化工原理实验报告.docx

本科生实验报告实验课程 化工原理 学院名称 材料与化学化工学院 专业名称 学生姓名 学生学号 指导教师 曾英 、曹语晴 实验地点 测试楼 实验成绩 二 年 月 二 年 月40实验一 管路流体阻力的测定 同组实验同学： 一、实验目的 研究管路系统中的流体流动和输送，其中重要的问题之一，是确定流体在流动过程中的能量损耗。 流体流动时的能量损耗（压头损失），主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力（直管阻力）和局部阻力两大类。 本实验的目的，是以实验方法直接测定摩擦系数和局部阻力系数。二、实验原理 当不可压缩流体在圆形导管中流动时，在管路系统内任意二个截面之间列出机械能衡算方程为或 式中；Z一流体的位压头，m液柱； P流体的压强，Pa； U一流体的平均流速，ms-1 h；一单位质量流体因流体阻力所造成的能量损失，Jkg-1 Hf一单位重量流体因流体阻力所造成的能量损失，即所谓压头损失，m 液柱；符号下标1和2分别表示上游和下游截面上的数值。 假若：（1）水作为试验物系，则水可视为不可压缩流体； （2）试验导管是按水平装置的，则Z1=Z2； （3）试验导管的上下游截面上的横截面积相同，则u1=u2.因此（1）和（2）两式分别可简化为 由此可见，因阻力造成的能量损失（压头损失），可由管路系统的两截面之间的压力差（压头差）来测定。 当流体在圆形直管内流动时，流体因摩擦阻力所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式： 或 式中；d一圆形直管的管径，m； l一圆形直管的长度，m； 一摩擦系数，【无因次】。 大量实验研究表明：摩擦系数又与流体的密度和粘度,管径d、流速u和管壁粗糙度有关。应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度d存在函数关系，即 通过实验测得和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当Re2000时，摩擦系数与管壁粗糙度无关。当流体在直管中呈湍流时，不仅与雷诺数有关，而且与管壁相对粗糙度有关。 当流体流过管路系统时，因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力，所造成的能量损失（压头损失），有如下一般关系式： 或 式中：u一连接管件等的直管中流体的平均流速，m s-1； 一局部阻力系数【无因次】。 由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂，各种局部阻力系数的具体数值，都需要通过实验直接测定。三、实验装置 本实验装置主要是由循环水系统（或高位稳压水槽）、试验管路系统和高位排气水槽串联组合而成，每条测试管的测压口通过转换阀组与压差计连通。 压差由一倒置U形水柱压差计显示。孔板流量计的读数申另一倒置U形水柱压差计显示。该装置的流程如图2-1所示。图2-1 管路流体阻力实验装置流程1 循环水泵；2光滑试验管3粗糙试验管4扩大与缩小试验管；5孔板流量计；6阀门；7.转换阀组；8.高位排气水槽 试验管路系统是由五条玻璃直管平行排列，经U形弯管串联连接而成。每条直管上分别配置光滑管、粗糙管、骤然扩大与缩小管、阀门和孔板流量计。每根试验管测试段长度月两测压口距离均为 0.6m。流程图中标出符号 G和 D分别表示上游测压口（高压侧）和下游测压口 低压侧）。测压口位置的配置，以保证上游测压口距U形弯管接口的距离，以及下游测压口距造成局部阻力处的距离，均大于50倍管径。 作为试验用水，用循环水泵或直接用自来水由循环水槽送入试验管路系统，由下而上依次流经各种流体阻力试验管，最后流人高位排气水槽。由高位排气水槽溢流出来的水，返回循环水槽。 水在试验管路中的流速，通过调节阀加以调节。流量由试验管路中的孔板流量计测量，并由压差计显示该数。 四、实验方法 实验前准备工作须按如下步骤顺序进行操作： （1）先将水灌满循环水槽，然后关闭试验导管入口的调节阀，再启动循环水泵。待泵运转正常后，先将试验导管中的旋塞阀全部打开，并关闭转换阀组中的全部旋塞，然后缓慢 开启试验导管的入口调节阀。当水流满整个试验导管，并在高位排气水槽中有溢流水排出 时，关闭调节阀，停泵。 （2）检查循环水槽中的水位，一般需要再补充些水，防止水面低于泵吸入口。 （3）逐一检查并排除试验导管和联接管线中可能存在的空气泡。