化工原理實驗指導書

1、徐州工程學院化工原理實驗指導書化學化工學院化工教研室目 錄實驗的基本要求1實驗一 流體流動阻力的測定5實驗二 離心泵特性曲線的測定11實驗三 恒壓過濾常數(shù)的測定15實驗四 傳熱實驗21實驗五 吸收實驗27實驗六 精餾實驗33實驗七 轉(zhuǎn)盤塔萃取實驗41實驗八 干燥速率曲線的測定47實驗九 流體機械能轉(zhuǎn)換演示實驗54實驗十 旋風分離演示實驗57附錄 實驗報告格式示例59實驗的基本要求化工原理實驗要求實驗人在實驗完畢后提交一份合格的實驗報告。要求實驗報告能夠把實驗的任務和實驗觀測的結(jié)果用表、圖、公式及文字加以描述，將討論問題簡練明確的表達出來，使閱讀者能夠一目了然。除此以外還必須具備（1）數(shù)據(jù)是可考

2、的，為此必須認真考慮實驗方案，認真細致的并實事求是的正確記錄原始數(shù)據(jù)。實驗前做好預習工作，實驗時集中精力，認真仔細觀察實驗現(xiàn)象和記錄儀表指示數(shù)，邊實驗邊分析實驗數(shù)據(jù)是否合理，以便能夠及時排除實驗中的干擾因素；（2）實驗記錄要有校核的可能。因此要清楚說明實驗的時間、地點、條件和同時作實驗的人員。為了保證作出合格的實驗報告，對實驗過程中各個步驟、各個問題，提出如下的說明和要求：1實驗前的預習工作（1）閱讀實驗講義，弄清本實驗的目的和要求。 （2）根據(jù)本次實驗的具體任務，研究實驗的理論根據(jù)和實驗的具體做法，分析哪些參數(shù)需要直接測量得到，哪些參數(shù)不需要直接測量，而能夠間接獲得，并且要估計實驗數(shù)據(jù)的變化

3、規(guī)律。 （3）到實驗室現(xiàn)場了解摸索實驗流程，現(xiàn)看主要設備的構(gòu)造，測量儀表的種類和安裝位置，了解它們的測量原理和使用方法，最后全面審查整個實驗流程的布置是否合理，審查主要設備的結(jié)構(gòu)和安裝是否合適，測量儀表的量程、精度是否合適以及其所裝位置是否合理。（4）根據(jù)實驗任務和現(xiàn)場勘查，最后規(guī)定實驗方案，確定實驗操作程序。2實驗小組的分工和合作 化工原理實驗一般都是由46人為一小組合作進行的，因此實驗開始前必須作好組織工作，做到既分工，又合作；既能保證質(zhì)量，又能獲得全面訓練。每個實驗小組要有一個組長負責執(zhí)行實驗方案、聯(lián)絡和指揮，與組員討論實驗方案，使得每個組員各明其職（包括操作、讀取數(shù)據(jù)、記錄數(shù)據(jù)及現(xiàn)象觀

4、察等），而且要在適當時候輪換工作。3實驗必須測取的數(shù)據(jù)凡是影響實驗結(jié)果或是數(shù)據(jù)整理過程中所必須的數(shù)據(jù)都必須測取。它包括大氣條件、設備有關(guān)尺寸、物料性質(zhì)及操作數(shù)據(jù)等，但并不是所有數(shù)據(jù)都要直接測取的。凡可以根據(jù)某一數(shù)據(jù)導出或從手冊中查出的其他數(shù)據(jù)，就不必直接測定。例如水的密度、粘度、比熱等物理性質(zhì)，一般只要測出水溫后即可查出，因而不必直接測定水的密度、粘度、比熱，而只要測定水的溫度就可以了。4實驗數(shù)據(jù)的讀取及記錄（1）實驗開始前擬好記錄表格，在表格中應記下各次物理量的名稱、表示符號及單位。每位實驗者都應有一專用實驗記錄本，不應隨便拿一張紙或?qū)嶒炛v義空白處來記錄，要保證數(shù)據(jù)完整，條理清楚，避免記錄錯

5、誤。 （2）實驗時一定要等現(xiàn)象穩(wěn)定后才開始讀取數(shù)據(jù)，條件改變，要稍等一會才讀取數(shù)據(jù)，這是因為條件的改變破壞了原來和穩(wěn)定狀態(tài)，重新建立穩(wěn)態(tài)需要一定時間（有的實驗甚至花很長時間才能達到穩(wěn)定），而儀表通常又有滯后現(xiàn)象的緣故。 （3）每個數(shù)據(jù)記錄后，應該立即復核，以免發(fā)生讀錯或記錯數(shù)字等事故。 （4）數(shù)據(jù)的記錄必須反映儀表的精確度。一般要記錄到儀表上最小分度以下位數(shù)。例如溫度計的最小分度為1，如果當時的溫度讀數(shù)為20.5，則不能記為20；又如果剛好是20，那應該記錄為20.0。 （5）記錄數(shù)據(jù)要以實驗當時的實驗讀數(shù)為準。 （6）實驗中如果出現(xiàn)不正常情況，以及數(shù)據(jù)有明顯誤差時，應在備注欄中加以說明。5實

