化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書新

1、第2章 化工原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2.1 流體流動(dòng)阻力的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握測定流體流經(jīng)直管、管件和閥門時(shí)阻力損失的一般實(shí)驗(yàn)方法。 2、測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，驗(yàn)證在一般湍流區(qū)內(nèi)與Re的關(guān)系曲線。 3、測定流體流經(jīng)管件、閥門時(shí)的局部阻力系數(shù)x。 4、學(xué)會(huì)倒U形壓差計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用方法。5、辨識(shí)組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、實(shí)驗(yàn)原理流體通過由直管、管件（如三通和彎頭等）和閥門等組成的管路系統(tǒng)時(shí)，由于粘性剪應(yīng)力和渦流應(yīng)力的存在，要損失一定的機(jī)械能。流體流經(jīng)直管時(shí)所造成機(jī)械能損失稱為直管阻力損失。流體通過管件、閥門時(shí)因流體運(yùn)動(dòng)方向和速度大小改變所引起的機(jī)械能損失稱為局部阻力

2、損失。 1、直管阻力摩擦系數(shù)的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，阻力損失為： （2-1）即， （2-2）式中： 直管阻力摩擦系數(shù)，無因次；pf流體流經(jīng)l米直管的壓力降，Pa；hf單位質(zhì)量流體流經(jīng)l米直管的機(jī)械能損失，J/kg；l直管長度，m；u流體在管內(nèi)流動(dòng)的平均流速，m/s； d直管內(nèi)徑，m；流體密度，kg/m3。滯流(層流)時(shí)， （2-3） （2-4）式中：Re雷諾準(zhǔn)數(shù)，無因次； 流體粘度，kg/(m·s)。湍流時(shí)是雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和相對粗糙度（/d）的函數(shù)，須由實(shí)驗(yàn)確定。由式（2-2）可知，欲測定，需確定l、d，測定、u、等參數(shù)。l、d為裝置參數(shù)（裝置參數(shù)表格中給出），、通過測

3、定流體溫度，再查有關(guān)手冊而得，u通過測定流體流量，再由管徑計(jì)算得到。例如本裝置采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測流量，V，m3/h。 (2-5)可用U型管、倒置U型管、測壓直管等液柱壓差計(jì)測定，或采用差壓變送器和二次儀表顯示。（1）當(dāng)采用倒置U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (2-6)式中：R水柱高度，m。（2）當(dāng)采用U型管液柱壓差計(jì)時(shí) (2-7)式中：R液柱高度，m；指示液密度，kg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)l、d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(2-5)、(2-6)或(2-7)、(2-4)和式(2-2)求取Re和，再將Re和標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上。2、局部阻力系

4、數(shù)x 的測定 局部阻力損失通常有兩種表示方法，即當(dāng)量長度法和阻力系數(shù)法。 1）當(dāng)量長度法 流體流過某管件或閥門時(shí)造成的機(jī)械能損失看作與某一長度為le的同直徑的管道所產(chǎn)生的機(jī)械能損失相當(dāng)，此折合的管道長度稱為當(dāng)量長度，用符號(hào)le表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計(jì)算局部阻力損失，而且在管路計(jì)算時(shí)可將管路中的直管長度與管件、閥門的當(dāng)量長度合并在一起計(jì)算，則流體在管路中流動(dòng)時(shí)的總機(jī)械能損失為： (2-8)2）阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時(shí)的機(jī)械能損失表示為流體在小管徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)平均動(dòng)能的某一倍數(shù)，局部阻力的這種計(jì)算方法，稱為阻力系數(shù)法。即： (2-9) 故 (2-10)式中：x局部阻力系數(shù)，無

5、因次；局部阻力壓強(qiáng)降，Pa；（本裝置中，所測得的壓降可/應(yīng)扣除兩測壓口間直管段的壓降，直管段的壓降由直管阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果求取。）流體密度，kg/m3；u流體在小截面管中的平均流速，m/s。 待測的管件和閥門由現(xiàn)場指定。本實(shí)驗(yàn)采用阻力系數(shù)法表示管件或閥門的局部阻力損失。根據(jù)連接管件或閥門兩端管徑中小管的直徑d，指示液密度，流體溫度t0(查流體物性、)，及實(shí)驗(yàn)時(shí)測定的流量V、液柱壓差計(jì)的讀數(shù)R，通過式(2-5)、(2-6)或(2-7)、(2-10)求取管件或閥門的局部阻力系數(shù)x。三、實(shí)驗(yàn)裝置1、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖2-1所示。1水箱 2離心泵 3進(jìn)口壓力表 4雙金屬溫度計(jì) 5出口壓力表 6玻璃轉(zhuǎn)子流量

