化工原理实验讲义

化工原理实验指导书唐山学院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……………………………………………………………16实验一流体流动阻力的测定一、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λ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，引起质点间动量交换，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力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得：ΔPf=ΔPL—两侧压点间直管长度(m)d—直管内径(m)λ—摩擦阻力系数u—流体流速（m/s）ΔPf—直管阻力引起的压降（N/m2）µ—流体粘度（Pa.s）ρ—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ΔPf值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分别求出λ和Re，在双对数坐标纸上绘出λ～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—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－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15～20组数，建议当流量22udLPhff22uPLdfduRe读数小于300L/h时，用空气—水倒置U型管测压差ΔP。5、待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。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ΔP时，应切断空气—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。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，轴功率N及效率η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η=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，求其相应的体积流量Qe。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∴u入=u出又∵Hf(λ-出)可忽略３、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×电机效率（Kw）功率表读数=电机输入功率式中：A0—文丘里流量计喉管的横截面积C0—流量系数C0=1ΔP—文丘里流量计的压差Ｚ出—Ｚ入离心泵进出口管路的垂直距离Ｐ出—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，用来调节水的流量或管内压力。PACQe200出）入出出出-(2222feHgugPZHgugPZ)((mgPPZZH入出入出）)(1021000NeKWHQgHQ泵的有效功率NNe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15～20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？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α的测定方法，并分析影响α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α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α，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：Nu=CRemPrnGrp对强制湍流，Gr准数可以忽略。Nu=CRemPrn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。两边取对数，得到直线方程：RelglgPrlg4.0mCNu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mNuCRePr4.0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。雷诺准数duRe努塞尔特准数dNu1普兰特准数pCPrd—换热器内管内径（m）α1—空气传热膜系数（W/m2·℃）ρ—空气密度（kg/m3）λ—空气的导热系数（W/m·℃）Cp—空气定压比热（J/kg·℃）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α值。进而算得Nu准数值。因为空气传热膜系数α1远大于蒸汽传热膜系数α2，所以传热管内的对流传热系数α1约等于冷热流体间的总传热系数K。则有牛顿冷却定律：Q=α1AΔtmA—传热面积（m2）（内管内表面积）Δtm—管内外流体的平均温差（℃）2112lntttttm其中：Δt1=T-t1,Δt2=T-t2T—蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度Tw（℃）表示Tw=8.5+21.26×EE—热电偶测得的热电势（mv）传热量Q可由下式求得：Q=wCp（t2-t1）/3600=VρCp（t2-t1）/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（℃）实验条件下的空气流量V（m3/h）需按下式计算：12732731ttVVt1tV—空气入口温度下的体积流量（m3/h）t—空气进出口平均温度（℃）其中1tV可按下式计算1168.21ttPVΔP—孔板两端压差（KPa）1t—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=BRem，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Nuo与普通管的努塞尔特准数Nu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。⑴传热管参数传热面积0.4m2⑵不锈钢孔板流量计的孔径比m=17mm/44mm≈0.39⑶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。换热管的外壁面平均温度Tw采用铜—康铜热电偶测量，在数字式毫伏计上显示数值E。⑷空气用电加热器加热出口温度控制在160℃。四、实验方法及步骤1、实验前的准备，检查工作。⑴打开冷水开关调制一定流量。⑵检查空气流量旁路调节阀是否全开。⑶检查普通管支路各控制阀是否已打开。⑷接通电源总闸，启动电加热器开关，开始加热。2、实验开始。⑴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T1（℃）比较稳定。⑵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⑶稳定5～8分钟左右读取t1,t2,T1T2值以及流体流量。（注意：第一个数据点必须稳定足够的时间）⑷重复⑵与⑶共做5～6个空气流量值。⑸最小最大流量值一定要做。⑹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。⑺测定5～6组实验数据。4、实验结束。⑴关闭加热开关。⑵过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。⑶切断总电源。五、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。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—水系统。精馏塔塔板数的计算利用图解的方法最简便，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，计算出全塔效率：式中：η—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D0=50mm，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/