化工原理实验指导书(西安科大).doc

化工原理实验指导书西安科技大学材料工程系二00二年九月目 录序 言 2第一部分 演示实验 5实验一 雷诺演示实验 5实验二 伯努利方程演示实验 6第二部分 验证型实验 7实验三 流体流动阻力的测定 7实验四 流量计的流量校正11实验五 离心泵特性曲线的测定16实验六 过滤及过滤常数的测定20实验七 换热器操作和传热系数的测定24实验八 塔板流体力学性能的测定28实验九 流化床干燥速度曲线测定32第三部分 综合型、操作型实验36实验十 填料吸收塔的操作及其吸收传质系数的测定36实验十一 板式精馏塔的操作与全塔效率的测定41实验十二 液液萃取塔的操作45序 言一、化工原理实验的特点化工原理实验属于工程实验范畴，它不同于基础课程的实验。后者面对的是基础科学，采用的方法是理论的、严密的，处理的对象通常是简单的、基本的甚至是理想的，而工程实验面对的是复杂的实际问题和工程问题。对象不同，实验研究方法也必然不同。工程实验的困难在于变量多，涉及的物料千变万化，设备大小悬殊，实验工作量之大之难是可想而知的。因此不能把处理一般物理实验的方法简单地套用于化工原理实验。数学模型方法和因次论指导下的实验研究方法是研究工程问题的两个基本方法，因为这两种方法可以非常成功地使实验研究结果由小见大，由此及彼地应用于大设备的生产设计上。例如，在因次论指导下的实验，可不需要过程的深入理解，不需要采用真实的物料、真实流体或实际的设备尺寸，只需借助模拟物料（如空气、水、黄砂等）在实验室规模的小设备中，经一些设备性的实验或理性的推断得出过程的因素，从而加以归纳和概括成经验方程。这种因次论指导下的实验研究方法，是确立解决难于作出数学描述的复杂问题的一种有效方法。数学模型方法是在对过程有充分认识的基础上，将过程作高度的概括，得到简单而不失真的物理模型，然后给予数学上的描述。这种研究方法同样可以具备以小见大，由此及彼的功能（因次论指导下的实验方法和数学模型方法反映了工程实验和基础实验的主要区别）。化工原理实验的另一目的是理论联系实际。化工由很多单元过程和设备所组成，学生应该运用理论去指导并且能够独立进行化工单元的操作，应能在现有设备中完成指定的任务，并预测某些参数的变化对过程的影响。二、基本要求1、实验研究方法及数据处理（1）掌握处理化学工程问题的两种基本实验研究方法。一种是经验的方法，即应用因次论进行实验的规划；另一种是半经验半理论的方法或数学模型方法，掌握如何规划实验，去检验模型的有效性模型参数的估值。（2）掌握最基本的经验参数和模型参数的估值方法最小二乘法。（3）对于特定的工程问题，在缺乏数据的饿情况下，学会如何组织实验以及取得必要的设计数据。2、熟悉化工数据的基本测试技术其中包括操作参数（例流量、温度、压强等）和设备特性参数（例阻力参数、传热系数、传质系数等）、特性曲线的测试方法。3、熟悉并掌握化工中典型设备的操作了解有关影响操作的参数，能在现在设备中完成指定的工艺要求。并能预测某些参数的变化对设备能力的影响，应作何调整。三、实验课教学内容及教学方法通过实验课的教学应让学生掌握科学实验的全过程，此过程应包括：（1）实验前的准备；（2）进行实验操作；（3）正确记录和处理实验数据；（4）撰写实验报告。以上四个方面是实验课的主要环节，认为实验课就是单纯进行实验“操作”的观点应该改变。为使学生对于实验有严肃的态度，严格的要求和严密的作风，我们推荐典型的实验程序如下：（1）认真阅读实验指导书和有关参考资料，了解实验目的和要求；（2）进行实验室现场预习。了解实验装置，摸清实验流程、测试点、操作控制点，此外还需了解所使用的检测仪器、仪表。（3）预先组织好34人的实验小组，实验小组讨论并拟订实验方案，预先作好分工，并写出实验的预习报告，预习报告的内容应包括：1）实验目的和内容；2）实验的基本原理及方案；3）实验装置及流程图；4）实验操作要点实验数据的布点；5）设计原始数据的记录表格。预习报告应在实验前交给实验指导教师审阅，获准后学生方能参加实验；（4）进行实验操作，要求认真细致地记录实验原始数据。