(cè)壓管所組成。實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管為一水平裝置的變徑圓管，沿程分四處設(shè)立壓管。每處測壓管有一對并列的測壓管組成，分別測量該截面處的靜壓頭和沖壓頭。圖1-1伯努利實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-轉(zhuǎn)子流量計(jì)2-移動框架3-排污閥4-流量調(diào)節(jié)閥15-儲水箱6-實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管7-循環(huán)泵8-進(jìn)口調(diào)節(jié)閥29-水箱放水調(diào)節(jié)閥310-溢流管11-穩(wěn)壓水槽12-水泵開關(guān)盒13-標(biāo)尺14-壓頭測量管圖1-2實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)裝置的流程如圖1-1所示。液體油穩(wěn)壓水槽流入實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管，途徑直徑分別為19、32和19mm的管子，再通過一個(gè)19mm內(nèi)徑彎管，最后排除出設(shè)備。流體流量由出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。流量從轉(zhuǎn)子流量計(jì)實(shí)驗(yàn)前，先將水充滿低位儲水箱，然后關(guān)閉泵的出口閥和試管導(dǎo)管出口調(diào)節(jié)閥，并將水灌滿穩(wěn)壓流水水箱，最后，設(shè)法排盡系統(tǒng)中的氣泡。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先啟動循環(huán)水泵，然后依次啟動出口閥和調(diào)節(jié)閥，水由低位儲水箱被送入穩(wěn)壓溢流水箱。流經(jīng)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管后再返回低位儲水箱中。流體流量可由實(shí)驗(yàn)管出口調(diào)節(jié)閥控制。泵出口閥控制溢流水箱的溢流量，以保持水箱內(nèi)液面恒定，從而保證流動體系在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中維持穩(wěn)定流動。四、實(shí)驗(yàn)方法1、非流動體的機(jī)械能分布及其轉(zhuǎn)換演示時(shí)，將泵的出口閥和實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管出口的調(diào)節(jié)閥所有關(guān)閉，系統(tǒng)內(nèi)的液體處在靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，可觀測到：實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管上的所有的測壓管中的水柱高度都是相同的，且其液面與溢流水箱內(nèi)的液面平齊。2、流動體系的機(jī)械能分布及其轉(zhuǎn)換啟動循環(huán)水泵，將泵出口閥逐漸啟動，調(diào)節(jié)流量至溢流水箱中有足夠的溢流水溢出。緩慢地啟動實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的出口調(diào)節(jié)閥，使導(dǎo)管內(nèi)水開始流動，各測壓管中的水柱高度將隨之開始發(fā)生變化?？捎^測到：各截面上的水柱高度差隨著流體流量的增大而增大。這說明，當(dāng)流量加大時(shí)，流體流過導(dǎo)管各截面上的流速也隨之加大。這就需要更多的靜壓頭轉(zhuǎn)化為動壓頭，表現(xiàn)為每對測壓管的水柱高度差加大。同時(shí)，各對測壓管的右側(cè)管中水柱高度則隨流體流量增大而下降，這說明流體在流動過程中，能量損失與流體流速成正比。流速愈大，流體在流動過程中能量損失亦愈大。

實(shí)驗(yàn)二壓強(qiáng)及其測量演示實(shí)驗(yàn)裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)和真空度之間的區(qū)別與聯(lián)系。2）掌握流體流柱高度、壓頭與壓強(qiáng)之間的區(qū)別與聯(lián)系。3）掌握流體壓強(qiáng)的幾種測量方法。

二、實(shí)驗(yàn)裝置流程及特點(diǎn)：裝置由一容器裝在可上下移動的道軌上，可對固定容器進(jìn)行加壓或減壓操作。裝置為掛壁式教儀設(shè)備，使用方便。1.選用有機(jī)玻璃制作，可視性好。2.可方便地使容器內(nèi)的液體處在正壓力系統(tǒng)或負(fù)壓系統(tǒng)。3.多種測壓導(dǎo)管，可選用不同的指示劑來測取容器內(nèi)壓力。4.可選用不同指示劑來測取壓力。5.加強(qiáng)對靜力學(xué)方程的結(jié)識和工程事實(shí)上的應(yīng)用。外形尺寸：900×700mm掛壁鏡框式。

三、實(shí)驗(yàn)裝置組成：

本裝置重要由平衡杯、反映器、和U形液柱壓差計(jì)等組成。其流程如圖所示。

主體設(shè)備為一有機(jī)玻璃制造的反映模型，平衡杯與反映器底部相連，并運(yùn)用平衡杯的位置高低來調(diào)節(jié)反映器內(nèi)的液位，使液面上方產(chǎn)生不同的壓強(qiáng)。

反映器頂部裝有一個(gè)放空閥和兩個(gè)測壓口，實(shí)驗(yàn)前，先打開放空閥，水由平衡杯中加入，加水量以使平衡杯與器內(nèi)液面平齊，液面達(dá)反映器高度的1/2處為宜。一個(gè)測壓口直接聯(lián)接一聯(lián)程彈簧壓力表。另一個(gè)測壓口聯(lián)接三支U形管壓差計(jì)，壓差計(jì)中分別裝有水銀和水兩種指示劑，微差壓計(jì)中同時(shí)裝有四氯化碳和氯化鈣水溶液兩種指示劑。每支壓差計(jì)上各裝一旋塞用來進(jìn)行開閉控制。圖：流體靜力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置

四、演示操作環(huán)節(jié)：

1）絕對壓強(qiáng)、表壓強(qiáng)和真空度之間的關(guān)系

（1）將器頂放空閥打開，并將平衡杯置于反映器相同高度，使杯內(nèi)液面與器內(nèi)液面平齊，再將水銀柱壓差計(jì)上的旋塞打開，觀測彈簧壓力表和水銀柱壓差計(jì)的讀數(shù)?？捎^測到：彈簧壓力表和水銀柱壓差計(jì)顯示的讀數(shù)為零。

（2）將器頂放空閥關(guān)閉，使器內(nèi)成為密閉體系，然后將平衡杯緩慢舉起，并置于最高位置上，觀測彈簧壓力表和水銀柱壓差計(jì)的讀數(shù)?？捎^測到：隨著平衡杯的位置提高，液面上方壓強(qiáng)不斷提高，同時(shí)，水銀壓差計(jì)中液柱向左側(cè)（連接大氣一側(cè)）上升一定的高度。

（3）將平衡杯放回到起始位置上，再觀測彈簧壓力表和壓差計(jì)上讀數(shù)?？捎^測到：隨著平衡杯位置的減少，器內(nèi)液面也隨之減少，液面上方空氣膨脹而壓強(qiáng)減少，平衡杯恢復(fù)到起始位置時(shí)，彈簧壓力表和水銀壓差計(jì)又顯示為零，說明反映器內(nèi)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)相同。

（4）將平衡杯緩慢放下，并置于最低位置上，觀測彈簧壓力表與水銀壓差計(jì)的讀數(shù)?？捎^測到：彈簧壓力計(jì)顯示出負(fù)的讀數(shù)，同時(shí)，水銀壓差計(jì)中液柱向右側(cè)（連通測壓口一側(cè)）上升一定高度。這說明反映器內(nèi)的操作壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)。壓力表顯示的讀數(shù)即為器內(nèi)壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值。

2）以液柱高度表達(dá)的壓強(qiáng)與液柱壓力計(jì)

