《化工原理》实验指导书

1850817900.1824090.299

1940565460.1419270.323

2030383710.1114450389

2120191850.079640.438

22107680.044820.645

表1-5局部阻力实验数据表

局部阻力压

序号Q(1/h)近端压差远端压差u(m/s)差阻力系数4

1100058.559.31.5735770046.7

280037.237.71.2583670046.4

7

图1-5直管摩擦系数4与雷诺数Rc犬联图

六、实验注意事项

1.直流数字表操作方法请仔细阅读说明书，待熟悉其性能和使用方法后再进

行使用操作。

2.启动离心泵之前以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查

所有流量调节阀是否关闭。

3.利用压力传感器测量大流量下4P时,应切断空气一水倒置U型玻璃管的阀

门否则将影响测量数值的准确。

4.在实验过程中每调节个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后

方可记录数据。

5.若较长时间未使用该装置，启动离心泵时应先盘轴转动以免烧坏电机。

6.该装置电路采用五线三相制配电，实验设各应良好接地。

7.使用变频调速器时一定注意FWD指示灯亮，切忌按|FWD靛引键,REV

指示灯亮时电机反转。

8.启动离心泵前，必须关闭流量调节阀，关闭压力表和真空表的开关，以免

损坏测量仪表。

9.实验水质要清洁，以免影响涡轮流量计运行。

七、思考题

1.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？

2.为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘？

3.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？

4.读转子流量计时应注意什么？为什么？

5.两个转子能同时开启吗？为什么？

8

实验二离心泵特性曲线和文丘里流量计实验

一、实验目的

1.熟悉离心泵的操作方法。

2.掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。

3.通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术。

4.掌握气一水压差计测量压差的技能。

二、实验内容

1.熟悉离心泵的结构与操作方法。

2.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。

3.掌握文丘里流量计测定流量系数的方法。

三、实验原理

离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、

轴功率N及效率n均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N-Q及T1-Q

关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选

用泉的重要依据。泉特性曲线的具体测定方法如下：

⑴H的测定：

在泵的吸入口和排出口之间列柏努利方程

〃-出

4明人.出(2-1)

2g

H二亿出一Z入)+'H入山(2-2)

pg2g

上式中Hf入出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力

方程中其它项比较，口入地值很小，故可忽略。丁是上式变为：

”=亿出一2人)+之二殳+立士(2-3)

Pg2g

将测得的(Z出-Z入)和%-P入值以及计算所得的“〃出代入上式，即可求得H。

(2)N测定：

功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效

率可视为1,所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：

功率表读数二电动机的输入功率

电动机输出功率=电动机输入功率x电动机效率(60%)。

泵的轴功率N二电动机的输出功率，kW

⑶7测定z7=—(2-4)

N

此二丝到二竺犯

(2-5)

1000102

式中："一泵的效率；N—泵的轴功率，kW；

Ne-泵的有效功率kW；H—泵的扬程，m；

Q—泵的流量，rrP/s；p-水的密度，kg/nr3o

文丘里流量计管前1-1断面及喉管处2-2断面，该两处截面面积分别为4、

4,两处流速分别为也、V2o

不考虑流体受到的阻力作用，对两断面列伯努利方程

22

%+互+也=小心(2-6)

P82g-Pg2g

连续性方程:

Q=v}A}=V2A2

叫血、

即:丁=岭丁(2-7)

由（2-6）、（2-7）两式联立可得:

(2-8)

(2-9)

由式（2-7）算得的流量为不考虑阻力的理论流量，即Q=Q理论，而实

际通过的流量。加恒小于。理论，引入一无量纲系数〃对所测流量。理论进行

校正。

即：

(2-10)

。实际=理论=VA/T

式（2・8）中的〃为文丘里管的流量系数。

通过实验测得实际流量。如及水头差△儿便可以测得文丘里管的流量系数

。实际

(2-11)