排除空气泡的方法是，先将转换阀组中被检一组测压口旋塞打开，然后打开倒置U形水柱压差计顶部的放空阀，直至排尽空气泡再关闭放空阀。必要时可在流体流动状态下，按上述方法排除空气泡。 （4）调节倒置U形压差计的水柱高度。先将转换阀组上的旋塞全部关闭，然后打开压差计顶部放空阀，再缓慢开启转换阀组中的放空阀，这时压差计中液面徐徐下降。当压差计中的水柱高度居于标尺中间部位时，关闭转换阀组中的放空阀。为了便于观察，在临实验前，可由压差计项部的放空处，滴入几滴红墨水，将压差计水柱染红。 （5）在高位排气水槽中悬挂一支温度计，用以测量水的温度。 （6）实验前需对孔板流量计进行标定，作出流量标定曲线。 实验测定时，按如下步骤进行操作： （1）先检查试验导管中旋塞是否置于全开位置，其余测压旋塞和试验系统入口调节阀是否全部关闭。检查毕启动循环水泵。（2）待泵运转正常后，根据需要缓慢开启调节阀调节流量，流量大小由孔板流量计的压差计显示。（3）待流量稳定后，将转换阀组中，与需要测定管路相连的一组旋塞置于全开位置，这时测压口与倒置U形水柱压差计接通，即可记录由压差计显示出压强降。 （4）当需改换测试部位时，只需将转换阀组由一组旋塞切换为另一组旋塞。例如，将G1和D1一组旋塞关闭，打开另一组G2和D2 旋塞。这时，压差计与G1和D1测压口断开，而与G2和D2测压口接通，压差计显示读数即为第二支测试管的压强降。以此类推。 （5）改变流量，重复上述操作，测得各试验导管中不同流速下的压强降。 （6）当测定旋塞在同一流量不同开度的流体阻力时，由于旋塞开度变小，流量必然会随之下降，为了保持流量不变，需将入口调节阀作相应调节。 （7）每测定一组流量与压强降数据，同时记录水的温度。实验注意事项： （1）实验前务必将系统内存留的气泡排除干净，否则实验不能达到预期效果。（2）若实验装置放置不用时，尤其是冬季，应将管路系统和水槽内水排放干净。五、实验数据记录及整理 （1）实验基本参数 试验导管的内径 d17 mm 试验导管的测试段长度l 600 mm 粗糙管的粗糙度= 0.4 mm 粗糙管的相对粗糙度/d= 0.0235 mm 孔板流量计的孔径d0= 11 mm旋塞的孔径dv= 12 mm （2）流量标定曲线 （3）实验数据实验序号1234567孔板流量计的压差计读数,R/mmHg658553497427354277198实验序号1234567孔板流量计的压差计读数,R/mmHg658553497427354277198水的流量,Vs/m3s-12.2582.071.9621.8191.6561.4651.239水的流速,u/ms-10.9950.9120.8650.8010.730.6450.546水的温度,T/24.624.524.324.92423.723.6水的密度,/kgm-3997.2997.2997.3997.1997.3997.4997.4水的粘度,104/Pas9.029.049.088.969.149.219.23光滑管压头损失,Hf1/mmH2O 64615243383125粗糙管压头损失, Hf2/mmH2O2001741561341159062旋塞压头损失（全开）Hf1/mmH2O2051791611301159264孔板流量计压头损失, Hf2/mmH2O506421377338271212153（4）数据整理实验序号1234567水的流速,u/ms-10.9950.9120.8650.8010.730.6450.546雷诺准数,Re/1.871.711.611.521.351.191光滑管摩擦系数,1/-0.0360.0410.0390.0370.040.0410.047粗糙管摩擦系数,2/-0.1120.1160.1160.1160.120.120.116孔板流量计局部阻力系数,1/-10.039.939.8910.339.999.9810.08旋塞的局部阻力系数（全开）,1/-4.064.224.233.974.244.334.22（5）标绘Re实验曲线雷诺准数,Re/0.2300.3260.3960.4610.515光滑管摩擦系数,1/-00550.0480.0480.0460.045粗糙管摩擦系数,2/-0.0710.0830.0850.0840.089孔板流量计局部阻力系数,1/-9.819.729.679.979.92旋塞的局部阻力系数（全开）,1/-0.0710.0830.0850.0840.089光滑管Re实验曲线粗糙管Re实验曲线孔板流量计Re实验曲线旋塞Re实验曲线实验二 离心泵特性曲线的测定 同组实验同学： 一、实验目的在化工厂或实验室中，经常需要各种输送机械用来输送流体。