先將放空閥關(guān)閉，再略為提高平衡杯的位置，然后依次打開水銀柱壓差計(jì)、水柱壓差計(jì)和微壓差計(jì)上的旋塞。可觀測到：在測量同一壓強(qiáng)時(shí)，水銀壓差計(jì)顯示的水銀柱高度差最小，水柱壓差計(jì)顯示的水柱高度差中檔，而微壓差計(jì)顯示的液柱高度差最大。這說明：當(dāng)用液柱高度來表達(dá)流體壓強(qiáng)時(shí)，其值的大小還取決于液柱的高度。為了提高測量精度，壓差計(jì)的指示劑選擇必須合適。實(shí)驗(yàn)三雷諾實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．觀測流體在管內(nèi)流動的兩種不同流型。2．測定臨界雷諾數(shù)。二、基本原理流體流動有兩種不同型態(tài)，即層流(滯流)和湍流(紊流)。流體作層流流動時(shí)，其流體質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動，且互相干行；湍流時(shí)質(zhì)點(diǎn)紊亂地向各個(gè)方向作不規(guī)則的運(yùn)動，但流體的主體向某一方向流動。雷諾準(zhǔn)數(shù)是判斷流動型態(tài)的準(zhǔn)數(shù)，若流體在圓管內(nèi)流動，則雷諾準(zhǔn)數(shù)可用下式表達(dá)：式中，Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次；d——管子內(nèi)徑，26.4mm；u——流體流速，m／s；ρ——流體密度，kg／m3；μ——流體粘度；Pa·s。對于一定溫度的流體，在特定的圓管內(nèi)流動，雷諾準(zhǔn)數(shù)僅與流體流速有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)通過改變流體在管內(nèi)的速度，觀測在不同雷諾準(zhǔn)數(shù)下流體流型的變化，一般認(rèn)為Re<2023時(shí)，流動型態(tài)為層流；Re>4000時(shí)。流動為湍流；2023<Re<4000時(shí)，流動為過渡流。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。重要由玻璃實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管、低位貯水槽、循環(huán)水泵、穩(wěn)壓溢流水槽、緩沖水槽以及流量計(jì)等部分組成。實(shí)驗(yàn)前，先將水充滿低位貯水槽，然后關(guān)閉泵的出口閥和流量計(jì)后的調(diào)節(jié)閥，再將溢流水槽到緩沖水槽的整個(gè)系統(tǒng)加滿水。最后，設(shè)法排盡系統(tǒng)中的氣泡。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，先啟動循環(huán)水泵，然后啟動泵的出口閥及流量計(jì)后的調(diào)節(jié)閥。水由穩(wěn)壓溢流水槽流經(jīng)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管、緩沖槽和流量計(jì)，最后流回低位貯水槽。水流量的大小，可由流量計(jì)后調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。泵的出口閥控制溢流水槽的溢流量。示蹤劑采用紅色墨水，它由紅墨水貯瓶．經(jīng)連接軟管和玻璃注射管的細(xì)孔噴嘴，注入實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管。細(xì)孔玻璃注射管(或注射針頭)位于實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管人口的軸線部位。圖1雷諾演示實(shí)驗(yàn)裝置1-可移動框架2-循環(huán)水泵3-低位貯水槽4-流量調(diào)節(jié)閘閥5-旁路閥門6-轉(zhuǎn)子流量計(jì)7-溢流水槽8-紅墨水貯瓶9-紅墨水噴針10-玻璃實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管11-低位貯水槽排污閥四、實(shí)驗(yàn)操作1.層流流動類型實(shí)驗(yàn)時(shí)，先少許啟動凋節(jié)閥，將流速調(diào)至所需要的值。再調(diào)節(jié)紅墨水貯瓶的下口旋塞，并用自由夾作精細(xì)調(diào)節(jié)，使紅墨水的注人流速與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管中主體流體的流速相適應(yīng)，一般略低于主體流體的流速為宜。待流動穩(wěn)定后．記錄主體流體的流量。此時(shí)，在實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的軸線上，就可觀測到一條平直的紅色細(xì)流，好象一根拉直的紅線同樣。2.湍流流動型態(tài)緩慢地加大調(diào)節(jié)閥的開度，使水流量平穩(wěn)地增大。玻璃導(dǎo)管內(nèi)的流速也隨之平穩(wěn)地增大。同時(shí)，相應(yīng)地適當(dāng)?shù)蚬?jié)泵出口閥的開度，以保持溢流水槽內(nèi)仍有一定溢流量，以保證實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管內(nèi)的流體始終為穩(wěn)定流動。可觀測到：玻璃導(dǎo)管軸線上呈直線流動的紅色細(xì)流，開始發(fā)生波動。隨著流速的增大，紅色細(xì)流的波動限度也隨之增大，最后斷裂成一段段的紅色細(xì)流。當(dāng)流速繼續(xù)增大時(shí)，紅墨水進(jìn)入實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管后。立即呈煙霧狀分散在整個(gè)導(dǎo)管內(nèi)，進(jìn)而迅速與主體水流混為—體，使整個(gè)管內(nèi)流體染為紅色，以致無法辨別紅墨水的流線。實(shí)驗(yàn)四流體流動阻力測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握流體流經(jīng)直管和管閥件時(shí)阻力損失的測定方法，通過實(shí)驗(yàn)了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2．測定直管摩擦系數(shù)λ與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，將所得的λ～Re方程與公認(rèn)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系比較。3．測定流體流經(jīng)閘閥等管件時(shí)的局部阻力系數(shù)ξ。4．學(xué)會壓差計(jì)和流量計(jì)的使用方法。5．觀測組成管路的各種管件、閥件，并了解其作用。二、基本原理流體在管內(nèi)流動時(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)械能的消耗涉及流體流經(jīng)直管的沿程阻力和因流體運(yùn)動方向改變所引起的局部阻力。1．沿程阻力流體在水平均勻管道中穩(wěn)定流動時(shí)，阻力損失表現(xiàn)為壓力減少。即影響阻力損失的因素很多，特別對湍流流體，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實(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綜合成準(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，(1)流體性質(zhì)：密度ρ，粘度μ；(2)管路的幾何尺寸：管徑d，管長l，管壁粗糙度ε；(3)流動條件：流速μ?？杀磉_(dá)為：組合成如下的無因次式：令則式中——壓降Pa hf——直管阻力損失J/kg， ρ——流體密度kg/m3λ——直管摩擦系數(shù)，無因次l——直管長度md——直管內(nèi)徑mu——流體流速，由實(shí)驗(yàn)測定m/sλ——稱為直管摩擦系數(shù)。滯流(層流)時(shí)，λ＝64／Re；湍流時(shí)λ是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)擬定.2．局部阻力局部阻力通常有兩種表達(dá)方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。當(dāng)量長度法流體流過某管件或閥門時(shí)，因局部阻力導(dǎo)致的損失，相稱于流體流過與其具有相稱管徑長度的直管阻力損失，這個(gè)直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號le表達(dá)。這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算局部阻力損失，并且在管路計(jì)算時(shí)．可將管路中的直骨長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)算，如管路中直管長度為乙各種局部阻力的當(dāng)量長度之和為，則流體在管路中流動時(shí)的總阻力損失為阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門時(shí)的阻力損失用流體在管路小的動能系數(shù)來表達(dá)，這種計(jì)算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。即式中：ξ——局部阻力系數(shù)，無因次；u——在小截面管中流體的平均流速，m／s。由于管件兩側(cè)距測壓孔問的直管長度很短．引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計(jì)。因此hf之值可應(yīng)用柏努利方程由壓差計(jì)讀數(shù)求取。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程1．實(shí)驗(yàn)裝置圖1-1實(shí)驗(yàn)裝置流程圖實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-1所示。重要部分由離心泵，不同管徑、材質(zhì)的管子，各種閥門或管件，轉(zhuǎn)子流量計(jì)等組成。從上向下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阻力的測定。第三根為不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)，用于局部阻力的測定。流體溫度有熱電阻，流體流量由渦輪流量計(jì)測量，壓差有壓差變送器測量。本實(shí)驗(yàn)的介質(zhì)為水，由離心泵供應(yīng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)裝置后的水通過管道流入儲水箱內(nèi)循環(huán)使用。2．裝置結(jié)構(gòu)尺寸裝置結(jié)構(gòu)尺寸如表1-1所示。表1-1裝置參數(shù)名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測試段長度（m）裝置（1）裝置（2）光滑管不銹鋼食品管1.5粗糙管鍍鋅鐵管1.5局部阻力閘閥控制柜面板圖如下圖：圖1－21、空氣開關(guān)2、3、4電源指示燈5、流量控制儀6、6路巡檢儀（單位m3／h）：第一通道測量離心泵進(jìn)口壓力（單位：kpa），第二通道測量離心泵出口壓力（單位：kpa），第三通道測量離心泵轉(zhuǎn)速（單位：r／min）第四通道測量流體阻力壓差（單位：pa）第五通道測量流體溫度（單位：攝氏度），第六通道沒用，7、功率表（單位：KW）8、儀表電源指示燈、9、儀表電源開關(guān)，10、變頻器電源指示燈，11、變頻器電源開關(guān)，12、離心泵電源指示燈、13、離心泵直接或變頻器運(yùn)營轉(zhuǎn)換開關(guān)，14、離心泵啟動按鈕，15、離心泵停止按鈕。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)1．灌泵儲水箱中出水到適當(dāng)位置（大約三分之二處）關(guān)閉閥1、閥2、閥3、閥4、閥5、打開離心泵出口排氣閥和進(jìn)口灌水閥，用水杯從灌水閥灌水，氣體從排汽閥排出，直到排水閥有水排出并且沒有氣泡灌水完畢，關(guān)閉排氣閥和灌水閥。2．啟動水泵打開控制柜上1空氣開關(guān)，打開9儀表電源開關(guān)，儀表指示燈10亮，儀表上電，顯示被測數(shù)據(jù)。把轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到直接位置，指示燈12亮，按一下離心泵啟動按鈕，離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動按鈕指示燈亮，水泵啟動完畢。3．光滑管排氣先打開光滑管與差壓變送器相連的閥門，粗糙管和局部阻力與差壓變送器相連的閥門關(guān)閉，打開閥3和閥2，排出光滑管中的氣體，關(guān)上閥2，打開差壓變送器的兩個(gè)排汽閥，排出管道中的氣體，直到?jīng)]有氣泡排出為止，關(guān)閉差壓變送器上的兩個(gè)排汽閥，光滑管排氣完畢。4．