四、实验装置的基本情况

L实验装置流程示意图（如图2・1所示）

10

图2-1实睑装置示意图

1-水箱；2-水泵（离心泵）；3-入口真空表；4-出口压力表；5、16-缓冲罐；6、14-测局部阻力

近端阀；7、15-测局部阻力远端阀；8、17-粗糙管测压阀；9、21-光滑管测压阀；10-局部阻

力阀；11-文丘里流量计（孔板流量计）；12-压力传感器；13-涡流流量计；18、24、32-流

量调节阀：19.光滑管阀：20-粗糙管阀；22.小转子流量计；23-大转了•流量计；25-水箱放水

阀；26-倒U型管放空阀；27-倒U型管；28、30-倒U型管排水阀；29、31-倒U型管平衡

阀

2.实验设备主要技术参数

表2-1实验设备主要技术参数

序号名称规格材料

LZB—25100-1()00(L/h)

1玻璃转子流量计

LZB—1010-100(L/h)

2离心泵型号WB70/055不锈钢

测量范围O.l-OMPa精度1.5级，

3真空表

真空表测压位置管内径d,=0.028rn

测量范围0-0.25MPa精度1.5级

4压力表

压强表测压位置管内径d2=0.（342m

5涡轮流量计型号LWY>40测量范围0—20m3/h

6变频器型号N2-401-H规格：(0-50)Hz

3.实验装置面板图

11

水温（°c）

SV[8B88I

©

流量（m3/h）

sam21

SV188881

©

压力（Kpa）

PVI8888I

SV[88881

©

功率（KW）

|[=I：I=K|

__SV_1_888-匠09

图2-2实验装置仪表面板图

五、实验步骤

1.离心泵性能测定

（1）向储水槽内注入蒸佣;水。检查流量调节阀32,压力表4的开关及真空

表3的开关是否关闭（应关闭）。

（2）启动离心泵，缓慢打开调节阀32至全开。待系统内流体稳定，即系统

内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

（3）用阀门32调节流量，从流量为零至最大或流量从最大到零，测取10〜

15组数据（每组数据稳定2〜3min）,同时记录泵入口真空表读数、泵出口压力

表读数、功率表读数，并记录水温。

（4）实验结束后，关闭流星调节阀，停泵，切断电源。

2.流量计性能测定

（1）记录各有关实验常数。

（2）打开电源开关并打开调节流量阀，待水流稳定后，读取各测压管的液

面读数》、h2、h3、h4,并用秒表、量筒测定流量。

（3）逐次改变调节流量阀，改变流量，重复步骤2,注意调节阀门要缓慢,

要使测压管内有水柱。

（4）把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。

（5）实验结束，关闭电源开关。

六、操作注意事项

1.在实验过程中每调节一个流量之后，应待流量和压降数据稳定后记录。

2.若较长时间未使用该装置，启动离心泵时应先盘轴转动以免烧坏电机。

3.该装置电路采用五线三相制配电，实验设各应良好接地。

4.启动离心泵前，须关闭流量调节阀、压力表和真空表开关，以免损坏仪表。

5.实验水质要清洁，以免影响流量计运行。

七、附数据处理过程举例（数据表见附表）

1•离心泵特性曲线的测定：（以表2・2第1组数据为例）

涡轮流量计读数：2=11.12（//〃?）功率表读数：0.75kW

压力表：0.04Mpa：泵入口真空表：0.008Mpa

实验水温，=33.1℃粘度4=0.75x10-3（pa.s）密度夕=994.25（kg/m3）

22

H=Z入）+区二百u出一〃入

+--------------

Pg2g

12

„八”(0.008+0.04)x1000000,、

H=0.234--------------------------=5.2(m)

994.25x9.81

N二功率表读数x电机效率=0.75x60%=0.450(kW)=450(W)

A,HQp5.2x11.12/3600x1000K994.25

Ne=——=-------------------------------=156(W)

n=34.67%

/N450

表2-2离心泵性能测定实验数据记录

液体温度23.1℃液体密度p=997.5kg/m3、泵进出口高度=0.23m

入口压力出口压力电机功率流量Q压头h泵轴功率n

序号3

Pi(MPa)P2(MPa)(kW)(m/h)(m)N(W)(%)

