化工原理实验指导书

1、化工原理实验指导书 沈阳工业大学 2003年6月 2 / 50 目录 流体流淌 力的 离心泵特 线的 验三 验 四 传 热 八、 验五 筛板式 精馏塔的 操作及 9 验 六 洞 道 实 综 验 6 实 定 实 干 塔板效率测 燥实 11 合实验 气体搅拌萃取塔液- 液萃取实 3 / 50 验13 10 / 50 综合实验 间歇精馏实 验 16 演 示 实 验柏 努 利 方 程 实 验 17 雷诺实 验 20 实验一 流体流淌阻力的测定 一、实验目的 1 、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法； 2、确定摩擦系数入与雷诺数 Re的关系。 二、差不多原理 由于流体具有粘性，在管内流淌时必须克服内摩擦

2、力。当流 体呈湍流流淌时，质点间不断相互碰撞，弓I起质点间动量交换， 从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。流体的粘性和流体的涡 流产生了流体流淌的阻力。 在被侧直管段的两取压口之间列出柏 努力方程式，可得： hf上 Ff = P L两侧压点间直管长度（m） 2dPf Re du d直管内径（m） 入一摩擦阻力系数 N/m2) u流体流速（m/s） Pf直管阻力引起的压降 卩一流体粘度（Pa.s ） P流体密度（kg/m3） 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实 验，改变水流量，测得一系列流量下的厶 P值，将已知尺寸和所 测数据代入各式，分不求出入和Re,在双对数坐标纸上绘出入

3、Re曲线。 三、实验装置简要讲明 水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子 流量计测量流量， 然后送入被测直管段测量流体流淌的阻力， 经 回流管流回储水槽，水循环使用。 被测直管段流体流淌阻力 P 可依照其数值大小分不采纳变压器或空气水倒置 U 型管来测 量。 四、实验步骤 : 1、向储水槽内注蒸馏水 , 直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统 , 应先接电预热 10-15 分钟, 观擦数字仪表的初始值并记录后方可启动泵做实验。 3、检查导压系统内有无气泡存在 . 当流量为 0 时打开 B1、B2 两阀门，若空气一水倒置 U型管内两液柱的高度差不为 0,则讲 明系统内有气泡

4、存在 , 需要排净气泡方可测取数据。 排气方法：将流量调至较大,排除导压管内的气泡,直至排净为 止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测 1520组数，建议当流量读数小于 300L/h时，用空气一水倒置 U型管测压差 P。 5、待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。 五、使用实验设备应注意的事项： 1 、调流量要慢、稳、准。 2、利用压力传感器测大流量下 P时，应切断空气一水倒置 U型管B1、B2两阀门否则阻碍测量数据。 3、在实验过程中每调节一个流量之后待流量和直管压降的数 据稳定以后方可记录数据。 4、若较长时刻不做验验 , 启动离心泵之前应先转动泵轴使之 灵活运转

5、 , 否则烧坏电机。 实验二 离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1熟悉离心泵的操作与结构； 2、测定离心泵在一定转速下的特性曲线。 二、差不多原理 在一定转速下，离心泵的压头He,轴功率N及效率n均随实际 流量Qe的大小而改变。因此泵的特性是由H=f(Qe),Ne=f(Qe)和 n =f(Qe)三条曲线来决定。而此三条曲线是经实验测得标绘出 来。 1流量Qe的测定 Qe Co Ao. 通过调节阀门改变水流量的大小， 采纳文式流量计测得压差, 求其相应的体积流量 Qa单位(ms) 2、离心泵压头He的测定 P u2 g 2g He g 2g H f(入-出) 在离心泵的吸入口和压出口之间列柏努力

6、方程 H(Z出誉(m) 3、离心泵轴功率的计算 泵轴功率N =电机输出功率=功率表读数X电机效率（KW 泵的有效功率Ne兽h2（kw） Ne N 功率表读数=电机输入功率 式中： A。一文丘里流量计喉管的横截面积 Co流量系数Co=1 P文丘里流量计的压差 Z出一z入离心泵进出口管路的垂直 距离 P出一P入离心泵进出口管路的压强 三、实验装置简要讲明 本实验用 WB70/055型离心泵进行实验，用离心泵将储水槽内 的水抽出，送入离心泵性能测定管路测量系统，然后由压出管排 至水槽。在泵的吸入口和压出口处，分不装有真空表和压力表， 以测量水进口处的压力。泵的出口管线装有文氏流量计及调节阀 门，用来