操作中应能进行理论联系实际的思考；（5）实验数据的处理，如果用计算机处理实验数据，则学生还须有一组手算的计算示例；（6）撰写实验报告。撰写实验报告是实验教学的重要组成部分，应避免单纯填写表格的方式，而应由学生自行撰写成文，内容大致包括：1）实验目的和原理；2）实验装置；3）实验数据及数据处理；4）实验结果及讨论。四、学生实验守则1、遵守纪律不迟到不早退，在实验室内保持安静，不大声谈笑，遵守实验室的一切规章制度，听从教师指导。2、实验前要认真预习，作好预习报告，经教师提问通过后，方可准予参加实验。3、实验时要严格遵守仪器、设备、电路的操作规程不得擅自变更，操作前须经教师检查同意后方可接通电路和开车，操作中仔细观察，如实记录现象和数据。仪器设备发生故障严禁擅自处理，应立即报告教师。4、实验后根据原始记录、处理数据、分析问题及时作好实验报告。5、爱护仪器、注意安全、水，电，煤气，药品要节约使用。6、保持实验室整洁，废品，废物丢入垃圾箱内。7、实验完毕记录数据须经教师审查签字，做好清洁工作，恢复仪器设备原状，关好门窗，和检查水，电，气源是否关好，方可离开实验室。实验一 雷诺演示实验一、实验目的（1）观察流体在管内流动的两种不同型态；（2）确定临界雷诺数。二、基本原理流体流动有两种不同型态，即滞流（层流）和湍流（紊流）。流体作滞流流动时，其质点作平行于管轴的直线运动；湍流时流体质点在沿管轴流动的同时还作着杂乱无章的随机运动。雷诺准数是判断流动型态的数群。流体在圆管内流动时的雷诺准数可用下式表示： 式中：d 管子内径m；u 流速ms； 流体密度kgm； 流体粘度Pas。一般认为，Re2000时，流动型态为滞流；Re4000时，流动为湍流；Re数在两者之间，有时为滞流，有时为湍流，和流动环境有关。对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流速有关。本实验是改变水在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体流型的变化。进水阀出水阀水箱玻璃试验管颜色水瓶雷诺实验装置图溢流三、实验装置及描述 实验流程见图所示。本实验装置中，为了保持水箱中水位恒定和避免波动，在水箱上设一溢流口，多余的水经水箱的溢流口泄入下水道中。水通过玻璃实验管，经出口阀、转子流量计计量，然后泄入下水道。流速由出口阀调节。玻璃瓶内装有红颜色水，借助于本身的位头，经细钢针头注入玻璃管中心，由此可观察水在玻璃管中流动的状态。实验二 伯努利方程演示实验一、实验目的1、通过本实验，加深对能量互相转化概念的理解；2、观察流体流经收缩、扩大管段时，各截面上静压头之变化。三、实验原理不可压缩性流体在导管中作稳定流动时，由于导管截面的改变致使各截面上的流速不同，而引起相应的静压头之变化，其关系可由流动过程中能量衡量式描述，即： （1）对于水平玻璃导管，在忽略摩擦阻力时，则式（1）变为： （2）因此，由于导管截面发生变化所引起流速的变化，致使部分动压头转化成静压头，它的变化可由各玻璃管中水柱高度指示出来。123451、溢流槽； 2、玻璃管（带尺度）；3、文氏管；4、泵；5、水箱； 实验装置流程图abA四、装置流程实验装置如图外形尺寸：8005001800mm测试管长：700mm 管内径25mm文氏管长：300mm 循环泵：1台贮水槽：250500mm300 五、实验步骤1、 将着色(红色)水充入水箱5(以2深度为宜)，启动水泵；2、 关闭阀“b”，逐步增大阀“a”的开度，让液体充满测试管内，并排尽管内空气；3、 然后逐步增大阀“b”的开度；注意：不要让测压点“A”上的压力过低，以致于空气吸入文氏管内；4、若要增大流量，可将测压管“A”上的蝴蝶夹将橡胶管夹紧（此时假如打开此夹，可观察到文氏管喉口处为负压，气体不断被吸入）。实验三 流体流动阻力的测定一、实验目的（1）学会测定流体流经直管和管件时阻力损失的实验流程设计思路及测定摩擦系数的工程意义； （2）学会用因次分析方法解决工程实际问题；（3）学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。