实验讲义精选

1、化工原理基础实验实验1单项流动阻力测定1.1实验目的（1）学习直管摩擦阻力hf、直管摩擦系数的测定方法。（2）掌握直管摩擦系数与雷诺准数Re之间关系的测定方法及其变化规律。（3）学习压强差的几种测量方法和提高基测量精确度的一些技巧。（4）掌握坐标系的选用方法，学习用曲线板或曲线k作图的技巧。1.2实验原理流体在直管中流动，阻力可用范宁公式计算：（1） 式中Pf的计算分两种情况流量在100以内时，因为，所以,把U形管中以毫米水柱表示的压强降，按上述公式换算为以帕斯卡表示的压强降。流量超过100时，采作直流数字电压表测定管路中的压强差。把直流数字电压表的读数V（伏特），换算为毫米水柱的标定回归式为

2、：Pf（259.85×V5.1）×12.6mmH2O（旧）新设备Pf测流量时，直接读直流数字电压表上的数值。 流速的计算： 雷诺准数Re的计算：Re 摩擦系数的计算：上式中：Vs体积流量m3/s； d管内径m，d0.0079m；pf直管压强差（压强降）Pa； 直管长度，；（2）大量实验研究已归纳出：摩擦阻力系数与流体的密度，粘度、管径d、流速u和管壁粗糙度（和）有关，函数关系如上。当Re2000时，摩擦阻力系数与管壁的相对粗糙度无关，, 。当Re4000时，摩擦阻力系数与雷诺准数和管壁的相对粗糙度有关，。在双对数坐标纸上，以Re为横坐标，为纵坐标，为参数，标绘出Re与的关系

3、图。1.3实验装置及流程（1） 实验装置如图所示：水泵将储水槽中水抽出，送入实验系统，先经过转子流量计测量，后送入被测直管测量流体流动的阻力，再回储水槽，水循环使用。（2）主要设备及参数： 被测直管段，管长：1.6m，管内径：=0.0079m（旧）,d=0.0081米（新），材料：紫铜管。 玻璃转子流量计：LZB25；LZB-10。 摩托罗拉压力传感器：MP×100DP（旧），压力传感器：LXWY（新） 直流数字电压表：HZ2331（旧）；PZ139（新）。 单项离心清水泵：DB-80。1.4实验方法与步骤（1）向储水槽注水，约4/5左右。（2）检查流动系统有无气泡，在流量为零时，观

4、察U形管压差计两支液位是否水平，依据流体静力学基本方程： ，当时，Z1Z2。如Z1Z2，说明管内有气泡存在，则用大流量将气泡排除。（3）启动泵前，必须先关闭两转子流量计，即在VsO时启动泵，防止电机过载，线圈被烧。（VsO，N轴0，但此时N轴最小）。（4）如流动系统中有气泡，启动泵后用大流量将气泡排尽后，瞬时开启倒U形管顶部的阀门，使两支管内水位迅速降至大约中部零刻度处，然后关闭顶部阀门，使两液位保持在水平状态。如不水平，继续排气，直至水平为止。（5）启动离心泵后，记下流量为零的一组数据。两转子流量计使用时必须开一关一，即一次只能使用一个流量计，一个开启、另一个必须关闭。先用小流量计与U形管压

5、差计测，当流量超过100时，采用直流数字电压表测压。使用前，必先接电预热1015分钟，应打开电压表开关。使用前，还得先调好电压表的零点。(6)用电压表时，必须先把通U形管两支管用的胶皮管，用止水夹夹上。如无胶管，关闭通U形管两支管的阀门。（7）使用转子流量计时，眼睛要平视转子流量计的上端面（最大截面积）所对应的锥形玻璃管上的刻度，不必刻意追求转子升高或降低时，上端面非得与某一刻度线对齐不可，只要稳定就行。无准确值，可以估读。流量读出后，其它测点必须同时读出，取瞬时值，减少误差，并记录各值。（8）流量从小到大测一次，然后把大转子流量计从大到小再测一次，约20-30组数据。不同的数据可增加点的密集

6、度，使图形更趋于准确，相同的数据，可比较各参数的重现率。（9）实验前、实验后各测一下水温，取其算术平均值为定性温度，查取物性参数如粘度密度等。1.5实验数据处理（1）基本参数 离心泵（型号、转数）流量：Q；扬程：H；轴功率：N； 电动机额定功率：N额； 电动机的效率：y电；传动效率：y传。 管道（材质、长度）管内径：d= ；被测管长度l。 水温实验前水温：t=；实验后水温t；平均水温：t。 工作介质水在平均温度下的物性参数粘度：；密度：。 实验日期 。（2）数据表 数据项目序号原始数据整理后的数据备注流量计读数Q/hU形管压差计读数pf mmH2O直流数字电压表读数V伏特直管压差pPa管内流速

