化工原理实验

1、化工原理实验讲 稿二0一四年二月1.雷诺实验一、实验目的1.观察层流、湍流的流态及其转化特征；2.测定临街雷诺准数，掌握圆管流动形态的判别准则；3.观察紊流（或湍流）产生过程，理解紊流产生机理。二、实验原理1. 液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。2.当初

2、始状态流速较大时，从紊流到层流的过渡流速为下临界流速，对应的雷诺准数为下临界雷诺数，反之为上临界流速和上临界雷诺数。 （1）式中导管直径，m； 流体密度，kgm；流体粘度，Pas； 流体流速，ms；大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流动型态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，则为不稳定的过渡区域。对于圆形导管，下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为10000。一般情况下，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。应当指出，层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上

3、受一些不稳定的其他因素的影响。三、实验装置 (雷诺实验仪CEAF01型)雷诺试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量计等部分组成，如图1所示。自来水不断注入并稳压溢流水槽。稳压溢流水槽的水流经试验导管和流量计，最后排入下水道。稳压溢流水槽的溢流水，也直接排入下水道。图1雷诺实验装置及流程1. 示踪剂瓶；2. 稳压溢流水槽；3. 试验导管；4. 转子流量计；V01. 示踪剂调节阀；V02. 上水调节阀；V03. 水流量调节阀；V04，V05泄水阀；V06放风阀。四、实验方法实验前准备工作：（1）实验前，先用自来水充满稳压溢流水槽。将适量示踪剂（红墨水）加入贮瓶内备用，并排尽贮瓶与计头之间管

4、路内的空气。（2）实验前，先对转子流量计进行标定，作好流量标定曲线。（3）用温度计测定水温。实验操作步骤：（1）开启自来水阀门，保持稳压溢流水槽有一定的溢流量，以保证试验时具有稳定的压头。（2）用放风阀放去流量计内的空气，再少许开启转子流量计后的调节阀，将流量调至最小值，以便观察稳定的层流流型，再精细地调节示踪剂管路阀，使示踪剂（红墨水）的注水流速与试验导管内主体流体的流速相近，一般略低于主体流体的流速为宜。精心调节至能观察到一条平直的红色细流为止。（3）缓慢地逐渐增大调节阀的开度，使水通过试验导管的流速平稳地增大。直至试验导管内直线流动的红色细流开始发生波动时，记下水的流量和温度，以供计算临

5、界雷诺数据。（4）继续缓慢地增加调节阀开度，使水流量平稳地增加。这时，导管内的流体的流型逐步由层流向湍流过渡。当流量增大到某一数据值后，示踪剂（红墨水）一进入试验导管，立即被分散呈烟雾状，这时标明流体的流型已进入湍流区域。记下水的流量和温度数据，以供计算上临界雷诺数。（5）以相反程序，即调节阀开度从大逐渐关小，再观察观众流动形态的变化现象，并记下水的流量和温度数据，以供计算下临界雷诺数。这样实验操作需反复进行数次（至少56次），以便取得较为准确的实验数据。实验操作注意事项：（1）本实验示踪剂采用红墨水，它由红墨水贮瓶，经连接软管和注射针头，注入试验导管。应注意适当调节注射针头的位置，使什头位于

6、管轴线上为佳。红墨水的注射速度应与主体流体流速相近（略低些为宜），因此，随着水流速的增大，需相应地细心调节红墨水注射流量，才能得到较好的实验效果。（2）在实验过程中，应随时注意稳压水槽的溢流水量，随着操作流量的变化，相应调节自来水给水量，防止稳压槽内液面下降或泛滥事故的发生。（3）在整个实验过程中，切勿碰撞设备，操作时也要轻巧缓慢，以免干扰流体流动过程的稳定性。实验过程有一定滞后现象，因此，调节流量过程切勿操之过急，状态确实稳定之后，再继续调节或记录数据。五、结果分析管内径为六、思考题1.液体流态与哪些因素有关?为什么外界干扰会影响液体流态的变化?2.雷诺数的物理意义是什么？为什么雷诺数可以用

7、来判别流态？3.流态判据为何采用无量纲参数，而不采用临界流速？4.临界雷诺数与哪些因素有关？为什么上临界雷诺数和下临雷诺数不一样？5.如果管子不是透明的，不能直接观察来判断管中的流体流动型态，你认为可以用什么办法来判断？6.有人说可以只用流速来判断管中流体流动型态，流速低于某一具体数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以由流速的数值来判断流动型态？7.试根据雷诺与流动演示实验，简述紊流的产生和发展机理，以及如何降低或消除阻力损失。试列举具体措施。2.离心泵实验一、实验目的1.了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法；2.实验测定在一定转速下泵的特性曲线；3.标定孔板流量计的

8、孔流系数。二、实验原理离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。1. 泵的流量泵的流量即泵的送液能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量可直接由一定时间内排出液体的体积或质量来测定。即m3s（1） 或 m3s（2）若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示，流量与倒置U形管压差计读数之间存在如下关系：m3s（3）式中，孔板流量系数； 孔板的锐孔面积，m2；2. 泵的扬程若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以及入管路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之

