《環(huán)境工程原理實驗指導(dǎo)書》-環(huán)境工程專業(yè)

1、環(huán)境工程原理實驗指導(dǎo)書目 錄前 言-2實驗守則-3對學(xué)生基本要求-3實驗一 化工流體過程綜合實驗-4實驗二 恒壓過濾常數(shù)測定實驗-12實驗三 傳熱綜合實驗-16實驗四 填料吸收塔實驗-23、前 言 21世紀(jì)人類將進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)的時代，人們正將其視為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后人類社會所面臨的又一次生產(chǎn)方式、生活方式乃至思維方式的歷史性變革。面對知識經(jīng)濟(jì)的到來，我國高等教育改革勢在必行，以培養(yǎng)出知識面寬廣且具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的人才?；ぴ韺嶒炞鳛榛ゎ悇?chuàng)新人才培養(yǎng)過程中重要的實踐環(huán)節(jié)，在化工教育中起著重要的作用，它具有直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，而且還能培養(yǎng)學(xué)生具有一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實事求

2、是的工作態(tài)度。因此，以培養(yǎng)實驗研究過程中所需的各種能力和素質(zhì)為目的，以強(qiáng)化創(chuàng)新能力為重點，對化工原理實驗進(jìn)行了相應(yīng)的改革，更新了全部實驗內(nèi)容。更新后的實驗主要是符合“素質(zhì)教育”需要的綜合型、研究型、設(shè)計型實驗，同時實驗設(shè)備也達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。本書作為化工原理實驗的指導(dǎo)書。其具有如下特點：（1）將實驗研究過程中所需要的各種能力，通過不同的實驗來培養(yǎng)；而工作作風(fēng)和態(tài)度的培養(yǎng)則貫穿于每個實驗環(huán)節(jié)。（2）實驗內(nèi)容各專業(yè)稍有差別，真正達(dá)到因材施教的目的。（3）實驗內(nèi)容盡可能接近工廠實際，以訓(xùn)練工程能力。由于編者水平有限，時間倉促，書中難免有不妥和錯誤之處，懇切希望讀者批評指出。實 驗 守 則要 講 究

3、 科 學(xué) 態(tài) 度要 遵 守 課 堂 紀(jì) 律要 敢 于 實 事 求 是要 勤 于 動 腦 動 手要 尊 重 老 師 指 導(dǎo)要 愛 護(hù) 儀 器 設(shè) 備要 注 意 人 身 安 全要 保 持 環(huán) 境 衛(wèi) 生對學(xué)生基本要求 實驗前必須到現(xiàn)場結(jié)合實驗裝置，進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，列出書寫報告所需要的原始數(shù)據(jù)表，并通過老師的檢查提問，方可參加實驗。 實驗做完后，所記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)指導(dǎo)老師檢查合格后，才可結(jié)束實驗；實驗若有短缺或不合理應(yīng)該補全或重做。結(jié)束實驗后，指導(dǎo)老師在原始數(shù)據(jù)表上簽字。 實驗結(jié)束后，應(yīng)將使用的儀器設(shè)備整理復(fù)原。檢查水源、電源、汽源等是否已確實關(guān)斷，并將場地打掃干凈。 用計算機(jī)整理數(shù)據(jù)時，要愛護(hù)計算機(jī)，不

4、要胡亂操作，如計算機(jī)出現(xiàn)問題要及時報告老師，要節(jié)約打印紙。 實驗后要認(rèn)真寫實驗報告，報告要求獨立完成，若發(fā)現(xiàn)彼此抄襲，對有關(guān)的所有人都給低于及格分?jǐn)?shù)線的低分。 實驗報告中，除了包括實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果的表格以及需要的標(biāo)繪曲線外，還必須有計算舉例。同組人取實驗的不同序號進(jìn)行舉例，列出全部數(shù)字運算過程；若發(fā)現(xiàn)同組中兩人用相同的序號進(jìn)行計算舉例，則兩人的報告均給低分。 對實驗所測得的數(shù)據(jù)結(jié)果做必要的分析、討論。實驗一 化工流體過程綜合實驗一、實驗方法1.掌握測定流體阻力的實驗方法。2.掌握測定流體流經(jīng)直管時摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系。3.掌握離心泵的操作方法，了解離心泵的結(jié)構(gòu)與性能。4.掌握離心

5、泵特性曲線和管路特性曲線的測定方法。5.掌握流量計的標(biāo)定方法。6.學(xué)習(xí)壓強(qiáng)差的幾種測量方法和技巧。7.掌握坐標(biāo)系的選用方法和對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。二、實驗原理 直管摩擦系數(shù)l與雷諾數(shù)Re的測定直管的摩擦阻力系數(shù)是雷諾數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，即，對一定的相對粗糙度而言，。流體在一定長度等直徑的水平圓管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為： （1）又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失之間有如下關(guān)系（范寧公式） （2）整理（1）（2）兩式得 （3） （4）式中：管徑，m ； 直管阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa； 管長，m； 流速，m / s； 流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，Ns / m2。 在實驗裝置中，

