化工原理实验

化工原理实验第1页，课件共49页，创作于2023年2月流动阻力测定实验一、实验目的（1）掌握直管与阀门阻力损失的测定方法；（2）测定摩擦系数与雷诺数、管壁粗糙度之间的关系；（3）测定阀门的阻力系数与开度之间关系；（4）学会倒U形压差计和转子流量计的使用方法。二、基本原理（1）直管阻力摩擦系数测定原理流体在圆形管内作层流流动时=64/Re，湍流流动时与雷诺数和相对粗糙度有关，要实验测定，本实验要验证不同管路与雷诺数之间的关系。第2页，课件共49页，创作于2023年2月m直管阻力的计算可用范宁公式实验是对一定长度l和管径d的水平管路进行测定，在一定流量下，利用U形压差计测出对应的压强差，由于管道为水平等径管，压强差在数值上就等于压强降pf。由范宁公式就可求得某一雷诺数下的摩擦系数值。

本实验要分别对光滑管和粗糙管进行测定。（2）局部阻力测定原理局部阻力计算有当量长度和阻力系数两种方法，当量长度和阻力系数均要进行实验测定，本实验仅测定阀门在不同开度的阻力系数。局部阻力可由下式进行计算第3页，课件共49页，创作于2023年2月测定阀门在一定开度下所对应的压强降，由上述公式根据对应的管内流速确定阻力系数。三、实验装置本装置由离心泵、各种阀门和管件、转子流量计、U形管压差计，不锈钢光滑管、镀锌粗糙管等构成。实验介质为水，水从循环水箱由离心泵送入实验装置，经过管道系统后返回循环水箱。流量可由转子流量计读得，压头损失可由倒U压差计或由1151压差传感器和数显表测得。装置结构尺寸见讲义。m第4页，课件共49页，创作于2023年2月实验流程第5页，课件共49页，创作于2023年2月四、实验步骤及注意事项熟悉系统流程——启动离心泵——管道系统排气（包括测压导管排气）——系统流体静止时，倒U形压差计两臂指示液液位是否相等——打开阀门，调节流量为1、1.5、2.0……5.0m3/h（8~9点），测定光滑管和粗糙管的阻力（由对应的压差计读得，单位为mmH2O），注意调节好流量后，要等一段时间再读数——测定闸阀全开时阻力系数（流量设定为2，3，4m3/h，测得3个阻力，以确定平均阻力系数）——关闭系统阀门——停泵——关闭所有仪表电源——记录下流体的温度、装置号。实验前要画好实验数据记录表。结束后实验记录要交指导老师审阅后，才能离开现场。第6页，课件共49页，创作于2023年2月987654321闸阀阻力mmH2O粗糙管阻力mmH2O光滑管阻力mmH2O流量m3/h序号实验数据记录表第7页，课件共49页，创作于2023年2月五、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录表（五）实验数据处理（六）思考题第8页，课件共49页，创作于2023年2月实验数据处理直管阻力实验数据处理：根据流量、管径确定流速，根据管长、该流量下所对应的直管阻力（mH2O）代入下式，确定摩擦系数。根据流体温度，查取流体的密度、黏度，计算该流量下的流动雷诺数Re。计算光滑管、粗糙管每一个流量下的摩擦系数和雷诺数Re，将处理结果列入计算结果表中（表的格式见书）。

