化工原理虚拟实验指导书.doc

化工原理课程实验指导书 食品科学与工程专业杨 明 编 佛山科学技术学院 二五年十一月 摘 要化工原理课程实验选用虚拟化工实验软件，把动画技术和数字仿真技术将设备、仪表及流程工作环境展现在计算机上，以人机对话的形式，使学生用鼠标进行实验操作，并记录所需的数据。实验数据的读取有很好的随机性，测取的数据不会重复，但实验规律是一致的，以避免相互抄袭的现象。由于该软件模拟真实实验，所测的数据与实际实验装置测取的数据接近。虚拟实验包括工作原理、装置认识、实验操作、数据处理等部分组成，每部分的操作均有详细的导引说明，当操作不当或操作错误时，机器会给出提示或禁止操作。请注意实验的每一步应仔细阅读提示，按操作导引步骤进行。本实验指导书适用食品科学与工程专业、轻化工专业，必开实验5个，选开实验3个。_化工原理课程实验指导书适用专业：食品科学与工程编审：杨明 绘图：杨明E-mail: 字数：13.8千字出版：佛山科学技术学院 印刷厂 2006年7月第2版目 录摘要 1 前言 3实验一 流体流动阻力实验 4实验二 离心泵性能实验 7实验三 过滤实验 10实验四 传热实验 13实验五 干燥实验 17实验六 吸收实验 20实验七 精馏实验 23实验八 流量计校正实验 26附录一 实验报告规范格式及评分参考 29附录二 实验项目曲线参考图 29主要参考书 祁存谦等主编.简明化工原理实验.武汉：华中师范大学出版社，1991吴重光主编.化工仿真实习指南.北京：化学工业出版社，1999前 言化工原理课程实验指导书是依据佛山科学技术学院食品科学系课程实验教学大纲编写的，是与理论课教学相配套的内容。本课程实验采用荣获第六届全国多媒体教育软件大奖赛二等奖的虚拟化工实验（中、英文网络版）软件，该软件由中山大学祁存谦教授主持完成，全国已有31省（市、区）涉及化学、化工、石油、轻纺、冶矿、电力、农林等类型的众多院校使用，受到同行的好评。本书选用该软件中的与食品专业相关的8个实验项目：流体流动阻力、离心泵性能、过滤、传热、干燥、吸收、精馏、流量计校正。通过2003级和2004级食品科学与工程专业学生的使用，对软件的实验操作部分，编者在实验指导书中作了详尽补充和提示，以利于学生的准确操作。同时在附录中列入实验内容参考曲线，使学生能模仿操作出正确曲线。在使用现代化仿真实验软件上，对于有实验设备的实验，可以起到预习实验的作用，减少设备损耗；对于无实验设备的实验，可以弥补缺少实验设备的不足。其优点是直观、简洁、方便、节省资源，可以反复操作，直到取得满意的效果为止。通过反复操作、多次练习，可以对实验原理、操作过程有更深刻的理解。对实验数据、图形的处理可采用三种方法之一：抄写法：将表格数据、曲线抄在实验指导书上，课后完成实验报告。抓屏法：将表、图通过抓屏（print screen）方法复制，打开并粘贴到word文档。通过视图工具栏图片裁剪图片颜色（灰度或黑白），以及绘图自选图形线条连接图上点的相关曲线。画图板法：将表、图通过抓屏开始程序附件画图编辑粘贴进行图片处理。在使用电脑处理表、图方法时，学生需用U盘存储word或图片，也可使用E-mail发到自己的邮箱内，再进行处理打印。实验结束后，请按程序要求关闭电脑！目前国内化工原理或食品工程原理网上精品课程的实验，均以仿真虚拟实验进行，编者认为现代化的实验教学方式，代替不了传统的实际操作手段，两者相互补充、相互融合，发挥各自的长处，才是本课程实验所走之路。由于编者水平所限，希望同学们在使用该软件和课程实验指导书中提出宝贵意见。实验一 流体流动阻力实验一、目的和要求1、学习管路摩擦阻力、摩擦因数、管件的局部阻力系数的测定方法，了解它们的变化规律。2、学习压差计、流量计的使用方法。3、学习对数坐标纸的用法。二、实验内容测定某一管位下摩擦系数与Re的关系。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、双对数坐标纸。