光滑管實(shí)驗(yàn)打開流體阻力監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)班級、姓名、學(xué)號等信息，進(jìn)入流體阻力實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊光滑管，調(diào)節(jié)閥2，每隔1m3／h采集一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集），從2m5.粗糙管實(shí)驗(yàn)粗糙管排氣與光滑管排氣類似，先打開粗糙管與差壓變送器相連的兩個(gè)閥門，再打開閥4和閥2，排出粗糙管中的氣體，關(guān)閉閥2，打開差壓變送器的兩個(gè)排汽閥，排出管道中的氣體，直到?jīng)]有氣泡排出為止，關(guān)閉差壓變送器上的兩個(gè)排汽閥，粗糙管排氣完畢。點(diǎn)擊粗粗管，調(diào)節(jié)閥2，，每隔1m3／h采集一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集），從2m6.局部阻力實(shí)驗(yàn)局部阻力排氣與光滑管排氣類似，先打開局部阻力與差壓變送器相連的兩個(gè)閥門，再打開閥5和閥2，排出粗糙管中的氣體，關(guān)閉閥2，打開差壓變送器的兩個(gè)排汽閥，排出管道中的氣體，直到?jīng)]有氣泡排出為止，關(guān)閉差壓變送器上的兩個(gè)排汽閥，局部阻力排氣完畢。點(diǎn)擊局部阻力，調(diào)節(jié)閥2，，每隔1m3／h采集一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集），從2m7．?dāng)?shù)據(jù)解決實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢，打開數(shù)據(jù)解決軟件，打開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，執(zhí)行相應(yīng)的軟件功能，就可算出流體雷諾系數(shù)與摩擦因數(shù)的關(guān)系，執(zhí)行繪圖功能，就可繪出雷諾系數(shù)與摩擦因數(shù)的曲線關(guān)系，執(zhí)行打印功能就可打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)解決結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出λ～Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)圖形，即可估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(yàn)結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。3．根據(jù)局部阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時(shí)的平均ξ值。4．對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)五流量計(jì)校核算驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)的構(gòu)造、原理、性能及使用方法。2．掌握流量計(jì)的標(biāo)定方法。3．測定節(jié)流式流量計(jì)的流量系數(shù)C，掌握流量系數(shù)C隨雷諾數(shù)Re的變化規(guī)律。4．學(xué)習(xí)合理選擇坐標(biāo)系的方法。5．學(xué)習(xí)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差估算的具體方法。二、實(shí)驗(yàn)原理流體通過節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在流量計(jì)上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量有如下關(guān)系：采用正U形管壓差計(jì)測量壓差時(shí)，流量Vs與壓差計(jì)讀書R之間關(guān)系有：式中：Vs——被測流體（水或空氣）的體積流量，m3/s；C——流量系數(shù)（或稱孔流系數(shù)），無因次；A0——流量計(jì)最小開孔截面積，m2，A0=(π/4)d02；——流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓差，Pa；——被測流體（水或空氣）的密度，Kg/m3；——U形管壓差計(jì)內(nèi)指示液的密度，Kg/m3；１——空氣的密度，Kg/m3；R——U形管壓差計(jì)讀數(shù)，m；式3-1也可以寫成如下形式：若采用倒置U形管測量壓差：（忽略空氣對測量的影響）則流量系數(shù)C與流量的關(guān)系為：用體積法測量流體的流量Vs，可由下式計(jì)算：圖1-1流量計(jì)校核算驗(yàn)裝置流程圖(4)圖1-1流量計(jì)校核算驗(yàn)裝置流程圖式中：Vs——水的體積流量，m3/s；△t——計(jì)量桶接受水所用的時(shí)間，s；A——計(jì)量桶計(jì)量系數(shù)；△h——量桶液面計(jì)終了時(shí)刻與初始時(shí)刻的高度差，mm，△h=h2-h1；V——在△t時(shí)間內(nèi)計(jì)量桶接受的水量，L。改變一個(gè)流量在壓差計(jì)上有一相應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)R和流量Vs繪制成一條曲線即流量標(biāo)定曲線。同時(shí)用式（1a）或式（2）整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到流量系數(shù)C—雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線。式中：d—實(shí)驗(yàn)管直徑，m；u—水在管中的流速，m/s。三、實(shí)驗(yàn)裝置1．實(shí)驗(yàn)回路一：本實(shí)驗(yàn)裝置為孔板流量計(jì)，用離心泵將貯水槽的水直接送到實(shí)驗(yàn)管路中，經(jīng)渦輪流量計(jì)計(jì)量后通過孔板流量計(jì)，通過閘閥調(diào)節(jié)，最后返回貯水槽。流量計(jì)上、下游壓強(qiáng)差的測量采用壓差變送器。實(shí)驗(yàn)回路二：本實(shí)驗(yàn)裝置為文丘利流量計(jì)，用風(fēng)機(jī)將風(fēng)直接送到實(shí)驗(yàn)管路中，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后，經(jīng)文丘利流量計(jì)后，最后排空。流量計(jì)上、下游壓強(qiáng)差的測量采用U形壓差計(jì)測量。1-風(fēng)機(jī)2-離心泵水泵電源開關(guān)3-渦輪流量計(jì)4-風(fēng)量調(diào)節(jié)閥25-轉(zhuǎn)子流量計(jì)6-U型壓差計(jì)7-文丘利流量計(jì)8-孔板流量計(jì)9-壓差傳感器10-閥111-儲水箱12-電氣控制箱13-電源總開關(guān)14-電源指示燈15-液晶無紙記錄儀16-儀表電源開關(guān)及指示燈17-離心泵電源開關(guān)及指示燈18-風(fēng)機(jī)電源開關(guān)及指示燈2．設(shè)備重要技術(shù)數(shù)據(jù) （1）設(shè)備參數(shù)1）離心泵：型號MS100/0.55，轉(zhuǎn)速n=2900轉(zhuǎn)/分，額定流量Q=4m3/h，揚(yáng)程H=15m2）孔板流量計(jì)：實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)徑d=27.0mm，孔板開孔d0=18.18mm。3）文丘利流量計(jì)：實(shí)驗(yàn)管路內(nèi)徑d=47.8mm,節(jié)流開孔：d0=31.199mm。 （2）流量測量氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)：16～160m3渦輪流量計(jì)：2～20m3四、實(shí)驗(yàn)方法1．打開汞—水U形管壓差計(jì)的平衡閥②，關(guān)閉泵流量調(diào)節(jié)閥1，啟動離心泵。2．實(shí)驗(yàn)前，一方面檢查流程中導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在，檢查辦法是：關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥1，可先將U形管壓差計(jì)的平衡閥②關(guān)閉，再看U形管壓差的讀數(shù)是否為零，若為零，說明其導(dǎo)壓管無氣泡。3．若導(dǎo)壓管內(nèi)有氣泡存在，可按下述方法進(jìn)行排氣操作：關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥1及閥①、閥②、閥③、閥④、閥⑤，然后打開閥③及閥⑤，排盡右側(cè)導(dǎo)壓管內(nèi)的氣泡，排盡后關(guān)閉閥③及閥⑤，打開閥①、閥④，進(jìn)行排導(dǎo)壓管左側(cè)的氣泡，排盡后關(guān)閉閥①、閥④，緩慢打開閥①及閥③，看倒置U形管的讀數(shù)是否為零，若為零說明氣泡已趕盡了。4．關(guān)閉平衡閥②，按流量從小到大的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即測流量計(jì)兩側(cè)壓差計(jì)讀數(shù)R，同時(shí)用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量水的流量。記錄數(shù)據(jù)。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉泵出口流量調(diào)節(jié)閥，停泵。五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．在啟動離心泵之前，務(wù)必打開汞—水U形管壓差計(jì)的平衡閥②，以避免發(fā)生跑汞現(xiàn)象。2．在排氣時(shí)，開關(guān)各閥門要注意緩開慢關(guān)。六、報(bào)告內(nèi)容1．計(jì)算各流量下的流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re的數(shù)值。2．在適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系上標(biāo)繪流量計(jì)流量Vs壓差計(jì)讀數(shù)R的關(guān)系曲線，即流量標(biāo)定曲線；流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線。3．對流量計(jì)流量系數(shù)C進(jìn)行誤差估算，指出誤差的重要來源和改善措施。實(shí)驗(yàn)六離心泵特性曲線測定一、實(shí)驗(yàn)?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。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N及效率η與泵的流量V之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的外部表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用數(shù)學(xué)方法計(jì)算這一特性曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測定。1．揚(yáng)程H的測定與計(jì)算在泵進(jìn)、出口取截面列柏努利方程：式中：p1,p2——分別為泵進(jìn)、出口的壓強(qiáng)N/m2 ρ——流體密度kg/m3u1,u2——分別為泵進(jìn)、出口的流量m/s g——重力加速度m/s2當(dāng)泵進(jìn)、出口管徑同樣，且壓力表和真空表安裝在同一高度，上式簡化為：由上式可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計(jì)算出泵的揚(yáng)程。2．軸功率N的測量與計(jì)算軸的功率可按下式計(jì)算：式中，N—泵的軸功率，Ww—電機(jī)輸出功率，W由上式可知：測定泵的軸功率，只需測定電機(jī)的輸出功率，乘上功率轉(zhuǎn)換中的倍率即可。3．效率η的計(jì)算泵的效率η是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體自泵得到的功，軸功率N是單位時(shí)間內(nèi)泵從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算：Ne=HVρg故η=Ne/N=HVρg/N4．速改變時(shí)的換算泵的特性曲線是在指定轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)，就是說在某一特性曲線上的一切實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速都是相同的。