7、调节水的流量或管内压力。 四、实验方法 1、向储水槽内注蒸馏水，直到水满为止。 2、在启动离心泵之前需做如下检查： (1) 流量调节阀门 10和 2,离心泵出口压力表和真空表的调节 阀，倒置U型管的阀门B、B均应关闭。 (2) 流量测量压差变送器的平衡阀打开。 3、启动离心泵，打开阀门 10 至全开。稍停片刻，待流体赶 净管路内的气泡后关闭平衡阀。打开压力表及真空表的调节阀。 4、测取数据顺序可任选。切记流量从最大至流量为零应均匀 取点1520组数据。 5、数据测量完毕，关闭压力表，真空表并把平衡阀打开。 五、使用实验设备应注意的事项 1 、启动离心泵之前 , 一定要检查各处阀门。 2、流体在

8、管路输送中不应有气存在。 3、 测量数据将流量传感器的平衡阀一定处于关闭状态, 否则 阻碍测量数据值。 4、离心泵不要长时刻空转。 1 、对现有实验条件，泵的特性曲线能否改变？ 2、管路排水口安装在水面之上和浸在水中对实验值有何阻 10 / 50 碍？ 3、由实验得知，泵的流量越大，泵进口处真空度越大，什么 缘故？ 实验三 恒压过滤实验 一、实验目的 1、熟悉实验装置的结构和操作方法； 2、 测定在恒压操作时的过滤常数K, qe , T e，并以实验所 得结果验证过滤方程式，增进对过滤理论的理解； 3、 改变压强差重复上述操作，测定压缩指数s 和物料特性 常数 k 。 二、实验原理 过滤过程是

9、将悬浮液送至过滤介质及滤饼一侧， 在其上维持 另一侧较高的压力，液体则通过介质而成滤液，而固体粒子则 被截留逐渐形成滤饼。过滤速度由过滤介质两端的压力差及过 滤介质的阻力决定。过滤介质阻力由二部分组成，一为过滤介 质，一为滤饼(先积下来的滤饼成为后来的过滤介质) 。因为 滤饼厚度(亦即滤饼阻力)随着时刻而增加， 因此恒压过滤 速度随着时刻而降低。关于不可压缩性滤饼，在恒压过滤情况 下，滤液量与过滤时刻的关系可用下式表示： 22 (V+Ve)2=KX(T +t e) 式中：vt时刻内的滤液量(m3) V e虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻 力的一层滤饼时，应得到的滤液量( m3) A过滤

10、面积( m2) K 过滤常数( m2/s ) T 相当于得到滤液V所需的过滤时刻(s) 相当于得到滤液 Ve所需的过滤时刻 s) 上式也可写成： 2 q+2qeq=Kt 式中： q=V/A ，即单位过滤面积的滤液量 (m) qe=Ve/A ，即单位过滤面积的虚拟滤液量 ( m) 将过滤方程式微分后得到 2qdq+2q edq=Kdt 13 / 50 q ( mW) q dq 2q 2qe q K K 2 2 q q V A 过滤常数的定义式: K 2k p1 s 情况下，各点均在一条直线上，如图所示，直线斜率2/K=A/B,结 局2qe/K=c由此可求出 K和qe T e由下式得: qe2 K

11、 e 在实验中，当计量瓶中的滤液达到 100ml刻度时开始按表计 时，作为恒压过滤时刻的零点。 然而，在此之前吸滤早已开始， 即计时之前系统内已有滤液存在，这部分滤液量可视为常量以 q表示，这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤 介质，在整理数据时应考虑到里面去，则方程应改写为: V系统存液量为170ml 两边取对数：lg K (1 s)lg( p) lg(2k) 因s常数，k 常数，故K与厶p的关系，在双对数坐标上 13 / 50 标绘是一条直线。 直线的斜率 1 s ，由此可计算出压缩性指数 s， 读取 pK直线上任一点处的 K值，将KA p数据一起代入 过滤常数定义式计算物料特性

12、常数 k。 三、实验装置简要讲明 本实验装置由过滤漏斗、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、缓冲 罐、及真空泵等组成。 滤浆槽内配有一定浓度的硅藻土悬浮液，用电动搅拌器进行搅 拌（浆液不出现漩涡为好） 。滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后， 启动真空泵，使系统内形成真空达指定值。滤液通过滤漏斗清 液进入计量筒，固相被留在过滤漏斗上逐渐生成滤饼。定时读 取计量筒的液位，并记录。系统真空度可由真空阀进行调节。 四、实验步骤 1、熟悉实验装置流程 2 、装置接通电源，启动电动搅拌器，待槽内浆液搅拌均匀， 将过滤漏斗安装好，固定于浆液槽内。 3、打开放空阀 7关闭旋塞 4 及放液阀 10 。 4、启动真空泵，用放空阀 7

