化工原理实验指导书(化学专业)

1、实验一、离心泵特性测定实验一、实验目的1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。3学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、C1000、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作；二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率P及效率与泵的流量qV之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。1扬程H的测定与计算取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （11

2、）由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项，速度平方差也很小故可忽略，则有 （12）式中： ，表示泵出口和进口间的位差，m；和 流体密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；H1、H2分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2分别为泵进、出口的流速，m/s； z1、z2分别为真空表、压力表的安装高度，m。由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。2轴功率P的测量与计算 （W） （13）其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取。3效率的计算泵的有效功率Pe可用下式计算： （

3、14） 故泵效率为 （15）三、实验装置与流程离心泵特性曲线测定装置流程图如下：1水箱；2离心泵；3铂热电阻（测量水温）；4泵进口压力传感器；5泵出口压力传感器；6灌泵口；7电器控制柜；8离心泵实验管路(光滑管)；9离心泵的管路阀；10涡轮流量计；11电动调节阀；12旁路闸阀；13离心泵实验电动调节阀管路球阀；图2-2 实验装置流程示意图 四、实验步骤及注意事项1实验步骤： （1）清理水箱中的杂质，然后加装实验用水。给离心泵灌水，直到排出泵内气体。 （2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口阀关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开出口阀。试

4、验管路选择光滑管。 （3）实验时，通过组态软件或者仪表逐渐增加电动调节阀的开度以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量qv、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、流体温度t和两测压点间高度差H0（H00.1m）。 （4）最大流量在5.3m3/h左右，每隔0.6作为一个测量点，测取8组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口阀关闭。2注意事项： （1）一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。 （2）泵运转

5、过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。（3）不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。五、数据记录 水温T=实验次数流量qv m3/h泵进口压力p1 kPa泵出口压力p2 kPa电机功率N电 kW 六、实验报告1分别绘制一定转速下的Hqv、Pqv、qv曲线2分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。七、思考题1. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？2. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？实验二、流体流动阻力

6、测定实验一、实验目的1掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内与Re的关系曲线。 3测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数x。 二、基本原理 流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1直管阻力摩擦系数的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： （1）即， （2）式中： 直管阻力摩擦系数，无因次； d

7、直管内径，m；流体流经l米直管的压力降，Pa；单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg； 流体密度，kg/m3；l 直管长度，m；u 流体在管内流动的平均流速，m/s。滞流(层流)时， （3） （4）式中：Re 雷诺准数，无因次； 流体粘度，kg/(ms)。湍流时是雷诺准数Re和相对粗糙度（/d）的函数，须由实验确定。由式（2）可知，欲测定，需确定l、d，测定、u、等参数。 l、d为装置参数（装置参数表格中给出）， 、通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。根据实验装置结构参数l、d，指示液密度，流体温度t0(查流体物性、)，及实验时测定的流量V、液柱

8、压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和，再将Re和标绘在双对数坐标图上。2局部阻力系数x 的测定 局部阻力损失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造成的机械能损失看作与某一长度为的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号表示。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，则流体在管路中流动时的总机械能损失 为： (5) (2) 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时

9、平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即： (6)故 (7) 式中：x 局部阻力系数，无因次； 局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。） 流体密度，kg/m3； g 重力加速度，9.81m/s2；u 流体在小截面管中的平均流速，ms。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度，流体温度t0(查流体物性、)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式 (7)求取管件或阀门的局部阻力系数x。三、实验装置与流程

10、 1 实验装置实验装置如图1所示： 1离心泵；2进口压力变送器；3铂热电阻（测量水温）；4出口压力变送器；5电气仪表控制箱；6均压环；7粗糙管；8光滑管（离心泵实验中充当离心泵管路）；9局部阻力管；10管路选择球阀；11涡轮流量计；12局部阻力管上的闸阀；13电动调节阀；14差压变送器；15水箱图1 实验装置流程示意图2.实验流程实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管

11、阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。3装置参数装置参数如表1所示。表1装置1名称材质管内径（mm）测量段长度（cm）管路号管内径局部阻力闸阀1A20.095光滑管不锈钢管1B20.0100粗糙管镀锌铁管1C22.0100四、实验步骤1泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动510min。3流量调节：手控状态,电动调节阀的开度选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从最大

12、4m3/h开始测量，建议每次实验变化0.4m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定电动调节阀开度，待流量稳定记录相关数据即可。共测量6组数据。4计算：装置确定时，根据和u的实验测定值，可计算和，在等温条件下，雷诺数Re=du/=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列Re的实验点，从而绘出Re曲线。5实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。五、实验数据处理序号流量（m3/h）光滑管压差（KPa）粗糙管压差（KPa）局部阻力压差（KPa）123456六、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

13、Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。 4对实验结果进行分析讨论。 恒压过滤常数测定实验一、实验目的1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法；2. 通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；3. 学会测定过滤常数K、qe、e及压缩性指数S的方法；4. 、5. 了解操作压力对过滤速率的影响。二、基本原理过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，

14、固体颗粒层的厚度不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式为：(1)u：过滤速度，m/sK：康采尼常数，层流时，K5.0：床层空隙率，m3/m3：滤液粘度，Pasa：颗粒的比表面积，m2/m3p：过滤的压强差，PaL：床层厚度，m由此可以导出过滤基本方程式：(2)V：过滤体积，m3：过滤时间，sA：过滤面积，m2Ve：虚拟滤液体积，m3r：滤饼比阻，1/m2，r=5.0a2(1-)2/3r：单位压强下的比阻，1/m2，r= rpsv：滤饼体积与相应滤液体积之比

