化工原理實驗

關(guān)于化工原理實驗1）驗證化工單元過程的基本理論2）熟悉實驗裝置的流程、結(jié)構(gòu)以及化工中常用儀表的使用方法；3）掌握化工原理實驗的方法和技巧。4）增強工程觀點，培養(yǎng)科學(xué)實驗?zāi)芰Α?）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(jìn)行必要的分析討論，編寫完整的實驗報告。第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天⒈實驗前必須到現(xiàn)場結(jié)合實驗裝置，進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，列出原始數(shù)據(jù)記錄表，并經(jīng)指導(dǎo)教師的檢查提問合格后，方可實驗。⒉實驗操作中，要認(rèn)真思考，嚴(yán)格操作。⒊實驗結(jié)束，正確停止設(shè)備；填寫設(shè)備使用記錄；整理記錄數(shù)據(jù)，交指導(dǎo)老師檢查并在原始數(shù)據(jù)上簽字。⒋離開實驗室前，將使用的儀器設(shè)備整理復(fù)原。檢查水源、電源、汽源等是否已確認(rèn)關(guān)閉，清理衛(wèi)生。

注意：用計算機和色譜測定數(shù)據(jù)時，不要刪減或增加文件，出現(xiàn)問題要及時報告老師。第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天⒌實驗后要認(rèn)真書寫實驗報告，報告要求獨立完成，若發(fā)現(xiàn)彼此抄襲，對相關(guān)人員均降低10分以上。⒍實驗報告中，除了包括實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果的表格以及需要的標(biāo)繪曲線外，還必須有計算舉例。同組人取實驗的不同序號進(jìn)行舉例，列出全部運算過程；若發(fā)現(xiàn)同組中兩人用相同的序號進(jìn)行計算舉例，則兩人的報告均扣分（僅有1-2套數(shù)據(jù)除外）。⒎對實驗所測得的數(shù)據(jù)結(jié)果做必要的分析、討論。第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天實驗?zāi)康呐c任務(wù)實驗方法及理論依據(jù)實驗設(shè)備裝置及流程實驗操作要點及注意事項畫好實驗數(shù)據(jù)記錄表格（物理量，符號，單位，實驗現(xiàn)象）第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1.報告題目；2.實驗時間，報告人和同組人姓名；3.實驗?zāi)康模?.基本原理（要求簡單、明了）；5.實驗裝置示意流程圖及主要測試儀器儀表；6.實驗操作要點(按實際操作書寫）；7.原始數(shù)據(jù)整理列表、實驗數(shù)據(jù)處理過程（舉一示例）、實驗結(jié)果列表；8.實驗結(jié)果分析與討論；9.思考題。第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天必須做好預(yù)習(xí)，列出記錄表格，熟悉裝置和操作流程。操作一定要連續(xù)，同時做好記錄。改變條件后，待讀數(shù)和現(xiàn)象穩(wěn)定后，方可記錄數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)要精確到儀表上最小分度的下1位；不正?，F(xiàn)象及有明顯誤差的數(shù)據(jù)，也要如實記錄。操作中遇到不正?，F(xiàn)象及時跟指導(dǎo)教師溝通解決。第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1.準(zhǔn)時進(jìn)實驗室，不得遲到，原則上不得缺課。病者需總輔導(dǎo)員批條；2.遵守紀(jì)律，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行實驗，禁止在實驗室大聲喧嘩；3.在沒有弄清楚儀器設(shè)備的使用方法前，不得運轉(zhuǎn)。在實驗時要得到教師許可后方可開始操作。4.愛護(hù)儀器設(shè)備，節(jié)約水、電、氣，開閉閥門不要用力過大，以免損壞。儀器設(shè)備如有損壞，立即報告指導(dǎo)教師，并于下課前填寫破損報告單。第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天5.保持實驗室及設(shè)備的整潔。實驗完畢后將儀器設(shè)備恢復(fù)原狀并做好現(xiàn)場清理工作，衣服應(yīng)放在固定地點，不得掛在設(shè)備上。6.注意安全及防火，注意電機有無異常聲音。實驗室內(nèi)及走廊不準(zhǔn)吸煙。7.進(jìn)實驗室，要穿好實驗服，不準(zhǔn)穿拖鞋進(jìn)入實驗室；不準(zhǔn)將食物帶入實驗室。第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1.有效數(shù)字根據(jù)測量儀表的精度來確定，一般應(yīng)記錄到儀表最小刻度的十分之一位。例如，某液面計標(biāo)尺的最小分度為1mm，則讀數(shù)可以到0.1mm。如在刻度524mm與525mm的中間，則應(yīng)記524.5mm，為4位有效數(shù)。