注意：在实验报告中仅写出一组实验数据的计算过程，其他只要在计算结果表中表达出来即可。

将计算结果在~Re图上标点，并连成曲线。第9页，课件共49页，创作于2023年2月897654321

ReRe闸阀阻力系数粗糙管光滑管流量m3/h序号数据处理结果表第10页，课件共49页，创作于2023年2月log（Re）log（）光滑管粗糙管第11页，课件共49页，创作于2023年2月全开闸阀阻力系数实验数据处理：根据流量、管径确定流速，根据该流量下所对应的闸阀阻力（mH2O）代入下式，确定阻力系数。计算三个流量下的阻力系数，并将其平均得全开闸阀平均阻力系数。第12页，课件共49页，创作于2023年2月离心泵特性曲线测定实验一、实验目的（1）了解离心泵结构与特性，掌握离心泵开停车步骤；（2）测定恒定转速下离心泵扬程、轴功率、效率与流量之间的关系；（3）学会离心泵流量调节方法，掌握涡轮流量计的使用方法；（4）学会用马达天平法测量轴功率的方法。第13页，课件共49页，创作于2023年2月二、基本原理（1）流量q的测定由涡轮流量计测量流量，智能流量积分仪显示流量值。（2）扬程H的测定与计算由于泵的进出口管径相同，压力表和真空表安装在同一个高度上，只要读出压力表和真空表上的数值，由下式即可计算得扬程。（3）轴功率的测定与计算第14页，课件共49页，创作于2023年2月轴功率可按下式计算式中P—为测功臂上所加砝码的质量，kg；

L—测功臂长，L=0.4867m;

n—泵的转速，r/min。W（4）泵的效率计算式中q的单位为m3/s。第15页，课件共49页，创作于2023年2月三、实验装置四、实验步骤及注意事项

（1）打开总电源开关，仪表上电；将离心泵电源转换开关旋到直接位置，即为直接启动，此时离心泵停止按钮灯亮。（2）打开离心泵进口阀和出口阀，打开离心泵灌水阀，对离心泵进行灌水。注意灌水阀不要开的太大，否则会损坏真空表。灌水结束后关闭灌水阀和出口阀。（3）检查马达天平上的砝码是否已经取下。（4）开启计算机，打开“离心泵性能特性曲线测定实验MCG”组态软件，按提示输入班级、姓名、学号以及装置号，按确定进入离心泵特性曲线实验软件，点击“恒定转速下离心泵性能曲线测定”按钮，进入实验界面。（5）按下离心泵启动按钮，启动离心泵，运行正常后，将出口阀开到最大。开始进行离心泵实验。第16页，课件共49页，创作于2023年2月（6）调节出口阀开度以改变流量，每调节好一个流量，待流量稳定之后，在马达天平上添加砝码，当平衡臂对准准星后，读取砝码重量P、转速n、流量q、水温t、真空表读数p1、压力表读数p2并做记录。流量由大到小，重复以上操作，并读取及记录每个流量下对应的数据，数据记录列表格见表。一般要测8~9组数据，直到流量为零。（7）每调节好一个流量，读取和记录数据之后，可点击离心泵特性曲线实验软件界面上的“数据采集”按钮，以将实验数据记入软件数据库。（8）实验完毕后，将砝码取下，关闭离心泵出口阀，按下离心泵停止按钮。（9）停泵后，通知指导老师检查数据。按指导老师要求，提取计算机中已经存入的实验数据进行处理，显示处理结果（特性曲线），经指导老师检查并符合要求后，切断仪表电源及总电源，将所有阀门关闭。第17页，课件共49页，创作于2023年2月

五、实验数据处理根据实验数据用以上公式计算每一个流量q下的H、N、。并将处理结果列表。根据表中数据画出离心泵的特性曲线。第18页，课件共49页，创作于2023年2月六、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录表（五）实验数据处理（六）思考题第19页，课件共49页，创作于2023年2月对流给热系数测定实验一、实验目的（一）观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；（二）测定水或空气在圆形管内强制对流的给热系数和传热系数，并得出其随流量的变化规律。（三）掌握热电阻测温方法二、基本原理根据牛顿冷却定律对冷流体可写出即第20页，课件共49页，创作于2023年2月式中由此可见只要测得t1、t2、tw、流量Vs、换热管内径以及管长L，再由流体的平均温度确定流体的密度，分别求得Q，Si，（tw-t）m，代入牛顿冷却定律即可求得给热系数i。然后再由下式计算其理论值进行比较。第21页，课件共49页，创作于2023年2月再由已知的t1、t2、Q，Si，并根据测得的加热蒸汽温度T，确定传热平均温度差tm，代入传热速率方程即可确定Ki，与所测到的给热系数i进行比较，分析管内流体给热热阻占总热阻的比例。若将管壁热阻忽略，也可求出水蒸气冷凝的给热系数o。第22页，课件共49页，创作于2023年2月三、给热系数测定实验装置与流程第23页，课件共49页，创作于2023年2月四、实验步骤与注意事项