6、直管段管長l和管徑d都已固定。若水溫一定，則水的密度和粘度也是定值。所以本實驗實質(zhì)上是測定直管段流體阻力引起的壓強(qiáng)降Pf與流速u（流量V）之間的關(guān)系。 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和式（3）可計算出不同流速下的直管摩擦系數(shù)，用式（4）計算對應(yīng)的Re，從而整理出直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系，繪出與Re的關(guān)系曲線。 流量計性能測定流體通過節(jié)流式流量計時，在流量計上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量的關(guān)系為： （5） 式中：VS(Q) 被測流體(水)的體積流量，m3/s； 流量系數(shù)，無因次； 流量計節(jié)流孔截面積，m2； 流量計上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa ； 被測流體(水)的密度，kgm3 。 用渦輪流量計

7、作為標(biāo)準(zhǔn)流量計來測量流量VS。每一個流量在壓差計上都有一對應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計讀數(shù)P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時用上式整理數(shù)據(jù)可進(jìn)一步得到C0Re關(guān)系曲線。 離心泵性能的測定（一）離心泵特性曲線離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚程H、軸功率及效率均隨流量Q而改變。通常通過實驗測出HQ、NQ及 Q關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測定方法如下： H的測定： 在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程 上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動阻力(不包括泵體內(nèi)部的流動阻力所引起的壓頭損失

8、)，當(dāng)所選的兩截面很接近泵體時，與柏努利方程中其它項比較，值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?將測得的和的值以及計算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。 N的測定： 功率表測得的功率為電動機(jī)的輸入功率。由于泵由電動機(jī)直接帶動，傳動效率可視為1.0，所以電動機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即： 泵的軸功率N電動機(jī)的輸出功率，kW 電動機(jī)的輸出功率電動機(jī)的輸入功率電動機(jī)的效率。 泵的軸功率N功率表的讀數(shù)電動機(jī)效率，kw。 的測定 其中 kw式中：泵的效率； N泵的軸功率，kw Ne泵的有效功率，kw H泵的壓頭，m Q泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3（二）管路特性曲線當(dāng)離心泵安裝在特定的管路

9、系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。在一定的管路上，泵所提供的壓頭和流量必然與管路所需的壓頭和流量一致。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作點。因此，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計算同上。三、實驗裝置與流程（一）實驗裝置、流程示意圖見圖1圖1 流動過程綜合實驗裝置 1水箱； 2水泵； 3入口真空表； 4出口壓力表； 5,16緩沖罐； 6,14測局部阻力近端閥； 7,15測局部阻力遠(yuǎn)端閥； 8,17粗糙管測壓閥； 9,

10、21光滑管測壓閥；10局部阻力閥； 11文丘里流量計； 12壓力傳感器； 13渦流流量計； 18閥門；19光滑進(jìn)口管閥門； 20粗糙管進(jìn)口閥門； 22小流量計； 23大流量計； 24閥門； 25水箱放水閥； 26倒U型管放空閥； 27倒U型管壓差計；28,30倒U型管排水閥；29,31倒U型管平衡閥； 32，33文丘里測壓閥圖2 流動過程綜合實驗流程示意圖（二）設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：.流體阻力 被測直管段：型 號光滑管管徑d (m)粗糙管管徑d (m)管長L(m)LZTB0.0080.0101.715LZT20.0080.0101.698 玻璃轉(zhuǎn)子流量計：型 號測量范圍精度LZB25100100

11、0（L/h）1.5LZB1010100（L/h）2.5 壓差傳感器：型號：LXWY測量范圍：200 KPa 數(shù)顯表：型號：501測量范圍：0200Kpa 離心泵：型號：WB70/055流量：20200（1h）揚程：1913.5(m)電機(jī)功率：550（W）電流：1.35(A)電壓：380（V）. 流量計性能設(shè)備型號渦輪流量計流量 (m3/h)文丘里喉徑d (m)實驗管路管徑D (m)LZTB儀表直接顯示0.0200.043LZT2用下面公式計算：Vs（Q）=f/=(f/77.468)(3600/1000)式中：f渦輪流量計頻率，（赫茲）；渦輪流量計儀表常數(shù) =77.4680.0200.043.

12、離心泵性能 離心泵 型號 WB70/055流量Q=4m3/h，揚程H=8m，軸功率N=168w，電機(jī)效率為60% 真空表 用于泵吸入口真空度的測量盤真徑-100mm 測量范圍-0.1-0MPa 精度1.5級真空表測壓位置管內(nèi)徑d1=0.025m 壓力表 用于泵出口壓力的測量表盤直徑-100mm 測量范圍0-0.25MPa 精度1.5級壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑d2=0.025m 流量計 渦輪流量計 精度0.5級； 功率表 型號501 精度1.0級 兩測壓口之間距離 真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離h0=0.35m. 管路特性 變頻器：型號：N2-401-H 規(guī)格：（0-50）Hz（三）實驗流程1流