如液位恰在524mm刻度上，則應(yīng)記作524.0mm，若記為524mm，則失去了一位精密度。第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天在科學(xué)與工程中，為了清楚地表達(dá)有效數(shù)或數(shù)據(jù)的精度，通常將有效數(shù)寫出并在第1位數(shù)后加小數(shù)點，而數(shù)值的數(shù)量級由10的整數(shù)冪來確定，這種以10的數(shù)冪來記數(shù)的方法稱科學(xué)記數(shù)法。例如：0.0088應(yīng)記為8.8×10－3，88000(有效數(shù)3位)記為8.80×104。應(yīng)注意，科學(xué)記數(shù)法中，在10的整數(shù)冪之前的數(shù)字應(yīng)全部為有效數(shù)。2.科學(xué)計數(shù)法第11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天(1)加減法運算。各不同位數(shù)有效數(shù)相加減，其和或差的有效數(shù)等于其中位數(shù)最少的一個。例如測得設(shè)備進(jìn)出口的溫度分別為65.58℃與30.4℃，則溫度和：65.58(?)℃＋30.4(?)℃＝95.9(?)8(?)℃，溫度差：65.58(?)℃－30.4(?)℃＝35.1(?)8(?)℃。結(jié)果中有兩位欠準(zhǔn)值，這與有效值規(guī)則不符，故第二次欠準(zhǔn)數(shù)應(yīng)舍去，按四舍五入法，其結(jié)果應(yīng)為96.0℃與35.2℃。第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（2）乘除法計算。乘積或商的有效數(shù)，其位數(shù)與各乘、除數(shù)中有效數(shù)位數(shù)最少的相同，如測得管徑D＝50.8mm，其面積A為：A＝πD2/4=3.14/4×50.82mm2=2.03×103mm2。注意：π、e、g等常數(shù)有效位數(shù)可多可少，根據(jù)需要選取。（3）乘方與開方運算。乘方、開方后的有效數(shù)與其底數(shù)相同。（4）對數(shù)運算。對數(shù)的有效數(shù)位與其真數(shù)相同。如lg2.35＝3.71×10-1；lg4.0＝6.0×10-1。第13頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（5）在四個數(shù)以上的平均值計算中，平均值的有效數(shù)字可較各數(shù)據(jù)中最小有效位數(shù)多一位。（6）所有取自手冊的數(shù)據(jù)，其中有效數(shù)按計算需要選取，但原始數(shù)據(jù)如有限制，則應(yīng)服從原始數(shù)據(jù)。（7）一般在工程計算中取三位有效數(shù)已足夠精確，在科學(xué)研究中根據(jù)需要和儀器的可能，可以取到四位有效數(shù)字。第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)處理方法主要使用兩種1.列表法將實驗數(shù)據(jù)列成表格以表示各變量間的關(guān)系。這通常是整理數(shù)據(jù)的第一步，為標(biāo)繪曲線圖或整理成方程式打下基礎(chǔ)。實驗數(shù)據(jù)可分為原始記錄表、中間運算表和最終結(jié)果表。原始記錄表必須在實驗前設(shè)計好，可以清楚地記錄所有待測數(shù)據(jù)。第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意：表頭：物理量名稱、符號、單位（符號/單位）注意記錄數(shù)字應(yīng)與測量儀表的準(zhǔn)確度相匹配?？茖W(xué)記數(shù)法：物理量的符號×10±n/單位，10±n記入表頭物理量的實際值×10±n=表中數(shù)據(jù)表號，表題（名），盡量不跨頁“表注”實驗條件，記錄者，姓名第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2.圖示法將實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪成曲線，直觀而清晰地表達(dá)出各變量之間相互關(guān)系，轉(zhuǎn)折點變化率及其它特性，便于比較，還可以根據(jù)曲線回歸出相應(yīng)的方程式。作圖時注意：①選擇合適的坐標(biāo)，盡量使圖形直線化，以便求得經(jīng)驗方程式；②坐標(biāo)分度要適當(dāng)，使變量的函數(shù)關(guān)系表現(xiàn)清楚。第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1）坐標(biāo)紙的選擇常用的坐標(biāo)有直角坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)和半對數(shù)坐標(biāo)。實驗中常遇到的函數(shù)關(guān)系有：直線關(guān)系：y＝a＋bx，選用普通坐標(biāo)紙；冪函數(shù)關(guān)系：y＝axb，選用對數(shù)坐標(biāo)紙，因lgy＝lga＋blgx，在對數(shù)坐標(biāo)紙上為一直線。指數(shù)函數(shù)關(guān)系：y＝abx，選用半對數(shù)坐標(biāo)紙，因lgy與x呈直線關(guān)系。