（一）水蒸气~空气体系1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6；2、开启变频器，启动旋涡气泵；全开气泵出口阀10；3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变空气流量，测定3~6组数据，为了保证所测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。记录数据列表。第24页，课件共49页，创作于2023年2月5、停车，首先关闭阀7，停气泵、关闭发生器、仪表、电源。（二）水蒸气~水体系1、打开总电源开关，仪表电源开关（由老师启动蒸汽发生器和打开蒸汽总阀6）；2、启动泵，开泵出口阀，使水进入管内以排除管内空气；3、排尽蒸汽管内原积存的冷凝水，排尽后，关闭冷凝水排放阀8，打开蒸汽调节阀7，再打开换热器冷凝水排放阀9，使冷凝水不断地排进地沟，打开不凝气排放阀。4、调节蒸汽调节阀7，使蒸汽压力稳定在0.05MPa以下（也可用不凝气排放阀微调），蒸汽压力稳定的条件下，由大到小调节阀10改变水流量，测定3~6组数据，为了保证所第25页，课件共49页，创作于2023年2月测数据的准确性，每组数据之间稳定时间不得低于5min。记录数据列表。5、实验终了，首先关闭阀7，停泵、关闭发生器、仪表、电源。五、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录表（五）实验数据处理（六）思考题第26页，课件共49页，创作于2023年2月实验数据处理由所测得的Vs，t1、t2，确定流体密度，计算Q由所测得的t1、t2、tw，计算，（tw-t）m由所讲义提供的换热管长、管径确定Si第27页，课件共49页，创作于2023年2月确定该流量下的给热系数i由t1、t2，确定流体密度、黏度、导热系数、普兰特准数，计算i的理论值。由t1、t2、T确定平均温度差tm

，进而确定传热系数Ki。第28页，课件共49页，创作于2023年2月计算每一个流量下的给热系数和总传热系数，将处理结果列入计算结果表中（表的格式见书）。

注意：在实验报告中仅写出一组实验数据的计算过程，其他只要在计算结果表中表达出来即可。确定蒸汽冷凝的给热系数o确定流体被加热给热热阻占总热阻的比例do—换热管外径。第29页，课件共49页，创作于2023年2月t1t2TtW1321ptW2流量m3/h序号实验数据记录表实验值理论值K321流量m3/h序号数据处理结果表第30页，课件共49页，创作于2023年2月精馏塔塔板效率测定实验一、实验目的（一）了解连续精馏塔的基本结构及流程；（二）掌握连续精馏塔的操作方法；（三）学会板式精馏塔全塔效率的测定方法；（四）了解气相色谱仪的使用方法。二、基本原理全塔效率ET=NT/NP，NT为所需理论塔板数，它可通过物系的平衡关系、通过实验测定的塔顶馏出液组成xD、料液组成xF、热状态q、残液组成xW以及回流比R用图解法求得。NP为塔内实际塔板数，可见各套装置的铭牌。第31页，课件共49页，创作于2023年2月三、实验装置和流程