9、间列机械能衡算式，则可得出泵扬程的计算公式： （4）式中由压力表测得的表压强，Pa； 由真空表测得的真空度，Pa；A、B两个截面之间的垂直距离，m； A截面处的液体流速，ms；B截面处的液体流速，ms。在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为 ms，扬程为，m，被输送液体的密度为w（5）泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率又大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率可直接由输入电压和电流测得，即W（6）4. 泵的总效率泵的总效率可由测得的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出，即（7）这时得到的泵的

10、总效率除了泵的效率外，还包括传动效率和电机的效率。三、实验装置（实验仪CEAF05型）图2离心泵实验仪流程图1. 循环水槽；2. 底阀；3. 离心泵；4. 真空表；5. 注水槽；6. 压力表；7. 调节阀；8. 孔板流量计；9. 分流槽；10. 电流表；11. 调压变压器；12. 电压表；13. 倒置U形管压差计。本实验装置主体设备为一台单级单吸离心水泵。为了便于观察，泵壳端盖用透明材料制成。电动机直接连接半敞式叶轮。离心泵与循环水槽、分水槽和各种测量仪表构成一个测试系统。实验装置及其流程如图2所示。泵将循环水槽中的水，通过汲入导管汲入泵体的在汲入导管上端装有真空表，下端装有底阀（单向阀）。底

11、阀的作用是当注水槽向泵体内注水时，防止水的漏出。水由泵的出口进入压出导管。压出导管沿程装有压力表、调节阀和孔板流量计。由压出导管流出的水，用转向弯管送入分流槽。分流槽分为二格，其中一格的水可流出用以计量，另一格的水可流回循环槽。根据实验内容不同可用转向弯管进行切换。四、实验方法在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：（1）充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。（2）启动。启动前，先确认泵出口调节阀关闭，变压器调回零点，然后合闸接通电源。缓慢调节变压器至额定电压（220V），泵即随之启动。（3）

12、运行。泵启动后，叶轮旋转无振动和噪声，电压表、电流表、压力表和真空表指示稳定，则表明运行已经正常，即可投入实验。实验时，逐渐分步调节出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后，即可进行以下测量：（1）将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时，用秒表计取时间，用容器取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率。（这时要接好循环水槽的自来水源）。（2）从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。（3）记取孔板流量计的压差计读数。（4）从电压表和电流表上读取电压和电流值。实验完毕，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后再切断电源。五、实验结果1. 基本参数（1）离心泵流量：

13、 杨程： 功率： 转速：（2）管道吸入导管内径：20.8mm 压出导管内径：20.8mmA、B两截面间垂直距离：mm（3）孔板流量计锐孔直径：14mm 导管内径：20.8mm2.实验数据处理3.实验结果作图与分析（1）将实验数据标绘成孔板流量计的流量标定曲线，并求取孔板流量计的孔流系数。（2）将实验数据整理结果标绘成离心泵的特性曲线。六、思考题1.根据离心泵的工作原理，分析离心泵启动前为何要灌泵，且要关闭流量调节阀？2.当由小到大改变流量时，出口压力表和入口压力表的表演读数按设么规律变化？3.你认为离心水泵的叶轮是开式还是闭式？叶轮叶片是前弯还是后弯？4.为什么离心泵的流量调节用出口调节阀最好

14、？往复泵也这样调节行不行？5.我校西区球场地下建有生活污水处理厂，计划日处理量为100吨，处理过程的某一道工序试将污水打入距离泵10米高的曝气池中，请问如何选择一款合适的泵盖和输送管道？3.传热实验一、实验目的1.通过对简单套管换热器的实验，掌握对流传热的测定方法；2.应用线性回归分析方法，确定关联式中的常数A、m值。二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量仁慈给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷流体。换言之，热交换过程即为给热导热给热三个串联过程组成。若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端测试点上的温度如图1所

15、示。1.传热系数的测定则在单位时间内热流体向冷流体仁慈的热量，可由热流体的热量衡算方式来表示：图1套管热交换器两端测试点的温度Js（1）就整个热交换而言，由传热速率基本方程经过数学处理，可得计算式为：Js（2）式中：传热速率，Js或W； 热流体的质量流率，kgs；热流体的平均比热容，是JkgK； 热流体的温度，K；冷流体的温度，K； 固体壁面温度，K； 传热总系数，WmK热交换面积，m2； 两流体间的平均温度差，K。（符号下标1和2分别表示热交换器两端的数值）若和分别为热交换器两端冷热流体之间的温度差，即（3）； （4）。则平均温度差可按下式计算：当时，（5）； 当时，（6）。由（1）和（2）