二、基本原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过实验研究，获得经验的计算式。其研究的基本步骤如下：1、寻找影响过程的主要因素对于所研究的过程作初步的实验和经验的归纳，尽可能地列出影响过程的主要因素。对湍流时直管阻力损失hf与诸多影响因素的关系式应为： （1）2、用因次分析法规划实验当一个过程受多个变量影响时，通常用因次分析法通过实验寻找自变量与因变量的关系，以（1）式为例，若每个自变量的数值变化10次，测取hf的值而其他自变量保持不变，6个自变量，实验次数将达106。为了减少实验工作量，需要在实验前进行规划，以尽可能减少实验次数。因次分析法是通过将变量组合成无因次数群，从而减少实验自变量的个数，大幅度地减少实验次数。定理表明：在物理方程因次一致性的条件下，任何一个方程都可化为无因次方程，无因次方程的变量数=原方程变量数基本因次数。式（1）共有7个变量数，在流体力学范畴，基本因次共有3个，它们是、，定理告诉我们：无因次数群的个数= 73 = 4则： 因次分析法可以将对式（1）的研究转变成对下式（2）4个无因次数之间关系的研究。即： （2）若实验设备已定，那么上式（2）可写为： （3）再若实验设备是水平直管，上式（3）又可写为： （4）令所以： （5）式中流体流过管件所引起的压力损失为： （6）由式（5）可知，要测定式（6）的曲线关系，若装置和物系已经确立，那么只随Re而变，实验操作变量仅是流量，改变流量的手段是阀门的开度，由阀门开度的变化达到改变流速u的目的，因此在管路中必须要安装一个流量计；在直径为d、长度为的水平直管上，引出二个测压点，并接上一个压差计；实验体系确定后，、是物性参数，它们只取决于实验温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽、泵、管件等组建成以下循环管路，见实验装置流程图。三、实验流程图1234678551、 水槽 2、泵 3、涡轮流量计 4、局部阻力阀 5、U型压差计 6、待测管道 7、放气阀 8、平衡阀阻力实验流程图四、实验步骤1、关闭控制阀，打开压差计上方的二个平衡阀、二个引压阀，启动泵；2、系统排气（1）总管排气：先将控制阀开足然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍；（2）引压管排气：依次分别对4个放气阀，开、关重复三次；（3）压差计排气：关闭二个平衡阀，依次分别打开4个放气阀，此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂冲出，开、关重复三次；3、检验排气是否彻底：将控制阀开至最大，再关至为零，看U型压差计读数，若左右读数相等，则判断系统排气彻底；若左右读数不等，则重复上述步骤2。由于系统的流量计量采用涡轮流量计，其小流量受到结构的限制，因此，从大流量做起，实验数据比较准确； 4、实验测试布点由于Re在充分湍流区时，Re的关系是直线，所以在大流量时测试点不要多；而在Re比较小时，Re的关系是曲线，所以小流量时测试点要多。先将控制阀开至最大，读取流量显示仪读数F大，然后关至水银压差计差值约0.08时，再读取流量显示仪读数F小，在F小和F大二个读数之间布1416个测试点；5、改变切换引压阀，可进行孔板流量计校核实验测定，方法同上。注意水银冲出。五、实验内容1 测定直管摩擦系数和雷诺准数的关系；2 测定流体流经阀门的阻力系数。六、原始数据记录1、一次性原始数据 = d直= t水= d局= = 2、原始数据表No流量次秒直管阻力压差计局部阻力压差计左cm Hg右cm Hg左cm Hg右cm Hg123七、过程运算表直管阻力和局部阻力过程运算表No流量L/S直管流速m/sRe10-4摩擦系数局部流速m/s阻力系数0七、实验报告1、将所得的实验数据组在双对数座标纸上绘制Re曲线图形；2、实验结果讨论与分析。八、思考题1 在启动离心泵前，为什么要注水灌泵和关闭泵的出口阀门？