10.0080.040.7511.125.245034.488

20.0070.0750.810.238.648049.873

3O.(X)60.0940.799.3110.547455.783

40.0040.1130.778.2012.246258.790

50.0020.1280.747.3013.644460.396

600.1440.716.2815.042659.886

700.1670.665.1917.439661.614

800.170.614.2117.736655.035

900.180.553.3118.733050.777

1000.1890.512.5319.630643.922

1100.1980.451.4720.527030.284

1200.2040.410.7221.124616.768

130.2130.380.0022.12280.000

图2-3离心泵特性曲线图(方能H-Q；圆形Ne-Q；三角q~Q)

2.流量计性能测定

(1)计算原理

Q加的测量方法是体积法，计算公式为：。实际=丫〃

(其中：仁江相乂出一力3)，匕，值见表。)

Q理论的值由上式算得，义丘里管流量系数〃由上式算得。

13

（2）计算结果

=27.216

表2-3流量计测定实验数据记录

次数Q•炳；cm3/sA/z/cm。理论cm3/s

156.464.759.000.957

218.700.5119.440.962

取文丘里管流量系数〃的平均值得：〃=0.9595

八、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？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能

的原因是什么？

3.泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？

4.为什么计算流量Q理论与实际流量。场不相等？

5.若文丘里流量计不是水平安装、其计第流量公式是否要改变？为什么？

14

实验三恒压过滤常数的测定

一、实验目的

1.掌握恒压过滤常数K、或、心,的测定方法，加深对K、或、。，概念和影

响因素的理解。

2.学习滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定方法。

3.学习当一类关系的实验确定方法。

dq

4.学习使用正交试验法，能够通过正交试验法对实验结果进行分析，分析出

各个因素重要性的大小，指出试验指标随各因素变化的趋势，了解适宜操作条件

的确定方法。

二、实验原理

过滤是利用过滤介质进行固一液系统分离的过程，过滤介质通常采用带有许

多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力

作用下，液体通过过滤介质，固体颗粒被截留，从而使液固两相分离。

在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤钳厚度逐渐增

加，使得液体流过固体颗粒之间的孔道加长，增加了流体流动阻力。故恒压过滤

时，过滤速率是逐渐下降的。随着过滤的进行，若想得到相同的滤液量，则过滤

时间要增加。

恒压过滤方程：

(4+牝)2=K(9+4)(1-1)

式中：g—单位过滤面积获得的滤液体积，n//m2；

心一单位过渡面积上的虚拟淀液体积，m3/m2；

。一实际过滤时间，s：

内一虚拟过滤时间，s；

K一过滤常数，m2/s<>

将式(1-1)进行微分可得：

dO22

丁=丁"+丁心

dqKK(1-2)

这是一个直线方程式，于普通坐标上绘制半一/的关系，可得直线。其斜率

dq

为马，截距为二或，从而求出K、心。同时可通过巩2=K2,求出，。

KK

注：当各数据点的时间间隔不大时，手可用增量之比以来代替。

dqAq

过滤常数的定义式：K=2kN尸(1-3)

两边取对数1gK=(1-s)1g3+1虱2Q(1-4)