6、計(jì) 7局部阻力管8電氣控制柜 9光滑管 10均壓環(huán) 11倒U型差壓計(jì) 12粗糙管 13管路選擇球閥f1、f2、f314局部管上的閘閥V1 15引壓管 16-出口流量調(diào)節(jié)閘閥V2圖2-1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖2、實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)裝置由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和倒U型差壓計(jì)等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件(閘閥)；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量，

7、管路和管件的阻力采用均壓環(huán)和引壓管將壓力傳遞給倒U型差壓計(jì)直接顯示壓差。3、裝置參數(shù)裝置參數(shù)如表2-1所示。由于管子的材質(zhì)存在批次的差異，可能會(huì)產(chǎn)生管徑的不同，所以表2-1中的管內(nèi)徑只能作參考。表2-1裝置參數(shù)名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號(hào)管內(nèi)徑局部阻力閘閥1A20.095光滑管不銹鋼管1B20.0100粗糙管鍍鋅鐵管1C21.0100四、實(shí)驗(yàn)步驟1、泵啟動(dòng)清理水箱中的雜質(zhì)，然后對水箱進(jìn)行注水。通過灌泵漏斗給離心泵灌水，直到排出泵內(nèi)氣體。然后關(guān)閉出口閥V2，關(guān)閉灌泵系統(tǒng)的兩個(gè)閥門（一個(gè)在灌泵漏斗處，另一個(gè)在雙金屬溫度計(jì)處），打開總電源，啟動(dòng)水泵，打開儀表開關(guān)，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)后，

8、把出口閥V2緩緩開到最大。2、實(shí)驗(yàn)管路選擇先后選擇實(shí)驗(yàn)管路，把對應(yīng)的進(jìn)口閥f1、f2、f3打開（f1是粗糙管路的閥門，f2是光滑管路的閥門，f3是局部阻力管路的閥門），在出口閥最大開度下，保持全流量流動(dòng)3-5min。3、流量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)出口流量調(diào)節(jié)閘閥V2，然后分別開啟相應(yīng)管路的選擇閥f1、f2、f3，調(diào)節(jié)流量，讓流量從1000 L/h -4000 L/h范圍內(nèi)變化，建議每次實(shí)驗(yàn)變化500 L/h左右。每次改變流量，待流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)流量下的的壓差值。4、計(jì)算裝置確定時(shí)，根據(jù)和u的實(shí)驗(yàn)測定值，可計(jì)算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系

9、列Re的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，從而繪出Re曲線。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束停泵前先將出口閥關(guān)閉，關(guān)閉儀表開關(guān)，關(guān)閉水泵，最后關(guān)閉電源，清理裝置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)： 溫度： 裝置號(hào)： 直管基本參數(shù)：光滑管徑 粗糙管徑 局部阻力管徑 表2-2 實(shí)驗(yàn)記錄表格序號(hào)流量（L/h）光滑管壓差（cm）流量（L/h）粗糙管壓差（cm）流量（L/h）局部阻力壓差（cm）左右左右左右123六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分的要求 1、根據(jù)粗糙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)曲線圖，即可估算出該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 2、根據(jù)光滑管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對照柏拉修斯方程，計(jì)算其誤差。 3、

10、根據(jù)局部阻力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出閘閥全開時(shí)的平均值。 4、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。 七、思考題1、在對裝置做排氣工作時(shí)，是否一定要關(guān)閉流程尾部的出口閥？為什么? 2、如何檢測管路中的空氣已經(jīng)被排除干凈? 3、以水做介質(zhì)所測得的Re關(guān)系能否適用于其它流體?如何應(yīng)用? 4、在不同設(shè)備上(包括不同管徑)，不同水溫下測定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上? 5、如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響?實(shí)驗(yàn)2.2 離心泵特性曲線的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定離心泵的特性曲線，掌握離心泵的工作原理。二、基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下泵的揚(yáng)程H、軸功率

11、N及效率與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動(dòng)情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實(shí)驗(yàn)測定。1、揚(yáng)程H的測定與計(jì)算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程： （2-11）由于兩截面間的管長較短，通?？珊雎宰枇?xiàng)，速度平方差也很小故可忽略，則有 （2-12）式中： ，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m； 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m；u1、u2分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空

12、表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計(jì)算出泵的揚(yáng)程。2、軸功率N的測量與計(jì)算 （W） （2-13）式中：N電電功率表顯示值；k電機(jī)傳動(dòng)效率；可取。3、效率的計(jì)算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體經(jīng)過泵時(shí)所獲得的實(shí)際功率，軸功率N是單位時(shí)間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算： （2-14）故泵效率： （2-15）4、轉(zhuǎn)速改變時(shí)的換算泵的特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下的實(shí)驗(yàn)測定所得。但是，實(shí)際上感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時(shí)，其轉(zhuǎn)速會(huì)有變化，這樣隨著