6、驗過程的注意點有的實驗者在做實驗時，只讀取數(shù)據(jù)，其它一概不管，這是不對的。實驗過程中除了讀取數(shù)據(jù)外，還應該做好下列諸事：（1）操作者必須密切注意儀表指示值的變動，隨時調(diào)節(jié)，務使整個操作過程都在規(guī)定條件下進行，盡量減少實驗操作條件與規(guī)定操作條件之間的差距。操作人員要堅守崗位，不得擅離職守。（2）讀取數(shù)據(jù)后，應立即和前次數(shù)據(jù)相比較，也要和其它有關(guān)數(shù)據(jù)相對照，分析相互關(guān)系是否合理，數(shù)據(jù)變化趨勢是否合理。如果發(fā)現(xiàn)不合理的情況，應該立即共同研究可能存在的原因，以便及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。（3）實驗過程是還應注意觀察過程現(xiàn)象，特別是發(fā)現(xiàn)某些不正?，F(xiàn)象時更應抓住時機，研究產(chǎn)生不正?，F(xiàn)象的原因，排除障礙。6實

7、驗數(shù)據(jù)的整理（1） 數(shù)據(jù)整理時應根據(jù)有效數(shù)字的運算規(guī)則，舍棄一些沒有意義的數(shù)字。一個數(shù)字的精確度是由測量儀表本身的精確度所決定的，它絕不因為計算時位數(shù)增加面提高。但是不允許任意減少位數(shù)，因為這樣做就降低了應有的精確度。 （2）數(shù)據(jù)整理時，如果過程比較復雜，實驗數(shù)據(jù)又多，一般以采用列表整理為宜，同時應將同一項目一次整理。這種整理方法既簡潔明了，又節(jié)省時間。（3）計算示例。在（2）所列表的下面要給出計算示例，即任取一列數(shù)據(jù)進行詳細的計算，以便檢查。7實驗報告的編寫一份優(yōu)秀的實驗報告必須寫得簡潔明了，數(shù)據(jù)完整，交待清楚，結(jié)論正確，有討論、分析，得出的公式、曲線、圖形有明確使用條件。報告的內(nèi)容一般包括

8、：（1）基本項目實驗名稱，報告人姓名、班級及同實驗小組人員的姓名，實驗地點，指導老師，實驗日期等。（2）實驗目的簡明扼要說明為什么要進行本實驗，實驗要解決什么問題。（3）實驗原理簡要說明實驗所依據(jù)的基本原理，包括實驗涉及的主要概念、重要定律公式及據(jù)此推算的重要結(jié)果，要求準確、充分。（4）實驗裝置流程示意圖簡單畫出實驗裝置流程示意圖（應包括主要設備、儀表的類型及規(guī)格）。（5）實驗步驟：條理清晰，簡單明了。（6）原始數(shù)據(jù)記錄記錄實驗過程中從測量儀表所讀取的數(shù)值。讀數(shù)方法要正確，記錄數(shù)據(jù)要準確，要根據(jù)儀表的精度決定實驗數(shù)據(jù)的有效數(shù)字的位數(shù)。（7）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是實驗報告的重點內(nèi)容之一，要求將實驗原

9、始數(shù)據(jù)經(jīng)過整理、計算、加工成表格或圖的形式。表格要易于顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及各參數(shù)的相關(guān)性；圖要能直觀地表達變量間的相互關(guān)系。（8）數(shù)據(jù)處理計算示例以某一組原始數(shù)據(jù)為例，列出計算過程，作為計算示例。（9）實驗結(jié)果的分析與討論從理論上對實驗結(jié)果進行分析和解釋，對結(jié)果作出評價，分析誤差大小及原因，對實驗中發(fā)現(xiàn)的問題應作討論，對實驗方法、實驗設備有何建議也可寫入此欄。最后，明確提出本次實驗的結(jié)論。實驗一 流體流動阻力的測定一、實驗目的1掌握流體流經(jīng)直管和閥門時阻力損失的測定方法，通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2測定直管摩擦系數(shù)與雷諾準數(shù)Re的關(guān)系，將所得的-Re方程與Blassius經(jīng)驗公

10、式相比較。3測定流體流經(jīng)閘閥等管件時的局部阻力系數(shù)。4學會差壓計、流量計的使用方法。5觀察組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用。二、基本原理流體在管內(nèi)流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可避免地要消耗一定的機械能，這種機械能的消耗包括流體流經(jīng)直管的直管阻力和因流體運動方向改變所引起的局部阻力。1直管阻力流體在水平等徑圓管中穩(wěn)定流動時，阻力損失表現(xiàn)為壓力降低。即 湍流流體發(fā)的流動阻力，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實驗研究其規(guī)律。為了減少實驗工作量，使實驗結(jié)果具有普遍意義，必須采用因次分析方法將各變量組合成準數(shù)關(guān)聯(lián)式。根據(jù)因次分析，影響阻力損失的因素有：（1）流體性質(zhì)：密度、粘度；

11、（2）管路的幾何尺寸：管徑d、管長l、管壁粗糙度； （3）流動條件：流速。 可表示為： 組合成如下的無因次式： 令 則 式中hf直管阻力，J/kg l被測管長，md被測管內(nèi)徑，m u平均流速，實驗測定，m/s直管摩擦阻力系數(shù)當流體在一定管徑d的圓形管中流動時，選取兩個截面，測出這兩個截面的靜壓強差，即為流體流過兩截面的流動阻力。根據(jù)伯努利方程找出靜壓強差和摩擦阻力系數(shù)的關(guān)系式，即可求出摩擦阻力系數(shù)。改變流速可測出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，這樣就可得出某一相對粗糙度下管子的-Re關(guān)系。 （1）湍流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)在湍流區(qū)內(nèi)，對于光滑管，實驗證明，當Re在3×103105范圍內(nèi)，與Re的