四、实验原理1、流动阻力测定原理图图1.1 流动阻力测定原理图2、根据不同流量下所得的压差即可得流体阻力：流体在管内流动时，由于剪应力和涡流的存在，必然引起能量损耗。这种损耗包括流经直管和沿程阻力，流经管件的局部阻力。 流体在直管内流动的阻力损失hf为: 式中：l直管长度，m；d管径，m；f流体流径l米直管的压降，a（N/）；u 流体平均流速，m/s；流体密度，/m；摩擦系数，无因次；流体黏度，/（ms）实验时测出某一流量下的压力降，可计算此时的与Re ，改变流量可得的数值。五、实验步骤1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：流量计、电机、水槽、压差计、出口阀、灌水阀。2、实验操作：开启：开出口阀开灌水阀灌泵(灌满水后)关闭灌水阀和出口阀启动水泵，然后单击出口阀手柄的下方，每单击一次，增大一次，认为数据可行，单击“记录数据”，依此在最大流量范围内（3.51L/s）取10-15组数据即可。提示：第1组数据所取的流量Q0.64 L/s，方可使点内在图形之内。关闭：点击出口阀手柄的上方关闭出口阀关闭水泵返回点击数据处理3、数据处理：主要参数与公式：d =0.04m ，l=4m ，水温20时，=998/m ，=1.005厘泊 例：Q=2.0L/s=210-3m3/s，R=27mm=0.027mmHg 4、数据显示：实验数据流量Q（L/s）U管压差R（mmHg）雷诺数Re直管压降P（Pa）摩擦系数第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点的纵横坐标：用鼠标指向点，可表现出该点的纵横坐标。图1.2 Re 关联图6、自测练习：检验所学知识，进行答题。六、实验注意事项仔细阅读提示，按操作步骤进行。七、实验报告要求1、记录10组数据，以一组数据为例，列出计算过程。2、将10组数据在双对数坐标上绘出Re图线，并将结果与理论值进行比较。八、思考题1、为了测定摩擦系数需要什么仪器、仪表？要测定哪些数据？如何处理数据？ 2、实验时应如何控制流量，使实验点在Re图上分布得比较均匀。实验二 离心泵性能实验一、目的和要求1、了解离心泵的构造和工作特性。2、掌握离心泵的操作方法。 二、实验内容测定离心泵的主要性能参数，绘制离心泵的特性曲线。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、直角坐标纸。四、实验原理1、恒定转速下离心泵的主要性能参数，即送液能力（流量）Q、压头（扬程）H、轴功率N及效率间存在着一定的关系，这种关系可通过实验测定，并以曲线表示，即H-Q线、N-Q线、-Q线 ，称为离心泵的特性曲线。该曲线能直观清晰地反出泵的工作特性，是选用和确定泵的适宜操作条件的重要依据。2、实验采用的方法，是先测定泵再某一转速范围内，不同工作点的流量，压头、轴功率和效率。应当指出，电动机转速随流量增大而降低，其不同工作点是通过调节出口阀门开度改变流量而建立的。然后，再由泵的特性比例定律换成标定转速下对应工作点的性能值，即可绘出泵的特性曲线。图2.1离心泵性能测定流程图五、实验步骤1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：温度计、电机、压力表、真空表、出口阀、灌水阀。 2、实验操作：开启：开出口阀开灌水阀灌泵(灌满水后)关闭灌水阀和出口阀启动水泵，然后单击出口阀手柄的下方，每单击一次，增大一次，认为数据可行，单击“记录数据”，依此在范围内（4.82L/s），取10-15组数据。提示：所取的最大流量数据Q3.5 L/s，才能使-Q线的最大效率点出现。关闭：点击出口阀手柄的上方关闭出口阀关闭水泵返回点击数据处理3、数据处理：主要参数与公式： 例如：Q = 0.34 L/s ，Pv = 1.1860.01Mpa = 0.01186MpaPm = 2.130.1Mpa= 0.213Mpa ， N= 452W则Ne = 23.320.3410-39810 =77.8w4、数据显示： 实验数据流量Q（L/s）真空度Pv（0.01MPa）压力Pm（0.1MPa）轴功率N（w）扬程He（m）有效功率Ne（w）效率（%）第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点的纵横坐标：用鼠标指向点，可表现出该点的纵横坐标。