[工学]化工单元操作实训.ppt

化工原理实训,流动阻力测定实验,一、实验目的 （1）掌握直管与阀门阻力损失的测定方法； （2）测定摩擦系数与雷诺数、管壁粗糙度之间的关系； （3）测定阀门的阻力系数与开度之间关系； （4）学会倒U形压差计和转子流量计的使用方法。 二、基本原理 （1）直管阻力摩擦系数测定原理 流体在圆形管内作层流流动时=64/Re，湍流流动时与雷诺数和相对粗糙度有关，要实验测定，本实验要验证不同管路与雷诺数之间的关系。,m,直管阻力的计算可用范宁公式,实验是对一定长度l和管径d的水平管路进行测定，在一定流量下，利用U形压差计测出对应的压强差，由于管道为水平等径管，压强差在数值上就等于压强降pf。由范宁公式就可求得某一雷诺数下的摩擦系数值。 本实验要分别对光滑管和粗糙管进行测定。 （2）局部阻力测定原理 局部阻力计算有当量长度和阻力系数两种方法，当量长度和阻力系数均要进行实验测定，本实验仅测定阀门在不同开度的阻力系数。 局部阻力可由下式进行计算,测定阀门在一定开度下所对应的压强降，由上述公式根据对应的管内流速确定阻力系数。 三、实验装置 本装置由离心泵、各种阀门和管件、转子流量计、U形管压差计，不锈钢光滑管、镀锌粗糙管等构成。 实验介质为水，水从循环水箱由离心泵送入实验装置，经过管道系统后返回循环水箱。 流量可由转子流量计读得，压头损失可由倒U压差计或由1151压差传感器和数显表测得。装置结构尺寸见讲义。,m,实验流程,四、实验步骤及注意事项 熟悉系统流程启动离心泵管道系统排气（包括测压导管排气）系统流体静止时，倒U形压差计两臂指示液液位是否相等打开阀门，调节流量为1、1.5、2.05.0m3/h（89点），测定光滑管和粗糙管的阻力（由对应的压差计读得，单位为mmH2O），注意调节好流量后，要等一段时间再读数测定闸阀全开时阻力系数（流量设定为2，3，4m3/h，测得3个阻力，以确定平均阻力系数）关闭系统阀门停泵关闭所有仪表电源记录下流体的温度、装置号。 实验前要画好实验数据记录表。结束后实验记录要交指导老师审阅后，才能离开现场。,五、实验报告编写 （一）实验目的 （二）实验原理 （三）实验装置 （四）实验数据记录表 （五）实验数据处理 （六）思考题,实验数据处理,直管阻力实验数据处理： 根据流量、管径确定流速，根据管长、该流量下所对应的直管阻力（mH2O）代入下式，确定摩擦系数。,根据流体温度，查取流体的密度、黏度，计算该流量下的流动雷诺数Re。 计算光滑管、粗糙管每一个流量下的摩擦系数和雷诺数Re ，将处理结果列入计算结果表中（表的格式见书）。 注意：在实验报告中仅写出一组实验数据的计算过程，其他只要在计算结果表中表达出来即可。 将计算结果在 Re图上标点，并连成曲线。,全开闸阀阻力系数实验数据处理： 根据流量、管径确定流速，根据该流量下所对应的闸阀阻力（mH2O）代入下式，确定阻力系数。,计算三个流量下的阻力系数，并将其平均得全开闸阀平均阻力系数。,离心泵特性曲线测定实验,一、实验目的 （1）了解离心泵结构与特性，掌握离心泵开停车步骤； （2）测定恒定转速下离心泵扬程、轴功率、效率与流量之间的关系； （3）学会离心泵流量调节方法，掌握涡轮流量计的使用方法； （4）学会用马达天平法测量轴功率的方法。,二、基本原理 （1）流量q 的测定 由涡轮流量计测量流量，智能流量积分仪显示流量值。 （2）扬程H的测定与计算 由于泵的进出口管径相同，压力表和真空表安装在同一个高度上，只要读出压力表和真空表上的数值，由下式即可计算得扬程。,（3）轴功率的测定与计算,轴功率可按下式计算,式中 P为测功臂上所加砝码的质量，kg； L测功臂长，L=0.4867m; n泵的转速，r/min。,W,（4）泵的效率计算,式中q的单位为m3/s。,三、实验装置 四、实验步骤及注意事项 （1）打开总电源开关，仪表上电；将离心泵电源转换开关旋到直接位置，即为直接启动，此时离心泵停止按钮灯亮。 （2）打开离心泵进口阀和出口阀，打开离心泵灌水阀，对离心泵进行灌水。注意灌水阀不要开的太大，否则会损坏真空表。灌水结束后关闭灌水阀和出口阀。 （3）检查马达天平上的砝码是否已经取下。 （4）开启计算机，打开“离心泵性能特性曲线测定实验MCG”组态软件，按提示输入班级、姓名、学号以及装置号，按确定进入离心泵特性曲线实验软件，点击“恒定转速下离心泵性能曲线测定”按钮，进入实验界面。 （5）按下离心泵启动按钮，启动离心泵，运行正常后，将出口阀开到最大。开始进行离心泵实验。