12、關(guān)系遵循Blasius關(guān)系式，即 對于粗糙管，與Re的關(guān)系均以圖來表示。 （2）層流的摩擦阻力系數(shù) 2局部阻力 局部阻力通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數(shù)法。（1）當量長度法流體流過某管件或閥門時，因局部阻力造成的損失，相當于流體流過與其具有相當管徑長度的直管阻力損失，這個直管長度稱為當量長度，用符號le表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時，可將管路中的直管長度與管件、閥門的當量長度合并在一起計算，如管路中直管長度為l，各種局部阻力的當量長度之和為，則流體在管路中流動時的總阻力損失為 （2）阻力系數(shù)法 流體通過某一管件或閥門時的阻力損失用流體在管路中的

13、動能系數(shù)來表示，這種計算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。即 式中，局部阻力系數(shù)，無因次 u在小截面管中流體的平均流速，m/s 由于管件兩側(cè)距測壓孔間的直管長度很短，引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計。因此值可應用柏努利方程由壓差計讀數(shù)求取。 三、實驗裝置與流程1實驗裝置 圖1 流體阻力實驗裝置流程圖1-底閥 2-移動框架 3-離心泵 4-轉(zhuǎn)速傳感器 5-測壓差閥門及壓力傳感器 6-渦輪流量計 7-離心泵流量調(diào)節(jié)閥1 8-閥2 9-閥3 10-閥4 11-閥5 12-均壓環(huán) 13-光滑管 14粗糙管 15-局部阻力閥16-壓力表、壓力傳感器 17-阻力流量調(diào)節(jié)閥6 18-溫度計 19-真

14、空表、真空度傳感器 20-泵灌水口 21-排水口（關(guān)） 22-灌水閥 23-放水閥實驗裝置如圖所示，主要由離心泵，水箱，不同管徑、材質(zhì)的管子，各種閥門和管件、渦輪流量計等組成。第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鐵管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動阻力的測定。第三根為不銹鋼管，裝有待測閘閥，用于局部阻力的測定。本實驗的介質(zhì)為水，由離心泵供給，經(jīng)實驗裝置后的水通過地下管道流入儲水箱內(nèi)循環(huán)使用。水流量采用渦輪流量計測量，直管段和閘閥的阻力分別用各自的壓差傳感器測量。2裝置結(jié)構(gòu)尺寸 表1 裝置結(jié)構(gòu)尺寸名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測試段長度（m）光滑管不銹鋼管291.5粗糙管鍍鋅鐵管28局部阻力不銹鋼管2

15、9/四、實驗步驟及注意事項1實驗步驟（1）關(guān)閉閥1、閥2；（2）打開放水閥與灌水閥，給水泵灌水，灌好水后關(guān)閉放水閥與灌水閥。打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，按下啟動按鈕啟動離心泵。（3）緩緩打開閥5、閥6，將測光滑管壓差的閥門打開，然后排氣。（4）當裝置確定后，根據(jù)p和u的實驗測定值，可計算和，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)流量調(diào)節(jié)閥，可得一系列Re的實驗點，繪出Re曲線。（5）緩緩打開出水閥門6，流量調(diào)至最大，待水穩(wěn)定后，正確測取壓差和流量等有關(guān)參數(shù)。然后依次減小流量，正確讀取不同流量下的測取壓差和流量等有關(guān)參數(shù)。（6）根據(jù)本裝置特點，流量每次改變0.4

16、m³/h，直至2m³/h左右，測量實驗數(shù)據(jù)并記錄，測完數(shù)據(jù)后整理實驗數(shù)據(jù)并輸入實驗數(shù)據(jù)處理是軟件處理。（7）做完光滑管實驗后，關(guān)閉閥5。（8）同理，分別打開閥4、閥3，分別進行粗糙管及局部阻力實驗。（9）實驗結(jié)束后，應將裝置中的水排放干凈，以防銹和冬天防凍。2注意事項（1）在啟動離心泵前要對水泵進行灌水。（2）在啟動離心泵前，要確保三相電源的正確，確保不缺相，離心泵缺相不會運轉(zhuǎn)，且會燒毀離心泵。（3）在啟動離心泵前，要確保離心泵轉(zhuǎn)向的正確，否則長時間反向運轉(zhuǎn)會損壞離心泵。（4）在做流體阻力實驗時，要排盡管路里的氣泡。（5）開啟、關(guān)閉管道上的各閥門時，一定要緩慢開關(guān)，切忌用力

17、過猛過大，防止測量儀表因突然受壓、減壓而受損（如玻璃管斷裂，閥門滑絲等）。五、實驗報告1根據(jù)粗糙管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙上標繪出-Re曲線，對照化工原理教材上有關(guān)圖形，即可確定該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。2根據(jù)光滑管實驗結(jié)果，在雙對數(shù)坐標紙上標繪出-Re曲線，并對照柏拉修斯方程，計算其誤差。3根據(jù)局部阻力實驗結(jié)果，求出閘閥全開時的平均值。 4對實驗結(jié)果進行分析討論。 六、實驗數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理及計算示例水溫： ；管長L=1.5m；光滑管管徑D=0.029m；粗糙管管徑D=0.028m；局部阻力管徑D=0.029m。鍍鋅鐵管/d=0.007實驗序號流量（m3/h）光滑管壓差（kPa）粗糙管壓