13、體阻力的測量流程：水泵2將儲水槽1中的水抽出，送入實驗系統(tǒng)，經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計22,23測量流量，然后送入被測直管段測量流體流動的阻力，經(jīng)回流管流回儲水槽1。被測直管段流體流動阻力P 可根據(jù)其數(shù)值大小分別采用變送器12或空氣水倒置型管來測量。2流量計、離心泵性能的測定流程：水泵2將水槽1內(nèi)的水輸送到實驗系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥18調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計13計量，回到儲水槽。同時測量文丘里流量計兩端的壓差，離心泵進(jìn)出口壓強(qiáng)、離心泵電機(jī)輸入功率。3管路特性的測量流程：流量調(diào)節(jié)閥18調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)到某一位置，改變電機(jī)頻率，測定渦輪流量計的頻率，泵入口真空度，泵出口壓強(qiáng)四、實驗內(nèi)容及操作步驟 直管摩擦系數(shù)l

14、與雷諾數(shù)Re的測定 向儲水槽內(nèi)注滿水（蒸餾水，以保持流體清潔）。關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥18，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)。2. 啟動實驗裝置總電源，預(yù)熱約15分鐘，用變頻調(diào)速器上、及鍵設(shè)定頻率后，按run鍵啟動離心泵。 光滑管阻力測定： 如圖3，關(guān)閉粗糙管進(jìn)水閥20、粗糙管測壓進(jìn)出水閥（17，8）、測局部阻力近端閥(6,14)、測局部阻力遠(yuǎn)端閥（7,15 ）、局部阻力閥10、文丘里流量計測壓閥（32，33）。 在流量為零條件下，打開光滑管進(jìn)水閥19，旋開倒置U型管（如圖）進(jìn)水閥29和出水閥31（LTZB型這樣操作。對LTZ2型操作則相反，即：旋開倒U型管進(jìn)水閥28和出水閥30），檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣

15、泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行趕氣泡操作。操作方法如下：開大流量（大流量計和小流量計）閥24，使倒置U型管內(nèi)液體充分流動，然后關(guān)小，再開大，重復(fù)直至趕出管路內(nèi)的氣泡；若認(rèn)為氣泡已趕凈，將流量閥24關(guān)閉；慢慢旋開倒置U型管上部的放空閥26，再慢慢分別打開倒U型管閥28、30（LTZB型這樣操作。對LTZ2型操作則相反，即：慢慢旋開倒U型管閥29和31），使液柱降至零點上下時馬上關(guān)閉，管內(nèi)形成氣-水柱，此時管內(nèi)液柱高度差應(yīng)為零，表明管內(nèi)無氣泡存在。然后關(guān)閉放空閥26。 該裝置兩個轉(zhuǎn)子流量計并聯(lián)連接，根據(jù)流量大小選擇不同量程的流量計測量流量。 壓力傳感器與倒

16、U型管壓差計也是并聯(lián)連接，用于測量直管段的壓差。小流量（流量100Lh）時只用倒型管壓差計測量；大流量（100Lh）時應(yīng)關(guān)閉倒型管壓差計平衡閥-29、31（LTZB型這樣操作，對LTZ2型操作則相反，即：關(guān)閉倒置U型管進(jìn)水閥28和出水閥30），只用壓力傳感器測量。應(yīng)在最小流量和最大流量之間進(jìn)行實驗，一般測取1520組數(shù)據(jù)。(5) 測取水箱水溫,取開始本次實驗時水溫與結(jié)束本次實驗時水溫的算術(shù)平均值。(6) 實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。4.粗糙管阻力測定： 關(guān)閉光滑管進(jìn)水閥19、光滑管測壓閥（21，9）、測局部阻力近端閥(6,14)、測局部阻力遠(yuǎn)端閥（7,15 ）、局部阻力閥10、

17、文丘里流量計測壓閥（32，33）、流量調(diào)節(jié)閥18，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)。 在流量為零條件下，打開粗糙管進(jìn)水閥-20，旋開倒置U型管進(jìn)水閥29和出水閥31（LTZB型這樣操作。對LTZ2型操作則相反，即：旋開倒置U型管進(jìn)水閥29和出水閥31），檢查導(dǎo)壓管內(nèi)是否有氣泡存在。若倒置U型管內(nèi)液柱高度差不為零，則表明導(dǎo)壓管內(nèi)存在氣泡，需要進(jìn)行趕氣泡操作，操作方法同上。 同上、步驟，從小流量到最大流量，一般測取1520組數(shù)據(jù)。 測取水箱水溫，取開始本次實驗時水溫與結(jié)束本次實驗時水溫的算術(shù)平均值。(5) 實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。. 流量計、離心泵性能的測定 向儲水槽內(nèi)注入蒸餾水

18、。檢查流量調(diào)節(jié)閥18，壓力表4的開關(guān)及真空表3的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。關(guān)閉光滑管進(jìn)水閥19、光滑管測壓閥（9，21）、關(guān)閉粗糙管進(jìn)水閥20、粗糙管測壓進(jìn)出水閥（17，8）、關(guān)閉測局部阻力近端閥(6,14)、測局部阻力遠(yuǎn)端閥（7,15 ）、關(guān)閉閥門24、局部阻力閥10、打開文丘里測壓閥32，33。 啟動離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥18至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，即系統(tǒng)內(nèi)已沒有氣體，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。 用閥18調(diào)節(jié)流量，從流量為零至最大或流量從最大到零，測取 1015組數(shù)據(jù)，同時記錄渦輪流量計頻率、文丘里流量計的壓差、泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)、功率表讀數(shù)，并記錄水溫（取開始本次實驗