但是，事實(shí)上感應(yīng)電動機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測數(shù)據(jù)換算為平均轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量揚(yáng)程軸功率N效率三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程離心泵性能特性曲線測定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖如圖2-1：3．儀表控制柜面板如圖1-2所示：1、空氣開關(guān)2、3、4電源指示燈5、流量控制儀6、6路巡檢儀（單位m3／h）：第一通道測量離心泵進(jìn)口壓力（單位：kpa），第二通道測量離心泵出口壓力（單位：kpa），第三通道測量離心泵轉(zhuǎn)速（單位：r／min）第四通道測量流體阻力壓差（單位：pa）第五通道測量流體溫度（單位：攝氏度），第六通道沒用，7、功率表（單位：KW）8、儀表電源指示燈、9、儀表電源開關(guān)，10、變頻器電源指示燈，11、變頻器電源開關(guān)，12、離心泵電源指示燈、13、離心泵直接或變頻器運(yùn)營轉(zhuǎn)換開關(guān)，14、離心泵啟動按鈕，15、離心泵停止按鈕。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)1．灌泵：儲水箱中出水到適當(dāng)位置（大約三分之二處），打開離心泵出口排氣閥和進(jìn)口灌水閥，用水杯從灌水閥灌水，氣體從排汽閥排出，直到排水閥有水排出并且沒有氣泡灌水完畢，關(guān)閉排氣閥和灌水閥。2．啟動水泵：打開控制柜上空氣開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，儀表指示燈亮，儀表帶電，顯示被測數(shù)據(jù)；把轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到直接位置，指示燈亮，檢查出口閥在關(guān)閉狀態(tài)下，按一下離心泵啟動按鈕，離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動按鈕指示燈亮，水泵啟動完畢。3.打開離心泵監(jiān)控軟件，輸入班級、姓名、學(xué)號等信息，進(jìn)入離心泵監(jiān)控界面，打開閥1到最大，每隔2m3／h采集一組數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集），注意從最大流量做到0等分4.數(shù)據(jù)采集完畢，關(guān)閉出口閥后，按離心泵停止按鈕，泵停止。5、打開數(shù)據(jù)解決軟件，打開采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)解決，計(jì)算出數(shù)據(jù)解決結(jié)果，繪出離心泵特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．在同一張坐標(biāo)紙上描繪一定轉(zhuǎn)速下的H～V、N～V、η～V曲線2．分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵較為適宜的工作范圍。實(shí)驗(yàn)七恒壓過濾常數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぐ蹇驂簽V機(jī)的構(gòu)造和操作方法；通過恒壓過濾實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證過濾基本原理；學(xué)會測定過濾常數(shù)K、qe、τe及壓縮性指數(shù)S的方法；、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)來解決懸浮液的操作。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，固體顆粒層的厚度不斷增長，故在恒壓過濾操作中，過濾速率不斷減少。影響過濾速率的重要因素除壓強(qiáng)差、濾餅厚度外，尚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(jì)算式為： (1)u：過濾速度，m/s K’：康采尼常數(shù)，層流時(shí)，K’＝5.0ε：床層空隙率，m3/m3 μ：濾液粘度，Pasa：顆粒的比表面積，m2/m3 △p：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 τ：過濾時(shí)間，sA：過濾面積，m2 Ve：虛擬濾液體積，m3r：濾餅比阻，1/m2，r=5.0a2(1-ε)2/ε3 r’：單位壓強(qiáng)下的比阻，1/m2，r=r’△psv：濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比，無因次S：濾餅壓縮性指數(shù)，無因次，一般S＝0～1，對不可壓縮濾餅，S＝0恒壓過濾時(shí)，令k=1/μr’v，K=2k△p1-s，q=V/A，qe=Ve/A，對(2)式積分得：(q+qe)2=K(τ+τe) (3)K、q、qe三者總稱為過濾常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測定。對（3）式微分得： 2(q+qe)dq=Kdτ (4)用△τ/△q代替dτ/dq，在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測定一系列時(shí)間間隔△τi，和相應(yīng)的濾液體積△Vi，可計(jì)算出一系列△τi、△qi、qi，在直角坐標(biāo)系中繪制△τ/△q～q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)τe=qe2/K，可得τe。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：lgK=(1-S)lg(△p)+lg(2k) (5)在實(shí)驗(yàn)壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則lgK～lg(△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)而擬定物料特性常數(shù)k。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)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23-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1013-閥914-配料槽15-指示尺16-閥617-閥718-閥819-閥520-閥421-閥322-閥1CaCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配制一定濃度后，運(yùn)用壓差送入壓力料槽中，用壓縮空氣攪拌，同時(shí)運(yùn)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(jì)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0.0471m空氣壓縮機(jī)規(guī)格型號：V－0.08/8，最大氣壓0.8Mpa。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：配制含CaCO38％～13％（wt%）的水懸浮液。啟動空壓機(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。對的裝好濾板、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(shí)，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）。等配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。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。調(diào)節(jié)壓力料槽的壓力到需要的值。重要依靠調(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。考慮各個(gè)壓力值的分布，從低壓過濾開始做實(shí)驗(yàn)較好。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)營電腦上的“恒壓過濾測定實(shí)驗(yàn)軟件”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面，做好準(zhǔn)備工作，可以開始實(shí)驗(yàn)。做0.1MPa壓力實(shí)驗(yàn)：并打開閥6、閥9及閥10開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定期，單擊實(shí)驗(yàn)軟件上的“0.1MPa壓力實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)行0.1MPa壓力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)軟件自動計(jì)算時(shí)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)解決軟件之用。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。做0.2MPa壓力實(shí)驗(yàn)：打開閥7、閥9及閥10開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定期，單擊實(shí)驗(yàn)軟件上的“0.2MPa壓力實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)行0.2MPa壓力實(shí)驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。做0.3MPa壓力實(shí)驗(yàn)：并打開閥8、閥9及閥10開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定期，單擊實(shí)驗(yàn)軟件上的“0.3MPa壓力實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)行0.3MPa壓力實(shí)驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。實(shí)驗(yàn)完畢后打開數(shù)據(jù)解決軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解決。手動實(shí)驗(yàn)時(shí)每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時(shí)候作為開始時(shí)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(shí)間△τ及濾液量。每個(gè)壓力下，測量8～10個(gè)讀數(shù)即可停止實(shí)驗(yàn)。每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細(xì)后重新倒入料漿桶內(nèi)，實(shí)驗(yàn)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(xiàng)：1．在夾緊濾布時(shí)，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(yàn)可繼續(xù)使用。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3-1中。計(jì)算結(jié)果列于表3-2中。表3-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)△p＝1.0kg/cm△p＝1.5kg/cm△p＝2.0kg/cm2△V（ml）△τ（s）△V（ml）△τ（s）△V（ml）△τ（s）表3-2計(jì)算結(jié)果△p＝1.0kg/cm△p＝1.5kg/cm△p＝2.0kg/cm2表3-3不同壓力下的K值△p（kg/cm2）過濾常數(shù)K（m2/s）1.01.52.0實(shí)驗(yàn)八傳熱系數(shù)測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^測水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象，并判斷冷凝類型；測定空氣（或水）在圓直管內(nèi)強(qiáng)制對流給熱系數(shù)；掌握熱電阻測溫的方法。二、基本原理對流傳熱系數(shù)可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來測定。由于<<,所以傳熱管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)熱冷流體間的總傳熱系數(shù)（W/m2·℃）（1）式中：—管內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)；Qi—管內(nèi)傳熱速率，W；Si—管內(nèi)換熱面積，m2；—對數(shù)平均溫差，℃。