金陵学院化工原理实验义.doc

1 流体阻力测定实验1.1实验目的 1）掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2）测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的Re方程与经验公式比较。 3）测定流体流经阀门时的局部阻力系数。 4）学会倒U形差压计、差压传感器、涡轮流量计的使用方法。 5）观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。1.2基本原理 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。 1.2.1 沿程阻力 流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低，即 (11) 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (1)流体性质：密度、粘度； (2)管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度； (3)流动条件：流速。 可表示为： (12)组合成如下的无因次式： (13) 令 (14)则式（11）变为： （15）式中，称为摩擦系数。层流 (滞流)时，64Re；湍流时是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由实验确定。 1.2.2 局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为l,各种局部阻力的当量长度之和为 ，则流体在管路中流动时的总阻力损失为 (16) (2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。 即 (17) 式中，局部阻力系数，无因次； u在小截面管中流体的平均流速，ms。 由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf值可应用柏努利方程由压差计读数求取。 1.3实验装置与流程 1.3.1 实验装置 实验装置如图11所示。主要由水箱、管道泵，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件，转子流量计等组成。第一根为粗糙管，第二根为光滑管。第三根不锈钢管，装有待测闸阀，用于局部阻力的测定。 图11流体流动阻力测定实验装置图1、 水箱 2、管道泵 3、5、6、球阀 4、均压环 7、系统排水阀 8、闸阀9、流量调节阀10、排污水阀11倒U形差压计 12、不锈钢管 13、粗糙管 14、光滑管 15、转子流量计 16、导压管 17、温度计 18、进水阀 本实验的介质为水，由水泵供给，经实验装置后的水仍通向水槽、循环使用。水流量采用装在测试装置尾部的转子流量计测量，直管段和闸阀的阻力分别用各自的倒U形差压计测得。倒U形差压计的使用方法见1.1.4节。 1.3.2 装置结构尺寸 表11 装置结构尺寸如表11所示。 名称材质管内径（mm）测试段长度（mm）粗糙管不锈钢管271.2光滑管不锈钢管27局部阻力不锈钢管27/1.4实验步骤及注意事项 1.4.1 实验步骤1）熟悉实验装置系统；2）给水箱补充水，水位以比水箱上边低58cm为宜，必须保证管道出水口浸没在水中；3）将仪表柜上“总电源”向上推，仪表上电，将“泵开关”向右转向“开”，启动管道泵（切记：泵禁止无水空转）；4）关闭阀16，打开阀15，打开阀(4)、(5)排尽管道中的空气；5）未端调节阀开小，将差压传感器后排污阀打开，排污约3分钟，关闭排污阀；6）未端调节阀全开，用阀（4）调节流量；7）在仪表柜上读取粗糙管压差、光滑管压差、水温、流量，注意：调节好流量后，须等一段时间，待水流稳定后才能读数。图14 倒U形管差压计1低压侧阀门；2高压侧阀门；3进气阀门； 4平衡阀门；5出水活栓8）从流量为1.04.0 m3/h选做10个点，然后从4.0到1.0逆序重做一次，检查重复性。9）开始测量局部阻力系数：关闭阀15，打开阀16；按如下方法将三个倒U形差压计调节到测量压差正常状态：倒U形压差计，内充空气，待测液体液柱差表示了差压大小，一般用于测量液体小差压的场合。