19、時水溫與結(jié)束本次實驗時水溫的算術(shù)平均值）。 實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源. 管路特性的測量 測量管路特性曲線測定時，先置流量調(diào)節(jié)閥18為某一開度，調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率（調(diào)節(jié)范圍500Hz），測取 1015組數(shù)據(jù)，同時記錄電機(jī)頻率、流量計讀數(shù)、泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)，并記錄水溫（取開始本次實驗時水溫與結(jié)束本次實驗時水溫的算術(shù)平均值）。 實驗結(jié)束后，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項 直流數(shù)字表操作方法請仔細(xì)閱讀說明書后,方可使用。 啟動離心泵之前，以及從光滑管阻力測量過渡到其它測量之前，都必須檢查所有流量調(diào)節(jié)閥是否關(guān)閉。 利用壓力傳感器測量大流量下P時,應(yīng)

20、切斷空氣水倒置型玻璃管的閥門，否則影響測量數(shù)值。 在實驗過程中每調(diào)節(jié)一個流量之后應(yīng)待流量和直管壓降的數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后方可記錄數(shù)據(jù)。 較長時間未做實驗，啟動離心泵之前應(yīng)先盤軸轉(zhuǎn)動，否則易燒壞電機(jī)。 該裝置電路采用五線三相制配電，實驗設(shè)備應(yīng)良好地接地。 使用變頻調(diào)速器時一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵，REV指示燈亮，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 啟動離心泵前，必須關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān)，以免損壞壓強(qiáng)表。 水質(zhì)要清潔，以免影響渦輪流量計的運行。六、思考題 摩擦系數(shù)是 和 的函數(shù)。 直管摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律因 不同而不同。 本實驗中用水為工作介質(zhì)，做出的曲線，對其它流體是否適用？

21、為什么？4試分析實驗數(shù)據(jù)，看一看，隨著泵出口流量調(diào)節(jié)閥開度的增大，泵入口真空表讀數(shù)是減少還是增加，泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)是減少還是增加。為什么?5離心泵的流量，為什么可以通過出口閥來調(diào)節(jié)?往復(fù)泵的流量是否也可采用同樣的方法來調(diào)節(jié)。為什么? 實驗二 恒壓過濾常數(shù)測定實驗一、實驗?zāi)康?了解板框壓濾機(jī)的構(gòu)造、過濾工藝流程和操作方法。 掌握恒壓過濾常數(shù)、的測定方法，加深對、影響因素的理解。 學(xué)習(xí)濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù)的測定方法。二、實驗原理 過濾是利用過濾介質(zhì)進(jìn)行液固系統(tǒng)的分離過程，過濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細(xì)孔的物質(zhì)如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力的作用下液體通過過濾介質(zhì)，固

22、體顆粒被截留在介質(zhì)表面上，從而使液固兩相分離。 在過濾過程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度增加，液體流過固體顆粒之間的孔道加長，而使流體流動阻力增加。故恒壓過濾時，過濾速率逐漸下降。隨著過濾進(jìn)行，若得到相同的濾液量，則過濾時間增加。 恒壓過濾方程： （1）式中：單位過濾面積獲得的濾液體積，m3 / m2； 單位過濾面積上的虛擬濾液體積，m3 / m2； 實際過濾時間，s； 虛擬過濾時間，s； 過濾常數(shù)，m2/s。 將式（1）進(jìn)行微分可得： （2）由于微分是一無窮小量，無法用實驗的辦法測定該時間內(nèi)所得的濾液量，因此將式（2）改寫成差分式（即可用增量之比來代替）： （3）這是一個

23、直線方程。實驗時，在恒壓條件下過濾要測定的懸浮液，測出過濾時間及濾液累積量的數(shù)據(jù)，在直角坐標(biāo)上標(biāo)繪的關(guān)系（為時間內(nèi)的平均值），可得直線，其斜率為，截距為，從而求出、。至于可由下式求出： （4）過濾常數(shù)的定義式： （5）兩邊取對數(shù) (6)因，故與的關(guān)系在雙對數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪時應(yīng)是一條直線，直線的斜率為，由此可得濾餅的壓縮性指數(shù)，然后代入式（5）求物料特性常數(shù)。三、實驗裝置、流程及主要設(shè)備（一）實驗裝置及流程 圖1 恒壓過濾實驗裝置圖2 恒壓過濾實驗裝置流程示意圖1調(diào)速器； 2電動攪拌器； 3、4、6、11、14閥門； 5、7壓力表；8板框過濾機(jī)； 9壓緊裝置； 10濾漿槽； 12旋渦泵； 13-計量

