化工原理实验指导书

1、化工原理实验指导书化工原理教学组仲凯农业工程学院2007年7月目 录0 引言11 实验方法论22 实验误差分析及数据处理63 实验实验一 流体流动阻力的测定14实验二 流量计的流量校正18实验三 离心泵特性曲线的测定22实验四 过滤实验27实验五 换热器的操作和传热系数的测定31实验六 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定35实验七 精馏塔的操作与塔效率的测定41实验八 干燥操作和干燥速率曲线的测定460 引 言0.1化工原理实验特点及基本要求0.1.1特点化工原理实验属于工程实验范畴。研究对象：实际问题和工程问题。基本研究方法：因次分析法，数学模型法。两种功能：由此及彼，由小见大。0.1.2

2、基本要求（1）学会工程实验的两种基本研究方法和数据处理方法；（2）熟悉化工数据的基本测试方法和技术；（3）熟悉并掌握化工典型设备的操作。0.2化工原理实验教学内容化工原理实验课的内容包括实验理论教学和典型实验教学两大部分。实验理论主要阐明实验方法论、实验误差和数据处理、检测仪表测试技术和典型化工设备的操作。而典型实验的主要项目是：（1）流体流动阻力的测定；（2）流量计的流量校正；（3）离心泵特性曲线的测定；（4）过滤实验；（5）换热器的操作和传热系数的测定；（6）填料吸收塔的操作及传质系数的测定；（7）精馏塔的操作与塔效率的测定；（8）干燥操作和干燥速率曲线的测定；通过实验课的教学，让学生掌握

3、科学实验的全过程，包括实验前的准备，进行实验操作，正确记录和处理实验数据，撰写实验报告。为了使学生有严肃的态度、严格的要求、严密的作风，我们采用以下教学程序：（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和计算机仿真模拟预习：了解实验装置，摸清实验流程、测试点、操作控制点及所使用的检测仪器和仪表；（3）编写实验预习报告，实验前交给实验指导老师审阅，获准后方能参加实验；（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）实验数据处理：用计算机处理实验数据，不合要求的重做，并有一组手算的计算示例；（6）撰写实验报告：包括

4、计算示例，计算结果汇总，结果讨论，回答问题等。1 实验方法论Ll1.1化学工程问题的研究方法以流体在圆管内流动阻力为例，图1-1。1.1.1理论推导的数学分析法 流体作层流流动： 图1-1 流体在圆管内流动 力平衡： （1）牛顿粘性定律: （2） (2)代入(1): 由边界条件积分得：1.1.2半经验半理论的数学模型法流体作湍流流动：力平衡不变，牛顿粘性定律不适用湍流脉动。但剪应力与形变率的关系仍服从，即，但湍流粘度难以确定。1.1.3因次（量纲）论指导下的实验研究方法（1）列出影响阻力大小的主要因素：（2）因次（量纲）分析：组成无因次（量纲为1）数群（3）实验，拟合成函数关系或曲线1.1.4

5、直接实验方法结果可靠，但有很大的局限性，耗时费力。1.2量纲分析法 1.2.1 因次（量纲）、基本因次、导出因次 因次：区别物理量的标志（又叫量纲）。 基本因次：基本量的因次：导出因次：导出量的因次：。1.2.2因次（量纲）分析法的基础（1）因次（量纲）一致法：物理方程中的每一项都有相同的因次（量纲）。（2）定律：无因次（量纲为1）数群N = 物理量数n基本因次(量纲)数m1.2.3因次（量纲）分析法规划实验的步骤例：直径为d的圆球在流体中等速下降的阻力 r（1）析因分析（实验）：找出影响r的因素，（2）选择m个基本变量：力学范围内，尺寸：d， 运动：u，与力有关:（3）根据定律写出N个无因次

6、式：N=5-3=2，=非基本变量/基本变量 （4）解无因次（量纲为1）准数式的指数方法：将各物理量的因次（量纲）代入无因次（量纲为1）式中，由分子分母因次（量纲）相同解指数。 如：解得： 所以： 同理：（5）按无因次关系进行实验：，调一个流量，测一个压降。（6）实验数据整理或作曲线：一般按形式：1.2.4如何模拟实验？如何将模拟实验结果换算到实际设备？几何相似模型和原型相对应的几何尺寸保持一定比例；运动相似在相似系统中各对应上对应时刻的运动参数（u、a、）方向一致，大小成一定比例；动力相似模型和原型所有对应点上都作用相同性质的力且各力的比值相同。例：有一空气管直径为300mm，管路内安装一孔径