13、流量Q的變化，多個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實(shí)測數(shù)據(jù)換算為某一恒定轉(zhuǎn)速n¢下（可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速2900rpm）的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量 （2-16）揚(yáng)程 （2-17）軸功率 （2-18）效率 （2-19）三、實(shí)驗(yàn)裝置離心泵特性曲線測定裝置及流程如圖2-1所示。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、清理水箱中的雜質(zhì)，然后加注實(shí)驗(yàn)用水。通過灌泵漏斗給離心泵灌水，直到排出泵內(nèi)氣體。 2、之前先將出口流量調(diào)節(jié)閘閥V2關(guān)閉，當(dāng)泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后方可逐步打開此出口閥。 3、實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)閘閥V2以改變流量，在最大-最小流量范圍內(nèi)調(diào)節(jié)流量，注意實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相

14、應(yīng)數(shù)據(jù)。離心泵特性實(shí)驗(yàn)獲取的主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：流量Q、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測壓點(diǎn)間高度差H0（H00.1m）。 4、測取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時(shí)記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)（如離心泵型號(hào)，額定流量、額定轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程和功率等），停泵前，先關(guān)閉出口閥，關(guān)閉儀表，最后關(guān)閉電源。五、注意事項(xiàng) 1、一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時(shí)注意定期對泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。 2、泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)纏繞并傷害身體接觸部位。3、不要在出口閥關(guān)閉狀態(tài)下長時(shí)間使泵運(yùn)轉(zhuǎn)，一般不超過3min，否則泵中液體循

15、環(huán)溫度升高，易生氣泡，使泵抽空。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1、記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)人員： 學(xué)號(hào)： 裝置號(hào)： 離心泵型號(hào) ，額定流量 ，額定揚(yáng)程 ，額定功率 ，泵進(jìn)出口測壓點(diǎn)高度差H0= ，流體溫度t ，泵轉(zhuǎn)速n= r/m。表2-3 原始數(shù)據(jù)記錄表格實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q（L/h）泵進(jìn)口壓力p1 （MPa）泵出口壓力p2 （MPa）電機(jī)功率N電 （kW）1.232、參數(shù)計(jì)算根據(jù)原理部分的公式，按比例定律校合轉(zhuǎn)速后，計(jì)算各流量下的泵揚(yáng)程、軸功率和效率，如表2-4。表2-4 數(shù)據(jù)記錄表格實(shí)驗(yàn)次數(shù)流量Q （L/h）揚(yáng)程H （m）軸功率N （kW） 泵效率（%） 123七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分的要求

16、1、分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線。2、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作范圍。八、思考題1、試從所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動(dòng)時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？2、啟動(dòng)離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動(dòng)不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？3、為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？4、泵啟動(dòng)后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會(huì)逐漸上升？為什么？5、正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？為什么？6、試分析，用清水泵輸送密度為1200kg/m3的鹽水，在相同流量下你認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？實(shí)驗(yàn)2.3 恒壓過濾常數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)

17、驗(yàn)?zāi)康?、熟悉板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作方法。2、通過恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證過濾基本理論。3、學(xué)會(huì)測定過濾常數(shù)K、qe、e及壓縮性指數(shù)s的方法。4、了解過濾壓力對過濾速率的影響。二、基本原理過濾是以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)來處理懸浮液以達(dá)到固、液分離的一種操作過程，即在外力的作用下，懸浮液中的液體通過固體顆粒層（即濾渣層）及多孔介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來形成濾渣層，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。因此，過濾操作本質(zhì)上是流體通過固體顆粒層的流動(dòng)，而這個(gè)固體顆粒層（濾渣層）的厚度隨著過濾的進(jìn)行而不斷增加，故在恒壓過濾操作中，過濾速度不斷降低。過濾速度u定義為單位時(shí)間單位過濾面積內(nèi)通過過濾介質(zhì)的濾液量。影響過濾速度的主要

18、因素除過濾推動(dòng)力（壓強(qiáng)差）p，濾餅厚度L外，還有濾餅和懸浮液的性質(zhì)，懸浮液溫度，過濾介質(zhì)的阻力等。過濾時(shí)濾液流過濾渣和過濾介質(zhì)的流動(dòng)過程基本上處在層流流動(dòng)范圍內(nèi)，因此，可利用流體通過固定床壓降的簡化模型，尋求濾液量與時(shí)間的關(guān)系，可得過濾速度計(jì)算式： （2-20）式中：u過濾速度，m/s；V通過過濾介質(zhì)的濾液量，m3；A過濾面積，m2；過濾時(shí)間，s；q通過單位面積過濾介質(zhì)的濾液量，m3/m2；p過濾壓力（表壓）Pa；S濾渣壓縮性系數(shù)；濾液的粘度，Pa.s；r濾渣比阻，1/m2；C單位濾液體積的濾渣體積，m3/m3；Ve 過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，m3。對于一定的懸浮液，在恒溫和恒壓下過濾時(shí)，、r、