连线：在右下角特性曲线框内，用鼠标指向H-Q线、Ne-Q线、-Q线，可出现连线，按住鼠标左键并移向框外，分别将曲线固定，然后抓屏图。图2.2泵性能曲线图6、自测练习：检验所学知识，进行答题。六、 实验注意事项仔细阅读提示，按操作步骤进行。七、 实验报告要求1、记录10组数据，以一组数据为例，列出计算过程。2、将实验数据抄回，在直角坐标图上绘出泵性能曲线。八、思考题1、 为什么泵入口真空度随流量增大而增大？为什么泵出口压力随流量增加而减小？ 2、 泵的操作中，先充水，关闭出口阀，然后启动的理论依据是什么？实验三 过滤实验一、目的和要求1、了解板框过滤机的构造、流程和操作方法。2、学习过滤方程式中过滤常数的测定方法。二、实验内容测定某一压强下，过滤方程式中的过滤常数 K、qe 、te 。设计两种测定数据的方法，各取1015组数据：1、取每隔一定体积(0.51升)需要的时间 ,然后时间和滤液体积累加。2、相同间隔时间(1535秒)取滤液体积，然后时间和滤液体积累加。自行设计体积量、间隔时间、数据组，将两种测定方法的数据、图形进行比较、分析。确定较佳的体积量、时间量。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、坐标纸。四、实验原理贮浆槽中的浆料，由压缩空气压至过滤机，测定一系列的时间的累计量。图3.1 过滤装置图在利用板框过滤机进行恒压过滤操作时，其过滤速率方程式为：(V+ Ve)= KS2(t+te) 或(q+ qe )2 = K2(t+te) 式中： V t时间内的滤液体积,m;Ve 虚拟的滤液体积,m;S 过滤面积,m ;K 过滤常数,m/s;T 过滤时间,s;te 相当于得到滤液Ve所需的时间,s;q 单位过滤面积的滤液量，m/m;qe单位过滤面积的虚拟滤液量，m/m .将式两边对q求导数得 可用增量代替 在已知的过滤面积上，对待测的物料进行恒压实验，测出一系列时刻t的累计滤液体积V，并由此算出一系列q值（=V /S），从而得出一组对应的t与q之值。而与t /q 对应的q 值应为qm ，而qm应是相邻两次q的平均值，即： 然后在直角坐标系中，以qm为自变量（横轴），以t/q为因变量（纵轴），作一直线。直线斜率为2/K，截距为2q/K。因此，可以求出K和qe。再以t=0，q=0代入式即可求出te值。五、实验步骤1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：过滤机、调料桶、搅拌机、计量槽、压力表、贮水桶、贮浆罐。 2、实验操作： 开阀门1进液点击搅拌机关阀门1；开阀门2、3、4，调节nX秒表；开始实验读取数据。 1X表示秒表时间与实验一致，nX表示秒表时间比实际时间快几倍（可通过右边按扭调节nX）。确定nX后，再单击“开始实验”，此时时间和滤液体积在不断变动，单击一次“读取数据”，即记录一组数据，再单击，再记录，在360秒范围内，读1015组数据即可。 读数提示 在实际实验操作中,往往采取另外两种读取数据的方法: a、读取每隔一定体积(0.5升)需要的时间 ,然后时间和体积累加。b、每相同间隔时间(20秒)读取滤液体积，然后时间和体积累加。 若取10、15组数据可间隔30、20秒。3、数据处理： 过滤面积：S=0.218m 实际计算公式： 过滤方程：斜率：截距： 4、数据显示：实验数据 时间 t(s)滤液量Vi (L）滤液体自变量qi（m/m）累计滤液量q(m/m)滤液体平均量qm(m/m)过滤时间t（s）t/q(s/m)第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组 5、图形显示：图3.2 t/qqm 直线图抄回实验数据,描绘t/qqm直线,根据直线的斜率和截距,求出K、qe、te的数值。