2 在进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？3 如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？4 在U形压差计上设置“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的？又在什么情况下它应该是关闭的？5 U形压差计的零位应如何校正？6 为什么本实验数据必须在对数坐标纸上进行标绘？7 以累计流量和时间求体积平均流量时，经常采用以下两种方法：（1） 确定流体体积，测定所需时间；（2） 确定某一定时间，测定所得到的流体体积。在使用涡轮流量积算器测定流量时，你将采用哪一种方法？为什么/8你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法。它们各有什么特点？实验四 流量计的流量校正“孔板流量计的流量校正”是工程技术课中基本实验之一，孔板流量计结构简单，加工方便，使用工况条件不苛刻，有生产实用价值。由于孔板的结构、加工精度、和使用时间的长久，都需对流量计进行校正和标定。学生通过实验的训练，达到掌握流量计校正的方法，了解流量系数及其影响因素。一、实验目的1、掌握流量计流量系数的校正(或标定)的方法；2、通过对流量计孔流系数的测定，了解孔流系数的变化规律。二、基本原理工程上是利用测定流体的压差来确定流体的速度，从而来测量流体的流量，孔板流量计就是最常用的一种。计算孔板流量计的数学模型为： 经过分析，对于测压方式、结构尺寸、加工状况均已确定的孔板流量计，其流量系数C0表示为。孔板流量计是基于流体在流动过程中的能量转换关系，由流体通过孔板压差的变化来确定流体流过管截面的流量，即： 由于缩脉处面积难以确定，所以工程上以孔口速度u0代替u2，流体通过孔口时有阻力损失；又由于流动状况的变化使缩脉位置难以确定，对所测的带来偏差，因此引入流量系数C0，从形式上简化流量计的计算式。通过实验确定C0的流量计计算式： Vs 流体的流量u0 流体在孔板的孔口处流速A0 孔口截面积Hg U形压差计中指示液水银的密度 被测流体的密度C0 流量系数孔板流量计不足之处是由于永久压强损失大。 式中，是永久压强损失，是永久阻力摩擦系数。四、实验内容1 测定孔板流量计或文氏流量计的孔流系数；2 观察孔流系数的变化规律；3 测定孔板流量计或文氏流量计的永久压强损失。五、实验装置与流程1孔板流量计：镀锌水管Dg=1，内径27mm，孔板孔径=18mm；2测量仪表：U型压差计，指示液(水银) 涡轮流量计LW25，精度0.5级，量程1.610m3/h； MMD智能流量仪上水12341循环水箱 2离心泵3孔板流量计 4涡轮流量计六、实验步骤1、水箱充水至80%；2、仪表调整：MMD智能流量仪及涡轮流量计LW25型按说明书调节；3、打开压差计上平衡阀，关闭各放气阀；4、启动循环水泵；5、排气：（1）管路排气；（2）测压导管排气；（3）关闭平衡阀，缓慢旋动压差计上放气阀，排除压差计中的气泡。注意：先排高压管后排低压管(严防压差计中水银冲走)；6、读取压差计零位读数；7、开启调节阀至最大，确定流量范围，确定实验测试点，测定孔板前后压降和经过孔板所带来的永久压降。8、改变管道中的流量，读出一系列流量Vs，压差P1、P29、记录(附表)：编号： 流量系数：10、实验装置恢复原状，打开压差计上的平衡阀，并清理实验场地。七、数据记录d管= d孔= T水= 序号流量孔板压降（cmHg）阻力损失（cmHg）次升左读数右读数左读数右读数八、过程运算表序号流速u1（m/s）流量系数C0永久损失九、实验报告：1、本实验C0=f（Re,m）对于特定孔板，m为常数，上式可写为C0=f（Re）。将所得的实验数据组在半对数座标上绘制C0Re的关系曲线，从而可确定该孔板的孔流系数C0和该孔板在工程上的测量范围。2、在对数座标上绘制永久压强损失与流速的关系曲线。3、实验结果讨论与分析十、思考题1 为什么测试中要保证系统的满灌？2 为什么测试系统要排气，任何正确排气？