24、桶 （二）設(shè)備流程： 如圖2所示，濾漿槽內(nèi)配有一定濃度的輕質(zhì)碳酸鈣懸浮液（濃度在2-4%左右），用電動攪拌器進(jìn)行均勻攪拌(漿液不出現(xiàn)旋渦為好)。啟動旋渦泵，調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5指示在規(guī)定值。濾液在計量桶內(nèi)計量。過濾、洗滌管路如圖3所示：（三）設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：1.旋渦泵: 型號: Y80-2。 2.攪拌器: 型號: KDZ-1； 功率: 160w； 轉(zhuǎn)速: 3200轉(zhuǎn)/分。3.過濾板: 規(guī)格: 160*180*11（mm）。4.濾布：型號：工業(yè)用；過濾面積0.0475m2。5.計量桶： 長327mm、寬286mm。 6.過濾壓力: 0.0502 MPa。四、實驗內(nèi)容及操作步驟1.系統(tǒng)接上電源

25、，打開攪拌器電源開關(guān)，啟動電動攪拌器2。將濾液槽10內(nèi)漿液攪拌均勻。2.板框過濾機(jī)板、框排列順序為：固定頭-非洗滌板-框-洗滌板-框-非洗滌板-可動頭。用壓緊裝置壓緊后待用。3.使閥門3處于全開、閥4、6、11處于全關(guān)狀態(tài)。啟動旋渦泵12，調(diào)節(jié)閥門3使壓力表5達(dá)到規(guī)定值。4.待壓力表5穩(wěn)定后，打開過濾入口閥6過濾開始。當(dāng)計量桶13內(nèi)見到第一滴液體時按表計時。記錄濾液每增加高度10mm時所用的時間。當(dāng)計量桶13讀數(shù)為160 mm時停止計時，并立即關(guān)閉入口閥6。5.打開閥門3使壓力表5指示值下降。開啟壓緊裝置卸下過濾框內(nèi)的濾餅并放回濾漿槽內(nèi)，將濾布清洗干凈。放出計量桶內(nèi)的濾液并倒回槽內(nèi)，以保證濾漿

26、濃度恒定。6.改變壓力，從步驟2開始重復(fù)上述實驗。7.實驗結(jié)束時閥門11接上自來水、閥門4接通下水，關(guān)閉閥門3對泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗。五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項1.過濾板與框之間的密封墊應(yīng)注意放正，過濾板與框的濾液進(jìn)出口對齊。用搖柄把過濾設(shè)備壓緊，以免漏液。 2.計量桶的流液管口應(yīng)貼桶壁，否則液面波動影響讀數(shù)。 3.實驗結(jié)束時關(guān)閉閥門3。用閥門11、4接通自來水對泵及濾漿進(jìn)出口管進(jìn)行沖洗。切忌將自來水灌入儲料槽中。 4.電動攪拌器為無級調(diào)速。使用時首先接上系統(tǒng)電源，打開調(diào)速器開關(guān)，調(diào)速鈕一定由小到大緩慢調(diào)節(jié)，切勿反方向調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)過快損壞電機(jī)。 5.啟動攪拌前，用手旋轉(zhuǎn)一下攪拌軸以保證順利

27、啟動攪拌器。六、思考題1. 過濾常數(shù)與哪些因數(shù)有關(guān)?恒壓過濾開始時，為什么濾液是混濁的？3恒壓過濾中，不同過濾壓力得到的濾餅結(jié)構(gòu)是否相同？其空隙率隨壓力如何變化？4過濾壓差由小到大時，實驗測得的、值的變化規(guī)律的特點是什么？為什么？若過濾壓強(qiáng)增加1倍時，得到同樣的濾液量所需的時間是否也減小一半？濾漿濃度和過濾壓強(qiáng)對K有何影響？實驗三 傳熱綜合實驗一、實驗?zāi)康?通過對空氣水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用作圖法或線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。 通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈和采用螺旋扁管為內(nèi)管的空氣水

28、蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實驗研究，測定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu0，了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。二、實驗原理 (一) 光滑套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測定 對流傳熱系數(shù)的測定在該傳熱實驗中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。對流傳熱系數(shù)可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實驗來測定 （1）式中：管內(nèi)流體對流傳熱系數(shù)，W/(m2)； Q管內(nèi)傳熱速率，W； S 管內(nèi)換熱面積，m2； 內(nèi)壁面與流體間的溫差，。(1).內(nèi)壁面與流體間的溫差的確定： (2) 式中：t1，t2 冷流體的入口、出口溫度，； tw 壁面平均溫度，；因為換熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)

29、壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用tw 來表示。(2).管內(nèi)換熱面積S的確定： （3）式中：d內(nèi)管管內(nèi)徑，m； L傳熱管測量段的實際長度，m。 (3).管內(nèi)傳熱速率Qi的確定： （4）其中質(zhì)量流量由下式求得： （5）式中：冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3 / h； 冷流體的定壓比熱，kJ / (kg)； 冷流體的密度，kg /m3。和可根據(jù)定性溫度tm查得，為冷流體進(jìn)出口的平均溫度。t1，t2， tw， 可采取一定的測量手段得到。(4). 冷流體在套管內(nèi)平均體積流量的測量 空氣流量計由孔板與差壓變送器和二次儀表組成。該孔板流量計在20時標(biāo)定的流量和壓差的關(guān)系式為： （6）流量計在實際