7、u m/s雷诺准数Re直管摩擦阻力系数123456789101112131415（3）实验数据计算举例第 组数据：QpfV直管压差p的计算管内流速u的计算雷诺准数Re的计算直管摩擦阻力系数的计算（4）摩擦系数与雷诺准数及相对粗糙度的关系，在双对数坐标纸上绘出的关系图。1.6实验结果讨论思考题（1）启动离心泵前，为什么必须关闭泵的出口阀门？（2）作离心泵特性曲线测定时，先要把泵体灌满水以防止气缚现象发生，而阻力实验对泵灌水却无要求，为什么？（3）流量为零时，U形管两支管液位水平吗？为什么？（4）怎样排除管路系统中的空气？如何检验系统内的空气已经被排除干净？（5）为什么本实验数据须在双对数坐标纸上

8、标绘？（6）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？（7）读转子流量计时应注意什么？为什么？（8）两个转子能同时开启吗？为什么？（9）开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？（10）使用直流数字电压表时应注意些什么？（11）假设将本实验中的工作介质水换为理想流体，各测压点的压强有何变化？为什么？（12）离心泵送液能力，为什么可以通过出口阀调节改变？往复泵的送液能力是否也可采用同样的调节方法？为什么？（13）本实验用水为工作介质做出的R曲线，对其它流体能否使用？为什么？（14）本实验是测定等径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流

9、动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U型管读数R到pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同？为什么？（15）测试时为什么要取同一时刻下的瞬时数据？（16）作Re图时，依点画线用什么工具？点在线的一侧还是两侧？怎样提高做图的精确度？做图最忌讳什么？（17）实验结果讨论中，应讨论什么？（18）影响流动型态的因素有哪些？用Re判断流动型态的意义何在？（19）直管摩擦阻力的来源是什么？（20）影响直管阻力的因素是什么？如何影响？实验2 离心泵特性曲线的测定2.1 实验目的 （1）了解离心泵的结构与特性。 （2）熟悉离心泵的启动及操作。 （3）掌握离心泵特性曲线的测定方法。2.2 实验原理离心泵是常见

10、的液体输送设备，在一定转速下，离心泵的扬程H、轴功率N、效率均随流量Q而变化。常用水通过实验测出、之间的关系，并以曲线表示之，称为特性曲线。它是确定离心泵适宜操作条件和选用泵的重要依据，其具体测定方法如下：（1）H的计算：在离心泵的进口（截面1）和出口（截面2）间列柏努利方程：由于两测压点之间的管路很短，流体流动的摩擦阻力损失可忽略不计，即=0，故上式简化为： 式中H 泵的扬程，m水柱；Z2-Z1两测压点之间的垂直距离，即位压头之差，m水柱；p1、p2分别为泵入口处真空度、出口表压强，;u1、u2分别为泵入口，出口处管内流速 m·s-1。泵吸入口处的表压强为负值，应注意的计算。（2）

11、N的计算：功率表测得的功率为电动机的输入功率，因为泵由电动机直接带动，传动效率为1.0，所以电动机的输出功率等于离心泵的轴功率。即：泵的轴功率=电动机的输出功率=电动机的输入功率×传动效率电动机的输入功率=功率表的读数×功率表的仪表常数×电动机的效率即：N=功率表的读数（格）×功率表的仪表常数（W/格）×电动机的效率y（3）的计算： Ne泵的有效功率。 kW2.3 实验装置及流程（1）实验装置如图所示：图2-1 离心泵特性曲线实验流程示意图1-离心泵；2- 功率表；3- 灌水阀；4- 泵出口导管上夹子；5- 压强表；6- 转子流量计；7- 流量

12、调节阀；8- 排气嘴；9- 真空表；10- 贮水槽；11- 放水口；12- 底阀泵将水槽内的水输送到转子流量计，用流量调节阀调节其流量大小，从流量计出来的水通过管路又回到水槽，使水循环流动。离心泵特性曲线的测定装置，设计思路是根据管路中流量的变化，测定泵入口、出口的压强，功率表的读数，作出 、的变化曲线，即离心泵的特性曲线。基本设备有：水槽、离心泵、流量测量仪表、压强测量仪表、功率测量仪表、循环管路及阀门。（2）主要设备及参数： 离心泵4WXB38（旧）流量Q4m3/h,扬程H8m，效率y52%，轴功率N178w；4WXB-8(新)，流量Q4m3/h,扬程H8m，轴功率N168W。 真空表测压