其结构如图14示。使用的具体步骤是：排出系统和导压管内的气泡。方法为：关闭进气阀门(3)和出水活栓(5)以及平衡阀门(4)，打开高压侧阀门(2)和低压侧阀门(1)使水槽的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门(2)、倒U形管、低压侧阀门(1)排出系统。玻璃管吸入空气。方法为：排空气泡后关闭阀(1)和阀(2)，打开平衡阀(4)、出水活栓(5)和进气阀(3)，使玻璃管内的水排净并吸人空气。平衡水位。方法为：关闭阀 (5)、(3)，然后打开(1)和(2)两个阀门，让水进入玻璃管至平衡水位(此时系统中的出水阀门是关闭的，管路中的水在静止时U形管中水位是平衡的)，最后关闭平衡阀（4），压差计即处于待用状态。10）测得闸阀全开、3/4开时的局部阻力。（阀门全开时，流量分别设定为1，2，3，4，5m3/h，测定5个点对应的压差，以求得平均的阻力系数；阀门为3/4开时，流量设定为1，2，3m3/h，求平均的阻力系数）；11）实验结束后打开系统排水阀（7），排尽水，以防锈和冬天防冻。1.4.2 注意事项开启、关闭管道上的各阀门及倒U型差压计上的阀门时，一定要缓慢开关，切忌用力过猛过大，防止测量仪表因突然受压、减压而受损（如玻璃管断裂，阀门滑丝等）！1.5实验报告 1. 根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线。 2. 根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线。 3. 根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开和3/4开时的平均值。 4. 对实验结果进行分析讨论。1.6 思考题1. 根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。2. 试分析影响阻力系数的因素。附：数据记录范例1、流体流动阻力测定原始数据记录表（备注：请将本表格打印，实验时将原始数据记录，随实验报告上交。）常规记录实验日期同组实验同学实验开始时间实验结束时间实验记录-沿程阻力测量原始数据初始水温光滑管长度m光滑管直径m粗糙管长度m粗糙管直径m光滑管粗糙管第一组读数cm第二组读数cm第一组读数cm第二组读数cm序号流速L/h左1右1左2右2左1右1左2右212345678910结束水温实验记录-局部阻力测量原始数据阀门全开阀门3/4开第一组读数cm第二组读数cm第一组读数cm第二组读数cm序号流速L/h左1右1左2右2左1右1左2右212345结束水温2、双对数坐标纸24- 24 -2 液液萃取实验2.1实验目的1了解液-液萃取原理和实验方法。2熟悉转盘萃取塔的结构、操作条件和控制参数。3掌握评价传质性能（传质单元数、传质单元高度）的测定和计算方法。2.2实验原理液-液萃取是分离液体混合物和提纯物质的重要单元操作之一。在欲分离的液态混合物（本实验暂定为：煤油和苯甲酸的混合溶液）中加入一种与其互不相溶的溶剂（本实验暂定为：水），利用混合液中各组分在两相中分配性质的差异，易溶组分较多地进入溶剂相从而实现混合液的分离。萃取过程中所用的溶剂称为萃取剂（水），混合液中欲分离的组分称为溶质（苯甲酸），萃取剂提取混合液中的溶质称为萃取相，剩余的混合液称为萃余相。图2-1是一种单级萃取过程示意图。将萃取剂加到混合液中，搅拌混合均匀，因溶质在萃取相的平衡浓度高于在混合液中的浓度，溶质从混合液向萃取剂中扩散，从而使溶质与混合液中的其他组分分离。图21 单级萃取过程示意图由于在液-液系统中，两相间的密度差较小，界面张力也不大，所以从过程进行的流体力学条件看，在液-液的接触过程中，能用于强化过程的惯性力不大。为了提高液-液相传质设备的效率，常常从外界向体系加能量，如搅拌、脉动、振动等。本实验采用的转盘萃取塔属于搅拌一类。与精馏和吸收过程类似，由于过程的复杂性，传质性能可用理论级和级效率表示，或者用传质单元数和传质单元高度表示，对于转盘萃取塔、振动萃取塔这类微分接触萃取塔的传质过程，一般采用传质单元数和传质单元高度来表征塔的传质特性。萃取相传质单元数NOE表示分离过程的难易程度。对于稀溶液，近似用下式表示： (1)式中：NOE 萃取相传质单元数x 萃取相的溶质浓度（摩尔分率，下同）x* 溶质平衡浓度xl、x2 分别表示萃取相进塔和出塔的溶质浓度。