19、C和p都恒定，為此令： （2-21） 于是式（2-20）可改寫為： （2-22）式中：K過濾常數(shù)，由物料特性及過濾壓差所決定，。將式（2-22）分離變量積分，整理得： （2-23）即 （2-24）將式（2-23）的積分極限改為從0到Ve和從0到積分，則： （2-25）將式（2-24）和式（2-25）相加，可得： （2-26）式中：虛擬過濾時(shí)間，相當(dāng)于濾出濾液量Ve所需時(shí)間，s。再將式（2-26）微分，得： （2-27）將式（2-27）寫成差分形式，則 （2-28）式中：每次測定的單位過濾面積濾液體積（在實(shí)驗(yàn)中一般等量分配），m3/ m2；每次測定的濾液體積所對應(yīng)的時(shí)間，s；相鄰二個(gè)q值的平均值

20、，m3/ m2。以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)將式（2-28）標(biāo)繪成一直線，可得該直線的斜率和截距，斜率： 截距： 則， 改變過濾壓差p，可測得不同的K值，由K的定義式（2-21）兩邊取對數(shù)得： (2-29)在實(shí)驗(yàn)壓差范圍內(nèi)，若B為常數(shù)，則lgKlg(p)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，斜率為(1-s)，可得濾餅壓縮性指數(shù)s。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置由空壓機(jī)、配料槽、壓力料槽、板框過濾機(jī)等組成，其流程示意如圖2-2。圖2-2 板框壓濾機(jī)過濾流程圖CaCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配制一定濃度后，利用壓差送入壓力料槽中，用壓縮空氣加以攪拌使CaCO3不致沉降，同時(shí)利用壓縮空氣的壓力將濾漿送入板框壓濾機(jī)過濾，

21、濾液流入量筒計(jì)量，壓縮空氣從壓力料槽上排空管中排出。板框壓慮機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸：框厚度20mm，每個(gè)框過濾面積 0.038m2，框數(shù)2個(gè)?？諝鈮嚎s機(jī)規(guī)格型號(hào)：風(fēng)量0.06m3/min，最大氣壓0.8MPa。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）配料。在配料罐內(nèi)配制含CaCO31030（wt%）的水懸浮液，碳酸鈣事先由天平稱重，水位高度按標(biāo)尺示意，筒身直徑35mm。配置時(shí)，應(yīng)將配料罐底部閥門關(guān)閉。（2）攪拌。開啟空壓機(jī)，將壓縮空氣通入配料罐（空壓機(jī)的出口小球閥保持半開，進(jìn)入配料罐的兩個(gè)閥門保持適當(dāng)開度），使CaCO3懸浮液攪拌均勻。攪拌時(shí)，應(yīng)將配料罐的頂蓋合上。（3）設(shè)定壓力。分別打開進(jìn)壓力灌的三路閥門，空壓

22、機(jī)過來的壓縮空氣經(jīng)各定值調(diào)節(jié)閥分別設(shè)定為0.1MPa、0.2MPa和0.3MPa（已設(shè)定，每個(gè)間隔壓力大于0.05MPa。若欲作0.3MPa以上壓力過濾，需調(diào)節(jié)壓力罐安全閥）。設(shè)定定值調(diào)節(jié)閥時(shí)，壓力灌泄壓閥可略開。（4）裝板框。正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前用水浸濕，濾布要繃緊，不能起皺。濾布緊貼濾板，密封墊貼緊濾布。（注意：用螺旋壓緊時(shí)，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使板框合上，然后再壓緊）。（5）灌清水。向清水罐通入自來水，液面達(dá)視鏡2/3高度左右。灌清水時(shí)，應(yīng)將安全閥處的泄壓閥打開。（6）灌料。在壓力罐泄壓閥打開的情況下，打開配料罐和壓力罐間的進(jìn)料閥門，使料漿自動(dòng)由配料桶流入壓

23、力罐至其視鏡1/21/3處，關(guān)閉進(jìn)料閥門。2、過濾過程（1）鼓泡。通壓縮空氣至壓力罐，使容器內(nèi)料漿不斷攪拌。壓力料槽的排氣閥應(yīng)不斷排氣，但又不能噴漿。（2）過濾。將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔通路狀態(tài)。打開進(jìn)板框前料液進(jìn)口的兩個(gè)閥門，打開出板框后清液出口球閥。此時(shí)，壓力表指示過濾壓力，清液出口流出濾液。（3）對于基本型，每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時(shí)候作為開始時(shí)刻，每次V取800mL左右。記錄相應(yīng)的過濾時(shí)間。每個(gè)壓力下，測量810個(gè)讀數(shù)即可停止實(shí)驗(yàn)。若欲得到干而厚的濾餅，則應(yīng)每個(gè)壓力下做到?jīng)]有清液流出為止。（4）量筒交換接濾液時(shí)不要流失濾液。等量筒內(nèi)濾液靜止后讀出V值。（注意：V約800