六、实验注意事项*在实际操作中，检查各阀门启闭是否正确。先将板框按顺序排好，将滤布罩在框两侧面上，压紧板框，以防泄漏。将调好的悬浮液送入贮浆罐，开动搅拌机。启动压缩机，调节减压阀达到要求的压力后，打开滤液排放阀后，再开启过滤机上的悬浮液进液阀。当滤液刚刚流出管口时开始记录时间，记录从过滤开始至某一时刻累积所用时间及对应得到的累积滤液量。1、在实验准备阶段和实验结束后应停开空压机，以减轻负荷，防止空压机过热。2、滤液、滤板的安装，管路阀门的启闭必须正确以免返工。3、滤布应先润湿透，安装时，滤布孔要对准过滤机孔道，表面要拉平整，不起皱纹，否则会漏水。4、向贮浆罐内液体时，一定要先放空贮浆罐内的空气，使之保持常压，否则，罐内存有一定压力的空气，罐内这时放液就会造成液体从调料桶中喷出。七、实验报告要求1、记录10-15组数据后，以相邻组数据为例，列出计算过程并求出过滤常数 K、qe 、te2、将10-15组数据在坐标轴上绘图。八、思考题1、为什么过滤开始时，滤液有一点混浊，过一段时间才会转清？2、为什么滤板板面制成凸凹不平的，其作用是什么？3、q值是取大一点好，还是小一点好？q取值与什么因素有关？ 4、滤浆浓度与过滤压强对K值有何影响？实验四 传热实验一、目的和要求1、了解和掌握传热系数及对流传热系数的测定方法。2、学会用实验方法，将所测实验数据整理成准数方程式。3、了解并掌握热电偶和电位差计的使用及其温度测量。二、实验内容测定空气在圆形直管中作强制湍流流动时的对流传热准数关联式。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、双对数坐标纸。四、实验原理图4.1 传热装置图1、 测定传热系数K 根据传热速率方程式的得: 其中：传热速率Q，既可以用热流体的放热速率计算，也可以用冷流体的吸热速率计算。 传热推动力tm可用对数平均温度差计算。逆流时 式中：Q传热速率，J/s；K总传热系数，J/（msk）；S传热面积，m；tm平均温度差，K；Wh、Wc分别为热、冷流体的质量流量，/s；Cph、Cpc分别为热、冷流体比热，J/（k）；T1、T2热流体的进、出口温度，K；t1、t2冷流体的进、出口温度，K；l传热管长度，m；d传热管直径，m。 2、 测定传热系数 在蒸汽空气换热系统，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数与分传系数的关系为： 由于蒸汽冷凝传热系数远大于管壁对空气的传热系数，即211=K 式中：1管壁对空气的传热系数，w/（mk）；2蒸汽对空气的传热系数，w/（mk）；3、求与Re的定量关系式由因次分析法可知，流体在圆形直管中呈强制湍流时的传热系数，符合下列准数关联式：或： 式中： 定性温度下空气的导热系数，w /（mk）；u 空气的流速，m/s；空气密度，/m；空气黏度，/（ms）；Nu努塞尔特准数；Re雷诺准数；A 、n经验公式的系数；d 管内径,m；管壁对空气的传热系数，w/( mk)。本实验就是通过调节空气的流量,测得对应的传热系数,然后将流量整理为Re，将传热系数整理为Nu。再将所得的一系数NuRe数据，通过图解法或回归分析法，求得待定系数A 、n 。进而得到传热系数与Re的经验公式。五、实验步骤1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：鼓风机、疏水阀、流量计、蒸汽阀、空气阀、保险阀、电位计、冰壶。本实验装置是由套管换热器组成；空气由风机输送，经过调节阀进入换热器内管，经换热后排空。蒸汽由锅炉供给，不凝气经阀放空，蒸汽压强由压力表显示。孔板流量计的压差和计前表压由液柱压差计测定，蒸汽、空气进、出口温度由热电偶测得。 2、实验操作：先开启风机，再开蒸汽阀，然后改变空气流量，在最大流量范围内（压差计在70.5mm），读取1015组数据即可。