此外，某變量最大值與最小值數(shù)量級相差很大時或自變量x從零開始逐漸增加的初始段，x少量增加會引起因變量極大變化。均可用對數(shù)坐標(biāo)。第18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2）坐標(biāo)分度的確定（1)測量誤差的倒數(shù)例如：

則Y軸單位：（2）若未知誤差，則實驗曲線的坐標(biāo)讀數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)與實驗數(shù)據(jù)的位數(shù)相同。一般：M=（1，2，5）×10±n（n為正整數(shù)）第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3）注意事項：（1）曲線光滑（2）定量繪制坐標(biāo)圖（變量名稱，符號/單位）（3）圖號，圖名（4）數(shù)據(jù)點用○□△●◆▲等區(qū)別開，且有標(biāo)注第20頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1.觀察板式塔各類型塔板的結(jié)構(gòu)，比較各塔板上的氣液接觸狀況。2.實驗研究板式塔的極限操作狀態(tài)，確定各塔板的漏液點和液泛點。參考化工原理教材p211-216板式塔結(jié)構(gòu)和板式塔類型第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天實驗原理各種塔板板面大致可分為三個區(qū)域，即溢流區(qū)、鼓泡區(qū)和無效區(qū)。溢流區(qū)：降液管所占的部分。鼓泡區(qū)：塔板開孔部分。無效區(qū)（破沫區(qū)）：陰影部分。第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（A）泡罩塔

（B）篩板塔

（C）浮閥塔第23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天液泛現(xiàn)象漏液現(xiàn)象霧沫夾帶現(xiàn)象第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意事項1.實驗過程中，注意塔身與下水箱的接口處應(yīng)有液封，以免漏出風(fēng)量。2.在漏液點和液泛點附近數(shù)據(jù)應(yīng)多取幾個進(jìn)行比較。3.因塔體材料為有機玻璃，所以在開啟進(jìn)氣口閥門時，要一手輕扶塔體，一手開閥門。第25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

裝置主體由直徑200mm，板間距為300mm的四個有機玻璃塔節(jié)與兩個封頭組成的塔體，配以風(fēng)機、水泵和氣、液轉(zhuǎn)子流量計及相應(yīng)的管線、閥門等部件構(gòu)成。塔體內(nèi)由上而下安裝四塊塔板，分別為有降液管的篩孔板，浮閥塔板,泡罩塔板，無降液管的篩孔板,降液管均為內(nèi)徑25mm的有機圓柱管。第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天增壓水泵調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)子流量計有降液管篩孔板有降液管浮閥塔板有降液管泡罩塔板無降液管篩孔板轉(zhuǎn)子流量計風(fēng)機進(jìn)氣閥第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1．能進(jìn)行離心泵特性曲線測定實驗，測出揚程、功率和效率與流量的關(guān)系曲線圖；

2.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)生了解玻璃轉(zhuǎn)子流量計、壓力表、倒U型差壓計以及相關(guān)儀表的原理和操作；參考化工原理教材p44-48離心泵及其性能參數(shù)、曲線第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天實驗原理2.揚程H：離心泵對單位重量（1N）的液體所提供的有效能量。單位：m液柱。

1.流量Q：離心泵在單位時間內(nèi)排送到管路系統(tǒng)的液體體積。單位：m3/h第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3.軸功率N：是單位時間內(nèi)泵軸從電機得到的功，單位W或kW。4.效率η：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是單位時間內(nèi)流體經(jīng)過泵時所獲得的實際功率，，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意事項1.一般每次實驗前，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.泵運轉(zhuǎn)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。4.泵在啟動前，必須檢查泵的出口閥是否處于關(guān)閉狀態(tài)，然后方可啟動泵；泵在關(guān)閉時，首先關(guān)閉離心泵的出口閥，然后再關(guān)泵。第32頁,共56頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)記錄離心泵型號＝