根据不同使用场合和操作要求，选择各种形式的流体输送机械。离心泵是其中最为常用的一类液体输送机械。离心泵的特性由厂家通过实验直接测定，并提供给用户在选择和使用泵时参考。本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通过实验了解离心泵的构造、安装流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关系，进而加深对离心泵的性能和操作原理的理解。二、实验原理离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。1 泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接由一定时间t内排出液体的体积V或质量m来确定。即 m3 s1 (1)或 m3 s1 (2)若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量Vs与倒置U形管压差计读数R之间存在如下关系： m3 s 1 (3)式中：Co 孔板流量系数；So 孔板的锐孔面积，m2；2 泵的扬程泵的扬程即总压头，表示单位重量液体从泵中所获得的机械能。若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以及吸入管路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出泵扬程He的计算公式：式中：PA 由真空表测得的真空度，Pa； PB 由压力表测得的表压强，Pa； Ho A、B两个截面之间的垂直距离，m； UA A截面处的液体流速，m3 s1；UA B截面处的液体流速，m3 s1。3泵的功率 在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为Vsm3 s1，扬程为He，m，被输送液体的密度为，kg m3，则泵的有效功率可按下式计算： Ne = VsHeg (5)泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率有大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直接由输入电压U和电流I测得，即N = UI (6)4泵的总效率泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际所消耗功率计算得出，即图1 离心泵特性曲线 (7)这时得到的泵的总效率除了泵的效率外还包括传动效率和电机的效率5泵的特性曲线上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是相互制约的。因此，为了准确全面的表征离心泵的性能，需在一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、与Vs之间的变化关系标绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线，如图1所示。离心泵特性曲线对离心泵的操作性能得到完整的概念，并由此可确定泵的最适宜操作状况。通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。若改变了转速，泵的特性曲线也将随之而异。泵的流量Vs、扬程He和有效功率Ne与转速之间，大致存在如下比例关系： (8)三、实验装置本实验装置主体设备为一台单级单吸离心水泵。为了便于观察，泵壳端盖用透明材料制成。电动机直接连接半敞式叶轮离心泵与循环水槽、分水槽和各种测量仪表构成一个测试系统。实验装置及其流程如图2所示。图2 离心泵实验仪流程图 1循环水槽 2底阀 3离心泵 4真空泵 5注水槽 6压力表 7调节阀8孔板流量计 9分流槽 10电流表 11调压变压器 12电压表 13倒置U形管压差计泵将循环水槽中的水，通过汲入导管汲入泵体，在汲入导管上端装有真空表，下端装有底阀（单向阀）。底阀的作用是当注水槽向泵体内注水时，防止水的漏出。水由泵的出口进入压出导管。压出导管沿程装有压力表、调节阀和孔板流量计。由压出导管流出的水，用转向导管送入分流槽。分流槽分为二格，其中一格的水可以流出用以计量，另一格的水可流回循环水槽。根据实验内容不同可用转向弯管进行切换。