7、为150mm的孔板，管内空气温度为200，压强为常压，最大气速为10m/s，试估计孔板的阻力损失为多少？解：因次分析得：（1）由几何相似确定实验设备 取实验设备为30mm的管子，则孔板孔径（2）实验用水代替空气，水温20，由运动相似，确定水的查200的Air：=2.6x10-5 Pa.S =0.747 kg/m3查20的H2O： =1.005x10-2Pa.S =998.2 kg/m3 （3）实验结果 （4）200的Air，在实际设备中的动力相似：1.2.5因次（量纲）分析法规划实验的优点或局限性优点：（1）实验工作量大大减少。 （2）实验难度下降：可不需要真实物料，可用模型设备代替实际设备（

8、由此及彼，由小见大）。局限性：（1）若变量数多，工作量仍很大。（例: 109 106） （2）建立量纲为1的准数有一定任意性。1.3数学模型法区别：因次（量纲）分析法：对过程内在规律不作任何认识（黑箱）。 数学模型法：对过程有深刻认识，得出足够简化而不失真的模型步骤：（1）预实验，简化模型。（2）实验检验简化模型的等效性。（3）通过实验确定模型参数。 例如：流体通过颗粒层流动：爬流虚拟毛细管2 实验误差分析及数据处理2.1误差分析2.1.1 误差的基本概念（1）分类系统误差：在测量或实验过程中未发觉或未确定的因子所引起的误差。当实验条件一经确定，其大小和符号固定不变。随机误差：在已经消除系统误

9、差的一切测量值的观察中，所测数据仍在末一位或末两位数字上有着差别，而且它们的绝对值和符号的变化，时大时小，时正时负。随机误差的算术平均值趋尽于零。过失误差：由于实验人员粗心大意造成与事实不符的误差。（2）误差的表示法A、测量点的误差绝对误差：ei=xi-x0 xi测量值 x0真值 di=xi-xm xm最佳值 xm=(x1+x2+xn)/n相对误差：ei/x0 或di/xmB、测量集合的误差极限误差： （算术平均值的误差） 不是一个具体的误差，它的大小只说明在一定条件下等精度测量集合中的每一个观测值对其算术平均值的分散程度。C、绝对误差（3）准确度和精密度准确度：测量值和真值之间的符合程度。精

10、密度：所测量的数据重现性的程度。精密度高，准确度不一定高；但准确度高，其精密度一定高。2.1.2 随机误差的正态分布性质在系统误差忽略条件下，一个物理量在同一条件下进行多次测量，发现有一定规律。如用流量计测定一固定流量（30），其结果服从正态分布。其特点：（1）单峰性：绝对值小的误差出现的几率大。（2）对称性：绝对值相同的正、负误差的几率相同。（3）有界性：大的误差出现几率小，且不超过一定的限度。（4）低偿性：随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值等于零。误差分析曲线积分可得，误差大于3出现的概率，在370次观测中只有一次。2.1.3 3法则凡是误差大于3的数据点应予以舍弃（实际测量次数一般

11、不超过10次）。2.1.4 间接测量误差估计设间接测量y和直接测量xi间有如下关系：实际上，直接测量误差xi是互不相关的随机量，根据概率论，要确定未知量y 的随机误差，应将各部分误差平方再相加，然后求其开方值，即：2.1.5测量结果表示方法（1） 单次测量结果（2） 多次测量结果注意：计算的m仪时，用m；否则用仪。例：圆柱体的半径 r 已知为2 .1±0.1cm 而长度L为6.4±0.2cm，求圆柱体体积及均值标准误差。解: V=×(2.1) 2×6.4±m=88.7±8.9=89±9cm32.2实验数据处理2.2.1列表表

