化工原理实验指导书.docx

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化工原理实验指导书

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沈阳工业大学

6月

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…………………………………………2

实验三恒压过滤实验……………………………………………………4

实验四传热综合实验……………………………………………………6

实验五筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定…………………………9

实验六洞道干燥实验……………………………………………………11

综合实验一气体搅拌萃取塔液-液萃取实验……………………………13

综合实验二间歇精馏实验………………………………………………16

演示实验柏努利方程实验………………………………………………17

雷诺实验……………………………………………………20

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=ΔP

L—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

经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=1

ΔP—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。

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?

实验三恒压过滤实验

一、实验目的

1、熟悉实验装置的结构和操作方法;

2、测定在恒压操作时的过滤常数K,qe,τe,并以实验所得结果验证过滤方程式,增进对过滤理论的理解;

3、改变压强差重复上述操作,测定压缩指数s和物料特性常数k。

二、实验原理

过滤过程是将悬浮液送至过滤介质及滤饼一侧,在其上维持另一侧较高的压力,液体则经过介质而成滤液,而固体粒子则被截留逐渐形成滤饼。

过滤速度由过滤介质两端的压力差及过滤介质的阻力决定。

过滤介质阻力由二部分组成,一为过滤介质,一为滤饼（先积下来的滤饼成为后来的过滤介质）。

因为滤饼厚度（亦即滤饼阻力）随着时间而增加,因此恒压过滤速度随着时间而降低。

对于不可压缩性滤饼,在恒压过滤情况下,滤液量与过滤时间的关系可用下式表示:

（V+Ve）2=KA2（τ+τe）

式中:

V——τ时间内的滤液量（m3）

Ve——虚拟滤液的体积,它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时,应得到的滤液量（m3）

A——过滤面积（m2）

K——过滤常数（m2/s）

τ——相当于得到滤液V所需的过滤时间（s）

τe——相当于得到滤液Ve所需的过滤时间（s）

上式也可写成:

q2+2qeq=Kτ

式中:

q=V/A,即单位过滤面积的滤液量（m）

qe=Ve/A,即单位过滤面积的虚拟滤液量（m）

将过滤方程式微分后得到2qdq+2qedq=Kdτ

Δτ/Δq（s/m）

整理后得:

q（m3/m2）

将Δτ/Δq对q标绘（q取各时间间隔内的平均值）,在正常情况下,各点均在一条直线上,如图所示,直线斜率2/K=A/B,结局2qe/K=c由此可求出K和qe。

τe由下式得:

在实验中,当计量瓶中的滤液达到100ml刻度时开始按表计时,作为恒压过滤时间的零点。

可是,在此之前吸滤早已开始,即计时之前系统内已有滤液存在,这部分滤液量可视为常量以表示,这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质,在整理数据时应考虑进去,则方程应改写为:

—系统存液量为170ml

过滤常数的定义式:

两边取对数:

因,故K与Δp的关系,在双对数坐标上标绘是一条直线。

直线的斜率,由此可计算出压缩性指数s,读取Δp～K直线上任一点处的K值,将K、Δp数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数k。

三、实验装置简要说明

本实验装置由过滤漏斗、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、缓冲罐、及真空泵等组成。

滤浆槽内配有一定浓度的硅藻土悬浮液,用电动搅拌器进行搅拌（浆液不出现漩涡为好）。

滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后,启动真空泵,使系统内形成真空达指定值。

滤液经过滤漏斗清液进入计量筒,固相被留在过滤漏斗上逐渐生成滤饼。

定时读取计量筒的液位,并记录。

系统真空度可由真空阀进行调节。

四、实验步骤

1、熟悉实验装置流程

2、装置接通电源,启动电动搅拌器,待槽内浆液搅拌均匀,将过滤漏斗安装好,固定于浆液槽内。

3、打开放空阀7关闭旋塞4及放液阀10。

4、启动真空泵,用放空阀7及时调节系统的真空度,使真空表的读数稍大于指定值,然后达凯旋塞4进行抽滤。

此后时间内要注意观察真空表的读数应恒定于指定值。

当计量瓶滤液达到100ml刻度时按表计时,做为恒压过滤时间的零点。

记录滤液每增加100ml所用的时间。

当计量瓶读数为800ml时停止计时,并立即关闭旋塞4。

5、把放空阀7全开,关闭真空泵,打开旋塞4,利用系统内的大气压和液位高度差把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽内。

放出计量瓶内的滤液并倒回槽内,以保证滤浆浓度恒定。

卸下过滤漏斗洗净待用。

6、改变真空度重复上述实验。

7、实验结束后,关闭电源。

五、实验注意事项

1、过滤漏斗如图安装,在滤浆中浸没一定深度,让过滤介质平行于液面,以防止被空气抽如造成滤饼厚度不均匀。

2、启动搅拌器前,用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。

将调速钮调在最小位置,打开调速器开关,将调速钮从小到大位调节,不允许高速档启动,转速状态下出现异常时或实验完毕后将调速钮恢复最小位。

3、用放空阀7调节。

控制系统内的真空度恒定,以保证恒压状态下操作。

实验四传热综合实验

一、实验目的

1、经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、经过实验提高对α关联式的理解,了解工程上强化传热的措施;

4、掌握测温热电偶的使用方法。

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准数能够忽略。

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:

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

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,能够得到最佳关联结果。

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。

能够看出对方程的关联,首先要有Nu、Re、Pr的数据组。

雷诺准数

努塞尔特准数

普兰特准数

d—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·℃）

p—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,因此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=α1AΔtm

A—传热面积（m2）（内管内表面积）