因k厂为常数，故K与A”的关系在对数坐标上绘制时应是一条直线，直

prv

线的斜率为1-S,由此可得滤饼的压缩性指数S，然后代入式(1・3),求物料特

性常数上。

15

三、实验装置与试剂

装置：恒压过滤实验装置（如图3-1、图3-2、图3-3所示）

试剂：碳酸钙，蒸储水

图3-1实验装置流程示意图

1-搅拌电机;2-原料罐；3-搅拌挡板；4、14、15-排液阀;5-洗水槽;6、7-调节阀;8-温度

计；9、10、12-阀门；11■压力表；13-滤液计量槽；16-板框过滤机；17-调节压力手柄；

18.过滤板；19-旋涡泵

图3-2板框过滤机固定头管路分布图

16

温度(℃)调速器

pv|888a@©旧日8日1©

SV[8888@

@

ooo

总电源开关泵开关

图3-3设备仪表面板示意图

四、实验步骤

1.实验准备工作

(1)配比好滤液浓度(浓度在6-8%左右)，系统接上电源，开启总电源，开

启搅拌，使滤液搅拌均匀。

(2)在滤液水槽中加入一定高度液位的水(水位在标尺50毫米处即可)。

⑶板框过滤机板、框排列顺序为固定头-非洗涤板(•)-框(：)-洗涤板(B

・框(：)・非洗涤板(•)・可动头。用压紧装置压紧后待用。

2.开始实验

(1)阀门6、8、18、19全开，其它阀门全部关闭。启动旋涡泵14,打开阀门

13,利用料液回水阀8调节压力，使压力表12达到规定值。

(2)待压力表12数值稳定后，打开过滤后滤液入口阀21开始过滤。从计量

桶10内见到第一滴液体时开始计时，记录滤液每漕加高度10mm时所用的时间。

当计量桶15读数为150mm时停止计时，并立即关闭后进料阀21。

(3)打开料液回水阀8使压力表12指示值下降，关闭泵开关。放出计量桶内

的滤液并倒回槽内，保证滤浆浓度恒定。

(4)洗涤实验时全开阀门7、9、19,其它阀门全关。调节阀门9使压力表12

达到过滤要求的数值。打开阀门20,等到阀门19有液体流下时开始计时，洗涤

量为过滤量的四分之一。实验结束后，放出计量桶内的滤液到反洗水箱17内。

(5)开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干冷。。

(6)改变压力值，开始重复上述实验。

五、数据记录与处理

1.实验设备主要技术参数

表3-1实验设备主要技术参数

序号名称规格材料

1搅拌器型号:KDZ-1

2过滤板160*180*11(mm)不锈钢

3滤布工业用

4过游面积0.0475m2

长327mm、宽

5计量桶

286mm

2.实验数据记录与处理

17

表3-2实验数据记录

序h

qq0.05MPaO.lOMPa0.15MPa

号(mm)

(m)(m)0e△e0△e

(s)(s)q(s)(S)q(s)(s)q

(s/m)(s/m)(s/m)

150

260

370

480

590

6100

7110

8120

9130

10140

11150

表3-3物料常数压缩性指数数据记录

序号斜率截距3232

压差(MPa)K(m/m.s)qc(m/m)0c(s)

10.05

20.10

30.15

物料常数k

压缩性指数s

3.数据处理过程实例(以().()5MPa第2组为例)

已知过滤面积:A=0.0475m2

3

△V=SxH=0.286x0.327x().()1=9.352x1(尸(m)

△q=AV/A=9.352x10-4/0.0475=0.0197(mW)

△0=46.0-23.0=23.0(s)

—=23.0/0.0198=1.16X103

△q

2600.01980.03023.0023.001160.062

3700.03970.05046.0028.001412.2494

%+委_0.0397+0.0198=0.030(〃//m2)

2~

喘关系图上直线得:

斜率:—=12003K=1.66xl0-4m3/nr

2

截距：一q=864q=0.0719(m3/m2)

Kec

224

0e=qe/K=0.0719/1.66X1O-=31.2

按以上方法依次计算竺可关系图上直线的过渡常数。

△q

18

△8/Aq(m3/m2)

32

△8/△q---Q曲线(m/m)

"一3曲线图

图3-4

q

△P—K曲线△P(MPa)

图3-5AP-K曲线图

19

六、思考题

1.实验刚开始时，为什么滤液经常是浑浊的？

2.如果滤液的黏度比较大，可采用什么方法改善过滤速率？

3.当操作压强增大一倍时，其K值是否也增大一倍？要得到同样的过滤量,

其过滤时间是否缩短一半？

20

实验四萃取塔实验

一、实验目的

1.直观展示转盘萃取塔的基本结构以及实现萃取操作的基本流程；观察萃取塔内

桨叶在不同转速下，分散相液滴变化情况和流动状态。

2.练习并掌握转盘萃取塔性能的测定方法。

二、实验原理

对于液体混合物的分离，除可采用蒸方法外，还可采用萃取方法。即在液

体混合物（原料液）中加入一种与其基本不相混溶的液体作为