12、示方法（1）实验数据记录表（例 流体流动实验） 设备编号 _ 管径 _ 管长 _ 管件 _ 水温度_ 仪表常数_序号数字电表读数 N/S直管阻力压差计读数局部阻力差计读数左(mm)右（mm)左（mm）右(mm)01（2）计算结果表序号流量m3/sU m/sRe×104Hf直，mH2oHf居， mH2O122.2.2实验曲线表示法(1)坐标纸选择线形函数：y=ax+b （直角坐标纸）幂函数： y=axb log y=lga + blgx （双对数坐标纸）指数函数：y=aebx log y=lga+0.4343bx （半对坐标纸）(2)坐标的分度：即坐标的比例尺。比例尺选择不当，会使图形

13、失真。例:某组实验数据为：X1.02.03.04.0y8.08.28.38.0上图的原因是：没有考虑测量误差。若考虑测量误差：设x=±0.05，y=±0.2，则(x,y)位于底边为2x，高为2y的矩形内，两种比例尺的图形都是一条曲线，如下图a、b所示。设x=±0.05，y=±0.04则它们都是在x=3时，y具有最大值，如下图c、d所示 只要考虑了测量误差，选择不同的坐标比例尺都能得到同样的函数关系。但从上面的图形看出，比例太小，矩形太扁，而比例太大，矩形太长，这些矩形都不能作为光滑的曲线的点。为了得到理想的图形，应该选择适当的比例尺。选择比例尺原则：坐标

14、比例尺： 按照上述原则描绘x=±0.05,y=±0.04曲线应如下图所示。对于x轴：；对于y轴：。2.2.3用数学模型（函数式）表示实验结果数学模型是表示实验结果函数关系的一个重要方法。数学模型的确定，一般可分为三个步骤：确定数学模型的函数类型；确定数学模型式中各个待定系数；对数学模型的可靠程度进行评价。（1）数学模型函数类型的确定y=f(x1 , x2) 作图观察化工常用的函数形式有：（3） 模型的线性化和待定系数的确定 待定系数Bi的确定，常用的有分组平均法、图解法、最小二乘法等A、分组平均法例：已知 x3.44.35.46.78.710.6y4.55.86.88.11

15、0.512.7若选定的模型为,则:B、图解法 例：某实验数据如：x1.002.406.6014.0y1.792.905.408.2求：y-x的数学模型式解：此数据在对数坐标纸上标绘得一直线C、最小二乘法最小二乘法：各观测值与最佳值的残差的平方之和为最小。对于：，求待定系数Bi时，使模型式的计算值y和实验值yi的误差（或残差）平方之和为最小。即目标函数为：例：用最小二乘法解上述图解法的例题解：为了简单起见，设y=A+Bx 解得：A0.2312 B0.602 a=1.703 b=0.602XI=lgxiYI=lgyiXiyiXi200.3860.8191.1460.2300.4600.7320.9

16、1400.1780.6001.04700.1490.6711.3132.3512.3361.8252.133（3）数学模型的可靠程度A、标准差B、线性相关系数实验一 流体流动阻力的测定1、实验目的和内容目的：(1)熟悉测定流体流经直管和管件的阻力损失的实验组织法及测定摩擦系数的工程意义；(2)学会压差计和流量计的使用方法；(3)识别组成管路中各个管件、阀门，并了解其作用。内容：(1)测定某一直管的摩擦系数和雷诺数的关系，并求其粗糙度；(2)测定流体流经阀门的阻力系数。2、基本原理（1）直管阻力损失流体在水平均匀直管中定态流动，由截面1流到截面2阻力损失表现为压强降低：用水作物系，确定，即可计算

17、任一流体在该管道中流动的。（2）局部阻力损失当量长度法： 各种局部阻力的当量长度之和局部阻力系数法： 3、实验流程图1,2,3,4测压阀；5,6,7,8，11放气阀；9,10平衡阀；12,13截止阀。本实验的物料为自来水，由离心泵供水，循环使用，流体流量由装设管道中涡轮流量计计量，安装涡轮流量计必须保证前后有规定的直管段（一般上游段为20Dg，下游段为15Dg），且在变送器前应加设过滤装置（防止涡轮被介质卡住）。涡轮变送器：脉冲信号频率和流量成正比 脉冲数，次； -测量时间，秒： 比例系数（流量系数），次/升 升/秒4、实验步骤 （1）实验前检查U型管液面是否一致，打开平衡阀9、10，关闭放气