3、数据处理： 主要参数与公式：d=0.0178m , L=1.224m , 流量系数C=0.001233 Pa=101330Pa , 室温13时, 空气Cp=1005J/K=0.0284W/mK ，空气黏度=0.02厘泊（P0为计前表压） 例题：T=120.4，t = 24， t = 78.6，R = 70 mm，P0= 4080 Pa传热系数关联式Nu=A Re n ,将数据代入公式，解方程组，求出A和n 。4、数据显示：实验 数据 孔板压差R/mm水柱计前表压P表/Pa蒸汽温度T/进口温度t/出口温度t/雷诺准数Re努塞尔准数Nu第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：点的纵横坐标：用鼠标指向点，可表现出该点的纵横坐标图4.2 NuRe关联图6、自测练习：检验所学知识，进行答题。六、实验注意事项测取数据需注意以下几点： 流量间隔（指流量压差计示值R的间隔应合理分配，以便图解时实验点能够合理分布，以对数坐标标绘实验点时，其实验点数据应成比例递增）。 流量调定后待传热稳定时，尽快测取全部数据。 调节电位计的不同档位，实验数据会发生微小的影响。七、实验报告要求1、记录10组数据后，以一组数据为例，列出计算过程,归纳公式Nu=A Re n ,求出A和n 。2、将10组数据在双对数坐标纸上绘图。八、思考题 1、当空气量增大时，传热速率Q增大，空气的出口温度下降。试用传热理论分析其原因。2、空气速率和温度对传热系数有何影响？在不同的温度下是否会得出不同的传热系数关联式？实验五 干燥实验一、目的和要求1、了解气流常压干燥设备的基本流程和工作原理。2、掌握物料干燥曲线的测定方法。二、实验内容测定物料在恒定干燥条件下的干燥曲线。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、坐标纸。四、实验原理干燥速度是指单位时间、单位面积上汽化的水分量，其微分表达式为：式中：u干燥速率，/s ；A被干燥物料汽化表面积，；t干燥时间，s；W从干燥物料中汽化的水分量，。为了便于处理实验数据，上式可改写为：若按实验数据，由干燥速率对物料的干基含水量进行标绘，即可得到干燥速率曲线。图5.1 干燥装置示意图五、实验步骤1、装置认识： 把名称卡片拖向相应目标：加热器、干燥箱、秒表、湿球温度计、天平、温度计、通风机。 由流程图可见：空气由风机输送，经孔板流量计、电加热器后进入干燥室，然后入风机循还使用。电加热器由继电器控制，保持空气温度恒定。干燥室前、后方装有干、湿球温度计，用于测定干燥室内空气状况。孔板流量计前的温度计所测温度是计算空气流量所必须的，空气流量由蝶阀调节，一般情况下不许全关闭，否则电加热器会因空气不流通而过热，引起损坏。风机进口端的片式阀门用以控制系统所吸入的新鲜空气量，出口片式阀则用于调节系统，向外界排出的废气量。2、实验操作：先单击开启风机，再单击自动读数，然后将鼠标指向天平右边的砝码并按住左键拖走，此时天平向左倾。当天平平衡时，会自动“读取数据”，此时一个秒表停止，一个秒表启动，再减重，再自动读取数据，依次类推，建议每次减重2g，读一组数据。依此从74g减重到30g左右时，取10-15组数据做出完整曲线。提示：随着湿质量减重组数的增加，天平平衡时的秒表计数时间逐渐延长，可达150-200秒，请耐心等待。3、数据处理：本实验记录数据：Wi = g; Wi+1 = g; dt = s请根据公式：A=0.0326; Wc=26.9g;计算：Xi、Xi+1、ui的数据。4、数据显示：实验 数据 试样重量（W/g）干基含水量（X）湿质量（dW/g）干燥时间（dt/s）平均干基含水量（Xi）干燥速率（10-4kg/m2s）第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示：图5.2 干燥速率曲线6、自测练习：检验所学知识，进行答题。六、实验注意事项若每次减重1g，需要增加到30组数据，才能做出完整曲线。