30、使用時往往不是20，此時需要對該讀數(shù)進(jìn)行校正： （7）式中：孔板流量計兩端壓差，KPa； 20時體積流量， m3/h；流量計處體積流量，也是空氣入口體積流量，m3/h；流量計處溫度，也是空氣入口溫度，。由于換熱器內(nèi)溫度的變化，傳熱管內(nèi)的體積流量需進(jìn)行校正： （8）式中：冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3 / h； 冷流體進(jìn)出口的平均溫度，。平均流速: （m/s） (9)式中: 管內(nèi)流通截面積；（m2）； 內(nèi)管管內(nèi)徑，（m）。(5). 溫度測量及物性參數(shù)的求法.溫度測量空氣進(jìn)口溫度(t1)、出口溫度(t2)采用電偶電阻溫度計測得，由多路巡檢表以數(shù)值形式顯示（1普通管空氣進(jìn)口溫度；2普通管空氣出口

31、溫度；3強(qiáng)化管空氣進(jìn)口溫度；4強(qiáng)化管空氣出口溫度；）。壁溫tw采用熱電偶溫度計測量，光滑管的壁溫由顯示表的上排數(shù)據(jù)讀出，強(qiáng)化管的壁溫由顯示表的下排數(shù)據(jù)讀出。.物性參數(shù)的求法在傳熱設(shè)備中，沿著流體流動的方向上，流體的物性參數(shù)隨溫度發(fā)生變化，并且當(dāng)流量發(fā)生變化時，由于平均溫度的變化也引起物性的變化。為了實驗研究方便及實現(xiàn)計算機(jī)輔助計算，可將物性參數(shù)與定性溫度的關(guān)系回歸成以下多項式。多項式中的溫度范圍為0tm100，tm為進(jìn)、出口平均溫度。. 空氣密度，kg /m31.2916-0.0045 tm+1.0582810-5 tm2 . 空氣的定壓比熱，kJ / (kg)1.00492-2.883781

32、0-5 tm +8.8863810-7 tm2 -1.3605110-9 tm3 +9.3898910-13 tm4 -2.57422 10-16 tm5 . 空氣粘度 ，Pa.s1.7169210-5+4.9657310-8 tm-1.7482510-11 tm2. 空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/m2. 0.02437+7.8333310-5 tm+1.5151510-8 tm2 對流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實驗確定流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為 . （10） 其中： ， ， 物性數(shù)據(jù)、可根據(jù)定性溫度tm計算（或查表）求得。經(jīng)計算可知，對于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)變化不大，可以認(rèn)為

33、是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為： （11）這樣通過實驗確定不同流量下的與，然后以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)系上標(biāo)繪關(guān)系，由作圖法（或線性回歸方法）確定A和m的值。(二) 強(qiáng)化套管換熱器傳熱系數(shù)、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及強(qiáng)化比的測定強(qiáng)化傳熱又被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動力消耗，更有效地利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實驗裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來強(qiáng)化傳熱的。螺旋線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，螺旋線圈由直徑3mm以下的銅絲和鋼絲按一定節(jié)距繞成。

34、將金屬螺旋線圈插入并固定在管內(nèi)，即可構(gòu)成一種強(qiáng)化傳熱管。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動，因而可以使傳熱強(qiáng)化。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細(xì)，流體旋流強(qiáng)度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈是以線圈節(jié)距H與管內(nèi)徑d的比值技術(shù)參數(shù)，且長徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素。科學(xué)圖1 螺旋線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)家通過實驗研究總結(jié)了形式為的經(jīng)驗公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。采用和光滑套管同樣的實驗方法確定不同流量下得Re與Nu，用作圖法或線性回歸方法可確定B和m的值。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化比的

35、概念作為評判準(zhǔn)則，它的形式是：Nu/ Nu0，其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu0是光滑管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)（將強(qiáng)化套管換熱器求得的Re數(shù)代入光滑套管換熱器所得的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中，即得到Nu0）。顯然，強(qiáng)化比Nu/ Nu01，而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。，三、實驗流程和設(shè)備主要技術(shù)數(shù)據(jù)（一）實驗裝置（圖2）及流程（圖3）圖2 空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置 圖3 空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置流程圖1-液位管； 2-儲水罐； 3-排水閥； 4-蒸汽發(fā)生器； 5-強(qiáng)化套管蒸汽進(jìn)口閥；6-普通套管蒸汽進(jìn)口閥；7-普通套管換熱器；8-內(nèi)插有螺旋線圈的強(qiáng)化套管換熱器；9-普通套管蒸汽出口；10-強(qiáng)化套管蒸汽出口；

36、11-普通套管空氣進(jìn)口閥；12-強(qiáng)化套管空氣進(jìn)口閥；13-孔板流量計；14-空氣旁路調(diào)節(jié)閥；15-旋渦氣泵加水口；（二）設(shè)備主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1 表1 實驗裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實驗內(nèi)管內(nèi)徑di（mm）20.00實驗內(nèi)管外徑do（mm）22.0實驗外管內(nèi)徑Di（mm）50實驗外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內(nèi)管）長度L（m）1.20強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓200伏 操作電流10安2電加熱釜是產(chǎn)生水蒸汽的裝置，使用體積為7升,內(nèi)裝有一支2.5kw的螺旋形電熱器，當(dāng)水溫為30時，用(120180)伏電壓加熱，約15分鐘后水便沸騰