15、，无因次S：滤饼压缩性指数，无因次，一般S01，对不可压缩滤饼，S0恒压过滤时，令k=1/rv，K=2kp1-s，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：(q+qe)2=K(+e)(3)K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。对（3）式微分得：2(q+qe)dq=Kd (4)用/q代替d/dq，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔i，和对应的滤液体积Vi，可计算出一系列i、qi、qi，在直角坐标系中绘制/qq的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据e=qe2/K，可得e。改变过滤压差p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得： lg

16、K=(1-S)lg(p)+lg(2k)(5)在实验压差范围内，若k为常数，则lgKlg(p)的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为(1-S)，可得滤饼压缩性指数S，进而确定物料特性常数k。三、实验装置与流程实验装置如图3-1所示：图3-1 板框压滤机过滤流程1-可移动框架 2-阀2 3-止回阀 4-压力料罐 5-玻璃视镜 6-压紧手轮 7-压力表 8-板框组 9-板框进口压力表 10-压力定值调节阀 12-阀10 13-阀9 14-配料槽15-指示尺 16-阀6 17-阀7 18-阀8 19-阀5 20-阀4 21-阀3 22-阀1 CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力

17、料槽中，用压缩空气搅拌，同时利用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。板框压虑机的结构尺寸：框厚度11mm，过滤总面积 0.0354m2。空气压缩机规格型号：V 0.08/8，最大气压0.8Mpa。四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤：1. 配制含CaCO3813（wt%）的水悬浮液。2. 开启空压机，打开阀2、阀3，关闭阀1阀4、阀5，将压缩空气通入配料槽，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。 3. 正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿。滤布要绷紧，不能起皱（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。4. 等配

18、料槽料液搅拌均匀后，关闭阀3，打开阀5及压力料槽上的排气阀，使料浆自动由配料桶流入压力料槽至其视镜2/3处，关闭阀5。5. 打开阀4，通压缩空气至压力料槽，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。6. 调节压力料槽的压力到需要的值。主要依靠调节压力料槽出口处的压力定值调节阀来控制出口压力恒定，压力料槽的压力由压力表读出。压力定值阀已调好，从左到右分别为1#压力：0.1MPa；2#压力：0.2MPa；3#压力：0.3MPa。考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。7. 放置好电子天平，按下电子天平上的“on”开关，打开电子天平，将料液桶放置到电子天平上。打开并运行

19、电脑上的“恒压过滤测定实验软件”，进入实验界面，做好准备工作，可以开始实验。8. 做0.1MPa压力实验：并打开阀6、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“0.1MPa压力实验”按钮，进行0.1MPa压力实验，实验软件自动计算时间间隔内的过滤量并记录数据，存储到数据库中，以供数据处理软件之用。当实验数据组数做完后，软件自动停止。9. 手动实验时每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次V取800ml左右，滤液量可以由电子天平处读出。记录相应的过滤时间及滤液量。每个压力下，测量810个读数即可停止实验。10. 每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶

20、内，实验结束后要冲洗滤框、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。（二）注意事项： 1在夹紧滤布时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。 2滤饼及滤液循环下次实验可继续使用。五、实验报告实验数据列于表3-1中。计算结果列于表3-2中。表3-1 实 验 数 据p1.0kg/cm2V（ml）（s）表3-2 计 算 结 果p1.0kg/cm2q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）表3-3 不同压力下的K值p（kg/cm2）过滤常数K（m2/s）qe1.0对流给热系数测定实验一、实验目的1 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；2 测定空气（或水）在圆直管内强制

21、对流给热系数；二、基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：Q=qvCP(t2t1)空Ai(twt)m= KiAitm （1） （2） 式中：qv被加热流体体积流量，m3/s； 被加热流体密度，kg/m3； CP被加热流体平均比热，J/(kg)； i铜管内壁的对流给热系数，W/(m2)； t1、t2被加热流体进、出口温度，；Ai内管的外壁、内壁的传热面积，m2；tm-对数平均温度差；Ki-以内表面为基准计算的总传热系数。 对于平壁或者薄壁管来说， 。在本实验中，内管为空气被加热，外管为水蒸气冷凝放热，空远小于

22、水蒸气。所以k1空。三、实验装置与流程1实验装置实验装置如图1所示。来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。图1传热系数测定装置流程图 1-可移动框架 2-中间储水箱 3-液位控制浮球阀 4-涡轮流量计 5-水箱排水阀6 6-阀5 7-进水口 8-水泵 9-脚轮 10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水阀4 12-蒸汽进汽口 13-冷凝水调节阀2 14-蒸汽调节阀3 15-冷流体出口温度 16-蒸汽压力表 17-壁面右端温度 18-排不宁性气体阀门 19-蒸汽右端温度 20-冷流

23、体流量调节阀1 21-壁面左端温度 22-蒸汽左端温度 23-排不宁性气体阀门 24-冷流体进口温度 25-换热外套管 26-换热紫铜管27-可视视窗2设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径212.5mm，长度L=1000mm（2）外套玻璃管规格：直径1005mm，长度L=1000mm（3）压力表规格：00.1MPa四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。1打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。2打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。4打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。5在做实验