3 为什么孔板流量计安装时，要求前后有一定的直管稳定段？4 标绘C0Re关系曲线时，选择何种座标纸？你从所标绘的曲线，得出什么结论？5 从实验中，可以直接得到压差计读数Ru的校正曲线，经整理后也可得到C0Re曲线，这两种表示方法，各有什么优点？实验五 离心泵特性曲线的测定“离心泵特性曲线的测定”系化工原理系统重点实验之一，凡选读化工原理课程及流体力学的学生，必须完成本项实验。本实验装置是根据实验的基本要求设计的。旨在使学生了解离心泵构造和操作，学会离心泵的特性曲线的测定方法。一、实验目的1、熟悉离心泵的结构、特性和操作，掌握实验组织方式；2、学会离心泵特性曲线的测定方法，正确掌握用作图法处理实验数据。二、基本原理离心泵是一种液体输送机械，它籍助于泵的叶轮高速旋转，使充满在泵体内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心被甩至边缘，在此过程中液体获得能量，提高了静压能和动能。液体在离开叶轮进入壳体时，由于流动截面积的增大，部分动能变成静压能，进一步提高了静压能。流体获提能量的多少，不仅取决于离心泵的结构和转速，而且与流体的密度有关。当离心泵内存在空气，空气的重度远比液体的小，使离心泵所产生的离心力不足以在泵的进口处形成所需的真空度，无法吸入液体，该现象称为“气缚”。为了保证离心泵的正常操作，在启动前必须在离心泵和吸入管路内充满液体，并确保运转过程中尽量不使空气漏入。离心泵的主要性能是扬程、流量、功率、效率和转速。在一定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率均随流量的大小改变。扬程与流量的特性曲线He=f（Qe）、功率消耗与流量的特性曲线N轴=f（Qe）、以及效率与流量的特性曲线=f（Qe）是离心泵的三条特性曲线。它们与离心泵的设计、制造有关，必须由实验测定。三条特性曲线中的Qe和N轴由实验直接测定。He和可通过公式计算。由伯努力方程得： 式中：He泵的扬程，m液柱；H压强表压力表测得的表压，m液柱)；H真空表真空表测得的真空度，m液柱；h0压强表和真空表中心的垂直距离，m；u2泵出口管内流体的速度，m/s；u1泵进口管内流体的速度，m/s。流体通过泵之后，实际得到的有效功率： 其中：He离心泵的有效功率，kW；Qe离心泵的输液量，m3/s；被输送液体的密度，kg/m3。离心泵的总效率： 式中：N电电机的输入功率，kW。三、实验装置和流程213451循环水箱 2离心泵 3真空表 4压力表5流量计1 1离心泵：型2真空表：精度：1.5级，量程：00.1MPa3。压力表：精度：1.5级，量程：00.4 MPa4涡轮流量计：LW25， 精度：0.5级 ，量程1.610m3/h5MDD智能流量仪6功率表：DP3（1）W1100(单相)，精度：0.5%F.S四、实验内容 测定一定转速下的离心泵特性曲线。五、实验步骤1、开放上水阀门，水箱充水至80%。2、关闭功率表、流量计的二次仪表及调节阀。3、灌泵：开启引水阀，反复开启和关闭放气阀，尽可能排除泵体内的空气，排气结束，关闭引水阀。4、启动离心泵。5、开启各仪表开关。6、开启调节阀至最大开启度，由最大流量范围合理分割流量，进行实验布点。7、由调节阀调节流量，每次流量调节稳定后，读取各组实验数据。8、实验装置恢复原状，并清理实验场地。六、原始数据记录涡轮系数 次升进口管径= （mm）h0功率表系数=出口管径= （mm）T 流量F（次秒）压力表（MPa）真空表（MPa）功率（W）12345678910七、数据整理表序号流量（m3h）扬程H（m）功率N（KW）效率八、实验报告1、将所取得的实验数据及通过计算求得的各参数在座标纸上作出三条特性曲线；扬程和流量的特性曲线HeQe。功率消耗和流量的特性曲线N轴Qe。功率和流量的特性曲线Qe。2、实验结果讨论与分析九、思考题1 离心泵在启动前为什么要引水灌泵？如果已经引水灌泵了，但离心泵还是启动不起来，你认为可能是什么原因？