13、口所处的位置管内径d1=0.041m。 压强表测压口所处的位置内径d2=0.021m（旧）；d2=0.027m（新）。 真空表与压强表测压口之间的垂直高度之差，ho=0.19m（旧）；ho=0.22m（新）。 电机效率为60%。 转子流量计：LZB-50LZB-25。 真空表：z-100表盘直径100mm，测量范围-0.1-0MPa。 压力表：Y-100表盘直径100mm，测量范围0-0.1MPa（旧）；00.16MPa(新)。 功率表：D51型（旧）；ZBY019-81型（新）。泵的轴功率：N电动机输入功率×电动机效率功率表读数（格）×10W/格×0.6（旧）N

14、电动机输入功率×电动机效率功率表读数（瓦）×0.6（新）。2.4 实验方法与步骤（1）向水槽内注水，没过底阀，加至八成满即可。（2）启动离心泵前，必须检查泵体内是否灌满水。打开泵上的排气嘴，看是否有水流出，如无水流出，打开灌水阀向水泵内加水，同时打开泵上的排气嘴，没有气体只有水射出，关闭排气嘴。（3）启动泵前，先按下功率表分流闸中绿色开关按钮，以免功率表因过载而损坏。泵启动后，正常工作时，需要测定功率，按下功率表分流闸中红色开关按钮，不测功率时也应按下绿色开关按钮。（4）启动泵前，应先切断排出管路测压口至压强表的通路，以防水流的冲击损坏压强表。如果是橡皮导管，用夹子夹紧泵出

15、口管路测压口与压强表之间的导管。如果是金属导管，则必须关闭测压口通向压强表的阀门。（5）启动离心泵前，切记要关闭泵的出口阀门，在流量为零的状态下按下绿色按钮启动离心泵，防止电机过载，烧坏线圈。如果是两个流量计，这两个流量计只能关一开一，轮流使用。（6）泵启动后缓慢打开通向压强表的夹子或慢慢调节通向压强表的阀门。（7）在流量为零时测取第一组数据，按照流量由小到大的原则，缓慢开启流量计，从流量为零到最大，测10-12组数据，再从大到小不重复地测10-12组数据。每改变一次流量，同一时间瞬时读取并记录泵入口真空表、出口压强表、功率表上的数值。（8）实验前，实验后各测定一次水温，取其算术平均值为定性温

16、度，查取物性参数。（9）实验完毕，先关闭泵的出口阀，再关闭进口阀，然后按下红色按钮停泵。（10）关闭电源开关，做好实验室的清洁工作。（11）注意实验中不要乱动实验设备上的各种阀门及仪表，按逆时针旋转开、顺时针旋转关的一般常识开启、关闭阀门，不要用力拧的过紧。2.5实验数据处理（1）基本参数 离心泵（型号、转数）流量：Q = 扬程：H = 轴功率：N= 效率：= 电动机额定功率： 电动机的效率： 传动效率： 管道：吸入导管内径：d1= 排出导管内径：d2=真空表与压强表测压口之间的高差：h0= 其它仪表型号，测量范围及精度 水温及定性温度下水的各物性参数，如密度、粘度等 实验日期（2）数据表表2

17、-1离心泵特性曲线测定数据表数据项目序号原始数据整理后的数据备注流量计读数m3·h-1压强表读数MPa真空表读数MPa功率表读数格或瓦流量Qm3·h-1扬程Hm轴功率N kW效率 %1234567891011（3）实验数据计算举例第 组数据：入口真空度= 出口表压强=流量计读数= 功率表读数= u的计算，（吸入管流速、排出管流速） Q的计算He的计算 P的计算的计算（4）离心泵特性曲线图 在方格纸上绘出离心泵的特性曲线图。2.6 实验结果讨论2.6.1讨论实验结果2.6.2思考题 为什么启动离心泵前要向泵内注水？如果注水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么原因？ 为什么离

18、心泵启动时要关闭出口阀门？ 离心泵特性曲线测定过程中点不可丢，为什么？ 启动离心泵时，为什么先要按下功率表分流开关绿色按钮？ 为什么调节离心泵的出口阀门可调节其流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其它方法调节泵的流量？ 正常工作的离心泵，在其进口管上设置阀门是否合理，为什么？ 为什么在离心泵进口管下安装底阀？从节能观点看，底阀的装设是否有利？你认为应如何改进？ 为什么停泵时，要先关闭出口阀，再关闭进口阀？ 离心泵的特性曲线是否与连结的管路系统有关？ 为什么流量越大，入口处真空表的读数越大，而出口处压强表的读数越小？离心泵应选择在高效率区操作，你对此如何理解？ 离心泵的送液能力为什么可以通过出口