對數(shù)平均溫差由下式擬定：（2）式中：ti1，ti2—冷流體的入口、出口溫度，℃；tw—壁面平均溫度，℃；由于換熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用tw來表達(dá)，由于管外使用蒸汽，近似等于熱流體的平均溫度。管內(nèi)換熱面積：（3）式中：di—內(nèi)管管內(nèi)徑，m；Li—傳熱管測量段的實(shí)際長度，m。由熱量衡算式：（4）其中質(zhì)量流量由下式求得：（5）式中：Vi—冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3/h；cpi—冷流體的定壓比熱，kJ/(kg·℃)；ρi—冷流體的密度，kg/m3。cpi和ρi可根據(jù)定性溫度tm查得，為冷流體進(jìn)出口平均溫度。ti1，ti2，tw，Vi可采用一定的測量手段得到。⒉對流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)擬定流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為.（6）其中：，，物性數(shù)據(jù)λi、cpi、ρi、μi可根據(jù)定性溫度tm查得。通過計(jì)算可知，對于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pri變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為：（7）這樣通過實(shí)驗(yàn)擬定不同流量下的Rei與，然后用線性回歸方法擬定A和m的值。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程1．實(shí)驗(yàn)裝置空氣－水蒸氣體系實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1傳熱系數(shù)測定裝置流程圖（氣－汽）1-空氣流量調(diào)節(jié)閘閥12-空氣流量調(diào)節(jié)旁路閥23-空氣均勻分布器4-可移動實(shí)驗(yàn)框架5-防振軟連接6-風(fēng)機(jī)7-閥48-蒸汽進(jìn)氣管9-閥310-排不寧性氣體閥門11-冷空氣出口溫度12-蒸汽壓力表13-蒸汽噴汽管14-換熱紫銅管15-空氣孔板流量計(jì)16-壓差變送器17-空氣進(jìn)口溫度來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器，與來自風(fēng)機(jī)（水泵）的風(fēng)（水）進(jìn)行熱互換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷空氣（水）經(jīng)孔板（轉(zhuǎn)子）流量計(jì)進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱互換后排出裝置外。3．設(shè)備與儀表規(guī)格（1）紫銅管規(guī)格：直徑φ20×1.5mm，長度L=（2）外套玻璃管規(guī)格：直徑φ100×5mm，長度L=（3）壓力表規(guī)格：0～0.1MPa2．儀表箱面板圖如3所示：圖3儀表箱面板圖1-1#液晶記錄儀2-風(fēng)機(jī)電源指示3-風(fēng)機(jī)電源開關(guān)4-儀表電源開關(guān)5-儀表電源指示6-空氣開關(guān)7-電源指示燈8-2#液晶記錄儀1#液晶記錄儀從1~3通道分別為：空氣流量、空氣進(jìn)口溫度、空氣出口溫度；2#液晶記錄儀1~2通道分別為：蒸汽一端溫度、蒸汽另一端溫度，3通道空余。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)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．打開電腦，運(yùn)營“傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)軟件.MCG”軟件，輸入“班級”、“姓名”、“學(xué)號”及“裝置號”（只有一臺裝置時(shí)為1），單擊“擬定”按鈕，選擇“傳熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)”進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面。3．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(shí)打開冷流體入口閥門，讓套管換熱器里充有一定量的空氣。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(yàn)前，應(yīng)將蒸汽發(fā)生器到實(shí)驗(yàn)裝置之間管道中的冷凝水排除，否則夾帶冷凝水的蒸汽會損壞壓力表及壓力變送器。具體排除冷凝水的方法是：關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥門，打開裝置下面的排冷凝水閥門，讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當(dāng)聽到蒸汽響時(shí)關(guān)閉冷凝水排除閥，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。6．剛開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥門的開度，讓蒸汽漸漸流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10分鐘，以防止玻璃管因忽然受熱、受壓而爆裂。7．當(dāng)一切準(zhǔn)備好后，打開蒸汽進(jìn)口閥，蒸汽壓力調(diào)到0.01Mpa，并保持蒸汽壓力不變。（可通過調(diào)節(jié)排不寧性氣體閥以及蒸汽進(jìn)口閥來實(shí)現(xiàn)。）8．可通過調(diào)節(jié)空氣的進(jìn)口閥手動調(diào)節(jié)空氣流流量，改變冷流體的流量到一定值，等穩(wěn)定后在實(shí)驗(yàn)軟件界面上單擊“采集數(shù)據(jù)”按鈕，實(shí)驗(yàn)軟件會自動記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)值；改變不同流量，采集不同流量下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。9．記錄3到8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完畢實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥與冷流體進(jìn)口閥，關(guān)閉儀表電源和風(fēng)機(jī)的電源。10．關(guān)閉蒸汽發(fā)生器。11．打開實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決軟件“ce2023”，選擇“傳熱實(shí)驗(yàn)裝置”（二）注意事項(xiàng)1．先打開排冷凝水的閥，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。2．一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的冷流體后，方可啟動蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。3．剛開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽的開度，讓蒸汽漸漸流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10分鐘，以防止玻璃管因忽然受熱、受壓而爆裂。3．操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下，否則也許導(dǎo)致玻璃管爆裂和填料損壞。4.擬定各參數(shù)時(shí)，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時(shí)注意惰氣的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決使用數(shù)據(jù)解決軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決，軟件使用方法參見軟件使用說明書。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．將冷流體給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值與理論值列表比較，計(jì)算各點(diǎn)誤差，并分析討論。2．說明蒸汽冷凝給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值和冷流體給熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)值的變化規(guī)律。3．按冷流體給熱系數(shù)的模型式：。擬定式中常數(shù)A及m。實(shí)驗(yàn)九換熱器綜合實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．通過測定換熱器冷、熱流體的流量，測定換熱器的進(jìn)、出口溫度，熟悉換熱器性能的測試方法；2．了解套管換熱器，板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性能的差別。3．通過測定參數(shù)計(jì)算換熱器流體的熱量；計(jì)算換熱器的傳熱系數(shù)及效率；分析換熱器的傳熱狀況，加深對順流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力的差別。4．學(xué)習(xí)掌握換熱器智能儀表控制系統(tǒng)的軟硬件控制知識。二、基本原理1．概述本換熱器性能測試實(shí)驗(yàn)裝置，重要相應(yīng)用較廣的間壁式中的三種換熱：套管式換熱器、板式換熱器和列管式換熱器進(jìn)行其性能的測試。其中，對套管式換熱器、板式換熱器和列管換熱器可以進(jìn)行順流和逆流兩種方式的性能測試。換熱器性能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容重要為測定換熱器的總傳熱系數(shù)，對數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就不同換熱器，不同量兩種流動方式，不同工況的傳熱情況和性能進(jìn)行比較和分析。2．實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)圖2-1換熱器綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖本實(shí)驗(yàn)臺的熱水加熱采用電加熱方式，冷—熱流體的進(jìn)出口溫度采用pt100加智能多路液晶巡檢儀表進(jìn)行測量顯示，實(shí)驗(yàn)臺參數(shù)如下：圖2-1換熱器綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖（1）換熱器換熱面積（F）：套管式換熱器：0.422㎡；板式換熱器：0.45㎡；列管式換熱器：0.6㎡（2）電加熱管總功率：3KW（3）冷熱流體風(fēng)機(jī)：允許工作溫度：<80℃額定流量：76m電機(jī)電壓：220V電機(jī)功率：750W（4）孔板流量計(jì)：流量：8-30m3/h；允許工作溫度：0三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程1．實(shí)驗(yàn)裝置流程：本實(shí)驗(yàn)裝置采用冷水和用閥門換向進(jìn)行順逆流實(shí)驗(yàn)；工作流程如圖2-1所示，換熱形式為熱水—冷水換熱式。2．儀表控制板1-儀表電源開關(guān)2-指示燈3-冷流體流量控制手自動切換及調(diào)節(jié)旋鈕4-換熱器溫度接口5-冷流體流量控制儀6-溫度巡檢儀1、2通道7-流量積算儀8-加熱管電壓指示9-空氣開關(guān)10-指示燈11-熱流體流量積算儀12-溫度巡檢儀13-溫度巡檢儀3、4通道14-溫度控制儀15-溫度控制手自動切換及調(diào)節(jié)旋鈕16-加熱管啟動按鈕17-加熱管停止按鈕18-熱流體風(fēng)機(jī)電源開關(guān)19-變頻器電源開關(guān)換熱器溫度接口：從左到右1～12個(gè)口分別為板式換熱器、列管換熱器、套管換熱器的冷流體進(jìn)出口溫度和熱流體進(jìn)出口溫度，實(shí)驗(yàn)時(shí)，把相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的對象溫度接到溫度巡檢儀的1～4個(gè)通道。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：1．熟悉實(shí)驗(yàn)裝置及使用儀表的工作原理和功能。2．按順流（或逆流）方式調(diào)整冷流體換向閥門的開或關(guān)。順流時(shí)，打開閥2、閥3，關(guān)閉閥4、閥5；逆流時(shí)，打開閥4、閥5，關(guān)閉閥2、閥3。3．打開所要實(shí)驗(yàn)的換熱器相關(guān)閥門，關(guān)閉其他換熱器的相關(guān)閥門。（二）實(shí)驗(yàn)操作：1．