萃取相的传质单元高度用HOE表示： (2)式中：H为塔的有效高度（m）。传质单元高度HOE表示设备传质性能的优劣。HOE越大、设备效率越低。影响萃取设备传质性能（HOE）的因素很多，主要有设备结构因素、两相物性因素、操作因素以及外加能量的形式和大小。2.3实验装置流程及试剂2.3.1 实验装置本实验装置为转盘式萃取塔，见图2-2。转盘式萃取塔是一种效率比较高的液-液萃取设备。转盘塔塔身由玻璃制成（有效高度1.134 m），转轴、转盘、固定盘由不锈钢制成。转盘塔上下两端各有一段澄清段，使每一相在澄清段有一定的停留时间，以便两液相的分离。在萃取区，一组转盘固定在中心转轴上，转盘有一定的开口，沿塔壁则固定着一组固定圆环盘，转轴由在塔顶的调速电机驱动，可以正反两个方向调解速度。分散相(油相)被转盘强制性混合搅拌，使其以较小的液滴分散在连续相(水)中，并形成强烈的湍动，促进传质过程的进行。转盘塔具有以下几个特点：1)结构简单、造价低廉、维修方便、操作稳定；2)处理能力大、分离效率高；3)操作弹性大。2.3.2 实验流程实验流程见图6-3。实验中将含有苯甲酸的煤油从油循环槽经油泵通过转子流量计打入转盘塔底部，由于两相的密度差，煤油从底部住上运动到塔顶。在塔的上部设置一澄清段，以保证有足够的停留时间，让分散的液相凝聚实现两相分离。经澄清段分层后，油相从塔顶出口排出返回到油循环槽。水相经转子流量计进入转盘塔的上部，在重力的作用下从上部住下与煤油混合液逆流接触，在塔底澄清段分层后排出。在塔中，水和含有苯甲酸的煤油在转盘搅拌下被充分混合，利用苯甲酸在两液相之间不同的平衡关系，实现苯甲酸从油相转移到水相中。溶质：苯甲酸（分析纯）；煤油；氢氧化钠（分析纯）；指示剂：酚酞。图22 转盘塔萃取实验流程2.4实验步骤及分析方法2.4.1 实验步骤1）配制标准NaOH溶液（浓度大约为0.03mol/L）2）将一定量的苯甲酸溶于煤油中，在油循环槽中通过油泵循环搅拌使煤油中苯甲酸的浓度均匀。3）取20ml循环槽中的煤油，放入烧杯，再加入80ml水，经30min搅拌后，在分液漏斗中静置30min，取下层20ml水3份，测定出苯甲酸的平衡浓度。4）开启水阀，水由上部进入转盘塔。待水灌满塔后，开启油泵，通过阀门调节流量，将煤油送人转盘塔下部。调节萃取剂(水)与混合液(煤油)流量之比为3:1（建议水相流量为12Lh，油相流量为4Lh），转速调节到300转分左右,正转。5）观测塔中两相的混合情况，每隔20min取塔底部出口水进行分折（平行测定三次，取平均值），至水中的苯甲酸浓度趋于稳定。6）测定出水口温度（视为实验体系温度）。7）萃取实验完成，进行洗塔，停止煤油-苯甲酸混合溶液进料，加大水流量（建议在25L/h），使塔中有机相溢流至储槽中，每隔20min取塔底部出口水进行分析，至水中的苯甲酸浓度趋于0。8）实验完毕，关闭电源，将塔中和循环槽的煤油和水放尽。9）整理所记录的实验数据，进行处理，将苯甲酸平衡浓度和出塔水苯甲酸浓度代入式(2-15-1)计算。2.4.2 分析方法本实验分析方法采用化学酸碱滴定法。用配制好的氢氧化钠滴定苯甲酸在水和油中的浓度。在滴定的过程中，用酚酞作指示剂，当溶液恰好变为粉红色，摇晃后不再褪色时即达到滴定终点。本实验中需分别测定出塔水中苯甲酸浓度和操作温度下苯甲酸平衡浓度。由此推算出塔的传质单元高度。实验仪器：分析天平；磁力搅拌器；分液漏斗（250ml）；容量瓶（500ml）1个；锥形瓶（100ml） 2个；移液管（10ml）3根；碱式滴定管（50ml）1根。2.5实验报告1. 根据苯甲酸在出塔水中浓度和煤油中的平衡浓度，计算传质单元数。2. 分析流量、转速对传质性能的影响。2.6思考题1. 萃取原理，萃取在工业中的应用。2. 在本实验中水相是轻相还是重相，是分散相还是连续相？3. 转速和油水流量比对萃取过程有何影响？4. 观察实验中分散相的液滴在塔内是如何运动的？5. 传质单元数与哪些因素有关？2.7讨论题1. 是否可以采用其它萃取剂代替本实验中的萃取剂。2. 实验测量误差及引起误差的原因。3. 对实验装置及其操作提出改进建议。附：数据记录范例（备注：请将本表格打印，实验时将原始数据记录，随实验报告上交。）