19、阀的调节来改变？往复泵的送液能力是否采用同样的调节方法？为什么？ 试从理论上分析，实验用的这台泵输送密度为1200 kg·m-3的盐水，（忽略粘度影响），在相同量下泵的扬程是否变化？同一温度下的离心泵的安装高度是否变化？同一排量时的功率是否变化？ 离心泵采用蜗牛形泵壳，叶轮上叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反。试定性解释以上两部件采用此种结构的理由。 离心泵铭牌上标的参数是什么条件下的参数？在一定转速下测定离心泵的性能参数及特性曲线有何实际意义？为什么要在转速一定的条件下测量？ 扬程的物理意义是什么？ 泵的效率为什么达到最高值后又下降？ 离心泵特性曲线测定时，两转子流量计如何使用？为什么

20、？ 启动泵前，为什么先切断排出管路测压口至压强表的通路？如何切断？ 记录实验数据时，为什么同时取瞬时值？实验3恒压过滤参数的测定3.1 实验目的（1）掌握恒压过滤常数K、qe、e的测定方法。（2）学习滤饼压缩性指数S和物料常数k的测定方法。（3）加深对K、qe和e概念和影响因素的理解。（4）学习一类关系的实验确定方法。3.2实验原理恒压过滤时，推动力p恒定，但随着过滤操作的进行，滤饼不断加厚，流动阻力逐渐增加，因而过滤速率逐渐变小，时间增加。恒压过滤方程微分上式可得：写成：，为测定和计算方便起见，上式左端可用增量比代替，即，这是一条直线，由直线的斜率及截距的值，便可求得与另外，实验中当计量瓶中

21、滤液达到零刻度时，按表计时，作为恒压过滤时间的零点，但是，在此之前吸滤早已开始，即计时前系统内已有滤液存在，这部分滤液量可视为q,。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进去。则方程应改写为：，为计时前系统内的存液量，A为过滤漏斗的过滤面积。过滤常数的定义式为： 两边取对数：， S常数,=常数，故K与p在双对数坐标素上标绘的是一条直线，直线的斜率为1-s，由此可算出压缩性指数s，代入上式再算出k。3.3实验装置及流程（1）实验装置如图所示：（2）主要设备及参数 真空泵：型号2XZ-1，XZ-1,旋片式真空泵；极限压力6×102Pa（旧）；6.7Pa（新

22、）抽速1升/秒；转速1400转/分；功率0.25kw（旧），180w（新）。 搅拌器：型号D-7401（旧），KDZ-1（新）；功率160W；转速3200转/分。 玻璃过滤漏斗：规格80mm（250ml）；原标准G3；滤板孔径16-30m，过滤漏斗的过滤面积：A0.00385m2。 滤浆槽：内配有5%（旧），8%（新），碳酸钙悬浮液，用电动搅拌器进行均匀搅拌，浆液不出现漩涡为宜。系统内存液量：（旧），（新）。3.4实验方法与步骤（1）在滤浆槽内注入大约80%体积的清水，使浆液没过过滤漏斗，让过滤介质平行于液面，以防空气被抽入，造成滤饼厚度不均匀。做实验时，实验者应用手扶住漏斗上部，以免空气被抽

23、入。（2）启动前，用手旋转一下搅拌轴，以保证顺利启动搅拌。系统接上电源，打开调速器开关，指示灯亮，将调速旋钮从0至1位启动，不允许高速档启动。转速状态下出现异常或实验完毕后将调速旋钮恢复到“0”位。（3）启动真空泵前，应学会秒表的连续计时方法。（4）如计量瓶下部漏入空气，利用实验间隙时间，在旋塞上薄薄地涂一层丸士林，反复旋转旋塞后，便可止漏。（5）打开放空阀7，关旋塞阀4及放液阀10。（6）启动真空泵，用放空阀7调节系统内的真空度，使真空表的读数稍大于指定值。然后打开旋塞4进行抽滤，此后时间内应注意观察真空表读数应恒定于指定值，当计量瓶滤液达到“0”刻度时，按表计时，做为恒压过滤时间的零点。记

24、录滤液每增加100ml所用的时间。当计量瓶读数为800ml时停止计时，并立即关闭旋塞4和真空旋塞9。(7）把放空阀7全开，待真空表读数降到零时，或降到一定程度停真空泵，打开旋塞4和9，利用系统内的压强把吸附在吸滤器上的滤饼反冲到滤浆槽内。放出计量瓶中的滤液，倒入滤浆槽中，将吸滤器冲洗干净待用。（8）改变压强差，重复上述实验操作，以便测定Kp间的对应关系。（9）结束实验后，切断真空泵、电动搅拌器电源，将吸滤器冲净。3.5实验数据处理（1）基本参数 过滤物质：5%（旧）与8%（新）的碳酸钙悬浮液。 过滤方法：不同压差下的真空抽滤。（2） 数据表原始数据表 实验日期 年 月 日p MPa sV ml

