化工原理实验讲义

1、1 / 18化工原理实验指导书唐山学院2 / 18目录实验一流体流动阻力的测定 .1实验二离心泵特性曲线的测定 . 5实验三传热系数测定实验. 7实验四 筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定.9实验五 填料塔吸收实验. 12演示实验柏努利方程实验. 14雷诺实验.163 / 18实验一流体流动阻力的测定、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、基本原理由于流体具有粘性， 在管内流动时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流动时， 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动的阻

2、力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得: Pf= PPfL u2hfd 2L两侧压点间直管长度（m）2d Pfd直管内径（m） 入一摩擦阻力系数 u流体流速（m/s） Pf直管阻力引起的压降（N/m2） 厂流体粘度（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 Pf值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分别求出入和Re,在双对数坐标纸上绘出入Re 曲线。三、实验装置简要说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动的阻力，经回流管流回储水槽，水

3、循环使用。 被测直管段流体流 动阻力 P 可根据其数值大小分别采用变压器或空气一水倒置 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，则说明系统内有气泡存在，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 30

4、0L/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。Redu4 / 18五、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 影响测量数据。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、若较长时间不做验验 ,启动离心泵之前应先转动泵轴使之灵活运转 ,否则烧坏电机。5 / 18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、基本原理在一定转速下，离心泵的压头 He,轴

5、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 的测定通过调节阀门改变水流量的大小，采用文式流量计测得压差,Qe CoAo 单位(m3/s)2、离心泵压头 He 的测定在离心泵的吸入口和压出口之间列柏努力方程离心泵d入=d出又H(x-出)可忽略Rt!、H (Z出Z入)(m)g3、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=电机输入功率泵的有效功率NeH2(KW)式中：NeNA0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

6、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、实验装置简要说明本实验用 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， 分别装有真空表 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，用来调节水求其相应的体积流量 Qe。P u2g 2gHeg 2gHf(入-出)功率表读数X电机效率(Kw)6 / 18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

7、出口压力表和真空表的调节阀 ,倒置 U 型管的阀门 B1、 B2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 ,否则影响测量数据值。4、离心泵不要长时间空转。1 、对现有实验条件，泵的特性曲线能

8、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影响？3、由实验得知，泵的流量越大，泵进口处真空度越大，为什么？7 / 18实验三传热系数测定实验一、实验目的1、通过实验掌握传热膜系数a的测定方法，并分析影响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关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；二、基本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 RemPrnGrp对强制湍流，Gr 准数可以忽略。Nu = C RemPrn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

9、中的指数m、n 和系数 C。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量 Re 和 Pr 分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取对数，得到直线方程：n = 0.4 （实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取lgPr0-4lgCmlgRe在双对数坐标系中作图， 找出直线斜率，即为方程的指数 m。在直线上任取一点的函数 值代入方程中得到系数 C,即NuPr0.4Rem用图解法，根据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，可以得到最佳关联结果。 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、n。可以看出对方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr 的数据组。

10、雷诺准数努塞尔特准数普兰特准数d 换热器内管内径（m）ai空气传热膜系数（W/m2C）p空气密度（kg/m3）入一空气的导热系数（W/mC）Cp空气定压比热（J/kgC）实验中改变空气的流量以改变准数Re 之值。根据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a1远大于蒸汽传热膜系数a2,所以传热管内的对流传热系数a1约等于冷热流体间的总传热系数K。则有牛顿冷却定律：Q =aiA tmReduNu1dPrCp8 / 18A 传热面积（m2）（内管内表面积）9 / 18tm管内外流体的平均温差（C）tit2其中：ti

11、= T-ti, t2= T-t2T 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+21.26XEE 热电偶测得的热电势（mv）C传热量 Q 可由下式求得：Q= w_p（t2-ti） /3600 =Vp_ p（t2-ti） /3600w 空气质量流量（kg/h）V 空气体积流量（m3/h）t1,t2空气进出口温度（C）实验条件下的空气流量 V（m3/h）需按下式计算：Vt空气入口温度下的体积流量（m3/h）1t 空气进出口平均温度（C） P孔板两端压差（KPa）11进口温度下的空气密度（kg/m3）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