18、阀5、6、7、8、11，打开测压阀1、2、3、4，接通涡轮流量计电源。（2）关闭出口阀，启动离心泵。（3）供水后，依次进行总管排气；测压导管排气；压差计排气。（4）检查系统是否排净空气，然后测量，考虑测量范围和实验布点（前密后疏）。（5）实验结束后，打开平衡阀,关闭泵和流量计电源。5、实验数据记录表设备编号 ；水温度 ；仪表常数 ；管径 ；管件 ；管长 。序号数字显示仪表读数直管阻力压差计读数局部阻力压差计读数左（）右（）左（）右（）0123456789106、实验结果部分的要求（1）用双对数坐标纸关联一定下摩擦系数与之间的关系；（2）根据实测数据计算阀门的局部阻力系数的平均值，标准误差，均值

19、标误差及真值。附1：计算结果表序号流量 ×104直局12345678910附2：阀门局部阻力系数的平均值，标准误差，均值标准误差及真值的计算 解：平均值 实验次数 标准误差 1、2、3n 均值标准误差 真值 检查有无可疑值的舍弃： 或 若大于，舍弃第i实验点，按上述步骤重算、 若不大于，无可疑值。 7、思考题（1）在型压差计上装设“平衡阀”有何作用?它们在何时开着，何时关闭？（2）离心泵启动前哪些阀应开着，哪些阀应关闭？ （3）在进行系统排气时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？（4）如何检验测试系统内的空气已经排除干净？（5）型压差计的零点应如何校正？（6）在一定下，的关系曲线是怎

20、样的？当是够大时，曲线情况如何?由此可得何种结论？实验二 流量计的流量校正1、实验目的和内容目的：(1)学会流量计的流量校正方法；(2)通过孔板流量计孔流系数的测定，了解其变化规律。内容：(1)测定孔板流量计的孔流系数；(2)测定孔板流量计永久压强损失。2、基本原理本实验用的孔板流量计是管道法兰间装有一中心开孔的铜板在图2-1的1和2截面间列机械能守恒式:理想流体： 已知，未知实验测压口装在法兰上，即，且非理想流体。不可压缩流体， 令 孔流系数对于测压方式、结构尽寸、加工状况、管道粗糙度等均已规定的标准孔板： 孔板流量计是一种易于制造；结构简单的测量装置，因此使用广泛。但其主要缺点是能量损失大

21、，用型差压计可测量这个损失永久压强损失。流量计的校正，有量体法、称量法和基准流量计法。本实验采用基准流量计法。它用一个已被校正过而精度级较高的流量计作为比较基准。3、实验流程图被校孔板前后必须有直管段，上游：30-50，下游：5-8。永久压头取压点上下游离孔板端面：3-5和8，（-指内径）。4、实验步骤 （1）实验前检查型管液面是否一致，打开平衡阀9、10，关闭放气阀5、6、7、8、11，打开测压阀1、2、3、4，接通涡轮流量计电源。（2）关闭出口阀，启动离心泵。（3）供水后，依次进行总管排气，测压导管排气，压差计排气。（4）检查系统是否排净空气，然后测量，考虑测量范围和实验布点（前密后疏）。

22、（5）实验结束后，打开平衡阀，关闭泵和流量计电源。 5、实验数据记录表设备编号 ；水温度 ；仪表常数 ；管径 ；孔径 ；流量范围 。序号数字显示仪表读数孔板阻力差计读数永久压强压差计读数左（）右（）左（）右（）012345678910 6、实验报告中实验结果部分的要求（1）绘出孔流系数和雷诺数的关系曲线（）（2）绘出永久压强损失和流速的关系曲线（）附：误差分析及、曲线的绘制(1)流量的误差及坐标比例尺：(2)孔流系数的误差及坐标比例尺： 取若(4)流速的误差及坐标比例尺：(5)的误差及坐标比例尺：同理：实验曲线绘制为： 7、思考题（1）为什么测试系统要排气，如何正确排气？（2）为什么流量计和压