四、实验方法在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：1充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。2启动。启动前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调回零点，然后合闸接通电源。调节变压器至额定电压（220V），泵即随之启动。3运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、电流表、压力表和真空表指示稳定，则表明运行已经正常，即可进行实验。实验时，逐渐分步调节泵出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后，即可进行以下测量：(1)将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时，用秒表记取时间，用容器接取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率（这时要接好循环水槽的自来水水源）。(2)从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。(3)记取孔板流量计的压差计读数。(4)从电压表和电流表上读取电压和电流值。在泵的全部流量范围内，可分成8-10组数据进行测量。实验完毕后，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后再切断电源。五、实验数据记录及整理1基本参数(1)离心泵流 量：Vs = L/min扬 程：He = m H2O功 率：N = w转 速：n = r/min2实验数据将实验测得的数据，可参考下表进行记录。 实 验 序 号12345678水 温， T/ 水的密度， / kg m 3表 压 强， PB / Pa真 空 度， PA/ Pa电 压， U / V电 流， I / A3实验结果整理(1)参考下表将实验数据进行整理：n=2800r/min实 验 序 号12345流 量， L/min 扬 程， He / m实际消耗功率， N/W总的效率， /%a将实验数据整理结果标绘成离心泵的特性曲线,并给出计算式例。b.分析实验结果，判断较为合适的工作范围六、思考题1为什么流量越大，入口处真空度读数越大，出口处压力表读数越小？3 你对离心泵的操作，如先充液，密封启动，在高效区操作如何理解？4离心泵启动和关闭之前，为何要关闭出口阀？实验三 套管换热器液-液热交换系数及膜系数测定 同组实验同学： 一、实验目的1 加深对传热过程基本原理的理解；2 了解传热过程的实验研究方法。二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷热流体。热交换过程即给热-导热-给热三个串联过程组成。 若热流体在套管换热器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端测试点上的温度如图所示。则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程表示： （1）就整个热交换而言，有传热速率基本方程经过数学处理，得计算式 （2） （3）平均温度差可按下式计算： （4）由（1）和（2）联立，可得传热总系数计算式： （5）就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为： （6）根据热交换两端的边界条件，经数学推导，可得管内给热过程的速率计算式： （7）热流体与管内面之间的平均温度差可按下式计算： （8）由（1）和（7）联立可得管内传热膜系数的计算式： （9）同理可得到管外给热过程的传热膜系数的公式。 流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数与各项影响因素（管内径、流速、流体密度、流体黏度、定亚比热容和流体导热系数）之间的关系可关联成如下准数式：上式中系数a和指数m,n的具体数值需要通过实验来测定，则传热膜系数可由上式计算。例如：当流体在圆形直管内作强制湍流时，则流体被冷却时，a值可按下式计算：流体被加热时，a值可按下式计算：当流体在套管环隙内作强制湍流时，上列各式中d用当量直径de替代即可。各项物性常数均取流体进出口平均温度下的数值。图1 套管热交换器两端测试点的温度三、实验装置及流程1.恒温水槽 2.搅拌桨 3循环水泵4.转子流量计5冷水阀门6.高位稳压水槽7.