常规记录实验日期同组实验同学实验开始时间实验结束时间实验原始数据记录塔高体系温度萃取相萃余相水流量油流量转速氢氧化钠浓度xNaOH序号累计时间取样体积 /ml滴定的NaOH （ml）V初V终12345673干燥速率曲线测定实验3.1实验目的1测定在恒定干燥条件下的湿物料的干燥曲线、干燥速率曲线及临界含水量X0；2了解常压洞道式（厢式）干燥器的基本结构，掌握洞道式干燥器的操作方法；3.2实验原理 干燥单元操作是一个热、质同时传递的过程，干燥过程能得以进行的必要条件是湿物料表面所产生的湿分分压一定要大于干燥介质中湿分的分压，两者分压相差越大，干燥推动力就越大，干燥就进行得越快。本实验是用一定温度的热空气作为干燥介质，在恒定干燥条件下，即热空气的温度、湿度、流速及与湿物料的接触方式不变，当热空气与湿物料接触时，空气把热量传递给湿物料表面，而湿物料表面的水分则汽化进入热空气中，从而达到除去湿物料中水份的目的。 当热空气与湿物料接触时，湿物料被预热并开始被干燥。在恒定干燥条件下，若湿物料表面水份的汽化速率等于或小于水份从物料内部向表面迁移的速率时，物料表面仍被水份完全润湿，与自由液面水份汽化相同，干燥速率保持不变，此阶段称为恒速干燥阶段或表面汽化控制阶段。 当物料的含水量降至临界湿含量X0以下时，物料表面只有部分润湿，局部区域已变干，水份从物料内部向表面迁移的速率小于水份在物料表面汽化的速率，干燥速率不断降低，这一阶段称为降速干燥阶段或内部扩散控制阶段。随着干燥过程的进一步深入，物料表面逐渐变干，汽化表面逐渐向内部移动，物料内部水份迁移率不断降低，直至物料的水含量降至平衡水含量X*时，干燥过程便停止。 干燥速率是指单位时间、单位干燥表面积上汽化的水份质量，计算公式如下： kg/(m2s) (1)由式（1）可知，只要知道绝干物料重量Gc(kg)、干燥面积（m2）、单位干燥时间d（s）内的湿物料的干基水含量的变化量dX(kg水/kg干料)或湿物料补干燥的水份dW(kg),就可算出干燥速率u。在实际处理实验数据时，一般将式（1）中的微分(dW/d)形式改为差分的形式(w/)更方便。3.3 实验装置与流程空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图31所示。主要设备及仪器（1） 鼓风机；（2）电加热器：4KW；（3）干燥室：180mm180mm1250mm； （4） 干燥物料：湿毛毡、石英沙等 （5）称重器：电子天平YB601 （6）孔板流量计冷空气由风机送入管道，经孔板流量计计量后由电加热器预热至一定的温度，由气流均布器进入干燥室干燥湿毛毡，然后经蝶阀排入大气。干燥过程中，湿毛毡失去的水份量由称重传感器和智能数字显示仪显示出来。1风机 2.管道 3 孔板流量计 4.加热器 5.厢式干燥器 6气流均布器 7称重传感器 8 湿毛毡 9. 玻璃视镜门 10.仪控柜 11蝶阀图 31 干燥装置流程图3.4 操作步骤1打开总电源，启动风机。2将空气加热到恒定温度。打开仪控柜的电源，启动电加热器加热，要求干燥室的干球温度稳定在70。注意，必须先开风机后开电加热器，否则电加热器会烧坏。3放入湿毛毡。将毛毡加了1215g水，若此时干燥室温度稳定在70，则将湿毛毡非常小心地放置在称重传感器上，千万不能用力向下压，因为称重传感器有量程范围, 过重会损坏。4每隔1分钟记录一次时间、失水量和湿物料表面温度，每隔5分钟记录一次干球温度和湿球温度，待毛毡恒重即失水重量不再变化时，关闭电加热器，关闭仪表电源，十分小心地取下毛毡。5关闭风机，切断总电源。 3.5 实验报告1. 绘制干燥曲线（失水量时间关系曲线、湿物料表面温度时间关系曲线）2. 根据干燥曲线作干燥速率曲线3. 读取物料的临界湿含量3.6 思考题1. 物料表面温度的测定中，温度探头的位置应该在什么地方，温度探头所在位置的深浅对测量结果有何影响？2. 实验中，风量的大小对干燥速率曲线有何影响？3. 简述湿球温度与干球温度的关系。某同学测定的湿球温度随时间而升高，试分析可能的原因。附：数据记录范例（备注：请将本表格打印，实验时将原始数据记录，随实验报告上交。）