25、 0.030.040.050.0600000-100100-200200-300300-400400-500500-600600-700700-800实验数据处理表Vmlm3/m2m3/m2m3/m2MPaMPaMPaMPaSS/mSS/mSS/mSS/m过滤常数表曲线序号1234过滤压差p MPa0.030.040.050.06过滤常数K m2/sqe m3/m2e SS=(3)实验数据计算举例假设：p0.035MPa，V为0-100ml，为0-1'44"29,系统内存液量：V149ml,过滤漏斗的过滤面积：A0.00385m2。计算与m3/m2 m3/m2 m3/m2 m

26、3/m2p大气压绝压真空度0.035MPa104.29-0104.29S（注：1'44"29104.29S）s/m按以上计算程序，将各计算值填入实验数据处理表中，以为横坐标、为纵坐标在方格纸上作出4个压差下的4条直线图。计算各压差p下的过滤常数K、qe、e以直线I为例（P0.035MPa），在上图中直线I上任意确定二点，（17，7.8），（5.7，5），作出三角形，则tg=。按前述：为直线，由直线的斜率，截距qe的数值便可求得K与qe。另外，在实验中，滤液达到零刻度时按表计时，做为恒压过滤时间的零点，但是，在此之前吸滤早已开始，即计时前系统已有滤液存在，这部分滤液量可视为q,

27、在整理数据时应考虑进去，则方程应改写为：在图上读出直线截距 其它压差计算步骤同上。计算滤饼的压缩性指数S与物性常数k。将4个压差下的K p数据以p为横坐标、K为纵坐标，标绘在双对数坐标纸上，可得4个点，将此4点联结为一条直线。由前实验原理知该直线为：从Kp关系图上可得直线斜率，方法同上。在该直线上任意确定二点（1.7×105，2.9×104），（104，5.4×103）。S0.41从图中直线上任一点C读出P及K，P8.1×104Pa，K1.9×10-4m2/s 代入K2kP1-s中得：m2/s.Pa3.6实验结果讨论思考题过滤中，为什么要让过滤

28、介质平行于液面？ 空气被抽入滤液瓶会导致什么后果？ 启动前，为什么先用手旋转一下搅拌轴？ 为什么不允许搅拌在高速档启动？ 如果空气从计量瓶下部漏入，如何处置？ 启动真空泵前，为什么先要打开放空阀7？关闭旋塞4及放液阀10？ 怎样用放空阀调节系统内的真空度？旋塞顺时针旋转，是开还是关?系统内的真空度变大还是变小？ 要降低真空表读数时，采取什么措施？ 停止抽滤后，为什么要利用系统内的压强把吸附在吸滤器上的滤饼反冲到滤浆槽中？ 停止抽滤后，可否先放出计量瓶中的滤液，然后反冲？为什么？ 计算时，为什么要考虑系统内的存液量？ 为什么q要取平均值？作出与的关系线？ 计算时，在直线上取点的位置与计算结果有无

29、关系？为什么？ 为什么与关系线画在方格纸上？而pK的关系线却标绘在双对数坐标纸上？ 讨论实验结果，应重点分析、解决什么问题？ 真空过滤时，过滤速度随真空度如何变化？为什么？ 什么叫恒压过滤？它与真空有什么关系？ 恒压过滤时，随着过滤时间的增加，过滤速率如何变化？ 过滤完毕，为什么必须把吸滤器冲洗干净？ 恒压过滤时，如何保证溶液的浓度不变？实验4 气汽对流传热实验4.1 实验目的(1) 了解气汽对流传热的机理。(2) 掌握准数关联式中某些系数的测定方法。4.2 实验原理 流体在圆形管道内无相变时的准数关联式为 ，将非线性转化为线性关系，用最小二乘法原理，将实验得到的若干组，和数据，由回归法确定系

30、数值。具体测定方法如下：准数关联式（流体被加热）将移至左边，两边取对数，令，,得,此式为一元线性式，按回归法即可得.4.2.1 的计算：在双对数坐标系中以为横坐标，以为纵坐标。将测得的6组数据处理后得到6对横纵坐标，在双对数坐标系中描出6个点，将6个点相连得一直线。该直线的斜率即为准数关联式中的 。4.2.2 的计算在线中任取一点查出该点的横坐标值和纵坐标值，代入准数关联式中可求得。4.3 实验装置及流程基本设备有：传热管 、热电偶 、孔板流量计 、鼓风机、电加热釜。气汽两相分别由鼓风机和电加热釜提供，在套管换热器中进行热量的交换，结果蒸汽冷凝为液态的水，冷空气变成热空气。4.4 实验方法与步