冷阱四、实验步骤实验前准备工作（1）向恒温循环水槽中灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并由溢流管有水流出。（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之成粥状。将热电偶冷接触点插入冰水中，盖严盖子。（4）将恒温水槽的温度定为55，启动恒温水槽的电热器，等温度到达后即可开始实验。（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。实验操作步骤1开启冷水阀门，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。2启动循环水泵，开启并调节热水阀门使流量在60250Lh-1范围内选取若干流量值（一般不少于6组数据）进行实验测定。3每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后再通过开关依次测定各点温度。实验注意事项：（1）开始实验时，必须先向换热器通冷水，然后再启动热水泵。停止实验时，必须先停热电器，待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并停止通冷水。（2）启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。（3）在启动循环泵之前，必须先将热水调节阀门关闭，待泵运行正常后，再徐徐开启调节阀。（4）每改变一次热水流量，一定要等传热过程稳定之后，才能测数据。每测一组数据最好多重复几次。当流量和各点温度数值恒定后，表明过程已达稳定状态。实验内容：1测定套管换热器的传热总系数K五、实验记录1记录实验设备基本参数(1)内管基本参数：外径： d= mm； 壁厚：= mm； 测试段长：L= mm(2)套管基本参数：外径：d= mm； 壁厚：= mm；(3)流体流通的横截面积内管横截面积：S= 环隙横截面积：S= (4)热交换面积：内管内壁表面积：AW=内管外壁表面积：AW=平均热交换面积：A=2实验数据记录序号热水流量温度备注测试截面测试截面msT1TW1T1T2TW2T2kgs-112345673实验数据整理(1)总传热系数序号管内流速液体间温度差传热速率总传热系数备注uT1T2TmQKms-1KKKWWm-2K-11234567列出上表各项计算公式。实验四、填料塔液相传质系数的测定 同组实验同学： 一、实验目的：吸收是传质过程的重要操作，应用非常广泛。为强化吸收过程，必须研究传质过程的控制步骤，测定传质膜系数和总传质系数。 本实验采用水吸收CO2，测定填料塔的液相传质膜系数、总传质系数和传质单元高度，并通过实验确定液相传质系数和各项操作条件的关系。通过本实验，学习并掌握研究物质传质过程的一种实验方法，并加深对传质过程原理的理解。 二、实验原理： 根据双膜模型的基本假设，气相和液相的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜DA=KgA(PAPAi) (1)液膜GA=K1A（CAiCA） (2)公式中GAA组分的传质速率，kmolS-1;A两相接触面积，m2;PA气相A组分的平均分压，paPAi相界面A组分的 分压，paCA液相A组分的平均浓度，kmol.m-3Kg以分压表达推动力的气相传质膜系数，kmol.m-3K1以物质的浓度表达推动力的液相传质膜系数，m.s-1以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为：DA=KGA(PAPA*) (3)GA=KLA（CA*CA） (4)式中PA*为液相中组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，paCA*为气相中组分的实际分压所要求的饿液相平衡浓度，kmol.m-3KG为以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，kmol.m-. S-1. pa-1KL为以液相浓度表示推动力的总传质系数或简称为液相传质总系数，mS-1;若气液相平衡关遵循亨利定理：，则：（）（）当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此时，；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时。