37、，為了安全和長久使用，建議最高加熱(使用)電壓不超過200伏(可由固態(tài)調(diào)壓器調(diào)節(jié))。3氣源(鼓風(fēng)機(jī)) 又稱旋渦氣泵，XGB2型，由無錫市儀表二廠生產(chǎn)，電機(jī)功率約0.75 KW（使用三相電源），在本實驗裝置上，產(chǎn)生的最大和最小空氣流量基本滿足要求，使用過程中，輸出空氣的溫度呈上升趨勢。四、實驗內(nèi)容及操作步驟 實驗前的準(zhǔn)備，檢查工作。 向儲水罐中加水至液位計上端處。 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。 檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動電加熱器開關(guān)，開始加熱。2. 實驗開始. 關(guān)閉通向強(qiáng)化套管的閥門5，打開通向簡單套管的閥門6，當(dāng)簡單套管換

38、熱器的放空口9有水蒸氣冒出時，可啟動風(fēng)機(jī)，此時要關(guān)閉閥門12，打開閥門11。在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣冒出。 啟動風(fēng)機(jī)后用放空閥14來調(diào)節(jié)流量，調(diào)好某一流量后穩(wěn)定3-8分鐘后，分別測量空氣的流量，空氣進(jìn)、出口的溫度及壁面溫度。然后，改變流量測量下組數(shù)據(jù)。一般從小流量到最大流量之間，要測量56組數(shù)據(jù)。 做完簡單套管換熱器的數(shù)據(jù)后，要進(jìn)行強(qiáng)化管換熱器實驗。先打開蒸汽支路閥5，全部打開空氣旁路閥14，關(guān)閉蒸汽支路閥6，打開空氣支路閥12,關(guān)閉空氣支路閥11，進(jìn)行強(qiáng)化管傳熱實驗。實驗方法同步驟。 實驗結(jié)束后，依次關(guān)閉加熱電源、風(fēng)機(jī)和總電源。一切復(fù)原。五、使用實驗設(shè)備應(yīng)注意的事項 檢查

39、蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個實驗結(jié)束后，進(jìn)行下一實驗之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時補給水量。 必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路閥門之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉閥門必須緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出。 必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，兩個空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開啟和關(guān)閉支路閥。 調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定38分鐘后讀取實驗數(shù)據(jù)。 實驗中保持上升蒸汽量的穩(wěn)定，不應(yīng)改變加熱電壓，且保證蒸汽放空口一直有蒸汽放出。六、思考題何謂強(qiáng)化傳

40、熱過程？可采取哪些強(qiáng)化傳熱的途徑？氣液對流傳熱，若提高總傳熱系數(shù)有什么辦法？當(dāng)空氣流速增大時，空氣離開換熱器的溫度將升高還是降低？為什么？ 本實驗中空氣和蒸汽的流向?qū)鳠嵝Ч惺裁从绊?？隨著冷流體流速的增加，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)變化規(guī)律如何？對于蒸汽空氣換熱系統(tǒng)來說，總傳熱系數(shù)接近于什么流體的對流傳熱系數(shù)？如果測量總傳熱系數(shù)，需要測量哪些量？實驗四 填料吸收塔實驗一、實驗?zāi)康?熟悉填料吸收塔的結(jié)構(gòu)與操作方法。 掌握填料吸收塔傳質(zhì)單元高度、體積吸收系數(shù)和回收率的測定方法。 通過實驗了解（PZ)u關(guān)系曲線和體積吸收系數(shù)對工程設(shè)計的重要意義。二、實驗原理 氣體通過填料層的壓強(qiáng)降P , kPa壓強(qiáng)降是塔設(shè)

41、計中的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強(qiáng)降的大小決定了塔的動力消耗。壓強(qiáng)降與氣液流量有關(guān)，不同噴淋量下的填料層的壓強(qiáng)降P與氣速u的關(guān)系如圖1所示： 圖1 填料層的Pu關(guān)系 當(dāng)無液體噴淋即噴淋量L0=0時，干填料的Pu的關(guān)系是直線，如圖中的直線0。當(dāng)有一定的噴淋量時，Pu的關(guān)系變成折線，并存在兩個轉(zhuǎn)折點，下轉(zhuǎn)折點稱為“載點”，上轉(zhuǎn)折點稱為“泛點”。這兩個轉(zhuǎn)折點將Pu關(guān)系分為三個區(qū)段：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。 傳質(zhì)性能 吸收系數(shù)是決定吸收過程速率高低的重要參數(shù)，而實驗測定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。對于相同的物系及一定的設(shè)備（填料類型與尺寸），吸收系數(shù)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。 本實驗