接通電源：打開傳熱儀表電源開關(guān)，打開熱流體風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，按下加熱管啟動按鈕，開始加熱，溫度一般控制在70℃2．熱流體溫度、熱流體流量的調(diào)整控制：（1）手動控制：將儀表柜內(nèi)的儀表面板上的“冷流量手自動切換”、“熱流體溫度手自動切換”打到手動位置，然后通過調(diào)節(jié)各自的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)；（2）自動控制：將儀表柜內(nèi)的儀表面板上的“冷流量手自動切換”、“熱流體溫度手自動切換”打到自動位置，然后在實(shí)驗(yàn)監(jiān)控及過程控制實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行自動整定調(diào)節(jié)控制。3．打開變頻器電源開關(guān)，控制冷流體流量，調(diào)整一個(gè)實(shí)驗(yàn)的冷流量，等系統(tǒng)運(yùn)營穩(wěn)定后記錄下冷流體流量、冷流體進(jìn)口溫度、冷流體出口溫度；記錄熱流體流量、熱流體進(jìn)口溫度、熱流體出口溫度。把這些測試結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)登記表中。4．改變冷流體流量，進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，并把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中。5．若需改變流動方向（順-逆流）的實(shí)驗(yàn)，反復(fù)上述環(huán)節(jié)2～4，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)一方面按下加熱管電源停止按鈕，停止加熱，20分鐘后等熱流體溫度降到50℃（三）實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制范圍：1．熱流體溫度控制范圍：60～70℃2．冷流體流量控制范圍：10～30m33．熱流體流量控制范圍：10～30m3五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決１．?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算熱流體放熱量；冷流體放熱量；平均換熱量；熱平衡誤差；對數(shù)傳熱溫差；傳熱系數(shù)F—換熱器的換熱面積注：熱、冷流體的質(zhì)量流量m1，m2是根據(jù)修正后的流量計(jì)體積流量讀數(shù)V1，V2再換算成的質(zhì)量流量值２．繪制熱性能曲線，并作比較：（1）以傳熱系數(shù)為縱坐標(biāo)，冷（熱）流體流量為橫坐標(biāo)繪制傳熱性能曲線；（2）對三種不同型式的換熱器傳熱性能進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．熱流體的加熱溫度不得超過80℃2．開機(jī)時(shí)先啟動風(fēng)機(jī)再啟動加熱管電源。3．停機(jī)時(shí)應(yīng)先停止加熱管電源，20分鐘后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源。實(shí)驗(yàn)十吸取裝置實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解填料塔吸取裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2．掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；3．了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響；二、基本原理氣體吸取是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、便宜，所以氣體吸取實(shí)驗(yàn)常選擇CO2作為溶質(zhì)組分。本實(shí)驗(yàn)采用水吸取空氣中的CO2組分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使預(yù)先將一定量的CO2氣體通入空氣中混合以提高空氣中的CO2濃度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸取的計(jì)算方法可按低濃度來解決，并且此體系CO2氣體的解吸過程屬于液膜控制。因此，本實(shí)驗(yàn)重要測定Kxa和HOL。1．計(jì)算公式填料層高度Z為式中：L——液體通過塔截面的摩爾流量，kmol/(m2·s)；Kxa——以△X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3·s)；HOL——液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL——液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸取因數(shù)A=L/mG2．測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測得空氣和水的流量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件（溫度和壓力）和有關(guān)公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定填料層高度Z和塔徑D；（3）測定塔頂和塔底氣相組成y1和y2；（4）平衡關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的平衡關(guān)系可寫成y=mx式中： m——相平衡常數(shù)，m=E/P；E——亨利系數(shù)，E＝f(t)，Pa，根據(jù)液相溫度由附錄查得；P——總壓，Pa，取1atm。對清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1。三、實(shí)驗(yàn)裝置1．裝置流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。本實(shí)驗(yàn)裝置流程：由自來水來的水經(jīng)離心泵加壓后送入填料塔塔頂經(jīng)噴頭噴淋在填料頂層。由壓縮機(jī)送來的空氣和由二氧化碳鋼瓶來的二氧化碳混合后，一起進(jìn)入氣體中間貯罐，然后再直接進(jìn)入塔底，與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量的互換，由塔頂出來的尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)后放空，由于本實(shí)驗(yàn)為低濃度氣體的吸取，所以熱量互換可略，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)作是等溫操作。圖中：1、2-手閥3-取樣口4-排氣口5-取樣口6-有機(jī)玻璃塔節(jié)7-噴淋頭8-壓力表9-氣體流量調(diào)節(jié)閥門10-氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)11-氣體取樣口12-氣體溫度傳感器13-儀表控制箱14-液體溫度傳感器15-液體流量調(diào)節(jié)閥16-液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)17-壓力表18-壓力定值調(diào)節(jié)閥19-空氣壓縮機(jī)20-CO2鋼瓶21-減壓閥2．重要設(shè)備（1）吸取塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，填料層總高度1200mm。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料：金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，規(guī)格：Φ100×100。（3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)；介質(zhì)條件最大流量最小刻度標(biāo)定介質(zhì)標(biāo)定條件空氣4m30.4m3空氣20℃1.0133×105CO2250L/h25L/h空氣20℃1.0133×105水600L/h60L/h水20℃1.0133×105（4）空壓機(jī)：壓力0.8MPa，排氣量0.08m3（5）二氧化碳鋼瓶鋼瓶；四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（1）熟悉實(shí)驗(yàn)流程及弄清氣相色譜儀及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項(xiàng)；（2）打開儀表電源開關(guān)；（3）啟動液體調(diào)節(jié)閥門，讓水進(jìn)入填料塔潤濕填料，仔細(xì)調(diào)節(jié)液體調(diào)節(jié)閥門，使液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量穩(wěn)定在某一實(shí)驗(yàn)值。（塔底液封控制：仔細(xì)調(diào)節(jié)閥門2的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣；（4）啟動空壓機(jī)，打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時(shí)針為開，逆時(shí)針為關(guān)），使其壓力穩(wěn)定在0.1～0.2Mpa左右；（5）調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量，使其穩(wěn)定在某一值；（6）待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計(jì)的讀數(shù)，并讀取各溫度讀數(shù)，進(jìn)行取樣并分析出塔頂、塔底氣相組成；（7）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，再關(guān)閉空壓機(jī)電源開關(guān)，清理實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場地。2．注意事項(xiàng)（1）固定好操作點(diǎn)后，應(yīng)隨時(shí)注意調(diào)整以保持各量不變。（2）在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定期間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。（3）由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時(shí)一定要仔細(xì)認(rèn)真，這是做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.將原始數(shù)據(jù)列表。2.在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖表達(dá)二氧化碳解吸時(shí)體積傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度與氣體流量的關(guān)系。3.列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算示例。實(shí)驗(yàn)十一篩板精餾塔裝置實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解連續(xù)精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及流程。2．掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。3．學(xué)會板式精餾塔全塔效率、單板效率和填料精餾塔等板高度的測定方法。4．?dāng)M定部分回流時(shí)不同回流比對精餾塔效率的影響。二、基本原理圖1精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1．全塔效率ET圖1精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置流程圖全塔效率ET＝NT/NP，其中NT為塔內(nèi)所需理論板數(shù)，NP為塔內(nèi)實(shí)際板數(shù)。板式塔內(nèi)各層塔板上的氣液相接觸效率并不相同，全塔效率簡樸反映了塔內(nèi)塔板的平均效率，它反映了塔板結(jié)構(gòu)、物系性質(zhì)、操作狀況對塔分離能力的影響，一般由實(shí)驗(yàn)測定。式中NT由已知的雙組分物系平衡關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)測得塔頂產(chǎn)品組成XD、料液組成XF、熱狀態(tài)q、殘液組成XW、回流比R等，即能用圖解法求得。2．單板效率EM是指氣相或液相通過一層實(shí)際塔板前后的組成變化與通過一層理論塔板前后的組成變化的比值。3．