23、差计读数的精确度直接影响的数值？如何保证读数精确？（3）为什么速度式流量计安装时，要求其前后有一定的直管稳定段？（4）本实验可得及的曲线，这二种表示法各有什么优点？实验三 离心泵特性曲线的测定1、实验目的和内容目的：(1)熟悉离心泵操作，了解离心泵结构和特性；(2)掌握离心泵特性曲线的测定方法。内容：测定离心泵在特定转速下的特性曲线。2、基本原理泵是输送液体的机械。在选用泵时，一般总是根据生产要求的扬程和流量，参照泵的特性来决定的。对于一定类型的泵来说，泵的特性主要指在一定转速下泵的流量、扬程、功率和效率等。离心泵的特性曲线有三条，,= 3、实验流程图4、实验步骤（1）实验前，关闭泵的出口阀，

24、断开功率表的开关，接通涡轮流量计电源（2）打开引水阀和放气阀，引水灌泵灌满后，关闭水源，引水阀、放气阀（3）启动泵，接通功率表开关（4）打开泵的出口阀，调至最小（=0），记录流量计、压强表、真空表、功率表的读数（5）记录最大流量，在最小最大流量范围内分割流量，进行实验布点（一般前疏后密，在附近尤其注意读数）（6）实验结束，拉开功率表开关，关闭泵和涡轮流量计电源。5、实验数据记录表设备编号 ；水温度 ；仪表常数 ；离心泵型号 ；扬程 ；流量 ； 管径：进 ；出 ； ； 精度 。序号数字显示仪器次/s真空表压力表功率表01234567896、实验报告中结果部分的要求（1）写出所测的离心泵的类型和规

25、格，设备编号及泵的性质有关的参数。（2）绘出离心泵特性的实验结果，并画出曲线图。注明实验条件，并和制造厂给出的数值进行比较。附：离心泵实验误差分析和特性曲线的绘制（1） 流量的误差及坐标比例尺 测量误差：-涡轮流量系数（次/升）仪表误差：量程1.610,涡轮流量计和显示仪表精度均为0.5级即： 故： 以为流量误差坐标比例尺： 假设泵的最大流量为2.3 l/s，则坐标轴总长为4.32.3100mm（2）扬程的误差及坐标比例尺 （压力表量程,1.5级）（真空表量程,1.5级） 设，则坐标轴总长为 = 13325=33.3mm （3）功率误差及坐标比例尺 (功率表0150w,0.5级) 电坐标比例

26、设，则坐标轴总长为 = 1.2100=120（4）效率误差及坐标比例尺的坐标轴总长为=400.45=18mm7、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？怎样解决？（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？是否还有其他方法调节泵的流量？（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）为什么在离心泵进口管下安装低阀？从节能观点上看，低阀的装设是否有利？你认为应如何改进？实验四 过滤实验1、实验目的目的：(1)掌握过滤实验问题的简化工程

27、处理方法,及过滤常数的测定；(2)了解过滤设备的构造和操作方法。内容:测定恒压操作下过滤常数K、及洗涤速率。2、基本原理过滤是借一种能将固体物截留而让流体通过的多孔介质，将固体物从液体或气体中分离出来的过程。因此过滤在本质上是流体通过固体颗粒层的流体，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随过滤过程的进行不断增加，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也在不断下降，及过滤速度不断降低。过滤速度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 式中: -过滤面积； -过滤时间； -通过过滤介质的滤液量。可以预测，在恒定压差下，过滤速率与过滤时间之间的关系、单位面积的累计滤液量q和的

28、关系见下图。影响过滤速度的主要因素除势能差（）、滤饼厚度外，尚有滤饼，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。由于过滤速率为流体经过固定床的表观速度，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数范围。因此，利用流体通过固定床压降的简化数学模型，寻求滤液量与时间的关系，在低雷诺数下，可用康采尼（Kozeny）的计算式，即 对于不可压缩滤饼，由上式可以导得过滤速率的计算式为式中：；形成与过滤介质阻力相等的滤饼层所得的滤液量，；滤饼的比阻，；悬浮液中单位体积净液体中所带有的固体颗粒量清液；液体粘度，；过滤常数，。在恒压差过滤时，上述微

29、分方程积分后可得。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，等常数，而，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： 因此实验时，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，进而计算和值。若在恒压过滤之前的时间内已通过过滤面的滤液，则在至 及至q范围内将上式积分，整理后得 上式表明和为线形关系，从而能方便地求出过滤常数和值3、实验装置本实