18、差（kPa） 1234567計算結(jié)果實驗次數(shù)流量（m3/h）Re光滑管光滑管expRe粗糙管粗糙管exp1234567實驗序號流量（m3/h）閘閥（全開）阻力（kPa）值123七、思考題1如何檢驗測試系統(tǒng)內(nèi)的空氣是否已經(jīng)被排除干凈? 2在測量前為什么要將設備中的空氣排凈？怎樣才能迅速地排凈？3本實驗裝置的流量調(diào)節(jié)閥為什么要安裝在出口的下端？4以水做介質(zhì)所測得的-Re 關(guān)系能否適用于其它流體?如何應用? 5在不同設備上（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? 6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?7在進行系統(tǒng)排氣時，是否應關(guān)閉系統(tǒng)的出口閥門？為

19、什么？8如果要增加雷諾數(shù)的范圍，可采取哪些措施？ 9測出的直管摩擦阻力與直管的放置狀態(tài)有關(guān)嗎？請說明原因。實驗二 離心泵特性曲線的測定一、實驗目的1了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學會離心泵的操作。2測定恒定轉(zhuǎn)速條件下離心泵的有效揚程（H）、軸功率（P）、以及總效率（）與有效流量（Q）之間的曲線關(guān)系。3掌握離心泵流量調(diào)節(jié)的方法（閥門）和渦輪流量傳感器及智能流量積算儀的工作原理和使用方法。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?lián)P程H、軸功率N及效率與流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的外部表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復雜，不能用數(shù)學方法計算這一特性

20、曲線，只能依靠實驗測定。1流量Q的測定與計算采用渦輪流量計測量流量，智能流量積算儀顯示流量值Qm3/h。2揚程H的測定與計算在泵進、出口取截面列柏努利方程： ,：分別為泵進、出口的壓強 N/m2：液體密度 kg/m3,：分別為泵進、出口的流量m/sg：重力加速度 m/s2當泵進、出口管徑一樣，且壓力表和真空表安裝在同一高度，上式簡化為： 由上式可知：只要直接讀出真空表和壓力表上數(shù)值，就可以計算出泵的揚程。3軸功率P的測量與計算可由功率傳感器測量，功率表顯示讀取。4效率的計算泵的效率為泵的有效功率Pe與軸功率P的比值。有效功率Pe是流體單位時間內(nèi)自泵得到的功，軸功率P是單位時間內(nèi)泵從電機得到的功

21、，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。泵的有效功率Pe可用下式計算： 故 5轉(zhuǎn)速改變時的換算泵的特性曲線是在指定轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)，就是說在某一特性曲線上的所有實驗點，其轉(zhuǎn)速都是相同的。但是，實際上感應電動機在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個實驗點的轉(zhuǎn)速將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數(shù)據(jù)換算為平均轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下： 三、實驗裝置流程圖圖2 離心泵特性曲線測定裝置流程圖1-底閥 2-移動框架 3-離心泵 4-轉(zhuǎn)速傳感器 5-測壓差閥門及壓力傳感器 6-渦輪流量計 7-離心泵流量調(diào)節(jié)閥1 8-閥2 9-閥3 10-閥4 11-閥5 12-均壓環(huán)

22、13-光滑管 14粗糙管 15-局部阻力閥16-壓力表、壓力傳感器 17-阻力流量調(diào)節(jié)閥6 18-溫度計 19-真空表、真空度傳感器 20-泵灌水口 21-排水口（關(guān)） 22-灌水閥 23-放水閥四、實驗步驟1 關(guān)閉閥1及閥3、閥4、閥5。2打開總電源空氣開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，儀表上電。 3打開離心泵灌水閥及放水閥，對水泵進行灌水。（注意：若采用自來水管對泵進行灌水，在打開灌水閥時要慢慢打開，且只打開一定的開度，不要開的太大，否則會損壞壓力表。）灌好水后關(guān)閉泵的放水閥與灌水閥門。4當一切準備就緒后，按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，這時離心泵啟動按鈕綠燈亮，開始進行離心泵實驗。5打開泵的出水閥

23、1（全開），這時流量達到最大值。6 等實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，測定泵的真空度p1、泵后壓力p2、水溫t、流量Q及泵的功率并記錄。7通過調(diào)節(jié)泵的出口閥1調(diào)節(jié)流量，改變流量的大小，每次減小0.5m³/h的流量，穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。8以同樣的方法改變流量并測定實驗數(shù)據(jù)，最少測8次。同時注意流量不能低于2m3/h。9實驗完畢，關(guān)閉水泵出口閥，按下儀表臺上的水泵停止按鈕，停止水泵的運轉(zhuǎn)。五、實驗報告1在同一張坐標紙上描繪一定轉(zhuǎn)速下的H-Q、P-Q、-Q曲線。2分析實驗結(jié)果，判斷泵較為適宜的工作范圍。六、實驗數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理及計算示例原始數(shù)據(jù)記錄 裝置號： 水溫： 實驗次數(shù)流量Q（m3/h）p真空表 KP