常规记录实验日期同组实验同学室温干燥空气温度干毛毡重量g毛毡尺寸cmcm湿毛毡重量g实验记录-干燥速率曲线测量数据时间min重量g表温干球温度湿球温度风量时间min重量g表温干球温度湿球温度风量13623733843954064174284394410451146124713481449155016511752185319542055215622572358245925602661276228632964306531663267336834693570时间min重量g表温干球温度湿球温度风量时间min重量g表温干球温度湿球温度风量71727374757677787980818283848586878889909192939495969798991004 对流给热系数测定实验4.1 实验目的（1） 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数i。（2） 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况（膜状冷凝和滴状冷凝）。4.2实验原理4.2.1. 串联传热过程 冷流体（空气和水）与热流体水蒸汽通过套管换热器的内管管壁发生热量交换的过程可分为三步：套管环隙内的水蒸汽通过冷凝给热将热量传给圆直水平管的外壁面(A0)；热量从圆直水平管的外壁面以热传导的方式传至内壁面(Ai)；内壁面通过对流给热的方式将热量传给冷流体(Vc)。在实验中，水蒸汽走套管换热器的环隙通道，冷流体走套管换热器的内管管内，当冷、热流体间的传热达到稳定状态后，根据传热的三个过程、牛顿冷却定律及冷流体得到的热量，可以计算出冷热流体的给热系数（以上是实验原理）。（以下是计算方法）传热计算公式如下： Q=0A0( TTw)m= iAi( twt)m=VccCpc(t2-t1) (1)由（1）式可得： (2) (3)式（2）中，( TTw)为水蒸汽温度与内管外壁面温度之差， 式（3）中，( twt)为内管内壁面温度与冷流体温度之差。由于热流体温度T、内管外壁温Tw、冷流体温度t及内管内壁温tw均沿内管管长不断发生变化，因此，温差( TTw) 和( twt)也随管长发生变化，在用牛顿冷却定律算传热速率Q时，温差应分别取进口（1）与出口（2）处两端温差的对数平均值( TTw)m 和( twt)m，方法如下： （4） （5） 当套管换热器的内管壁较薄且管壁导热性能优良（即值较大）时，管壁热阻可以忽略不计，可近似认为管壁内、外表面温度相等，即Tw1=tw1, Tw2=tw2。因此，只要测出冷流体的流量Vc、进出口温度t1和t2、水蒸汽进出口温度T1和T2、内管壁温Tw1和Tw2，根据定性温度查出冷流体的物性c和Cpc，再计算出内管的内、外表面积Ai和A0，根据公式(2)和(3)就可计算出水蒸汽的冷凝给热系数0及冷流体的对流给热系数i。4.2.2. 给热系数的经验公式 Nusselt利用数值积分法求得纯净蒸汽在水平圆管外表面膜状冷凝平均给热系数的半经验公式： （6）式（6）中，蒸汽冷凝潜热为饱和蒸汽温度ts下的数据，壁温tw取进、出口壁温的平均值(tw1+ tw2)/2，冷凝液物性、取液膜温度(ts+tw)/2下的数值。因此，只要测出套管换热器内管的外径d0, 就可算出蒸汽冷凝给热系数0。 对低粘度的液体在圆形直管内的呈湍流流动且被加热时，其对流给热系数可采用Dittus-Boelter关联式： （7）式（7）中的冷流体的物性、Cp为冷流体在管内进、出口温度的算术平均值（t1+t2）/2所对应的数据，流速u为冷流体体积Vc流量除以管内径di计算的截面积。4.3实验流程与装置本实验装置由蒸汽发生器、LWQ25型孔板流量变送器、套管换热器1、套管换热器2及8个温度传感器、智能显示仪表等构成。其实验装置流程如图4-1所示。蒸汽进蒸汽进蒸汽出蒸汽出风机冷进冷进冷出套管换热器1套管换热器2图41 水蒸气空气对流给热系数测定实验流程图来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器环隙，与来自风机的冷风进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷风经测流量装置后进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后进入下水道。冷流量可用阀门调节。设备与仪表规格（1）紫铜管1规格：光管直径161mm，长度L=900mm；紫铜管2规格：螺纹管直径161mm，长度L=900mm；（2）外套不锈钢管规格：直径511mm，长度L=1000mm；（3）旋涡气泵：风量090m3/h，风压12kPa；（4）压力表规格：00.1Mpa。