30、验装置系由配料桶、供料泵、高位槽、卧式圆形过滤机（或立式板框过滤机）、滤液计量筒以及空气压缩机等组成。其流程如下图所示。碳酸钙或碳酸镁的悬浮液在配料桶内配制成一定浓度后由供料泵送入高位槽，在高位槽内用压缩空气搅拌，和配料桶构成一循环系统，使浆液不致沉降，并利用压缩空气压力将滤浆送入过滤机过滤，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。4、实验操作原则（1）本实验用碳酸钙粉末配制成滤浆，其量约占配料桶一半左右，配制浓度约在8.0波美度左右，用供料泵使其循环搅匀，并可防止产生沉淀。启动泵之前必须了解泵的性能，掌握其操作方法。（2）滤布在装上之前要用水先浸湿。（3）向高位槽供滤浆前

31、先打开通向该高位槽管路上所有阀门，而后再慢慢关小循环出口阀。（4）高位槽内通入压缩空气进行搅拌，以防止滤浆沉淀，并作为滤浆过滤时加压之用。高位槽压强可由放气旁路上的阀门加以调节（压强调节在以下）。（5）实验操作压强，一般可视配制的滤浆浓度选定，压强选得太高过程进行太快，来不及读数，若选得太低实验时间就增加，一般在上述浓度时约可选左右。（6）实验初始阶段不是恒压操作，而接近恒速操作。因此可采用二只停表交替计时，记下时间和滤液量，并确定恒压开始时间和相应滤液量。（7）当滤液量很少，滤渣已充满滤框后，过滤阶段可结束。（8）若需洗涤或要求洗涤速率和过滤最终速率的关系，可通入洗涤水，并记下洗涤水量和时间

32、。（9）若需吹干滤饼，则通入压缩空气。5、实验报告中实验结果部分的要求（1）以累计滤液量和时间作图；（2）以对作图，求出、并写出完整的过滤方程式；（3）求出洗涤速率并和最终过滤速率比较。6、思考题（1）过滤开始时，为什么滤液经常是浑浊的？（2）在恒压过滤中，初始阶段为什么不采取恒压操作？（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K值是否也增加一倍，要得到同样的过滤量时，其过滤时间是否缩短一半？实验五 换热器的操作和传热系数的测定1、实验目的和内容目的：(1)了解换热器的结构，掌握换热器主要性能指标的测定方法； (2)学会换热器的操作方法。内容：(1)

33、测定空气水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，再增加热（或冷）流体流量50%，并维持热（或冷）流体进、出口温度不变，在实验中实施之。2、基本原理在工业生产中换热器是一种经常使用的换热设备。它是由许多个传热元件（如列管式换热器的管束）组成。冷、热流体借助于换热器中的传热元件进行热量交换而达到加热或冷却任务。由于传热元件的结构形式繁多，由此构成的各种换热器之性能差异颇大。为了合理的选用或设计换热器，对他们的性能应该要充分了解。除了文献资料外，实验测定换热器的性能是重要途径之一。（1）传热系数K的测定列管式换热器是一种间壁式换热器装置，其传热过程为三个子过程

34、组成，即：热流体和管壁间的对流给热：管壁内的热传导： 管壁和冷流体之间的对流给热： 以冷流体测传热面积为基准的传热系数与三个子过程的关系为： 对于以知的物系和确定的换热器，上式可表示为K=f（Gh,Gc），因此，通过分别考察冷热流体流量对传热系数的影响，可达到了解某个对流传热过程的性能。 传递系数K借助热量衡算和传热速率方程式求取：热量衡算： 若 由于存在随机误差 传热不平衡度： 以此衡量换热器操作的优劣传热速率式： 式中： 下标符号：h-热流体；c-冷流体；m-对数平均值；进-进口；出-出口；逆-逆流。（2）换热器的操作和调节换热器的热负荷发生变化时，需通过换热器的操作以完成任务。由传热速率