等板高度（HETP）等板高度（HETP）是指與一層理論塔板的傳質(zhì)作用相稱的填料層高度。它的大小取決于填料的類型、材質(zhì)與尺寸，受系統(tǒng)物性、操作條件及塔設(shè)備尺寸的影響，一般由實(shí)驗(yàn)測定。對于雙組分物系，根據(jù)平衡關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)測得塔頂產(chǎn)品組成XD、料液組成XF、熱狀態(tài)q、殘液組成XW、回流比R和填料層高度Z等有關(guān)參數(shù)，用圖解法求得理論板數(shù)后，即可擬定：HETP＝Z/NT。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置為篩板塔，其特性數(shù)據(jù)如下：1．不銹鋼篩板塔塔內(nèi)徑D內(nèi)＝68mm，塔板數(shù)NP＝10塊。塔釜液體加熱采用電加熱，塔頂冷凝器為盤管換熱器。供料采用磁力驅(qū)動泵進(jìn)料。篩板精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：1-可移動框架2-塔釜液位指示器3-塔釜排污閥4-電加熱管5-塔釜溫度傳感器6-閥17-進(jìn)料泵8-進(jìn)料取樣口9-閥210-進(jìn)料轉(zhuǎn)子流量計(jì)11-閥312-閥413-閥514-原料罐排污閥15-原料罐排空閥16-禁錮腳17-移動輪子18-冷凝器19-冷凝盤管20-塔頂排氣管21-玻璃視盅22-進(jìn)料閥門123-冷卻水閥門24-進(jìn)料口閥門225-塔板溫度傳感器（共9層）26-冷卻水調(diào)節(jié)閥門27-液相取樣口28-氣相取樣口29塔釜加料漏斗30-塔頂出料溫度傳感器31-回流分派器電磁閥32-回流緩沖罐33-回流溫度傳感器34-回流轉(zhuǎn)子流量計(jì)35-成品取樣口36-成品罐排空閥37-閥638-閥739-成品罐40-成品罐排污閥41-原料罐圖3配料管路圖1-塔釜排污閥2-閥83-閥94-閥25-閥36-閥47-閥58原料罐排污閥9-閥1010-循環(huán)泵11-塔釜排空閥12-塔釜13-閥614-成品罐排空閥15-閥1116-閥717-成品罐18-成品罐排污閥19-原料罐排空閥20-原料罐圖2-3儀表控制板2．儀表控制面板圖2-3儀表控制板1-空氣開關(guān)2-總電源指示燈3-電加熱管電壓指示儀表4-塔釜溫度控制儀5-1號溫度巡檢儀（1通道檢測第一層塔板溫度6-2號溫度巡檢儀7-儀表電源指示燈8-儀表電源開關(guān)9-進(jìn)料泵電源指示燈10-進(jìn)料泵電源開關(guān)11-循環(huán)泵電源指示燈12-循環(huán)泵開關(guān)13-加熱管啟動按鈕14-加熱管停止按鈕四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)： 1.配料（1）把純凈水和酒精質(zhì)量配置成質(zhì)量濃度為16%～19%的溶液，關(guān)閉成品罐排污閥、閥5、閥2、閥1、打開成品罐排空閥和閥7，把配好的濃液從成品罐排空閥上的漏斗加至成品罐2／3以上。（2）關(guān)閉閥9、塔釜排污閥和閥8，打開塔釜排空閥和閥2，讓濃液從成品罐流入塔釜中，至塔釜2／3處，關(guān)閉閥2和塔釜排空閥。（3）關(guān)閉原料罐排空閥、閥10、閥3和閥4打開原料罐排空閥和閥5讓成品罐剩下中的溶液所有流到原料罐中，完畢之后關(guān)閉閥5，關(guān)上原料罐排空閥剩很小一個(gè)縫。2.加熱（1）打開閥6，關(guān)上閥11、閥7、進(jìn)料閥1和進(jìn)料閥2，成品罐的排空閥開一個(gè)很小的縫。（2）打開塔頂排氣管的閥門，加熱之前一定要檢查。（3）檢查塔釜、成品罐和原料罐上的液位指示器上的閥門是否打開，沒有打開的一定要打開，順時(shí)針方向關(guān)閉，逆時(shí)針方向打開。（4）檢查冷卻水流通是否正常。（5）打開控制柜上的電源開關(guān)，把加熱管手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到手動，把電加熱罐手動調(diào)節(jié)旋鈕輕輕按逆時(shí)針方向旋到底。打開儀表電源，儀表電源指示燈亮，輕輕按一下電加熱管啟動按鈕。啟動指示燈亮。按順時(shí)針方向輕輕旋轉(zhuǎn)電加熱管調(diào)節(jié)按鈕，電壓表的電壓緩緩升起，把電壓調(diào)到100V～150V之后開始加熱。3.全回流（1）當(dāng)加熱到玻璃視盅中的塔板有蒸汽上升時(shí)，適當(dāng)打開冷卻水調(diào)節(jié)閥門。（2）適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)加熱電壓，不要出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。（3）但塔板各層的溫度，回流的流量都穩(wěn)定之后，分別取塔頂樣品、塔釜?dú)堃簶悠?、原料樣品送到色譜儀中化驗(yàn)，把數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)解決軟件中，就可計(jì)算出全回流下的全塔平均效率。4.從各層塔板取出氣相和液相樣品，送到色譜儀中分析，可得出相應(yīng)塔板的單板效率。5.部分回流（1）全回流穩(wěn)定之后，打開回流分派器電源，打開閥3、進(jìn)料口閥門2、閥6，打開進(jìn)料泵電源，調(diào)節(jié)進(jìn)料口2閥門和閥4來調(diào)節(jié)進(jìn)料流量。（2）回流分派儀表的分派比一般設(shè)為1：4或1：3.（3）待部分回流穩(wěn)定后，取塔頂樣品、塔釜?dú)堃簶悠?、原料樣品送到塞譜中化驗(yàn)，把數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)解決軟件中，就可計(jì)算出部分回流下的全塔平均效率。6.結(jié)束實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)上進(jìn)料泵電源，回流比分派器電源，電加熱罐電源。（2）打開成品罐放空閥、原料罐上的放空閥、閥8、閥10和11閥，關(guān)上閥6和閥3，打開循環(huán)泵電源，把塔釜和原料罐的料達(dá)成成品罐中混合，打完之后關(guān)上成品罐和原料罐上的所有閥門，關(guān)上儀表電源和總電源，為下次重做實(shí)驗(yàn)做好實(shí)驗(yàn)。注意事項(xiàng)：（1）實(shí)驗(yàn)前，必須手動（電壓為100V）給釜中緩緩升溫，30min后再進(jìn)行塔釜溫度手自動控制，否則會因受熱不均而導(dǎo)致玻璃視盅炸裂。（2）塔頂放空閥一定要打開。（3）料液一定要加到設(shè)定液位2/3處方可打開加熱管電源，否則塔釜液位過低會使電加熱絲露出干燒致壞。（4）部分回流時(shí)，進(jìn)料泵電源啟動前務(wù)必打開進(jìn)料閥，否則會損害進(jìn)料泵。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告１．將塔頂、塔底溫度和組成等原始數(shù)據(jù)列表。２．按全回流和部分回流分別計(jì)算理論板數(shù)。３．計(jì)算全塔效率、單板效率或等板高度。４．分析并討論實(shí)驗(yàn)過程中觀測到的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)十二填料精餾塔系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解連續(xù)精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及流程。2．掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。3．學(xué)會填料精餾塔等板高度的測定方法。4．?dāng)M定部分回流時(shí)不同回流比對精餾塔效率的影響。二、基本原理等板高度（HETP）等板高度（HETP）是指與一層理論塔板的傳質(zhì)作用相稱的填料層高度。它的大小取決于填料的類型、材質(zhì)與尺寸，受系統(tǒng)物性、操作條件及塔設(shè)備尺寸的影響，一般由實(shí)驗(yàn)測定。對于雙組分物系，根據(jù)平衡關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)測得塔頂產(chǎn)品組成XD、料液組成XF、熱狀態(tài)q、殘液組成XW、回流比R和填料層高度Z等有關(guān)參數(shù)，用圖解法求得理論板數(shù)后，即可擬定：HETP＝Z/NT。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置為填料精餾塔，其特性數(shù)據(jù)如下：塔內(nèi)徑D內(nèi)＝68mm，塔內(nèi)填料層總高度Z=1.6m（亂堆），進(jìn)料位置距填料層頂面1.2m處，即精餾段填料層高為1.2m，提餾段填料層高0.4米。填料為不銹鋼高效θ環(huán)，其尺寸為Ф10×10mm填料精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)： 1.配料（1）把純凈水和酒精質(zhì)量配置成質(zhì)量濃度為16%~19%的溶液，關(guān)閉成品罐排污閥、閥5、閥2、閥1、打開成品罐排空閥和閥7，把配好的濃液從成品罐排空閥上的漏斗加至成品罐2／3以上。（2）關(guān)閉閥9、塔釜排污閥和閥8，打開塔釜排空閥和閥2，讓濃液從成品罐流入塔釜中，至塔釜2／3處，關(guān)閉閥2和塔釜排空閥。（3）關(guān)閉原料罐排空閥、閥10、閥3和閥4打開原料罐排空閥和閥5讓成品罐剩下中的溶液所有流到原料罐中，完畢之后關(guān)閉閥5，關(guān)上原料罐排空閥剩很小一個(gè)縫。2.加熱（1）打開閥6，關(guān)上閥11、閥7、進(jìn)料閥1和進(jìn)料閥2，成品罐的排空閥開一個(gè)很小的縫、。（2）打開塔頂排氣管的閥門，加熱之前一定要檢查。（3）檢查塔釜、成品罐和原料罐上的液位指示器上的閥門是否打開，沒有打開的一定要打開，順時(shí)針方向關(guān)閉，逆時(shí)針方向打開。（4）檢查冷卻水流通是否正常。（5）打開控制柜上的電源開關(guān)，把加熱管手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到手動，把電加熱罐手動調(diào)節(jié)旋鈕輕輕按逆時(shí)針方向旋到底。打開儀表電源，儀表電源指示燈亮，輕輕按一下電加熱管啟動按鈕。啟動指示燈亮。按順時(shí)針方向輕輕旋轉(zhuǎn)電加熱管調(diào)節(jié)按鈕，電壓表的電壓緩緩升起，把電壓調(diào)到100V～150V之后開始加熱。3.全回流（1）當(dāng)加熱到玻璃視盅中的塔板有蒸汽上升時(shí)，適當(dāng)打開冷卻水調(diào)節(jié)閥門。（2）適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)加熱電壓，不要出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。（3）但塔板各層的溫度，回流的流量都穩(wěn)定之后，分別取塔頂樣品、塔釜?dú)堃簶悠?、原料樣品送到色譜中化驗(yàn)，把數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)解決軟件中，就可計(jì)算出全回流下的全塔平均效率。4.從各層塔板取出氣相和液相樣品，送到色譜儀中分析，可得出相應(yīng)塔板的單板效率。5.部分回流（1）全回流穩(wěn)定之后，打開回流分派器電源，打開閥3、進(jìn)料口閥門2、閥6，打開進(jìn)料泵電源，調(diào)節(jié)進(jìn)料口2閥門和閥4來調(diào)節(jié)進(jìn)料流量。（2）回流分派儀表的分派比一般設(shè)為1：4或1：3。（3）待部分回流穩(wěn)定后，取塔頂樣品、塔釜?dú)堃簶悠?、原料樣品送到塞譜中化驗(yàn)，把數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)解決軟件中，就可計(jì)算出部分回流下的全塔平均效率。6.結(jié)束實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)上進(jìn)料泵電源，回流比分派器電源，電加熱罐電源。（2）打開成品罐放空閥、原料罐上的放空閥、閥8、閥10和11閥，關(guān)上閥6和閥3，打開循環(huán)泵電源，把塔釜和原料罐的料達(dá)成成品罐中混合，打完之后關(guān)上成品罐和原料罐上的所有閥門，關(guān)上儀表電源和總電源，為下次重做實(shí)驗(yàn)做好實(shí)驗(yàn)。注意事項(xiàng)：（1）實(shí)驗(yàn)前，必須手動（電壓為100V）給釜中緩緩升溫，30min后再進(jìn)行塔釜溫度手自動控制，否則會因受熱不均而導(dǎo)致玻璃視盅炸裂。（2）塔頂放空閥一定要打開。（3）料液一定要加到設(shè)定液位2/3處方可打開加熱管電源，否則塔釜液位過低會使電加熱絲露出干燒致壞。（4）部分回流時(shí)，進(jìn)料泵電源啟動前務(wù)必打開進(jìn)料閥，否則會損害進(jìn)料泵。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告１．將塔頂、塔底溫度和組成等原始數(shù)據(jù)列表。２．按全回流和部分回流分別計(jì)算理論板數(shù)。３．計(jì)算全塔效率、單板效率或等板高度。