13、 及时调节系统的真空度，使真 空表的读数稍大于指定值，然后达凯旋塞 4 进行抽滤。此后时 14 / 50 刻内要注意观看真空表的读数应恒定于指定值。当计量瓶滤液 达到 100ml 刻度时按表计时，做为恒压过滤时刻的零点。记录 滤液每增加 100ml 所用的时刻。 当计量瓶读数为 800ml 时停止 计时，并立即关闭旋塞 4 。 5、把放空阀 7 全开，关闭真空泵，打开旋塞 4，利用系统 内的大气压和液位高度差把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽 内。放出计量瓶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。 卸下过滤漏斗洗净待用。 6、改变真空度重复上述实验。 7、实验结束后，关闭电源。 五、实验注意事项

14、1、过滤漏斗如图安装 , 在滤浆中浸没一定深度 , 让过滤介质 平行于液面 , 以防止被空气抽如造成滤饼厚度不均匀。 2、启动搅拌器前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅 拌器。将调速钮调在最小位置，打开调速器开关，将调速钮从 小到大位调节，不同意高速档启动，转速状态下出现异常时或 实验完毕后将调速钮恢复最小位。 3、用放空阀 7 调节。操纵系统内的真空度恒定，以保证恒 15 / 50 压状态下操作 实验四 传热综合实验 一、实验目的 1通过实验掌握传热膜系数a的测定方法，并分析阻碍a的 因素； 2、 掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数C 和指数 m、 n 的方法； 3、通过实验提高对a关联

15、式的理解，了解工程上强化传热的 措施； 4、掌握测温热电偶的使用方法。 二、差不多原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数a,当流体无相变化 时对流传热准数关联式一般形式为： Nu = C Re m Pr n GrP 对强制湍流，Gr准数能够忽略。Nu = C Re mPrn 本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联 式中的指数m n和系数Co 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr 分不回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取n = 0.4 （实 验中流体被加热） 。如此就简化成单变量方程。两边取对数，得 到直线方程： Nu lg 04 lgC mlg Re P

16、r 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数mo 在直线上任取一点的函数值代入方程中得到系数C,即 Nu 0.4 Pr Re 21 / 50 用图解法，依照实验点确定直线位置，有一定的人为性。 而用最小二乘法回归，能够得到最佳关联结果。应用计算机 对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C、m no 能够看出对方程的关联，首先要有 Nu Re Pr的数据组。 雷诺准数 Re du 努塞尔特准数 Nu id 普兰特准数 Pr Cp d换热器内管内径（m a 1空气传热膜系数（W/mC） p空气密度（kg/m3） 入一空气的导热系数（W/mC） C _p空气定压比热（J/kg C） 实验中

17、改变空气的流量以改变准数Re之值。依照定性温度计 算对应的Pr准数值。同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的 传热膜系数a值。进而算得 Nu准数值。 因为空气传热膜系数a i远大于蒸汽传热膜系数a 2,因此传热 管内的对流传热系数a i约等于冷热流体间的总传热系数 K。则 有 牛顿冷却定律：Q =a iAA tm a传热面积（m）（内管内表面积） A tm管内外流体的平均温差（C） tt 2t 1 tm : TT In t 2 其中：A 11= T-t 1 , A 12= T-t 2 T蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度Tw （C）表示 Tw= 8.5+21.26 X E E 热电偶测

18、得的热电势（m） Cc 传热量Q可由下式求得：Q= w _p （12-t i） /3600 =V p _p (t2-t i) /3600 w 空气质量流量（kg/h ） v空气体积流量（m/h） tl,t 2空气进出口温度（C） 需按下式计算: 273 t 273 t 实验条件下的空气流量v（ m/h） V Vt Vti 空气入口温度下的体积流量（m/h） t 空气进出口平均温度（C） 其中Vt1可按下式计算 Vt1 P 孔板两端压差（KPa） 3 t1 进口温度下的空气密度（kg/m ） 强化传热被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的 传热面积，以减小换热器的体积和重量； 提高现有换热器的换热 能力；使换热器能在较低温差下工作； 同时能够减少换热器的阻 力以减少换热器的动力消耗， 更有效的利用能源和资金。 强化换 热的方法有多种，本实验装置是采纳在换热器内管插入螺旋线圈 的方法来强化传热的。 在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作 用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动， 因而能够使传热强化。 强化传热时，Nu。= B Re m，其中B、m的值因螺旋丝尺寸不 同而不同。同样可用线性回归方法确定 B和m的值。单纯研究强 化手段的强化效果（不考虑阻力的阻碍），能够用强化比的概念 作