35、知，影响传热量的参数有传热面积、传热系数和过程平均温差三要素，由热量衡算知，由于换热器热（或冷）流体的进、出温度不能随意改变，在操作时的调节手段只能改变热（或冷）流体的流量和进口温度。工艺要求： 、 一定，若Gh： 热阻在冷流体侧： 热阻在热流体侧： 工艺要求： 、 一定，若： 热阻在热流体侧： 热阻在冷流体侧： 本实验热阻受何种流体控制，应如何设计操作？3、实验流程图注：列管换热器：GLC1-4单壳程双管程，壳层为圆缺挡板；传热管为低肋铜管10×1mm，有效管长290mm；管数：14； =0.4 。温度计：0-50，分度1/10；：0-100，分度1/5转子流量计：LZB-25,量

36、程1:10,精度1.5级；范围：气体2.5-25,液体：100-1000。4、实验步骤（1）打开阀6，接通水源7，由调节阀6调节冷流体流量。（2）打开阀3，接通风源1，由调节阀3调节空气力量。接通加热器4电源，加热空气到90-100。（3）维持冷热流体流量不变，当热空气进口温度在一定时间内（约10分钟）基本保持不变时，记录有关数据，每个实验点测3-4次数据，测量间隔时间约3-5分钟。（4）在测量总传热系数时，维持冷流体流量不变的情况下，根据实验有关要求，改变空气流量5次。（5）在进行换热器的操作时，以某次实验为基准，拟定调节方案，并按第3点的要求测定数据（6）实验结束后，关闭加热电源，待热空气

37、温度降至50以下，关闭冷热流体源，关闭冷热流体调节阀。5、实验数据记录表设备编号： ； 传热面积 ： 。热流体冷流体流量T进/T出/流量t进/t出/平均平均平均平均6、实验报告中实验结果部分的要求（1）列表表示热（冷）流体的流量变化后，传热量传热平均推动力及传热系数的变化情况。并可得到什么结论？（2）按实验内容2的实施结果。附：转子流量计流量校正 液体: 气体: 7、思考题（1）为什么要待热空气进口温度稳定后才读数？（2）在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？（3）使用转子流量计应注意什么问题？（4）本实验采用改变哪种流体流量达到改变传热系数的目的？（5）你是如何设计实验内容2的传热操作？（6）

38、为了减少实验误差，冷流体的进出口温度计读数需不需要校正？如果需要，如何校正？（7）在传热系数测定过程中，冷流体流量应维持在较小值还是较大值？实验六 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定1、实验目的和内容目的: （1）熟悉吸收传质系数的测定方法及实验装置； （2）了解操作条件改变对吸收率、平均推动力及传质系数的影响。内容: （1）测定丙酮、空气-水吸收系统在填料吸收塔内作逆流接触的吸收传质系数Kya或Kxa。 （2）分别改变吸收剂流量和进口温度t1进，稳定操作后测定气体进、出口浓度y1、y2，计算回收率和吸收率传质系数Kya或Kxa。2、基本原理吸收操作的目的是使进塔气体混合物中被吸收组分的出口

39、浓度达到一定要求。 影响的因素有：塔的结构、填料类型、吸收剂性能以及操作条件。（1）吸收传质速率方程式及传质系数吸收传质速率： = 式中: 气相总传质系数，;传质系数： 塔顶、塔底气相平均推动力, ; 填料的有效接触面积， 全塔物衡： 平均推动力： 由文献可知：显然： （2）吸收塔的操作和调节：在塔结构、填料类型及吸收剂一定情况下，影响的因素主要是操作条件。A、G=const时，当若气相阻力控制： 若液相阻力控制： 若两相阻力联合控制：B、若气相阻力控制： 若液相阻力控制： 若两相阻力控制C、吸收剂 应注意：当且塔底平衡时， 当且塔顶平衡时，3、实验装置该实验装置包括：空气输送，丙酮汽化，气体

40、混合，吸收剂供给及气液两相填料塔中逆流接触等部分，其流程图如所示。图中：、-压力表；、- 温度计；、-气体进出口取样口；4、6、10-流量调节阀；1-空气压缩就机旁路阀；2-空气压力调节阀；3、5、7、8、9、10-启闭阀。填料吸收塔：塔径，41×3；塔高：600。填料：拉西环，尺寸：6×6×1（直径×高度×壁厚）；填料层高度：400。空气转子流量计：LZJ（耐丙酮），流量范围：100-1000 ；精度：2.5级；液体转子流量计：LZB-4，流量范围：1-10；精度：2.5级。恒压槽：长×宽×高=350×200&#