从湿质量减重时，中间读数不可为0g，否则点在横坐标上，无法连线。注意从圆点起连成平滑曲线。实际操作中时，应首先打开空气流通阀，再开风机，最后再启动电加热器，否则空气不流通，局部受热，极易烧坏设备。七、实验报告要求1、记录15-20组数据后，以相邻组数据为例，列出计算过程。2、抄回实验数据，绘出干燥速率曲线。八、思考题 1、如果气流量温度（或气流速度、物料）不同时，干燥速率曲线有何变化？2、为什么说，同一物料如干燥速率增加，则临界含水量增大，在一定干燥速率下物料越薄，则临界含水量越小？实验六 吸收实验一、目的和要求1、了解填料吸收塔的结构、流程和操作特性。2、了解填料吸收塔的流体力学性能。二、实验内容1、测定填料塔的Pu的曲线。2、测定传热系数和压强降。三、仪器、设备和材料1、计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。2、双对数坐标纸。四、实验原理1、调节空气流量，测定吸收塔压差即可得塔的流体力学特性。2、测量空气、氨气、水的流量及尾气组成，即可算出吸收系数。图6.1 吸收装置流程图五、实验步骤 1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：表压计、风机、旁通阀、尾气分析器、稳压罐、压差计、吸收塔。 2、实验操作：首先请选择实验项目：点击左下方“测传质系数”或“测压强降”。 启动风机，单击水阀手柄下方；单击氨瓶手柄右方；单击尾气分析器的阀门下方，然后单击旁通阀上下两恻，改变空气流量，认为数据可行，单击“读取数据”。 开启风机，打开水阀至一定数值。点击旁通阀上方。点击一次，气体流量增大一次，认为数据可行，点击“读取数据”，依此在最大流量范围（40m/h），取10-15组数据即可。提示：注意点击旁通阀上方，查看显示的数据。记录数据如下：T(空气) = 21(), D(塔内径) = 0.111(m), T(水) = 20(), Z(填料层高) = 0.85 (m),L(氨) = (m/h) P(氨) = (帕斯卡)L(空气) = ( m/h) P(空气) = (帕斯卡)P(塔顶) = ( 帕斯卡) P(压差) = (帕斯卡)L(水) = ( m/h) L(尾气) = (升)3、数据处理：主要参数与公式：空气温度21, 当地气压Pa=101330Pa , 塔径D = 0.111m V0标准状态下空气流量，m/hV0使用状态下空气流量，m/hT0P0标准状态下空气温度和压强（T0=273K，P0=101330Pa） T1P1标定状态下空气温度和压强（T=273K，P=101330Pa）T2P2使用状态下空气温度和压强（T2=274K，P2=大气压+塔顶表压+塔压降=Pa+P顶+P ）例：空气温度21, 当地大气压Pa=101330Pa , 塔径D = 0.111mV=8 m/.h，P顶=1077 Pa，P=60PaP= Pa +P顶+P=101330+1077+60=102437Pa 气体空塔速度：4、数据显示：实验数据V2 （m/h）P顶(Pa)Pa (Pa)V0 (m/h)u (m/s)第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组5、图形显示： 在液体流量每小时 立方米时测压强降的数据。 图6.2 Pu关系图6、自测练习：检验所学知识，进行答题。六、实验注意事项 操作完以后，应顺序关闭氨气系统、空气系统和供水系统，其关闭方法和开启方法正好相反。七、实验报告要求1、记录“测传质系数”时的数据。2、记录10组数据后，以一组数据为例，列出计算过程。3、抄回实验数据，在双对数坐标纸上绘出Pu曲线。八、思考题1、溶剂量和气体量对传质系数怎样影响?2、从实验数据分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制？实验七 精馏实验一、目的和要求1、了解精馏塔结构和精馏塔流程。2、掌握精馏塔操作方法。 