水蒸汽自蒸汽发生器途经阀、阀由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水由阀、阀排入水沟。冷流体水依次经过阀或电动调节阀、涡轮流量计、水或空气流量调节阀进入套管换热器的内管，被加热后排入下水道或放空。4.4 操作步骤1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。2. 启动旋涡气泵, 调节手动调节阀使风量最大。使风进入套管换热器1。3. 排蒸汽管道的冷凝水。打开阀、阀，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小阀，注意阀不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。4. 调节蒸汽压力。打开阀，蒸汽从蒸汽发生器沿保温管路流至阀；慢慢打开阀，蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热，控制蒸汽压力稳定在0.02MPa, 不要超过0.05MPa，否则蒸汽不够用。5. 分别测定不同流量下所对应的温度。当控制面板上的巡检仪显示的8个温度及智能流量积算仪上显示的空气流量，稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、流量数据。然后再调节阀，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。6使风进入套管换热器2。继续同上实验、7. 实验结束后，关闭蒸汽阀和阀，关闭仪表电源及总电源。4.5 实验报告1. 将两个套管换热器测得的冷流体给热系数的实验值相互比较，并分析讨论。2. 说明给热系数的实验值和冷流体流量的变化规律。5 吸收塔传质系数测定实验5.1实验目的1. 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；2. 掌握总体积传质系数的测定方法；3. 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；4了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法。5.2 实验原理气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。5.2.1 计算公式填料层高度Z为 （31）式中：L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2s)； Kxa X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3s)； HOL 传质单元高度，m； NOL 传质单元数，无因次。令：吸收因数A=L/mG （32） （33）5.2.2 测定方法（1）空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。（2）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；（3）平衡关系。本实验的平衡关系可写成y = mx （34） 式中：m 相平衡常数，m=E/p；E 亨利系数，Ef(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；p 总压，Pa，取压力表指示值。对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。5.3 实验装置与流程5.3.1 装置流程本实验装置流程如图51所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。图51 吸收装置流程图5.3.2 主要设备（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。（2）填料规格和特性：金属丝网板波纹填料：型号JWB700Y，填料尺寸为10050mm，比表面积700m2/m3。（3）转子流量计；介质条 件最大流量最小刻度标定介质标定条件空气6m3/h0.1 m3/h空气20 1.0133105PaCO2400 L/h40 L/h空气20 1.0133105Pa水1000L/h20 L/h水20 1.0133105Pa（4）层叠风机：气量090m3/h，风压50kPa；（5）二氧化碳钢瓶；（6）气相色谱仪（型号：SP6801）；（7）色谱工作站：浙大NE2000。