24、ap壓力表KPa轉(zhuǎn)速n（r.p.m）功率P（W）1234567計算結(jié)果：實驗次數(shù)流量Q(m3/h)揚程H/（m）軸功率P/（W）效率/%1234567七、思考題1試從所測實驗數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關(guān)閉出口閥門？2啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來，你認為可能的原因是什么？3為什么可以用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？4泵啟動后，出口閥如果打不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？為什么？5正常工作的離心泵，采用進口閥門調(diào)節(jié)流量是否合理？為什么？6試分析，用清水泵輸送密度為1200Kg/m3的鹽水（忽略粘度的影響），在相同流量下你認為

25、泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？7離心泵啟動后，如不打開出口閥會有什么結(jié)果？8水泵啟動后不能正常出水的原因有哪些？實驗三 恒壓過濾常數(shù)的測定一、實驗目的1熟悉板框壓濾機的構(gòu)造和操作方法。2通過恒壓過濾實驗，驗證過濾基本原理。3學會測定過濾常數(shù)K、qe、e及壓縮性指數(shù)s的方法。4了解操作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)作為介質(zhì)來處理懸浮乳液的操作。在外力的作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截流下來，從而實現(xiàn)固液分離，因此，過濾操作本質(zhì)上是流體通過固體顆粒通過床層的流動，所不同的是這個固體顆粒層的厚度隨著過濾過程的進行而不斷增加，致使阻力增加，但推動力p恒定，

26、故在恒壓過濾操作中，過濾速率不斷降低。影響過濾速度的主要因素除壓強差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，故以應用流體力學的方法處理。比較過濾過程與流體經(jīng)過流動床的流動可知：過濾速度即為流體通過固定床的表現(xiàn)速度u。同時，流體在細小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的流動是低雷諾數(shù)范圍，因此，可利用流體通過固定床壓降的簡化模型，尋求濾液量與時間的關(guān)系，應用層流時康采尼公式不難推導出過濾速度計算式：式中 u過濾速度，m/s K康采尼常數(shù)，層流時，K=5.0床層的空隙率，m3/m3 a顆粒的比表面積，m2/m3p過濾的壓強差，Pa 濾液的粘度，Pa.sL床層厚度，m由此可導出過濾

27、基本方程式為：式中 V濾液體積，m3 過濾時間，sA過濾面積，m2 Ve虛擬濾液體積，m3s濾餅壓縮性指數(shù)，無因次。一般情況下s=01，對不可壓縮濾餅s=0r濾餅比阻，1/m2，單位壓差下的比阻，1/m2，v濾餅體積與相應濾液體積之比，無因次。恒壓過濾時，令，對上式積分可得 式中 q單位過濾面積的濾液體積，m3/m3qe單位過濾面積的虛擬濾液體積，m3/m2e虛擬過濾時間，sK濾餅常數(shù)，由物料特性及過濾壓差所決定，m2/sK，qe，e三者總稱為過濾常數(shù)。利用恒壓過濾方程進行計算時，必須首先需要知道K，qe，e，它們只有通過實驗才能確定。對上式微分可得 該式表明以d/dq為縱坐標，以q為橫坐標作

28、圖可得一直線，直線斜率為2/K，截距為2 qe /K。在實驗測定中，為了便于計算，用/q代替d/dq，上式改成：在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測定一系列時間間隔i及對應的濾液體積Vi，由此算出一系列i、qi、qi值，在直角坐標系中繪制/qq的函數(shù)關(guān)系，得一直線。由直線的斜率和截距便可求出K和qe，再根據(jù)，求出e。這樣得到的K、qe、e便是料漿在特定過濾介質(zhì)及壓強差條件下過濾常數(shù)。改變實驗所用的過濾壓差，可測得不同的K值，由K的定義式兩邊取對數(shù)得，在實驗壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則K與p的關(guān)系在對數(shù)坐標上應是一條直線，直線的斜率為（1-s），截距為2k，可得濾餅壓縮性指數(shù)s及物料特性常數(shù)k。三、實

29、驗裝置與流程圖3 板框壓濾機過濾流程1-可移動框架 2-閥2 3-止回閥 4-壓力料罐 5-排污閥 6放空閥 7玻璃視鏡 8壓力表9-壓緊手輪 10-板框組 11-板框進口壓力表 12-閥12 13-閥13 14-壓力定值調(diào)節(jié)閥15-閥8及3#電磁閥 16-閥7及2#電磁閥 17-閥6及1#電磁閥 18-配料槽 19-出液口 20-指示尺 21-進水口 22-閥9 23閥10 24閥11 25閥5 26閥4 27閥3 28閥1CaCO3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，用壓縮空氣攪拌，同時利用壓縮空氣將濾漿送入板框壓濾機過濾，濾液流入量筒計量，壓縮空氣從壓力料槽排空管排