,（6）调节出口阀开度以改变流量，每调节好一个流量，待流量稳定之后，在马达天平上添加砝码，当平衡臂对准准星后，读取砝码重量P、转速n、流量q、水温t、真空表读数p1、压力表读数p2并做记录。流量由大到小，重复以上操作，并读取及记录每个流量下对应的数据，数据记录列表格见表。一般要测89组数据，直到流量为零。 （7）每调节好一个流量，读取和记录数据之后，可点击离心泵特性曲线实验软件界面上的“数据采集”按钮，以将实验数据记入软件数据库。 （8）实验完毕后，将砝码取下，关闭离心泵出口阀，按下离心泵停止按钮。 （9）停泵后，通知指导老师检查数据。按指导老师要求，提取计算机中已经存入的实验数据进行处理，显示处理结果（特性曲线），经指导老师检查并符合要求后，切断仪表电源及总电源，将所有阀门关闭。,五、实验数据处理,根据实验数据用以上公式计算每一个流量q下的H、N、 。并将处理结果列表。根据表中数据画出离心泵的特性曲线。,六、实验报告编写 （一）实验目的 （二）实验原理 （三）实验装置 （四）实验数据记录表 （五）实验数据处理 （六）思考题,对流给热系数测定实验,一、实验目的 （一）观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象； （二）测定水或空气与饱和水蒸气之间传热的传热系数，并得出其随流量的变化规律。 （三）掌握热电阻测温方法 （四）熟悉蒸汽发生器的使用和蒸汽压力的调节 二、基本原理,根据传热速率方程可写出,式中,由此可见只要测得冷流体的进出口温度t1、t2；蒸汽冷凝温度T；冷流体流量qV，s、换热管内径以及管长L，再由流体的平均温度确定冷流体的密度，分别求得Q，Si，tm，代入传热速率方程即可求得传热系数Ki。改变冷流体流量后可得到新的一组数据，由此得到不同的传热系数，根据结果分析传热系数随流量的变化关系。,三、给热系数测定实验装置与流程,本实验装置由蒸汽发生器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。装置如下：,水蒸汽-空气系统：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器环隙，与来自漩涡气泵的空气进行热量交换，冷凝水经管道排入地沟。冷空气经涡轮流量计进入换热器内管（紫铜管内），与水蒸气进行热交换后放空。空气流量可用阀门或变频器自动调节。 水蒸汽-水系统：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器环隙，与管内的水进行热量交换，冷凝水经管道排入地沟。水从水箱由离心泵抽出，经涡轮流量计进入换热器内管（紫铜管内），与水蒸气进行热交换后进入下水道。水的流量可用阀门或变频器自动调节。,四、实验步骤与注意事项 （一）水蒸气空气体系 1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6； 2、开启变频器，启动旋涡气泵；全开气泵出口阀10； 3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。 4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变空气流量，测定3组数据，为了保证所测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。记录数据列表。,5、停车，首先关闭阀7，停气泵、关闭发生器、仪表、电源。 （二）水蒸气水体系 1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6）； 2、启动泵，开泵出口阀，使水进入管内以排除管内空气； 3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。 4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变水流量，测定3组数据，为了保证所,测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。记录数据列表。 5、实验终了，首先关闭阀7，停泵、关闭发生器、仪表、电源。,五、实验报告编写 （一）实验目的 （二）实验原理 （三）实验装置 （四）实验数据记录表 （五）实验数据处理,实验数据处理,由所测得的qV,s，t1、t2，确定流体密度，计算Q,由所测得的t1、t2、T，计算，tm,由以上所得的Q， tm 和Si，进而确定传热系数Ki。