5.4 实验步骤与注意事项5.4.1 实验步骤（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；（2）打开仪表电源开关及风机电源开关；（3）开启进水总阀，使水的流量达到400L/h左右。让水进入填料塔润湿填料。（4）塔底液封控制：仔细调节阀门的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.1Mpa左右；（6）仔细调节空气流量阀至2m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在100L/h160 L/h；（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；（9）改变水流量值，重复步骤（6）（7）（8）。（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。5.4.2 注意事项（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。5.5 实验报告1) 将原始数据列表。2） 列出实验结果与计算示例。5.6 思考题1）本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？2）测定Kxa有什么工程意义？3）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？4）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？5.7实验数据记录及数据处理结果示例实验装置：1#； 操作压力115.0kPaV1气量m3/hV2水量L/h塔底wt %塔顶wt %T1气温T2液温2.08003.70782.26527.55.3计算结果塔底液相组成：0.002504mol %；塔顶液相组成：0.0 mol %；液相总传质单元数：4.3；液相总传质系数：3322.7 Kmol/(m3/h)测量条件：色谱型号：SP6800A柱类型：填充柱柱规格：GDX-103载气类型：氢气载气流量：50ml/min进样量：1ml检测器温度：78进样器温度：80柱温： 40原料气：峰号 峰名 保留时间 峰高 峰面积 含量1 空气 0.407 137583.594349031.46996.28462 二氧化碳 0.665 3877.41213440.7533.7078尾气：峰号 峰名 保留时间 峰高 峰面积 含量1 空气 0.323142736.094355399.406 97.73482 二氧化碳 0.5902326.4738236.945 2.26526 筛板精馏塔实验6.1实验目的1掌握全回流时板式精馏塔的的全塔效率、单板效率及填料精馏塔等板高度的测定方法。2熟悉精馏塔的基本结构及流程。6.2 实验原理蒸馏单元操作是一种分离液体混合物常用的有效的方法，其依据是液体中各组间相对挥发度的差异。它在石油化工、轻工、医药等行业有着广泛的用途。在化工生产中，我们把含有多次部分汽化与冷凝且有回流的蒸馏操作称为精馏。本实验采用乙醇水体系，在全回流状态下测定板式精馏塔的全塔效率ET、单板效率EM及填料精馏塔的等板高度HETP。6.2.1 全塔效率ET板式精馏塔的全塔效率定义为完成一定的分离任务所需的理论塔板数NT NT与实际塔板数NP之比。在实际生产中，每块塔板的上汽液接触状况及分离效率均不相同，因此全塔效率只是反应塔内全部塔板的平均分离效率，计算公式如下： ET=NT/NP （1）当板式精馏塔处于全回流稳定状态时，取塔顶产品样分析得塔顶产品中轻组份摩尔分率XD，取塔底产品样分析得塔底产品中轻组份摩尔分率XW，用作图法求出NT，而实际塔板数已知NP=16，把NT代入（1）式即可求出全塔效率ET。6.2.2 单板效率Em全塔效率只是反映了塔内全部塔板的平均效率，所以有时也叫总板效率，但它不能反映具体每一块塔板的效率。单板效率有两种表示方法，一种是经过某塔板的气相浓度变化来表示的单板效率，称之谓默弗里气相单板效率EmV，计算公式如下： (2)式