30、出。板框壓慮機的結(jié)構(gòu)尺寸：過濾板框過濾截面Ø100mm，三板框組成，框厚度11mm，過濾總面積 0.0471m2?？諝鈮嚎s機規(guī)格型號：V0.08/8，最大氣壓0.8Mpa。四、實驗步驟與注意事項1實驗步驟（1）配制含CaCO3813（wt%）的水懸浮液。（2）開啟空壓機，關(guān)閉閥1、閥4、閥5，打開閥3、閥2（開度?。瑢嚎s空氣通入配料槽，使CaCO3懸浮液攪拌均勻。 （3）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（注意：用螺旋壓緊時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動手輪使板框合上，然后再壓緊）。（4）等配料槽料液攪拌均勻后，關(guān)閉閥3，打開閥5及壓力料槽上的排

31、氣閥，使料漿自動由配料桶流入壓力料槽至其視鏡2/3處，關(guān)閉閥2、閥5。（5）打開閥4，通壓縮空氣至壓力料槽，使容器內(nèi)料漿不斷攪拌。壓力料槽的排氣閥應不斷排氣，但又不能噴漿。（6）調(diào)節(jié)壓力料槽的壓力到需要的值。主要依靠調(diào)節(jié)壓力料槽出口處的壓力定值調(diào)節(jié)閥來控制出口壓力恒定，壓力料槽的壓力由壓力表讀出。壓力定值閥已調(diào)好，從左到右分別為1#壓力：0.1MPa；2#壓力：0.2MPa；3#壓力：0.3MPa?？紤]各個壓力值的分布，從低壓過濾開始做實驗較好。（7）放置好電子天平，按下電子天平上的“on”開關(guān)，打開電子天平，將料液桶放置到電子天平上。打開并運行電腦上的“恒壓過濾測定實驗軟件”，進入實驗界面，

32、做好準備工作，可以開始實驗。（8）做0.1MPa壓力實驗：打開閥6、閥9及閥12、閥13，開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定時，單擊實驗軟件上的“開始實驗”按鈕，進行0.1MPa壓力實驗，實驗軟件自動計算時間間隔內(nèi)的過濾量并記錄數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中，以供數(shù)據(jù)處理軟件之用。當實驗數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。（9）做0.2MPa壓力實驗：打開閥7、閥10及閥12、閥13，開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定時，單擊實驗軟件上的“開始實驗”按鈕，進行0.2MPa壓力實驗，實驗軟件自動計算時間間隔內(nèi)的過濾量并記錄數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中，以供數(shù)據(jù)處理軟件之用。當實驗數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。（10）做0.3MPa壓力實驗

33、：打開閥8、閥11及閥12、閥13，開始加壓過濾。等流量穩(wěn)定時，單擊實驗軟件上的“開始實驗”按鈕，進行0.3MPa壓力實驗，實驗軟件自動計算時間間隔內(nèi)的過濾量并記錄數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中，以供數(shù)據(jù)處理軟件之用。當實驗數(shù)據(jù)組數(shù)做完后，軟件自動停止。（11）實驗完成后打開數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理。（12）手動實驗時每次實驗應在濾液從匯集管剛流出的時候作為開始時刻，每次V取800ml左右，濾液量可以由電子天平處讀出。記錄相應的過濾時間及濾液量。每個壓力下，測量810個讀數(shù)即可停止實驗。（13）每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細后重新倒入料漿桶內(nèi)，實驗結(jié)束后要沖洗濾框、濾板及濾布不要折，應用刷子刷。

34、2注意事項（1）在夾緊濾布時，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動手輪使板框合上，然后再壓緊。（2）濾餅及濾液循環(huán)下次實驗可繼續(xù)使用。五、實驗報告1以/q對q作圖，求出K、qe、e，并寫出完整的過濾方程式。2以lnK對lnp作圖，求出s及k。六、實驗數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理及計算示例原始數(shù)據(jù)p0.1MPap0.2MPap0.3MPaV（ml）（s）V（ml）（s）V（ml）（s）202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020計算結(jié)果p0.1MPap0.2MPap0.3MPaq（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）q（m3

35、/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）p（MPa）K（m2/s）qeeLnpLnK0.10.20.3七、思考題1當操作壓強增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的過濾液，其過濾時間是否縮短了一半？2影響過濾速率度的主要因素有哪些？3濾漿濃度和操作壓強對過濾常數(shù)K值有何影響？4為什么過濾開始時，濾液常常有點渾濁，而過段時間后才變清？5為什么過濾常數(shù)K只能通過實驗測定？測定K有何意義？6為什么q要取平均值？作出與的關(guān)系線？7恒壓過濾時，隨著過濾時間的增加，過濾速率如何變化？8q 取大些好，還是小些好？同一次實驗，q取值不同，所

36、得出K值qe值會不會不同？作直線求K及qe時，直線為什么要通過矩形頂邊的中點？9是否q 增大，過濾速度肯定加快？實驗四 傳熱實驗一、實驗目的1、通過測定換熱器冷、熱流體的流量，測定換熱器的進、出口溫度，熟悉換熱器性能的測試方法。2、了解列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其性能的差別。3、通過測定參數(shù)計算換熱器流體的熱量；計算換熱器的傳熱系數(shù)及效率；分析換熱器的傳熱狀況，加深對并流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力差別的理解。二、基本原理本換熱器性能測試實訓裝置，主要對應用較廣的列管式換熱器進行其性能的測試，并可以進行并流和逆流兩種方式的性能測試。換熱器性能實驗的內(nèi)容主要為測定換熱器的總傳熱系數(shù)，