24、mL時(shí)替換量筒，這時(shí)量筒內(nèi)濾液量并非正好800mL。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒），此外，要熟練雙秒表輪流讀數(shù)的方法；對于數(shù)字型，由于透過液已基本澄清，故可視作密度等同于水，則可以帶通訊的電子天平讀取對應(yīng)計(jì)算機(jī)計(jì)時(shí)器下的瞬時(shí)重量的方法來確定過濾速度。（5）每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細(xì)后重新倒入料漿桶內(nèi)攪拌配料，進(jìn)入下一個(gè)壓力實(shí)驗(yàn)。注意若清水罐水不足，可補(bǔ)充一定水源，補(bǔ)水時(shí)仍應(yīng)打開該罐的泄壓閥。3、清洗過程（1）關(guān)閉板框過濾的進(jìn)出閥門。將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔關(guān)閉狀態(tài)。（2）打開清洗液進(jìn)入板框的進(jìn)出閥門（板框前兩個(gè)進(jìn)口閥，板框后一個(gè)出口閥）。此時(shí)，壓力表指示清洗壓力，清液出

25、口流出清洗液。清洗液速度比同壓力下過濾速度小很多。（3）清洗液流動(dòng)約1min，可觀察混濁變化判斷結(jié)束。一般物料可不進(jìn)行清洗過程。結(jié)束清洗過程，也是關(guān)閉清洗液進(jìn)出板框的閥門，關(guān)閉定值調(diào)節(jié)閥后進(jìn)氣閥門。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束（1）先關(guān)閉空壓機(jī)出口球閥，關(guān)閉空壓機(jī)電源。（2）打開安全閥處泄壓閥，使壓力罐和清水罐泄壓。（3）沖洗濾框、濾板，濾布不要折，應(yīng)當(dāng)用刷子刷洗。（4）將壓力罐內(nèi)物料反壓到配料罐內(nèi)備下次實(shí)驗(yàn)使用，或?qū)⒃摱尬锪现苯优趴蘸笥们逅疀_洗。五、原始數(shù)據(jù)記錄P MPa 過濾面積A0.0254m2；表2-5 原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)序號(hào)過濾體積 V(mL)過濾時(shí)間 (s)12345678910六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、由

26、恒壓過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K、qe、e。2、比較幾種壓差下的K、qe、e值，討論壓差變化對以上參數(shù)數(shù)值的影響。3、在直角坐標(biāo)紙上繪制lgKlgp關(guān)系曲線，求出s。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論。七、思考題1、板框過濾機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？適用于什么場合？2、板框壓濾機(jī)的操作分哪幾個(gè)階段？3、為什么過濾開始時(shí)，濾液常常有點(diǎn)渾濁，而過段時(shí)間后才變清？4、影響過濾速率的主要因素有哪些？當(dāng)你在某一恒壓下所測得的K、qe、e值后，若將過濾壓強(qiáng)提高一倍，問上述三個(gè)值將有何變化？實(shí)驗(yàn)2.4 換熱器操作和傳熱系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象。2、測定空氣-水蒸汽在套管換熱器中的總傳熱系數(shù)。3

27、、測定空氣在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對流時(shí)的傳熱膜系數(shù)及其與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)生產(chǎn)中，間壁式換熱器是經(jīng)常使用的換熱設(shè)備。熱流體借助于傳熱壁面，將熱量傳遞給冷流體，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。影響換熱器傳熱速率的參數(shù)有傳熱面積、平均溫度差和傳熱系數(shù)三要素。為了合理選用或設(shè)計(jì)換熱器，應(yīng)對其性能有充分的了解。除了查閱文獻(xiàn)外，換熱器性能實(shí)測是重要的途徑之一。傳熱系數(shù)是衡量換熱器性能的重要指標(biāo)。為了提高能量的利用率，提高換熱器的傳熱系數(shù)以強(qiáng)化傳熱過程，在生產(chǎn)實(shí)踐中是經(jīng)常遇到的問題。套管式換熱器是一種間壁式的傳熱裝置。冷熱流體間的傳熱過程是由熱流體對壁面的對流傳熱、間壁的熱傳導(dǎo)、以及壁面對冷流體的對流傳