2 为什么离心泵启动时要关闭出口阀和拉下功率表的开关/3 为什么调节离心泵的出口阀可调节其流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其它方法调节泵的流量？4 正常工作的离心泵，在其进口管上设阀门是否合理？为什么/5 为什么在离心泵的进口管下安装底阀？从节能观点上看，底阀的设置是否有利？你认为应如何改进？ 实验六 过滤及过滤常数的测定一、 实验目的1掌握过滤问题的简化工程处理方法，及测定过滤常数的测定；2了解板式过滤器的构造，并学会板式过滤器的操作方法。二、实验原理过滤是一种能将流体通过多孔介质，而将固体物截留，使从液体或气体中分离出来的单元操作。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加。因此在势能差不变的情况下，单位时间通过过滤介质的液体量也在不断下降，即过滤速度不断降低。过滤速度u的定义是单位时间、单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量，即： （1）式中：A 过滤面积，m； 过滤时间，s；V 通过过滤介质的滤液量，m。可以预测，在恒定压差下，过滤速度dqd与过滤时间之间有如图1所示的关系，单位面积的累计滤量q和的关系，如图2所示。图1 过滤速率与时间的关系过滤速率dq/dt时间t时间t累计滤液量q图2 累计滤液量与时间的关系影响过滤速度的主要因素除势能差(p)、滤饼厚度外，还有滤饼、悬浮液(含有固体粒子的流体)性质、悬浮液温度、过滤介质的阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。比较过滤过程与流体经过固体床的流动可知：过滤速度即为流体经过固定床的表观速度u。同时，液体在由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺范围。因此，可利用流体通过固体床压降的简化模型，寻求滤液量q与时间的关系。在低雷诺数下，可用康采尼(Kozeny)计算式，即： （2）对于不可压缩的滤饼，由上式可以导出过滤速率的计算式： （3）式中： 为形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量，m； 滤饼的比阻，mkg；悬浮液中单位体积净液体中所带有的固体颗粒量，kg/m3清液； 液体粘度，Pas； 过滤常数，m2s。在恒压差过滤时，上述微分方程积分后可得： （4）由上述方程可计算在过滤设备、过滤条件一定时，过滤一定滤液量所需要的时间；或者在过滤时间、过滤条件一定时，为了完成一定生产任务，所需要的过滤设备大小。利用上述方程计算时，需要知道K、qe等常数，而K、qe常数只有通过实验才能测定。在用实验方法测定过滤常数时，需将上述方程变换成如下形式： （5）因此在实验时，只要维持操作压强恒定，计取过滤时间和相应的滤液量。以q作图得一直线，读取直线斜率和截距，求取常数和，或者将和的数据用最小二乘法求取和值，进而计算和的值。若在恒压过滤之前的时间内，已通过单位过滤面的滤液量为，则在至及至范围内将式3积分，整理后得： （6）上述表明和 为线性关系，从而能方便地求出过滤常数和的值。三、实验装置与流程：实验装置由配料桶、供料泵过滤器、滤液计量筒及空气压缩机等组成。可进行过滤、洗涤和吹干三项操作过程。碳酸钙(CaCO)或碳酸镁(MgCO)的悬浮液在配料桶内配成一定浓度后，由供料泵输入系统。为阻止沉淀，料液在供料泵管路中循环。配料桶中用压缩空气搅拌，浆液经过滤机过滤后，滤液流入计量筒。过滤完毕后，亦可用洗涤水洗涤和压缩空气吹干。供料泵配料桶接过滤器接过滤器水压缩空气控四、实验内容 测定恒压操作下过滤常数和，以及洗涤速率。五、实验操作要点：1、实验选用CaCO粉末配制成滤浆，其量约占料桶的2/3左右，配制浓度在8.0B左右；2、料桶内滤浆可用压缩空气和循环泵进行搅拌，桶内压力控制在0.10.2Mpa；3、滤布在安装之前要先用水浸湿；4、实验操作前，应先由供料泵将料液通过循环管路，循环操作一段时间。