如图2所示，在逆流接触的填料塔层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质A的物料衡算可得： (a)式中为液相摩尔流率，kmolS-1;为液相摩尔密度，kmolS-1;根据传质速率基本方程，可写出该微分段的饿传质速率微分方程： (b)联立（a）和(b)两式可得， 式中为气液两相接触的比表面积，；S为填料塔的横截面积，。本实验采用水吸收，且已知在常温下溶解度较小，因此，液相摩尔流率和摩尔密度的比值，亦即液相体积流率可视为定值，且设总传质系数和两相接触比表面积，在整个填料层内为一个定植，按下列边值条件积分式可得填料层高度的计算公式： （7）令 且程为液相传质单元高度（HTU）； 且程为液相传质单元数（NTU）；因此填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即 （8）若气液平衡关系遵循亨利定律，则即可采用平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度。 （9） （10） 式中标为液相平均推动力，即因为本实验采用纯水吸收二氧化碳，则 二氧化碳的溶解度常数 式中标为水的密度，为水的摩尔质量，E为亨利系数，Pa,因此，（10）式可简化为 又因为本实验采用的物系遵循亨利定理，而且气膜阻力可以不计。在此情况下，整个传质阻力都集中在液膜，即属于液莫控制过程，则液莫体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即 对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联式，其中，SherwoodHolloway得出如下的关联式： 式中吸收质在水中的扩散系数，L液体的质量流速，液体的黏度，或液体的密度，应该注意的是关联式中和两项没有特性长度，因此，该式不是真正的无因次准数关联式，该式中A，m和n的具体数值，需在一定条件下由实验求得。三、实验装置：本实验装置由填料吸收塔、二氧化碳、高位水槽和各种测量仪器组成，其流程图如图画所示： 填料吸收塔采用直径为50毫米的玻璃柱，柱内装填直径5毫米球形玻璃填料，填充高度为300毫米，吸收质即纯二氧化碳气体由钢瓶经二次减压阀、调节阀和转子流量计，进入塔底。气体由下向上经过填料层与液相逆流接触，最后由柱顶放空。吸收剂水由高位水槽，经调节阀和流量计，进入塔顶，在喷洒而下。吸收后溶液由塔底H行管排出，U形液柱压差计用以测量塔底压强和填料塔的压强降。四、实验方法 (1)实验前，首先检查填料塔的进气阀和进水阀，以及二氧化碳二次减压阀是否均已经关严，然后打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀，将压力调至此lMPa；同时向高位稳压水槽注水，直至溢流管有适量水溢流而出。(2)缓慢开启进水调节阀，水流量可在1050Lh范围内选取。一般在此范围内选取56个数据点。调节流量时一定要注意保持高位水槽有适量溢流水流出，以保证水压稳定。(3)缓慢开启进气调节阀。二氧化碳流量一般控制在0.1mh左右为宜。(4)当操作达到稳定状态后，测量塔顶和塔底的水温和气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量。(5)溶液中二氧化碳含量的测定方法： 用吸管吸取0.1MBa(OH)溶液l0mL，放入三角瓶中，并由塔底附设的计量管滴入塔底溶液20mL，再加入酚酞指示剂数滴，最后用0.1N的盐酸滴定，直至脱除红色的瞬时为止。由空白实验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度： 式中N为标准盐酸溶液的当量浓度， V为实际滴定用量，即空白实验用量与滴定试样时用量之差值，mL： V为塔底溶液采样量，mL。五、实验数据记录及整理1、测量并记录实验基本数据（1）填料柱柱体内径：d= 填料层高度： （2）大气压力：Pa=（3）室温：Ts=（4）试剂： 氢氧化钡溶液浓度： 用量：盐酸浓度：2、实验数据实验序号12345气相塔底气温塔顶气温二氧化碳流量液相塔底液温塔顶水温水的流量塔底采样量盐酸滴定量盐酸滴定量盐酸滴定平均量3.整理实验数据，并参考下表做好记录。实验序号12345气相平均温度Tg/二氧化碳密度液相平均温度液体密度体积流率塔顶浓度塔底浓度传质速率平均推动力传质单元高度液相体积传至总系数实验五、连续填料精馏柱分离能力的测定 同组实验同学： 一、实验目的 在工厂和实验室中，连续精馏塔的应用十分广泛。