12、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；并且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， 本实验装置是采用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，因而可以使传热强化。强化传热时，Nuo= B Rem,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（不考虑阻力的影响），可以用强化 比的概念作为评判准则，即强化管的努塞尔特准数Nu。与普通管的努塞尔特准数 N

13、u 的比。显然，强化比 Nuo/ Nu 1,而且它的值越大，强化效果越好。三、实验装置简要说明本实验采用列管式换热器，热空气走管程，冷水走壳程。传热管参数传热面积 0.4m2不锈钢孔板流量计的孔径比m = 17mm / 44mm 0.39空气进、出口测量段的温度t1、t2采用电阻温度计测量，在显示仪表上直接读数。换InV V-273 t273 t1其中V-可按下式计算Vt121 .6810 / 18热管的外壁面平均温度 Tw采用铜一康铜热电偶测量，在数字式毫伏计上显示数值E。空气用电加热器加热出口温度控制在160C。四、实验方法及步骤1、实验前的准备，检查工作。 打开冷水开关调制一定流量。检查

14、空气流量旁路调节阀是否全开。检查普通管支路各控制阀是否已打开。 接通电源总闸，启动电加热器开关，开始加热。2、实验开始。提前启动鼓风机，约加热十分钟后，保证实验开始时空气入口温度Ti(C)比较稳定。调节空气流量旁路阀的开度，使流量计读数为所需的空气流量值稳定 58 分钟左右读取 ti,t2,TiT2值以及流体流量。(注意：第一个数据点必须稳定足够的时间)重复与共做 56 个空气流量值。最小最大流量值一定要做。整个实验过程中，加热电压可以保持不变，也可随空气流量的变化做适当的调节。测定 5 6 组实验数据。4、实验结束。 关闭加热开关。 过 5 分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。 切断总电源。五

15、、实验注意事项1、 实验装置仪表柜上的拉门学生不得随便打开，以防触电。2、 注意要先开鼓风机再开加热器，关闭时先关加热器后关鼓风机电源。3、 注意不要接触加热管以免烫伤。11 / 18实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率的测定一、实验目的1、 了解筛板式精馏塔的结构2、 熟悉筛板式精馏塔的操作方法3、 测定全回流的总塔板效率二、基本原理1、精馏操作是分离工程中最基本最重要的单元之一。在板式精馏塔中，混合液在塔板上传质、传热，气相逐板上升，液相逐板下降，层层接触，多次部分气 化，部分冷凝，在塔顶得到较纯的轻组分，塔釜得到较纯的重组分，从而实现分离，实验物 料是乙醇一水系统。精馏塔塔板数的计算利用图

16、解的方法最简便，对于二元物系，若已知其气液平衡数据，则根据流出液的组成 XD,料液组成 XF,残液组成 XW及回流比 R,很容易求出理论板数 NT。本实验采用全回流状态下，通过测定塔顶，塔釜组成，确定出理论塔板数，计算出全NP塔效率:式中：n全塔效率NT理论塔板数（块）NP实际塔板数（块）NP=7三、实验简要说明装置实验装置了为一小型筛板塔， 共有七层筛板，板上开有 2 毫米筛孔 8 个，塔径 Do=5Omm , 板间距 L=100mm,堰高 h=10mm,塔体部分上中下各装有一玻璃段，用以观察塔板上气泡接触情况和回流情况。塔底有一加热釜，装有液位计、测压接管、加料接管和釜液取样口，塔顶 有一

17、蛇管式冷凝器，冷却水走管内，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔顶全部回流，也可以由 塔顶取样管将冷凝液 （馏出液）全部放出。另外，加热釜装有 2KW 电炉丝，用 TDGC 1/0.5 型调压器控制点加热量，亦即塔内上升蒸汽量。塔顶和釜底的温度用铂电阻温度指示仪记录。四、实验方法及注意事项1、首先熟悉精馏塔设备的结构和流程，并了解各部分的作用，然后检查加热釜中料液量是否适当，釜中液面必须浸没电加热器（约为液面计高2/3 左右），釜内料液组成以含酒精 15%20% （质量分率）的水溶液为宜。2、接通总电源，打开仪表柜上的电源和加热开关，用调压器逐渐加大电压。电流大小由安培表指示，正常操作可控制在34 安培。注意观察塔顶、塔釜的温度变化和第一块塔板的情况