过滤结束后，应关闭料桶上的出料阀，打开旁路上清水管路清洗供料泵，以防止CaCO在泵体内沉积；5、由于实验初始阶段不是恒压操作，因此需采用二只秒表交替计时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间和相应的滤液量q；6、当滤液量很少，滤渣已充满滤框后，过滤阶段可结束。六、实验报告：1、以累计滤液量q对作图；2、以对作图。求出过滤常数和，并写出完整的过滤方程式；3求出洗涤速率，并与最终过滤速率进行比较；4、数据记录：计量筒直径 园板过滤器直径：操作压力： 浓度： 温度：序号时间S（秒）计量H（厘米）01七、思考题1 过滤刚开始时，为什么滤液总是浑浊的？2 在过滤中，初始阶段为什么不能采取恒压操作？3 如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？4 当操作压强增加一倍，其值是否也增加一倍？要得到同样的过滤量，其过滤时间是否可缩短一倍？实验七 换热器操作和传热系数的测定一、实验目的1 了解换热器的结构；2 掌握换热器主要性能指标的标定方法；3 学会换热器的操作方法。二、实验原理在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。列管换热器是一种间壁式的传热装置。冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成。如下图所示。以冷流体一侧传热面积为基准的传热系数计算式为：ThTWhtWctc （1）对已知的物系和确定的换热器，上式可表示为 （2）由此可知，通过分别考察冷热流体流量对传热系数的影响，可达到了解某个传热过程的性能。传热系数可借助于传热速率方程式和热量衡量方程式求取。热量衡算方程式： （3）传热速率方程式： （4）式中： （5）符号说明：K传热系数 流体的给热系数A换热器的传热面积 G流体的质量流量Q传热量 CP流体的恒压热容T热流体温度 t冷流体温度传热对数平均温度差 固体壁的厚度固体壁的导热系数传热平均温差修正系数；逆流时=1，对于单壳程、双管程或二管程以上的可通过P、R的计算，在文献中查得。 下标：h热流体 c冷流体 进进口 出出口 逆逆流三、实验内容1 测定水空气物系在常用流速范围内的传热系数；2 先设定一种操作条件，待达到定态操作后，再增加50%的热（或冷）流体量，并维持热（或冷）流体的进出口温度不变。你认为应采取哪些措施。在实验中实施之。四、实验装置和流程T进T出t进t出本实验选用水为冷流体，空气为热流体。水经转子流量计测量流量、温度计测量温度后，进入换热器壳程，换热后在出口处测量其出口温度。空气来自鼓风机，经转子流量计测量流量、并加热至120后，进入换热器的管程，并在入口处测量其进口温度，在出口处测量其出口温度。1、 列管换热器： 型号：GLC0.4 单壳程双管程：壳程采用圆缺型挡板；管程管束有14根101mm的低肋紫铜管组成，有效管长L290mm，管外侧传热总面积为0.4m2。2、测量仪表（1）温度测量：测量冷热流体进出口温度一次仪表：Cu50铜电阻，量程0150；二次仪表：数显仪表AI708J，精度0.2级；控温仪表：人工智能温度调节仪表AI708，精度0.2级。（2）流量测量：冷、热流体转子流量计型号：LZB25 量程：110 精度：1.5级范围：气体2.525Nm3h 液体1001000NL/h五、实验方法1、开通冷流体源，由调节阀调节冷流体流量。2、开通风源，打开阀，由调节阀调节空气流量，接通电源，在智能温度调节仪表AI708上设定控制温度为100120。3、维持冷热流体流量不变，热空气进口温度在一定时间内(约10分钟)基本不变时，可记取有关数据。4、测定传热系数K时，在维持冷流体(或热空气)流量不变的情况下，根据实验布点的要求，改变热空气(或冷流体)流量若干次。5、实验结束，关闭加热电源，待热空气温度降至50以下，关闭冷热流体调节阀，并关闭冷热流体源。六、数据处理1、原始数据记录表装置编号编号热流体冷流体流量m3h温度 流量Lh温度 T进T出t进t出1234562、计算结果表编号QhWRPtm逆KWm2123456七、注意事项1、电源220V，双色线(黄绿)为接地线。