28、熱這三個(gè)傳熱子過程組成。如圖2-3所示。圖2-3冷熱流體間的傳熱過程示意圖本實(shí)驗(yàn)中，套管環(huán)隙通以水蒸汽，內(nèi)管通以空氣，水蒸汽冷凝放熱以加熱空氣，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下熱量衡算關(guān)系式（忽略熱損失）： （2-30）式中： Q傳熱速率，W；V空氣體積流量（以進(jìn)口狀態(tài)計(jì)），m3/s； 空氣密度（以進(jìn)口狀態(tài)計(jì)），kg/m3；CP空氣平均比熱，J/(kg·)；Ki 以內(nèi)管內(nèi)表面積計(jì)的總傳熱系數(shù)，W/(m2·)；i 空氣對內(nèi)管內(nèi)壁的對流傳熱系數(shù)，W/(m2·)；t1、t2 空氣進(jìn)、出口溫度，；Si 內(nèi)管內(nèi)壁傳熱面積，m2；tm水蒸氣與空氣間的對數(shù)平均溫度差，。

29、（2-31） 式中： T蒸汽溫度（取進(jìn)、出口溫度相同），；(twt)m 空氣與內(nèi)管內(nèi)壁間的對數(shù)平均溫度差，。 （2-32） 式中： tw1、tw2 內(nèi)管內(nèi)壁上進(jìn)、出口溫度，。由式（2-30）得，總傳熱系數(shù)(2-33)實(shí)驗(yàn)測定，并查取下冷流體對應(yīng)的、換熱面積Si，即可由(2-33)式計(jì)算得總傳熱系數(shù)Ki?？諝庠诠軆?nèi)的對流傳熱系數(shù)（傳熱膜系數(shù)） （2-34）實(shí)驗(yàn)中測定紫銅管的壁溫tw1、tw2；冷空氣的進(jìn)出口溫度t1、t2；實(shí)驗(yàn)用紫銅管的長度l、內(nèi)徑di，；和冷流體的質(zhì)量流量，即可計(jì)算ai。然而，直接測量固體壁面的溫度，尤其管內(nèi)壁的溫度，實(shí)驗(yàn)技術(shù)難度大，而且所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，帶來較大的實(shí)驗(yàn)誤差

30、。下面通過估算法進(jìn)行測定。以管內(nèi)壁面積為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù)與對流給熱系數(shù)間的關(guān)系為： （2-35）用本裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，管內(nèi)冷流體與管壁間的對流給熱系數(shù)約為幾十到幾百；而管外為蒸汽冷凝，冷凝給熱系數(shù)可達(dá)左右，因此冷凝傳熱熱阻可忽略，同時(shí)蒸汽冷凝較為清潔，因此換熱管外側(cè)的污垢熱阻也可忽略。實(shí)驗(yàn)中的傳熱元件材料采用紫銅，導(dǎo)熱系數(shù)為383.8，壁厚為2.5mm，因此換熱管壁的導(dǎo)熱熱阻可忽略。若換熱管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻也忽略不計(jì)，則由式（2-35）得， （2-36）當(dāng)流體無相變時(shí)對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式為： （2-37）式中：；。 用圖解法對多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)，要對不同變量Re和Pr分別回歸。本實(shí)驗(yàn)可簡

31、化（2-37）式，即取n0.4（流體被加熱）強(qiáng)制湍流時(shí)，Gr準(zhǔn)數(shù)可以忽略。這樣，（2-37）式即變?yōu)閱巫兞糠匠?，在兩邊取對?shù)，即得到直線方程： （2-38） 實(shí)驗(yàn)中改變空氣的流量以改變 Re 準(zhǔn)數(shù)的值。根據(jù)定性溫度（空氣進(jìn)、出口溫度的算術(shù)平均值）計(jì)算對應(yīng)的 Pr 準(zhǔn)數(shù)值。同時(shí)，由，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值進(jìn)而算得 Nu 準(zhǔn)數(shù)值。在0-100之間，空氣的物性與溫度的關(guān)系有如下擬合公式。1、空氣的密度與溫度的關(guān)系式： （2-39） 2、空氣的比熱與溫度的關(guān)系式：60以下 70以上3、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系式： （2-40） 4、空氣的黏度與溫度的關(guān)系式： （2-41） 三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置

32、及流程如圖2-4所示。1-風(fēng)機(jī) 2-空氣管路 3-空氣進(jìn)口調(diào)節(jié)閥 4-轉(zhuǎn)子流量計(jì) 5-空氣進(jìn)口溫度 6-不凝性氣體排空閥 7-蒸汽溫度 8-視鏡 9-空氣出口溫度 10-壓力表 11-套管內(nèi)冷凝水排出閥 12-蒸汽進(jìn)口閥 13-蒸汽管內(nèi)冷凝水排出閥 14-蒸汽進(jìn)口管路 15-空氣出口管路圖2-4 空氣-水蒸氣換熱流程圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、打開控制面板上的總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，使儀表通電預(yù)熱，觀察儀表顯示是否正常。2、在蒸汽發(fā)生器中灌裝清水，開啟發(fā)生器電源，水泵會(huì)自動(dòng)將水送入鍋爐，灌滿后會(huì)轉(zhuǎn)入加熱狀態(tài)。到達(dá)符合條件的蒸汽壓力后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處于保溫狀態(tài)。3、打開控制面板上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，讓風(fēng)機(jī)