附件20℃時(shí)乙醇溶液的密度與質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的對照表質(zhì)量%密度Kg/m3質(zhì)量%密度Kg/m3質(zhì)量%密度Kg/m3質(zhì)量%密度Kg/m30998.232950.464881.896801.41996.433948.665879.597798.52994.534946.866877.198795.53992.835944.967874.899792.44991.036943.168872.4100789.55989.437941.169870.06987.838939.270867.77986.339937.271865.38984.840935.272862.99983.341933.173860.510981.942931.174858.111980.543929.075855.612979.144926.976853.213977.845924.777850.814976.346922.678848.415975.147920.479845.916973.948918.280843.417972.649916.081841.018971.350913.882838.519970.051911.683836.020968.652909.484833.521967.353907.185831.022965.954904.986828.423964.555902.687825.824963.156900.388823.225961.157898.089820.626960.258895.790818.027958.759893.491815.328957.160891.192812.629955.561888.893809.830953.862886.594807.131952.163884.295804.2

實(shí)驗(yàn)十三洞道干燥實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉常壓洞道式（廂式）干燥器的構(gòu)造和操作；2．測定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線；3．測定該物料的臨界濕含量X0；4．掌握有關(guān)測量和控制儀器的使用方法。二、基本原理當(dāng)濕物料與干燥介質(zhì)相接觸時(shí)，物料表面的水分開始?xì)饣?，并向周邊介質(zhì)傳遞。根據(jù)干燥過程中不同期間的特點(diǎn)，干燥過程可分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段為恒速干燥階段。在過程開始時(shí)，由于整個(gè)物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達(dá)成物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量所有用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定