在定常状态下，采用连续精馏的方法分离均相混合液，以达到精制原料和产品之目的。连续精馏塔有板式塔和填料塔两大类。如何提高连续填料精馏塔的分离能力也是重要的研究课题之一。 连续填料精馏塔分离能力的测定和评价，尚没有一个统一的标准方法。本实验采用正庚烷一甲基环己烷理想二元混合液，或乙醇一正丙醇二元混合液作为试验物系，在不同回流比下测定连续精馏塔的等板高度（当量高度）。并以精馏柱的利用系数作为优化目标、实验寻求精馏柱的最优操作条件。通过实验观察连续精馏的操作状况，掌握实验室连续精密分馏的操作技术和实验研究方法。从而增进独立解决实验室精馏问题的实际能力，并加深对连续精馏原理的理解。二、实验原理 连续填料精馏分离能力的影响因素众多，大致可归纳为三个方面：一是物性因素，如物系及其组成，汽液两相的各种物理性质等；二是设备结构因素，如塔径与塔高，填料的型式、规格、材质和填充方法等；三是操作因素，如蒸气速度，进料状况和回流比等。在既定的设备和物系中主要影响分离能力的操作变量为蒸气上升速度和回流比。 在一定的操作气速下，表征在不同回流比下的填料精馏塔分离性能，常以每米填料高度所具有的理论塔板数，或者与一块理论塔板相当的填料高度，即等板高度（HETP），作为主要指标。 在一定回流比下，连续精馏塔的理论塔板数可采用逐板计算法（Lewis-Matheson法）或图解计算法（McCabe-Thiele法）。 逐板计算法或图解法的依据，都是汽液平衡关系式和操作方程。后者只是采用绘图方法代替前者的逐板解析计算。但对于相对挥发度小的物系，采用逐板计算法更为精确。采用计算机进行程序计算，尤为快速简便。 精馏段的理论塔板数可按下列平衡关系式和精馏段操作方程，进行逐板计算：提馏段的理论塔板数又需按上列平衡关系式和提馏段操作方程进行逐板计算。提馏段操作方程为： 若进料液为泡点温度下的饱和液体，即进料中液相所占分率q= 1，则提馏段操作方程可简化为上列式中：y蒸气相中易挥发组分的含量，摩尔分率；x液相中易挥发组分的含量，摩尔分率；相对挥发度； R回流比（回流液的摩尔流率与溜出液的摩尔流率之比，即R= FlFd）；R进料比（进料摩尔流率与馏出液摩尔流率之比，即 R。FfFd）；下标n、m、d、f、l和w分别表示精馏段塔板序号、提馏段塔板序号、馏出液、进料液、回流液和釜残液。 在全回流下，理论塔板数的计算可由逐板计算法导出的简单公式，称之为芬斯克（Fenske）公式进行计算，即在全回流或不同回流比下的等板高度he可分别按下式计算：式中NT,0为全回流下测得的理论塔板数；NT为部分回流下测得的理论塔板数；h为填料层的实际高度。 显然，理论塔板数或等板高度的大小受回流比的影响，在全回流下测得的理论塔板数最多，也即等板高度为最小。为了表征连续精馏柱部分回流时的分离能力，文献中曾提出采用利用系数作为指标。精馏柱的利用系数为在部分回流条件下测得的理论塔板数NT与在全回流条件下测得的最大理论塔板数之比值，或者为上述两种条件下分别得到的等板高度之比值，即这一指标不仅与回流比有关，而且还与塔内蒸气上升速度有关。因此，在实际操作中，应选择适当操作条件，以获得适宜的利用系数。蒸气的空塔速度u0可按下式计算：式中：Ll和Ld分别为回流液和馏出液的流量，m3s1； l和v分别为回流液和柱顶蒸气的密度，kgm-3;d 为精馏柱的内径，m。回流液和蒸气的密度可分别按下列公式计算：式中wA和wB分别为回流液（或馏出液）中易挥发组分A、难挥发组分B的质量分率；A和B分别为A和B组分在回流温度下的密度，kgm-3；MA和MB分别为A和B组分的摩尔质量，kgmol-1；xA和xB分别为回流液（或馏出液）中A和B组分的摩尔分率。对于二元物系xB=1-xA；p为操作压强，Pa；T为塔内蒸气的平均温度，K；为蒸气的平均摩尔质量，kgmol-1；R为气体常数，Jmol-1K-1。三、实验装置本实验装置由连续填料精馏柱和精馏塔控制仪两部分组成。实验装置流程及其控制线路如图6-1所示。图6-1 填料塔连续填料精馏柱实验装置流程 1原料液高位瓶2转子流量计3原料液预热器4蒸馏釜5釜液受器6控制仪7单管压差计8填料分馏柱9馏出液受器10回流比调节器11分馏头12冷却水高位槽 连续填料精馏柱由精馏柱、分馏头、再沸器、原料液预热器和进出料装置四部分组成。精馏柱直径为25mm，精馏段填充高度为200mm，提馏段填充高度为150mm。分馏头由冷凝器和由电磁回流比调节器组成。再沸器（蒸馏釜）用透明电阻膜加热，容积为500mL。原料液预热器采用U形玻璃管并外敷设透明电阻膜的加热器。试验液进料和釜液出料采用平衡稳压装置。精馏塔控制仪由