41、215;410，吸液管在槽中插入的深度：370，液体汽化器：有效容积4.5；调压器 ；管状加热器 。4、实验步骤（1）检查阀门的开关，打开阀1、5、10、11和压力定值器阀，关闭阀8、9。（2）接通空气压缩机，当压缩机空气气包内的气体压力达到0.050.1 时，调节阀1和阀2，使气包内的气压稳定，然后调节气体压力定值器，使输出气体的压力恒定在0.02，同时打开阀4和阀7、6，关闭阀5，调节空气流量为400，调节水流量为2。（3）开启电加热器使丙酮被加热至沸（开始调节器调至600左右，接近沸腾=56，关小至200左右），进入混合器。（4）待汽化器温度和混合器温度稳定10min后取样分析。（5）改

42、变吸收剂流量为6，稳定10min后取样分析。（6）吸收剂流量为6，改变吸收剂温度（开启水预热器1.5A，使进口温度40），稳定10min取样分析。（7）实验完毕，关闭水预热器电源和丙酮汽化器电源，待、降至室温，关闭空气压缩机附：气相中丙酮浓度配制参照表室温空气流量汽化器功率混合气温度Y11025400400180130243013155、实验数据记录表设备号： ； 填料层高： ； 塔径： ；室温： ； 空气罐压力 ： ； 定值器压力： ；空气压缩机：型号： ； 排气量： ；额定压力： ；气相色谱仪型号 （成分分析用）；相平衡系数 =0.5855 气 相液 相分 析空气流量计读数混合气温度功率表

43、液体流量计读数液体加热器A水进水出4004004006、实验结果部分的要求列表表示吸收剂流量和温度变化后、的变化情况，可得到什么结论？附：计算方法及计算举例空气流量：转子流量计读数是在20、1atm下标定的，即=1atm，设使用压力为，温度为，则为： 标态下， =1atm，1气体体积为22.4 混合气体流量： 液相出口浓度: 稀溶液 吸收率： 平均推动力： 传质系数： (近似值)7、思考题（1）如何配制丙酮-空气混合气？（2）为什么要保证入口气浓度恒定？怎样保证恒定？通过什么衡量是否恒定？（3）填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？（4）可否改变空气流量达到改变传质系数的目

44、的？（5）维持吸收剂流量恒定的恒压槽的原理是什么？（6）气体转子流量计测定何种气体流量？怎样得到混合气流量？实验七 精馏塔的操作与塔效率的测定1、实验目的和内容目的：(1)熟悉板式精馏塔的结构及流程，掌握精馏塔的操作。(2)学会精馏塔效率的测定方法。内容：(1)全回流操作，并测定全塔效率； (2)部分回流操作，得到一定质量和一定数量的产品。2、基本原理（1）维持稳定的连续精馏操作的条件A、根据进料量及组成、产品的分离要求，严格维持物料平衡i. 总物料平衡：当，会引起淹塔；当，会引起塔釜干料。ii.各组分物料平衡： i轻组份已知： ； 若，即使塔有足够的分离能力，仍达不到要求。B、精馏塔应有足够

45、的分离能力：，R足够大，便能获得合格的产品。C、精馏操作应防止几种不正常的操作现象。i过量液沫夹带；ii.严重漏液；iii.溢流液泛（2）产品不合格的原因及调节方法。A、由于物料不平衡而引起的不正常现象及调节方法i. 在下操作随着过程的进行，塔内轻组分大量流失，而重组分则逐步积累，过程日趋恶化。外观表现：合格，不合格。造成原因：； 轻组分处理方法：加热蒸汽压不变，使过程在下操作一段时间，以补充塔内轻组分，待正常时，再调节参数在过程下操作。若变化不大，按调节，若变化大，改变进料位置。ii.在下操作随着过程的进行，塔内重组分流失而轻组分逐渐累积，过程日趋恶化。外观表现：合格，,不合格。造成原因：，处理方法：使用过程在下操作，待釜温 正常时，按操作。若变化不大，按调节，若变化大，改变进料位置。B、分离能力不够引起产品不合格的现象及调节方法分离能力不够引起不合要求。采取措施：（增加塔底加热速度及塔顶冷凝量）（3）全回流操作的目的i.建立塔正常操作条件，如加热条