31、骤(1) 向电加热釜中加水至液位计上端红线以上。(2) 向保温瓶中加适量的冰水，并将冷端补偿热电偶插入其中。(3) 检查空气流量旁路调节阀的开度，电压调节电位器是否旋至最左端。(4) 接通电源总闸，并将数字电压表预热5分钟。(5) 调节电位器，使电压表的示值为200伏。(6) 待水沸腾后，调节空气流量旁路阀的开度。(7) 待玻璃套管中充满蒸汽并有适量溢出，等待5分钟后读取R、t1、t2、E的值。(8) 重复上述操作，共测6组数据。(9) 实验完毕，先关电压表，5分钟后再关鼓风机，并将旁路阀全开。 4.5 实验数据处理4.5.1 数据表 实验日期： 测算内容123456R (mmH2O)V20

32、(m3/h)Vh (m3/h) t1 t2 E mV T t = t1- t2 ()tm V (m3/h) Q (kW) 续表4.5.1 测算内容1234561 kW/ (m2.)NuNu/Pr 0.4u (m/s)准数关联式 4.5.2 基本参数传热管内径：d1=0.018 m； 流通截面积：F=0.000255 m2；传热管有效长度：L=1.10 m； 传热面积：S=0.0622 m2空气进口温度：t1 空气出口温度：t2数字电压表的读数：E 蒸汽温度：T努塞尔准数：Nu 雷诺准数：Re准数关联式中的A和m值： 水温及定性温度下水的各物性参数：(1) 实验数据计算举例：第 组数据：传热管流

33、通截面积 F=0.000255 (m2)传热管传热面积 S =0.0622 (m2)空气的流量 V = V 20 × V20=2.543R0.481空气的平均流量V = ×冷热流体的对数平均温度差 tm=传热速率 Q=(V t1×t1×Cp×t)/3600努塞尔准数 Nu= idi/(×10-3) 雷诺准数 Re=di /(2) 作图 在双对数坐标系中绘制出准数关联式。4.6实验结果讨论思考题 为什么向电加热釜中加水至液位计上端红线以上？ 为什么一面向电加热釜中加水一面要观察液位计？ 为什么向保温瓶中加冰水混合物？ 为什么将数字电压表

34、预热？ 为什么待水沸腾5分钟后，才可调节空气流量旁路阀的开度？ 为什么实验结束先关电压表，5分钟后再关鼓风机？ 为什么在双对数坐标系中准数关联式近似为一条直线？ 什么情况下用双对数坐标系作图？ 气-汽换热的结果是什么？ 为什么在套管换热器上安装有一通大气的管子？ 实验中使用的孔板流量计的设计原理是什么？ 使用孔板流量计时应注意什么？ 对组成孔板流量计的U形管中的指示液有何要求? 所测压差与U形管的粗细有无关系？ 所测压差与U形管中的指示液的密度有无关系？ 压差与U形管中的指示液的高度差有无关系？ 旁路阀中的空气流量与传热管中的空气流量的关系是什么？ 为什么每改变一次流量都要等5-6分钟才能读取

35、数据？ 本实验是由哪几大装置组成？ 准数关联式 Nu=ARemPr0.4应用范围？实验5 精馏塔的操作和塔效率的测定5.1 实验目的：、熟悉板式精馏塔的结构和精馏流程。、理论联系实际，学习并掌握精馏塔的操作。、学会精馏塔效率的测定方法。5.2 实验基本原理5.2.1 维持稳定的精馏过程连续操作的条件 根据进料量及组成、产品的分离要求，严格维持物料平衡。 总物料平衡在精馏塔操作时，物料的总进料量应恒等于总出料量。即 （5-1）当总物料不平衡时，进料量大于出料量时，会引起淹塔；相反出料量大于进料量时，会引起塔釜干料，最终都将导致破坏精馏塔的正常操作。 各组分的物料平衡 在满足总物料平衡的情况下，应

36、同时满足下式 （5-2）由式（6-2）和（6-2）可以看出，当进料量F，进料组成，以及产品的分离要求一定的情况下，应严格保证馏出液D和釜液W的采出率为 (53) (54)如果塔顶采出率取得过大，即使精馏塔有足够的分离能力，在塔顶仍不能获得规定的合格产品。 精馏塔应有足够的分离能力在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作过程要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，获得合格的产品。一般应根据设计的回流比严格控制回流量。 精馏塔操作时，应有正常的气液负荷量，避免发生以下不正常操作状况。 严重的液沫夹带现象当塔板上的液体的一部分被上升气流带至上层塔板，这种现象称为液沫夹带。液沫夹带是一种与液体主流方向相