37、對數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就兩種流動方式，不同工況的傳熱情況和性能進行比較和分析。熱流體放出熱量： 冷流體吸收熱量： 平均換熱量： 熱平衡誤差： 對數(shù)傳熱溫差：傳熱系數(shù)： 式中：cph，cpc熱、冷流體的定壓比熱，J / (kg ) qmh，qmc熱，冷流體的質(zhì)量流量，kg/s ，熱流體的進出口溫度， ，冷流體的進出口溫度， S換熱器的換熱面積，m2. 注：熱、冷流體的質(zhì)量流量qmh，qmc是根據(jù)修正后的流量計體積流量讀數(shù)qvh，qvc再換算成的質(zhì)量流量值。本實驗裝置中，為了盡可能提高換熱效率，采用熱流體走管程、冷流體走殼程的形式，但是熱流體熱量仍會有部分損失，為了減小誤差，Q采用熱流體放

38、出熱量與冷流體吸收熱量的平均值計算。冷熱空氣的性質(zhì)可以查表。除查表外，0100間的空氣各物性與溫度的關(guān)系有如下擬合公式：（1）空氣的密度與溫度的關(guān)系式：（2）空氣的比熱與溫度的關(guān)系式：60以下cp1005 J / (kg ) 60以上cp1009 J / (kg )三、實驗裝置與流程1實驗裝置本實驗裝置采用冷空氣和熱空氣用閥門換向進行并逆流實驗；工作流程如圖所示，換熱形式為熱空氣冷空氣換熱式。圖4 列管換熱器實驗裝置流程示意圖2、實驗裝置參數(shù)本實驗加熱采用電加熱方式，冷熱流體的進出口溫度采用pt100加智能多路液晶巡檢儀表進行測量顯示，實訓裝置參數(shù)如下：（1）列管換熱器換熱面積（S）：1.0

39、m2 （2）電加熱管總功率：2KW（3）冷熱流體風機： 允許工作溫度：<80 額定流量：76 m3/h 電機電壓：220V 電機功率：750W（4）孔板流量計： 流量：6-60m3/h 允許工作溫度：0-80 四、實驗步驟及注意事項1實驗前準備（1）熟悉實驗裝置及使用儀表的工作原理和功能。（2）按并流（或逆流）方式調(diào)整冷流體換向閥門的開或關(guān)。逆流時，打開閥2、閥3，關(guān)閉閥4、閥5；并流時，打開閥4、閥5，關(guān)閉閥2、閥3。（注意：閥門先打開再關(guān)閉）2實驗操作（1）接通電源：打開傳熱儀表電源開關(guān)，打開熱流體風機電源開關(guān)，按下加熱管啟動按鈕，開始加熱，溫度一般控制在7080。（2）實驗時，打開

40、換熱器熱流體進出口閥門。（3）調(diào)節(jié)流量一定的熱流體流量（整個實驗過程中保持恒定），注意不能小于10 m3/h，否則會由于風量過小而燒壞加熱管。（4）調(diào)節(jié)一定的冷流體風量，等系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)后記錄數(shù)據(jù)（冷熱流體四個溫度相對恒定），然后改變一定的冷流體流量，進行下一組數(shù)據(jù)的實驗。流量范圍一般為3060 m3/h，間隔調(diào)節(jié)一般為46 m3/h。（5）冷流體流量手自動控制儀： 手動調(diào)節(jié)：按切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按把輸出方式切換到手動輸出模式即M模式，再通過按或來改變輸出值的大小，從而控制輸出，從而實現(xiàn)風量的手動控制； 自動調(diào)節(jié)：按切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按把輸出方式切換到自動輸出模式，可

41、通過自動調(diào)節(jié)儀表，改變風量的設定值，控制儀控制變頻器頻率，控制風機轉(zhuǎn)速，從而控制冷流體風量。加熱管溫度手自動控制儀： 手動調(diào)節(jié)：按切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按把輸出方式切換到手動輸出模式即M模式，再通過按或來改變輸出值的大小，控制可控硅，控制加熱管電壓，從而實現(xiàn)加熱管出口溫度的控制； 自動調(diào)節(jié)：按切換到儀表下顯示窗顯示輸出值時，按把輸出方式切換到自動輸出模式，可通過儀表自動調(diào)節(jié)，控制可控硅，控制加熱管電壓，從而實現(xiàn)加熱管出口溫度的控制。（6）打開變頻器電源開關(guān)，控制冷流體流量，調(diào)整至某一流量值，等系統(tǒng)運行穩(wěn)定后記錄下冷流體流量、冷流體進、出口溫度；熱流體流量、熱流體進、出口溫度。把這些測

42、試結(jié)果記錄在實驗數(shù)據(jù)記錄表中。（7）改變冷流體流量，進行上述實驗，并把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（8）若需改變流動方向（并逆流）的實驗，重復上述步驟24，并記錄實驗數(shù)據(jù)。（9）實驗結(jié)束后應首先按下加熱管電源停止按鈕，停止加熱，20分鐘后等熱流體溫度降到50后切斷所有電源。3實驗參數(shù)控制范圍（1）熱流體溫度控制范圍：7080；（2）冷流體流量控制范圍：3060m3/h；（3）熱流體流量控制范圍：3060m3/h。4注意事項（1）熱流體的加熱溫度不得超過80。（2）開機時先開啟風機再啟動加熱管電源。（3）停機時應先停止加熱管電源，20分鐘后再關(guān)閉風機電源。五、實驗報告1以傳熱系數(shù)為縱坐標，冷（熱）流體