33、工作，同時(shí)打開冷流體閥3，讓套管換熱器里的空氣流動(dòng)。4、打開冷凝水出口閥11，排出上次實(shí)驗(yàn)殘留的冷凝水，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中也保持一定開度。注意開度適中，開度太大會(huì)使換熱器中的蒸汽跑掉，開度太小會(huì)使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力過大而導(dǎo)致不銹鋼管炸裂。5、在通水蒸汽前，也應(yīng)將蒸汽發(fā)生器到實(shí)驗(yàn)裝置之間管道中的冷凝水排除，否則夾帶冷凝水的蒸汽會(huì)損壞壓力表及壓力變送器。具體排除冷凝水的方法是：關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥門12，打開裝置下面的排冷凝水閥門13，讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當(dāng)聽到蒸汽響時(shí)關(guān)閉冷凝水排除閥13，方可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。6、開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸充滿系

34、統(tǒng)中，使系統(tǒng)由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10min，防止不銹鋼管換熱器因突然受熱、受壓而爆裂。開啟不凝性氣體排空閥6，約10s，隨后關(guān)閉。7、上述準(zhǔn)備工作結(jié)束，系統(tǒng)也處于“熱態(tài)”后，調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥，使蒸汽進(jìn)口壓力維持在0.02MPa以下，可通過調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器出口閥及蒸汽進(jìn)口閥開度來實(shí)現(xiàn)。8、通過調(diào)節(jié)冷空氣進(jìn)口閥3來改變冷空氣流量，在每個(gè)流量條件下，均須待熱交換過程穩(wěn)定后方可記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)值，一般每個(gè)流量下至少應(yīng)使熱交換過程保持5min方可視為穩(wěn)定；改變流量，記錄不同流量下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。9、記錄6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥，關(guān)閉儀表電源，待系統(tǒng)逐漸冷卻后關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源

35、，待冷凝水流盡，關(guān)閉冷凝水出口閥，關(guān)閉總電源。10、待蒸汽發(fā)生器為常壓后，將鍋爐中的水排盡。五、注意事項(xiàng)1、先打開水汽排空閥，注意只開一定的開度，開得太大會(huì)使換熱器里的蒸汽跑掉，開得太小會(huì)使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力增大而使不銹鋼管炸裂。2、一定要在套管換熱器內(nèi)管鼓入一定量的空氣后，方可開啟蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。3、剛開始通入蒸汽時(shí)，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”，不得少于10min，以防止不銹鋼管因突然受熱、受壓而爆裂。 4、操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下

36、，否則可能造成不銹鋼管爆裂。5、確定各參數(shù)時(shí)，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時(shí)注意蒸汽量的調(diào)節(jié)和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 實(shí)驗(yàn)日期： 裝置號(hào)： 同組實(shí)驗(yàn)人員： 表2-6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號(hào) 蒸汽壓力（kPa）空氣流量V(m3/h)空氣入t1()空氣出t2()蒸汽溫度T1 ()蒸汽溫度T2 ()蒸汽平均溫度T ()123紫銅內(nèi)管：直徑21× 2.5mm，長度L= 1000mm；不銹鋼套管規(guī)格：直徑100×5mm，長度L=1000mm七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分的要求1、計(jì)算冷流體給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值。2、冷流體給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)式：，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖擬合曲線方程，確定式中常數(shù)A及m

37、。3、以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，將處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果標(biāo)繪在圖上，并與教材中的經(jīng)驗(yàn)式比較。八、思考題1、實(shí)驗(yàn)中空氣和蒸汽的流向，對傳熱效果有何影響?2、在計(jì)算空氣質(zhì)量流量時(shí)所用到的密度值與求雷諾數(shù)時(shí)的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應(yīng)在什么條件下進(jìn)行計(jì)算？3、實(shí)驗(yàn)過程中，冷凝水不及時(shí)排走，會(huì)產(chǎn)生什么影響？如何及時(shí)排走冷凝水？如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對關(guān)聯(lián)式有何影響？ 實(shí)驗(yàn)2.5 篩板精餾塔的操作與塔效率的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)及流程，掌握精餾塔的操作。2、學(xué)會(huì)精餾全塔效率和單板效率的測定方法：全回流操作，并測定全塔效率；部分回流操作，測定單板效率，研究回流比對精