,由所实训讲义提供的换热管长、管径确定Si,（六）思考题,板式精馏塔操作实训,一、实验目的 （一）了解连续精馏塔的基本结构及流程； （二）掌握连续精馏塔的操作方法； （三）学会板式精馏塔全塔效率的测定方法； （四）了解气相色谱仪的使用方法。 二、基本原理 全塔效率ET=NT/NP，NT为所需理论塔板数，它可通过物系的平衡关系、通过实验测定的塔顶馏出液组成xD、料液组成xF、热状态q、残液组成xW以及回流比R用图解法求得。NP为塔内实际塔板数，可见各套装置的铭牌。,三、实验装置和流程 装置采用不锈钢筛板塔，塔内径和塔板数见铭牌，塔釜采用电加热，塔顶冷凝器为列管换热器，1、2号装置加料泵采用离心泵，3、4、5号装置采用电磁微量计量泵。其流程见右图。,四、实验步骤与注意事项 （一）实验步骤 1、配制16%19%（质量分数）的酒精料液加入塔釜中，加入量到液位计2/3处。 2、检查各阀门的位置是否处于关闭状态，启动仪表电源，再启动电加热电源（开始电压为150V），使釜液缓慢升温。打开冷却水进口阀控制流量在400500L/h，以冷凝塔内上升的蒸汽，并将回流阀全开，以实现全回流操作。当回流管内有液体流动时，可将电压调到180V。 3、当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别在塔顶和塔底取样进行色谱分析，以获得馏出液和残液组成。 4、获得准确xD和xW后，先关闭电加热电源，再停掉仪表电源，待到塔板上没有液体流动时，关闭冷却水阀，关闭所有阀门，实验结束。,（二）注意事项 1、塔顶放空阀一定要打开； 2、料液加到塔釜液位计2/3处才能开始加热，否则回由于釜液位太低而烧坏电加热丝。 五、实验报告编写 （一）实验目的 （二）实验原理 （三）实验装置 （四）实验数据记录（列表） 包括：实验装置号；实际塔板数NP；色谱分析所得塔顶和塔底组成aD和aW测定值（质量分数）。 （五）实验数据处理 （六）思考题,实验数据处理 1、将所得塔顶和塔底组成换算为摩尔分数xD和xW ； 2、在教科书上查取在101.3kPa压力下乙醇水物系的平衡数据； 3、在xy图上画出乙醇水物系的平衡曲线，并画图求出在全回流操作条件下，分离要求为xD和xW情况时所需的理论塔板数NT（不包括塔釜）。 4、利用ET=NT/NP 求出塔板效率ET。,理论塔板数 NT=7-1=6层,填料吸收塔操作实训,一、实训目的 1、熟悉填料塔装置的基本结构及流程； 2、熟悉填料塔的开、停车步骤以及操作控制方法； 3、了解液量改变对吸收系数的影响； 4、观察填料塔液泛现象，了解液泛的原因和处理方法； 5、熟悉填料塔操作巡回检查内容； 6、了解气相色谱仪的使用方法。,二、基本原理 本实验采用用水吸收空气中的CO2 ，混合气中CO2的浓度控制在10%以下，可按低浓度吸收处理。又CO2在水中溶解度很小，过程可看为液膜控制过程。本实验主要测定HOL和KXa。 Z= HOLNOL,要求得体积吸收总系数KXa，就必须先求HOL，在已知填料层高度Z的条件下，若要求得HOL ，NOL应为已知， NOL与qnL/qnV、Y1、X1、X2、m等参数有关，实验过程要设法测定这些参数。,三、实训装置和流程 流程叙述（按吸收剂、混合气以及CO2的流向叙述）,四、填料塔开车 1、打开仪表电源和风机电源开关； 2、打开进水总阀，使供水量控制在350L/h左右，让水进入塔内使填料充分润湿； 3、控制塔底出水阀开度，使塔底液位稳定在一个位置，以防止塔底液封过高溢满或过低而泄气； 4、打开尾气阀、打开空气进气阀，调节空气流量在5m3/h ； 5、调节尾气阀开度，使塔内压力稳定在20kPa（表）左右。,五、吸收系数的测定 1、当开车步骤完成并系统达稳定后打开CO2钢瓶的总阀，调节减压阀并使其压力稳定在200kPa； 2、打开二氧化碳进气阀，调节二氧化碳流量在100L/h ； 3、操作稳定后，读取各流量计的数值，以及操作温度、压力等参数，通过六通阀在线取样（稳定后5min），利用色谱分析出塔顶、塔底气相组成aW2、aW1（质量分数），将所得数据填入数据记录表，并计算吸收系数； 4、将供水量增加到500L/h，重复（3），比较气量不变的情况下，吸收剂量的增加对吸收系数的影响，并得出结论。 六、停车步骤 1、关闭二氧化碳进气阀，关闭空气进口阀，关闭风机电源；,2、关闭进水阀，停止向系统输送吸收剂； 3、关闭CO2钢瓶的总阀，关闭仪表电源开关，拉下总电源，关闭其他设备的进出口阀门。 4、清理、打扫场地。 六、巡回检查和操作控制 1、检查操作温度、压强变化情况，及时记录，当发现压强变化时，分析发生原因，及时处理； 2、检查水、空气以及二氧