2、加热时以设定120为宜，不得大于150，以免超出Cu50铜电阻的测量范围。3、气源不可在0流量下工作，应用旁路阀调节为宜。4、在计算实验结果时=1。八、思考题1 在实验中，有哪些因数影响实验的稳定性？2 影响传热系数的因数有哪些？3 在传热中，有哪些工程因数可以调动？你在操作中主要调动哪些因数？实验八 塔板流体力学性能的测定实现吸收过程和精馏过程的主要设备是塔设备，而板式塔是广泛应用的一种气液传质设备，研究塔板结构和操作参数是工程技术人员必不可少的工作。一、实验目的：1、熟悉塔板结构。2、考察在正常操作时气液两相在塔板上的接触状态，同时观察不正常的流动漏液、雾沫夹带及液泛现象。3塔板流体力学性能。二、实验原理：在板式塔设计中，塔板的设计关系到生产处理能力、效率、操作弹性及操作费用。因此，研究其结构参数、操作参数、塔板负荷性能是从事这方面工作人员的研究课题。1、塔板压降：板压降对塔板性能有着重要的影响，特别是在减压精馏时，对板压降有所限制。在实验中可用压差计来测取板压降。2、气液接触状态：一般说来，在气液接触过程中，随着气流速度的变化，大致有三种状态。（1）鼓泡接触。当气流速度很低时，气体通过筛孔时断裂成气泡，在板上浮升，此时，形成的气液混合物基本上以液体为主（连续相），气泡占的比例较小（分散相），气液接触面积不大。 （2）泡沫接触状态。当气流速度增加，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片，并且不断发生合并与破裂，此时板上液体大部分以液膜形式存在，仅在靠近塔板表面处才能看到清液，清液层高度随气流速度增加而减少。此时，液体仍为连续相，气体为分散相。（3）喷射接触。当气流速度很高时，由于气体动能很大，不能形成气泡，而把液体喷射成液滴，而被气流抛起。直径较大液滴因为重力作用又落到塔板上，直径较小液滴容易被气流带走形成液沫夹带，这种气液接触状态称喷射状态。在喷射接触情况下，气流速度很大，液体分散较好，对传质传热是有利的，但产生过量液沫夹带，会影响和破坏传质过程。此时，液体分散相，气体为连续相。3、塔板上的不正常操作现象：（1）漏液：漏液是塔内不正常操作现象。当塔板在低气速下操作时，气体通过塔板为克服开孔处的液体表面张力，以及液层摩擦阻力所形成的压强降，不能抵消塔板上液层的重力，因此液体降会穿过塔板上的开孔往下漏，即产生漏液现象。严重的漏液会导致塔板上不能积液而无法操作。测定漏液点气速在设计塔板和过程操作中都起着重要作用。（2）雾沫夹带：雾沫夹带是一种空间反向流动，是指在高气速下液滴被气体从一层塔板带到上一层塔板。这种返混现象导致传质推动力的下降，过量的雾沫夹带量应受到限制。漏液量和雾沫夹带量可用称重法加以测量，计算方法为：漏液 kg漏液kg液量式中：Q漏液量 kgminL液流强度 m3m.hLW堰长 mL液相密度 kgm3雾沫夹带量： kg夹带kg气量式中：e夹带量 kgminW气速 msA塔截面积 mg气体密度 kgm3 （3）液泛：当上升气体速度很高时，塔板压降增大，液体来不及从溢流管向下流动，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使整个塔板空间都充满气液混合物，此即为液泛现象。液泛发生后完全破坏了气液的逆流操作，使塔失去分离效果。三、实验装置：风机水箱水雾沫夹带收集处热球风速仪分离器漏液收集处塔径： 300mm 板间距： 300mm筛板筛孔： 8mm 开孔率： 10%平直堰： 堰长200mm 堰高： 25mm最大液流量： 6mh 最大空塔气速：1.5ms四、实验内容1观察在正常操作时气液两相在塔板上的接触状态；2观察不正常的流动漏液、雾沫夹带及液泛现象；3测量塔板压降；4用称重法测取泄漏量及雾沫夹带量。五、实验步骤：1、开启风机，用热球风速仪调节气流速度；2、开启水泵，用转子流量计调节水量；3、调节液流强度为某定值，改变气体流量由小到大取若干实验点，在每一实验点