額定流量＝

額定揚程＝

額定功率＝

泵進(jìn)出口測壓點高度差H0=流體溫度t＝

℃第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1－水箱；2－離心泵；3—進(jìn)口壓力表；4－雙金屬溫度計；5－灌泵漏斗；6－出口壓力表；7－玻璃轉(zhuǎn)子流量計；8—電氣控制箱；9－離心泵的管路（利用光滑管充當(dāng)）；10—光滑管管路球閥f2；11－出口流量調(diào)節(jié)閘閥V2；第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天控制柜水箱離心泵進(jìn)口壓力表出口壓力表雙金屬溫度計局部阻力管光滑管粗糙管管路選擇球閥局部管上的閘閥出口流量調(diào)節(jié)閘閥灌泵漏斗柜第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1.了解間壁式傳熱元件，掌握給熱系數(shù)測定的實驗方法。2.掌握熱電阻測溫的方法，觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象。3.學(xué)會給熱系數(shù)測定的實驗數(shù)據(jù)處理方法，了解影響給熱系數(shù)的因素和強化傳熱的途徑。參考化工原理教材p112-133對流傳熱和傳熱計算第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天實驗原理間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量情況下，冷、熱流體系通過固體壁面（傳熱元件）進(jìn)行熱量交換，稱為間壁式換熱。達(dá)到傳熱穩(wěn)定時，有第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差熱、冷流體逆流傳熱，其對數(shù)平均溫差：P38（T-TW)m中改m為M；P39及p40公式（3-28）中的m2修改為wc）第38頁,共56頁，2024年2月25日，星期天管內(nèi)壁面與冷空氣或水的對流傳熱系數(shù)由于測定管內(nèi)壁的溫度實驗技術(shù)難度大，故采用試驗研究的手段。對流給熱系數(shù)的計算1）近似法求算對流給熱系數(shù)

化簡得到第39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2）傳熱準(zhǔn)數(shù)式求算對流給熱系數(shù)對于流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流對流傳熱時Nu—努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Re—雷諾數(shù)，Pr—普蘭特數(shù)，當(dāng)流體被加熱時n＝0.4，流體被冷卻時n＝0.3；第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天C值為一常數(shù)，管內(nèi)徑d2一定時，m也為常數(shù)。第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天冷流體質(zhì)量流量的測定實際被測流體的質(zhì)量流量：第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)處理中“2”的解決方法用1求得的對流傳熱系數(shù)，兩邊取對數(shù)，令B=lgAX=lgRe則有Y=mX+B做出一條直線，斜率為m，當(dāng)Re=1時，由縱坐標(biāo)B求出A。2.冷流體給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)式：由實驗數(shù)據(jù)作圖擬合曲線方程，確定式中常數(shù)A及m。第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意事項1.先打開水汽排空閥，注意開啟程度，開的太大會使換熱器里的蒸汽跑掉，開的太小會使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力增大而使不銹鋼管炸裂。2.一定要在套管換熱器內(nèi)管輸入一定量的空氣后，方可開啟蒸汽閥門，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，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10分鐘，以防止不銹鋼管因突然受熱、受壓而爆裂。4.操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下，否則可能造成不銹鋼管爆裂。5.確定各參數(shù)時，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時注意蒸汽量的調(diào)節(jié)和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天記錄數(shù)據(jù)第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1—風(fēng)機2—冷流體管路；

3－冷流體進(jìn)口調(diào)節(jié)閥

4—轉(zhuǎn)子流量計；5—冷流體進(jìn)口溫度；6—不凝性氣體排空閥7—蒸汽溫度；

8—視鏡；

9—冷流體出口溫度10—壓力表；11—水汽排空閥；12—蒸汽進(jìn)口閥；13—冷凝水排空閥；14—蒸汽進(jìn)口管路；15—冷流體出口管路第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天儀表柜冷流體管路轉(zhuǎn)子流量計水汽排空閥壓力表視鏡蒸汽發(fā)生器冷流體進(jìn)口調(diào)節(jié)閥蒸汽進(jìn)口閥冷凝水排空閥冷流體出口管路風(fēng)機第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1．了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2．掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；3．了解氣相色譜儀和六通閥的使用方法。參考化工原理教材p249-262填料層高度的計算及填料塔第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天實驗原理本實驗采用水吸收空氣中的CO2組分。第49頁,共56頁，2024年2月25日，星期天全塔物料衡算式：

因本實驗用清水做吸收劑，所以有X2=0低濃度吸收，則平衡關(guān)系

m—相平衡常數(shù)，m=E/P；