装置采用不锈钢筛板塔，塔内径和塔板数见铭牌，塔釜采用电加热，塔顶冷凝器为列管换热器，1、2号装置加料泵采用离心泵，3、4、5号装置采用电磁微量计量泵。其流程见右图。第32页，课件共49页，创作于2023年2月四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1、配制16%~19%（质量分数）的酒精料液加入塔釜中，加入量到液位计2/3处。2、检查各阀门的位置是否处于关闭状态，启动仪表电源，再启动电加热电源（开始电压为150V），使釜液缓慢升温。打开冷却水进口阀控制流量在400~500L/h，以冷凝塔内上升的蒸汽，并将回流阀全开，以实现全回流操作。当回流管内有液体流动时，可将电压调到180V。3、当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别在塔顶和塔底取样进行色谱分析，以获得馏出液和残液组成。4、获得准确xD和xW后，先关闭电加热电源，再停掉仪表电源，待到塔板上没有液体流动时，关闭冷却水阀，关闭所有阀门，实验结束。第33页，课件共49页，创作于2023年2月（二）注意事项1、塔顶放空阀一定要打开；2、料液加到塔釜液位计2/3处才能开始加热，否则回由于釜液位太低而烧坏电加热丝。五、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录（列表）

包括：实验装置号；实际塔板数NP；色谱分析所得塔顶和塔底组成aD和aW测定值（质量分数）。（五）实验数据处理（六）思考题第34页，课件共49页，创作于2023年2月实验数据处理1、将所得塔顶和塔底组成换算为摩尔分数xD和xW；2、在教科书上查取在101.3kPa压力下乙醇~水物系的平衡数据；3、在x~y图上画出乙醇~水物系的平衡曲线，并画图求出在全回流操作条件下，分离要求为xD和xW情况时所需的理论塔板数NT（不包括塔釜）。4、利用ET=NT/NP

求出塔板效率ET。xDxWNPNTET装置号aWaD第35页，课件共49页，创作于2023年2月p=101.3kPaxDxxWy理论塔板数NT=7-1=6层第36页，课件共49页，创作于2023年2月吸收系数测定实验一、实验目的1、了解填料塔装置的基本结构及流程；2、熟悉填料塔的操作控制；3、掌握总体积吸收系数的测定方法；4、了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积吸收系数的影响；5、了解气相色谱仪的使用方法。第37页，课件共49页，创作于2023年2月二、基本原理本实验采用用水吸收空气中的CO2，混合气中CO2的浓度控制在10%以下，可按低浓度吸收处理。又CO2在水中溶解度很小，过程可看为液膜控制过程。本实验主要测定HOL和KXa。

Z=HOLNOL第38页，课件共49页，创作于2023年2月要求得体积吸收总系数KXa，就必须先求HOL，在已知填料层高度Z的条件下，若要求得HOL，NOL应为已知，NOL与L/V、Y1、X1、X2、m等参数有关，实验过程要设法测定这些参数。三、实验装置四、实验步骤1、打开仪表电源和风机电源开关；2、打开进水总阀，供水量控制在500L/h左右，让水进入塔内使填料充分润湿；3、控制塔底出水阀开度，使塔底液位稳定在一个位置，以防止塔底液封过高溢满或过低而泄气；4、打开CO2钢瓶的总阀，调节减压阀并使其压力稳定在200kPa第39页，课件共49页，创作于2023年2月5、打开尾气阀、打开空气进气阀，调节空气流量在2m3/h，并打开二氧化碳进气阀，调节流量在100mL/h；6、调节尾气阀开度，使塔内压力稳定在实验值；7、操作稳定后，读取各流量计的数值，以及操作温度、压力等参数，通过六通阀在线取样，利用色谱分析出塔顶、塔底气相组成aW2、aW1；8、增大水量到700~800L/h，重复5、6、7步骤。9、实验完毕，先关闭CO2钢瓶的总阀，再关闭风机电源开关，关闭仪表电源开关，清理场地。五、注意事项1、操作过程中要注意调整并保持各操作参量稳定不变；2、操作条件改变后，要有一个较长的稳定时间，一定要稳定后才能读取有关数据。第40页，课件共49页，创作于2023年2月六、实验报告编写（一）实验目的（二）实验原理（三）实验装置（四）实验数据记录实验数据包括：实验装置号、填料层高度、塔径、吸收剂（水）流量、操作温度、压强、空气流量、CO2流量、色谱分析所得塔顶和塔底气相组成测定值（质量分数）。（五）实验数据处理（六）思考题实验装置号

塔径

D

填料层高度

Z

。空气流量

Vhm3/hCO