37、反的流动，属返混现象，是对操作有害的因素，使板效率降低。液流量一定时，气速过大将引起大量的液沫夹带，严重时还会发生夹带液泛，破坏塔的正常操作。 严重的漏液现象在精馏塔内，液体与气体应在塔板上有错流接触，但是当气速太小时，部分液体会从塔板开孔处直接漏下，这种漏液现象对精馏操作过程是有害的，它时气、液两相不能充分接触。严重的漏液，将使塔板上不能积液而无法正常操作。 溢流液泛 因受降液管通过能力的限制而引起的液泛称溢流液泛。对一定结构的精馏塔，当气液负荷增大，或塔内某塔板的降液管由堵塞现象时，降液管内清液高度增加。当降液管液面升至堰板上缘时，降液管内的液体流量为极限通过能力，若液体流量超过此极限值，

38、板上开始积液，最终会使全塔充满液体，引起溢流液泛，破坏塔的正常操作。5.2.2 产品不合格的原因及调节方法 精馏过程中由于物料不平衡而引起的不正常现象及调节方法在操作过程中，要求维持总物料平衡是比较容易的，即。但要求在组分的物料平衡条件下操作则比较困难，有时过程往往处于不平衡条件下操作，即： （为易挥发轻组分）对上述情况下的外观表现和恢复正常操作的处理方法是： 在下操作在此情况下操作，可知，随着过程的进行，塔内轻组分大量流失，而重组分则逐步积累，使操作过程日趋恶化。其外观表现为：塔釜温度合格而塔顶温度逐渐升高，塔顶产品不合格，严重时冷凝器液流减少。造成的原因有：塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，

39、即和进料组成有变化，轻组分含量下降。处理方法：若因塔釜产品与塔顶产品采出比例不当造成此现象，则可采用不变加热蒸汽压，减小塔顶采出，加大塔釜出料和进料，使过程在（）下操作一段时间，以补充塔内的轻组分量。待塔顶温度逐步下降至规定至时，在调节操作参数使过程在下操作；若系进料组成变化，变化不大时调节同上；组成变化较大时，需调节进料位置，甚至改变回流量 在下操作在此情况下操作，可知，随着过程的进行，塔内重组分大量流失，而轻组分则逐步积累，同样使操作过程趋于恶化。其外观表现为：塔顶温度合格而塔釜温度逐渐下降，塔釜采出不合格。造成的原因有：塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，即和进料组成有变化，轻组分含量升高。

40、处理方法：若因塔顶产品与塔釜产品采出比例不当造成此现象，则可采用不变回流量，加大塔顶采出，同时相应调节加热蒸汽压，使过程在下操作，也可视情况适当减少进料量。待塔釜温度升至正常值时，按的操作要求调整操作条件。若系进料组成变化，可按上述方法调节，并视情况调节进料位置。 分离能力不够引起产品不合格的现象即调节方法外观表现为：塔顶温度升高，塔釜温度降低，塔顶、塔釜产品不符合要求。采取措施：可通过加大回流比来调节，应该注意：在塔的处理量及组成已定的条件下，又规定了塔顶、塔底产品的组成，根据物料衡算，则塔顶和塔底产品的量亦已确定，因此增加回流比并不意味着产品流率的减少，加大回流比的措施只能是增加上升蒸汽量

41、，即增加塔底的加热速率即塔顶的冷凝量，这是已经济为代价的。由于回流比的加大，塔内上升蒸汽量超过塔内允许的汽液负荷时，容易发生严重的雾沫夹带或其他不正常现象，因而不能盲目加大回流比。 精馏过程生产条件变化对操作条件的影响及调节如果因生产上需要使进料量改变，则可根据维持稳定的连续操作为条件进行调节，使过程仍维持在下操作。由于操作上的疏忽，进料量已发生变化。而操作条件未作相应的调整，其结果必然使得过程仍处于不平衡下操作。原因是：精馏过程的塔釜采出是根据塔釜液位加以控制的，在进液减少时，塔顶采出仍维持原状不变，使过程处于下操作。同理，在进料量增加则过程必然处于下操作。其外观表现和处理方法同物料不平衡下

42、操作一样。5.2.3 板效率对板式精馏塔，一般以板效率来概括塔板上的汽液接触的状况各种非理想流动对精馏塔的影响。塔板效率的定义有：点效率、默弗里板效率和全塔效率。全塔效率是板式塔分离性能的综合度量，它不仅与影响点效率、板效率的各种因素有关，而且还把板效率随组分等的变化也包含在内。因此，全塔效率综合了塔板结构、物理性质操作变量等诸因素对塔分离能力的影响。一般由实验测定一个新物系的全塔效率。板式塔的总板效率总板效率又称全塔效率，指塔体本身的理论板数与实际板数比值。 （55） 理论板数的求法（图解法） 对于二元物系系统，已知其气液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成、进料热状况、操作回流比及塔顶流出液