42、所用氣體混合物中氨的濃度很低（摩爾比為0.02），所得吸收液的濃度也不高，可認(rèn)為氣-液平衡關(guān)系服從亨利定律，可用方程式Y(jié)*=mX表示。又因是常壓操作，相平衡常數(shù)m值僅是溫度的函數(shù)。（1） NOG 、HOG 、 A可依下列公式進(jìn)行計算 （1） （2） （3） （4） 100% （5）式中： Z填料層的高度，m； HOG氣相總傳質(zhì)單元高度，m； NOG氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次； Y1 、Y2進(jìn)、出口氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，； D Ym所測填料層兩端面上氣相推動力的平均值；D Y2、D Y1分別為填料層上、下兩端面上氣相推動力； D Y1= Y1-1*= Y1- mX 1 ； D Y2= Y2-2*

43、= Y2- mX 2 X2 、X1進(jìn)、出口液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，； m相平衡常數(shù)，無因次； 氣相總體積吸收系數(shù)，kmol /（m3 h）； 空氣的摩爾流率，kmol（B）/ h； 填料塔截面積，m2； 混合氣中氨被吸收的百分率（吸收率），無因次。 （2） 操作條件下液體噴淋密度的計算 最小噴淋密度的經(jīng)驗值 為0.2 m3/ （m2 h） 三、實驗裝置、流程及主要設(shè)備（一）實驗裝置（圖2）及流程示意圖（圖3）圖2 填料吸收塔實驗裝置流程示意圖圖3 填料吸收塔實驗裝置流程示意圖1-鼓風(fēng)機(jī)； 2-空氣流量調(diào)節(jié)閥； 3-空氣轉(zhuǎn)子流量計； 4-空氣溫度； 5-液封管； 6-吸收液取樣口； 7-填料吸收

44、塔； 8-氨瓶閥門； 9-氨轉(zhuǎn)子流量計； 10-氨流量調(diào)節(jié)閥； 11-水轉(zhuǎn)子流量計； 12-水流量調(diào)節(jié)閥； 13-U型管壓差計； 14-吸收瓶； 15-量氣管； 16-水準(zhǔn)瓶； 17-氨氣瓶； 18-氨氣溫度； 20-吸收液溫度； 21-空氣進(jìn)入流量計處壓力設(shè)備流程：空氣由鼓風(fēng)機(jī)1送入空氣轉(zhuǎn)子流量計3計量,空氣通過流量計處的溫度由溫度計4測量,空氣流量由放空閥2調(diào)節(jié)。氨氣由氨瓶送出,經(jīng)過氨瓶總閥8進(jìn)入氨氣轉(zhuǎn)子流量計9計量,氨氣通過轉(zhuǎn)子流量計處溫度由實驗時大氣溫度代替；其流量由閥10調(diào)節(jié)5,然后進(jìn)入空氣管道與空氣混合后進(jìn)入吸收塔7的底部。水由自來水管經(jīng)水轉(zhuǎn)子流量計11,水的流量由閥12調(diào)節(jié),然后

45、進(jìn)入塔頂。分析塔頂尾氣濃度時靠降低水準(zhǔn)瓶16的位置,將塔頂尾氣吸入吸收瓶14和量氣管15。在吸入塔頂尾氣之前,予先在吸收瓶14內(nèi)放入5mL已知濃度的硫酸作為吸收尾氣中氨之用。 吸收液的取樣可用塔底6取樣口進(jìn)行。填料層壓降用形管壓差計13測定。 （二）設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)：1. 設(shè)備參數(shù): (1) 鼓風(fēng)機(jī): XGB型旋渦氣泵,型號2,最大壓力1176Kpa，最大流量75m3h (2) 填料塔: 玻璃管,內(nèi)裝10101.5瓷拉西環(huán), 填料層高度Z0.39m,填料塔內(nèi)徑 D0.075m (3) 液氨瓶1個、氨氣減壓閥1個。2. 流量測量: (1) 空氣轉(zhuǎn)子流量計: 型號: LZB-25 流量范圍: 2

46、.525m3h 精度: 2.5 (2) 水轉(zhuǎn)子流量計: 型號: LZB-6 流量范圍: 660Lh 精度: 2.5 (3) 氨轉(zhuǎn)子流量計: 型號: LZB-6 流量范圍: 0.060.6m3h 精度: 2.53. 濃度測量:塔底吸收液濃度分析可采用滴定分析儀。塔頂尾氣濃度分析: 吸收瓶, 量氣管, 水準(zhǔn)瓶一套。4.溫度測量: 氣相溫度為CU50銅電阻； 液相溫度為Pt100.0鉑電阻。 四、實驗內(nèi)容及操作步驟1. 測量干填料層(PZ)u關(guān)系曲線先全開調(diào)節(jié)閥 2，后啟動鼓風(fēng)機(jī)，用閥 2 調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量,按空氣流量從小到大的順序讀取填料層壓降P、轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)和流量計處空氣溫度（取10組數(shù)據(jù)左右），然后在對數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速 u為橫坐標(biāo)，以單位高度的壓降PZ為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪干填料層(PZ)u關(guān)系曲線。2. 測量某噴淋量下填料層(PZ)u關(guān)系曲線將水流量調(diào)節(jié)為40Lh，調(diào)節(jié)空氣流量，用上面相同方法讀取填料層壓降P、轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)和流量計處空氣溫度并注意觀察塔內(nèi)的操作現(xiàn)象,一旦看到液泛現(xiàn)象時記