二、实验内容测定回流流量、塔顶产品流量、进料液流量、料液组成、塔顶产品组成。三、仪器、设备和材料计算机硬件配置：586以上机型、内存32M、分辨率640480以上、256色，上网操作。四、实验原理1、精流塔物料衡算方程对全塔总的物料流作衡算：(见图7.1) 图7.1全塔物料衡算图 对全塔易挥发组分物料作衡算： 式中：、分别为进料、塔顶产品、塔底产品的摩尔流率；分别为进料、塔顶产品、塔底产品的组成，摩尔分率；上列二式，尽管简单，却十分有用。2、中间加料板式塔精馏流程:(见图7.2)当进料出料操作稳定之后,测定回流流量、塔顶产品流量、进料液流量、料液组成、塔顶产品组成、进而计算理论塔板数和全塔效率。图7.2 中间加料板式塔精馏流程示意图五、实验步骤1、装置认识：把名称卡片拖向相应目标：阀、回流分配器、冷凝器、料液槽、蒸馏釜、转子流量计、产品贮槽。 2、实验操作：先单击开启动水泵，然后再单击回流量L阀门手柄下方；单击一次,增大一次，认为数据可行，单击“读取数据”。3、数据分析：本实验记录数据：F = 4 （l/h）； XF = 21.8；L = （l/h）； D = （l/h）； XD = ； Xw = 。以上均为体积百分比，馏液为乙醇的水溶液。先求：XF，XD，Xw = ？（摩尔分率）F ，L ，D = ？（kmol/h）进而求：q = ？； R = ？最后求得：NT = ？（5-7）； ET= ？（Np=15）示例：已知 F = 4L/h，XF = 21.8%(V%),L = 1.04 L/h时,读得D = 0.46 L/h, X0= 92%(V%), Xw= 12.4%(V%),求此时塔效率,计算如下：依据酒精水溶液物理参数用线性内插法求XD,Xw平均密度，平均分子量M，得：（92-90）/（95-90）=（XD-70.05）/（82.61-70.05）,XD = 75.1(mol%);(12.4-10)/(15-10 = (Xw-3.29)/(5.11-3.29),Xw = 4.16(mol%); (92-90)/(95-90) = (-829)/(811-829), = 821.8kgm;(92-90)/(95-90) = (M-37.61)/(41.5-37.61),M = 39.03kgkmol;D = (0.46/1000mh821.8kgm)/39.03 kgkmol;= 0.00969kmolh;L = (1.04/1000-821.8)/39.3 = 0.0219kmo lh;R = 2.26;精馏操作线方程为: Yn= RXn（R+1）+XD（R+1）= 0.693Xn+0.224(21.8-20)/(25-20) = (XF-6.98)/(9.11-6.98),XF = 7.75(mol%)进料沸点：（21.8-20）/（25-20）=（tF-88.22）/（86.89-88.22），tF = 87.74进料汽化热：(21.8-20)/(25-20) = (r-40420)/(40414-40420),r = 40418 kgkmo l;依据酒精水溶液的比热表，用线性内插法求平均比热。所以进料比热为：(21.8-20)/(25-20) = (Cp-85.98)/(90.01-85.98),Cp=87.43 kg/kmol (溶液定性温度为：（34+87.74）/2=61）进料状况参数q值为：q =r+Cp（tF -34）/r=40418+87.43(87.74-34)/40418 = 1.12进料方程为：Y = 1.12X/(1.12-1)-0.0775/(1.12-1) = 9.33X-0.646利用酒精-水溶液平衡数据表作图得： NT = 6.2, ET = 41%六、实验注意事项实验完毕后，关闭总电源，打开回流管路上的阀门，将馏液排尽。七、实验报告要求记录实验数据,分析实验结果。八、思考题1、是否精馏塔越高产量就越大？2、影响精馏塔操作稳定的因素有那些？ 实验八 流量计校正实验一、目的和要求1、了解孔板流量计的使用方法。2、掌握孔板流量计的流量系数，并确定流量