43、组成可以求得该塔的理论板数 在全回流条件下（R=） 在全回流条件下，在图上对角线即为精馏段操作线，据据测出的塔顶，塔釜的浓度和用求理论板的图解法，在平衡线与操作线之间绘阶梯，即求得塔系统内的和两取样之间的理论板数 部分回流下，进料状况参数的计算。当进料为冷液体时， （56） 式中，- 为冷液体进料温度，；- 为进料组成下液体的泡点温度，；- 为进料液体在平均温度（定性温度）下的比热；- 为进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热； - 分别为纯组分1和纯组分2在平均温度下的比热； - 分别为纯组分1和纯组分2在进料的泡点温度下的汽化潜热； - 分别为纯组分1和纯组分2质量； - 分别为纯组分1和

44、纯组分2在进料所占的摩尔分数。5.3 实验内容：5.3.1 在全回流条件下操作，并测定的全塔效率；5.3.2 对质量浓度1520%得乙醇正丙醇混合液进行精馏分离，已达到塔顶馏出液乙醇浓度大于80%，塔釜残液浓度小于30%（均为摩尔比）。测定该操作条件下精馏塔的全塔效率。5.4 实验装置及流程：5.5 实验方法及步骤5.5.1 全回流操作 预热开始后，要及时开启塔顶冷凝器的冷却水，冷却水量要足够大。 记下室温值，接上电源，按下装置上总电压开关。 开始加热，电压约为80100伏，加热至釜内料液沸腾，待每块塔板上均建立液层后，转入正常操作。当塔身出现壁流或塔顶冷凝器出现第一滴液滴时，开启塔身保温电压

45、，开至150 V，整个实验过程保持保温电压不变。 等各块塔板上鼓泡均匀，保持加热电压不变，在全回流情况下稳定操作20min左右，此时塔顶上升蒸汽温度保持不变，仔细观察全塔传质情况。用注射器在塔顶，塔底同时取样，分别取两到三次样，直至分析结果合理为止。 5.5.2 部分回流操作 在全回流的基础上，开启进料转子流量计，调节流量，以23（L/h）的速度向塔内加料；用回流比控制调节器调节回流比R=4；塔顶馏出液收集在塔顶容量管中。 塔釜产品经冷却后由溢流管流出，收集在容器中。 当操作稳定后，记下加热，保温电压，电流，塔顶温度等相关数据。在整个操作过程中维持进料量不变。用注射器取塔顶、塔底和进料三处样品

46、，用折光仪分析，取两到三次，同时记录原料液的温度（室温值）。 检查数据合理后，停止进料并调节加热、保温电压复零，关闭回流比调节器开关。 停止加热10分钟后，关闭冷却水，一切复原。5.6 实验数据记录及处理结果：5.6.1 原始数据（实验时记录数据） 室温 实验日期 年 月 日项 目 名 称全回流R=部分回流R=4塔 釜加 热电 压（V）电 流（A）保 温电 压（V）电 流（A）塔 顶 温 度（）流 量 计 读 数（l/h）进 料 温 度（）折光仪的工作温度（）样品折光指数塔顶塔釜进料5.6.2 塔板效率的计算全 回 流 R = 部 分 回 流 R = 4塔 顶塔 釜塔 顶塔 釜进 料折光指数质

47、量分数摩尔分数5.6.3 数据处理过程（1） 求出进料状态值；（2） 作图求出全回流和部分回流情况下的总板效率。5.7 注意事项： 实验过程中严禁直接用手触摸透明膜加热管（塔釜和塔体），以免触电。 本实验设备全部为玻璃和不锈钢管制作，加热时不能过快，以免玻璃发生破裂。塔釜升温时一定要缓慢，如升温过程发生爆沸，釜液冲出，应立即断电，重新加料到指定液面，再缓慢升温，重新操作。 全回流操作期间，必须将塔底溢流管的产品排出口处用夹子夹紧，保证不出料，釜内液面稳定。待部分回流操作稳定后在打开此夹子，维持连续进料和出料。思考题 在求理论板数时，本实验为何用图解法，而不用逐板计算法？ 求解q线方程时，Cp，m，m需用何温度？ 在实验过程中，发生瀑沸的原因是什么？如何防止溶液瀑沸？如何处理？ 取样分析时，应注意什么？ 写出本实验开始时的操作步骤。 实验过程中，如何判断操作已经稳定，可以取样分析？ 分析样品时，进料、塔顶、塔底的折光率由高到底如何排列？ 在操作过程中，如果塔釜分析时取不到样品，是何原因？ 若分析塔顶馏出液时，折光率持续下降，试分析原因？ 操作过程中，若发生淹塔现象，是什么原因？怎样处理？ 实验过程中，预热速度为什么不能升高的太快？ 在观察实验现象时，为什么塔板上的液层不是同时建立？ 如果操作过程中，进料浓度发生改变，其它操作条件不变，塔顶、塔底产品的浓度如何改变？ 如果