38、餾塔分離效率的影響。3、學(xué)會(huì)判斷系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的方法，掌握測定塔頂、塔釜溶液濃度的實(shí)驗(yàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、維持穩(wěn)定的連續(xù)精餾操作的條件1）根據(jù)進(jìn)料量及組成、產(chǎn)品的分離要求，嚴(yán)格維持物料平衡（1）總物料平衡：當(dāng)，會(huì)引起淹塔；當(dāng)，會(huì)引起塔釜干料。（2）各組分物料平衡： （i輕組份）已知： ； 若，即使塔有足夠的分離能力，仍達(dá)不到要求。2）精餾塔應(yīng)有足夠的分離能力，R足夠大，便能獲得合格的產(chǎn)品。3）精餾操作應(yīng)防止幾種不正常的操作現(xiàn)象。（1）過量液沫夾帶。（2）嚴(yán)重漏液。（3）溢流液泛。2、產(chǎn)品不合格的原因及調(diào)節(jié)方法1）由于物料不平衡而引起的不正?，F(xiàn)象及調(diào)節(jié)方法i. 在下操作隨著過程的進(jìn)行，塔內(nèi)輕組分

39、大量流失，而重組分則逐步積累，過程日趨惡化。外觀表現(xiàn)：合格，不合格。造成原因：； 輕組分處理方法：加熱蒸汽壓不變，使過程在下操作一段時(shí)間，以補(bǔ)充塔內(nèi)輕組分，待正常時(shí)，再調(diào)節(jié)參數(shù)在過程下操作。若變化不大，按調(diào)節(jié)，若變化大，改變進(jìn)料位置。ii.在下操作隨著過程的進(jìn)行，塔內(nèi)重組分流失而輕組分逐漸累積，過程日趨惡化。外觀表現(xiàn)：合格，,不合格。造成原因：，處理方法：使用過程在下操作，待釜溫 正常時(shí)，按操作。若變化不大，按調(diào)節(jié)，若變化大，改變進(jìn)料位置。2）分離能力不夠引起產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象及調(diào)節(jié)方法分離能力不夠引起不合要求。采取措施：（增加塔底加熱速度及塔頂冷凝量）3、全回流操作的目的1）建立塔正常操作條件

40、，如加熱條件（電流、電壓），流體力學(xué)狀況（塔內(nèi)壓降、鼓泡狀況）等；2）建立塔正常操作條件下的溫度分布、濃度分布。3）了解塔的處理能力及分離能力?？傊?，為部分回流出產(chǎn)品做準(zhǔn)備。4、部分回流操作在全回流操作塔頂組成達(dá)到一定要求后，即可開始。其方法是：減少回流量，引出產(chǎn)品，并向塔內(nèi)進(jìn)料和適當(dāng)?shù)靥岣呒訜犭妷?，保持塔頂蒸汽量（注意，塔釜壓力，以防汽液量增加造成液泛）；視塔釜?nèi)液位高低及濃度排出釜液，以保持物料平衡。（此式是在定態(tài)下成立，部分回流操作開始，不可能定態(tài)）。為保證產(chǎn)品質(zhì)量（可由靈敏板溫度判斷）及數(shù)量，要有適當(dāng)?shù)幕亓鞅?，防止不正常操作現(xiàn)象發(fā)生。影響回流比改變的因素是：塔釜加熱量、塔頂冷凝量等。5

41、、全塔效率全塔效率又稱總板效率，是指達(dá)到指定分離效果所需理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)的比值，即 （2-52）式中：完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；完成一定分離任務(wù)所需的實(shí)際塔板數(shù)，本裝置10。全塔效率簡單地反映了整個(gè)塔內(nèi)塔板的平均效率，說明了塔板結(jié)構(gòu)、物性系數(shù)、操作狀況對塔分離能力的影響，一般可由全回流操作時(shí)來測定。對于塔內(nèi)所需理論塔板數(shù)，可由已知的雙組分物系平衡關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)中測得的塔頂、塔釜出液的組成，回流比R和熱狀況q等，用圖解法求得。6、單板效率EM 單板效率又稱莫弗里板效率，如圖2-5所示，是指氣相或液相經(jīng)過一層實(shí)際塔板前后的組成變化值與經(jīng)過一層理論塔板前后的組成變化值之比。 圖2-5 塔板氣液流向示意圖按氣相組成變化表示的單板效率為 （252）按液相組成變化表示的單板效率為 （253）式中：、離開第n、n+1塊塔板的氣相組成，摩爾分?jǐn)?shù)；、離開第n-1、n塊塔板的液相組成，摩爾分?jǐn)?shù)；與成平衡的氣相組成，摩爾分?jǐn)?shù)；與成平衡的液相組成，摩爾分?jǐn)?shù)。7、圖解法求理論塔板數(shù)NT圖解法又稱麥卡