43、流量為橫坐標繪制傳熱性能曲線2對實驗結(jié)果進行分析六、實驗數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理及計算示例流動方式： 并流 熱流體流量 序號冷流體流量(m3/h)冷進t1()冷出t2()熱進T1()熱出T2()123456計算結(jié)果 cpc1005 J / (kg )，cph1005 J / (kg )序號qVc（m3/h）ckg/m3QcWhkg/m3QhWQWtmK(w/m2)123456流動方式： 逆流 熱流體流量 序號冷流體流量(m3/h)冷進t1()冷出t2()熱進T1()熱出T2()123456計算結(jié)果 cpc1005 J / (kg )，cph1005 J / (kg )序號qVc（m3/h）ckg/m

44、3QcWhkg/m3QhWQWtmK(w/m2)123456七、思考題1實驗中有哪些因素會影響操作的穩(wěn)定性或?qū)嶒灲Y(jié)果的準確性？2. 若要強化換熱器的傳熱，則從哪幾個方面考慮？3為提高總傳熱系數(shù)K，可采用哪些方法?其中最有效的方法是什么?實驗五 吸收實驗一、實驗目的1了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程。2掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法。3測定填料塔的流體力學性能。4掌握氣相色譜儀和六通閥在線檢測CO2濃度和測量方法。二、基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價，所以氣體吸收實驗常選擇CO2作為溶質(zhì)組分。本實驗采用水吸收空氣中的CO2組分。一般將配置的原料氣中的CO2濃度

45、控制在10%以內(nèi)，所以吸收的計算方法可按低濃度來處理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此體系CO2氣體的吸收過程屬于液膜控制過程。因此，本實驗主要測定Kxa和HOL。1計算公式填料層高度Z為式中：L液體通過塔截面的摩爾流量，kmol / (m2·s)； Kxa X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol / (m3·s)； HOL傳質(zhì)單元高度，m； NOL傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸收因數(shù)A=L/mG2測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實驗采用轉(zhuǎn)子流量計測得空氣和水的流量，并根據(jù)實驗條件（溫度和壓力）和有關(guān)公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定塔頂和塔底氣相組成y1和y2

46、。（3）平衡關(guān)系本實驗的平衡關(guān)系可寫成 式中：m相平衡常數(shù)，m=E/P；E亨利系數(shù)，Ef(t)，Pa，根據(jù)液相溫度測定值由附錄查得；P總壓，Pa，取壓力表指示值。對清水而言，由全塔物料衡算可得X1。三、實驗裝置與流程1裝置流程本實驗裝置流程：自來水經(jīng)離心泵加壓后送入填料塔塔頂，再經(jīng)噴淋頭噴淋在填料頂層。由風機輸送來的空氣和由鋼瓶輸送來的二氧化碳氣體混合后，一起進入氣體混合穩(wěn)壓罐，然后經(jīng)孔板流量計計量后進入塔底，與水在塔內(nèi)進行逆流接觸，進行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣放空，由于本實驗為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實驗過程可看成是等溫吸收過程。閥門2圖5 吸收裝置流程圖2主要設備

47、（1）吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，填料層總高度1700mm.。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料：金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，規(guī)格：100×100。（3）轉(zhuǎn)子流量計；介質(zhì)條 件最大流量最小刻度標定介質(zhì)標定條件空氣4m3/h0.4 m3/h空氣20 1.0133×105PaCO2250 L/h25 L/h空氣20 1.0133×105Pa水600L/h60 L/h水20 1.0133×105Pa（4）風機：壓力13kPa，風量76 m3

48、/min；（5）二氧化碳鋼瓶鋼瓶；四、實驗步驟與注意事項1填料塔的流體力學性能測定（1）熟悉實驗流程；檢查各儀表開關(guān)閥門是否到位。（2）裝置上電，儀表電源上電，打開風機電源開關(guān)。（3）測定干塔時填料塔的壓降，即在進水閥關(guān)閉時，打開進氣閥并調(diào)節(jié)流量從2、4、6、8、10 m3/h、至最大，分別讀取對應流量下的壓降值，注意塔底液位調(diào)節(jié)閥要關(guān)閉，否氣體會走短路，尾氣放空閥全開。（4）測定一定噴淋量時填料塔的壓降，即打開進水閥，設定一定的水流量值，如200、400、600、800l/h時，在對應的某水流量下，調(diào)節(jié)氣體的流量，從2、4、6、8、10 m3/h、至最大（液泛），分別讀取對應流量下的壓降值，

49、注意塔底液位調(diào)節(jié)閥2要調(diào)節(jié)液封高度，以免氣體走短路，尾氣放空閥全開。2填料塔的吸收傳質(zhì)性能測定（1）熟悉實驗流程和弄清氣相色譜儀及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項；檢查各儀表開關(guān)閥門是否到位。（2）裝置上電，儀表電源上電，打開水泵電源開關(guān)。（3）開啟進水總閥，使水流量達到400l/h左右。讓水進入填料塔潤濕填料。（4）塔底液封控制：仔細調(diào)節(jié)液位閥門的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣。（5）打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時針為開，逆時針為關(guān)），使其壓力穩(wěn)定在0.2Mpa左右。（6）啟動風機，仔細調(diào)節(jié)