16、两式联立求解，可得传热总系数的计算式：（7）就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为（8）根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得管内给热过程的给热速率计算式（9）式中：与分别有示固体壁两侧的传热膜系数，Wm2K1；与分别表示固体壁两侧的内壁表面积和外壁表面积，m2；与分别表示固体壁两侧的内壁面温度和外壁面温度，K；热流体与内壁面之间的平均温度差；K。热流体与管内壁面之间的平均温度差可按下式计算： 当时（10）当时（11）由（1）和（9）式联立求解可得管内传热膜系数的计算式为Wm2K1（12）同理也可得到管外给热过程的传热膜系数的类同公式。2.准数关联式的测定水平管内传热膜系数的

17、准数关联式：在实验测定温度范围内，数据变化不大，可取其均值并将视为定值与项合并。因此，上式可写为：上等式两边取对数，使之线性化，即：因此，可将和实验数据，直接在双对数坐标纸上进行标绘，由实验曲线的斜率和截距估计参数和，或者用最小二乘法进行线性回归，估计参数和。三、实验装置（CEAH01型实验仪）本实验装置主要由套管热交换器、恒温循环水槽、高位稳压水槽以及一系列测量和控制仪表所组成，装置流程如图2所示。图2套管换热器液液热交换实验装置流程套管热交换器由一根121.5mm的黄铜管作为内管，202.0mm的有机玻璃管作为套管所构成。套管热交换器外面再套一根322.5mm有机玻璃管作为保温管。套管热交

18、换器两端测温点之间距离（测试段距离）为1000mm。每个检测端面上在管内、管外和管壁内设置三支铜康铜热电偶，并通过转换开关与数字电压表相连接，用以测量管内、管外的流体温度和管内壁的温度。热水由循环水泵从恒温水槽送入管内，然后经转子流量计再返回槽内。恒温循环水柄中用电热器补充热水在热交换器中移去的热量，并控制恒温。冷水由自来水管直接送入高位稳压水槽再由稳压水槽流经转子流量计和套管的环隙空间。高位稳压水槽排出的溢流水和由换热管排出被加热后的水，均排入下水道。四、实验方法实验前准备工作（1）向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。（2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充

19、满水，并由溢流管有水流出。（3）将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之呈粥状。将热电偶冷接点插入冰水中，盖严盖子。（4）将恒温循环水槽的温度自控装置的温度定为55。启动恒温水槽的电热器。等恒温水槽的水达到预定温度后即可开始实验。（5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定曲线和热电偶分度表。实验操作步骤（1）开启冷水截止球阀，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。（2）启动循环水泵，开启并调节热水调节阀。热水流量在60250Lh范围内选取若干流量值（一般要求不少于56组测试数据），进行实验测定。（3）每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后，再通过琴键开关，依次测定各点温度。实验注意事项

20、：（1）开始实验时，必须先向换热器通冷水，然后再启动热水泵，停止实验时，必须先停热电器，待热交换器管内存留热水被冷却后，再停水泵并停止通冷水。（2）启动恒温水槽的电热器之前，必须先启动循环泵使水流动。（3）在启动循环水泵之前，必须先将热水调节阀门关闭，待泵运行正常后，再徐徐开启调节阀。（4）每改变一次热水流量，一定要使传热过程达到稳定之后，才能测取数据。每测一组数据，最好重复数次。当测得流量和各点温度数值恒定后，表明过程已达稳定状态。五、实验结果1. 记录实验设备基本参数。（1）实验设备型式和装置方式：水平装置套管式热交换器（2）内管基本参数：材质：黄铜 外径： 12mm 壁厚： 1.5mm

21、测试段长度： 1000mm（3）套管基本参数：材质：有机玻璃 外径： 20mm 壁厚： 2mm（4）流体流通的横截面积：内管横截面积：mm 环隙横截面积：mm（5）热交换面积：内管内壁表面积： 内管外壁表面积： 平均热交换面积： 2.实验原始数据记录3.数据处理4.实验结果与分析讨论六、思考题1. 实验中冷、热流体的流向，对传热效果有何影响？如果热流体为水蒸汽，又有何影响？2.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝水？3.计算冷流体质量流量时用到的密度值与计算雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算？4.本实验可采取哪些措施强化传热？

22、4.填料塔气体吸收实验一、实验目的1.了解填料吸收塔的基本结构，吸收装置的基本流程和操作方法；2.观察填料塔中的气液逆流流动情况；3.掌握总体积传质系数的测定方法。二、实验原理图1双膜模型的浓度分布图图2填料塔的物料衡算图根据双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质A的传质速度率方程可分别表达为气膜（1）液膜（2）式中A组分的传质速率，kmols； 两相接触面积，m2；气侧A组分的平均分压，Pa； 相界面上A组分的分压，Pa；液侧A组分的平均浓度，kmolm；相界面上A组分的浓度，kmolm；以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmolmsPa；以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，ms。以气

23、相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为（3）（4）式中为液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；为气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，kmolm；为以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为气相传质总系数，kmolmsPa；为以液相浓度表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数，ms。若气液相平衡关系遵循享利定律：，则 （5） （6）当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此时，；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时，。如图2所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系

24、统，则由吸收质A的物料衡算可得：（a）式中，为液相摩尔流率，kmols；为液相摩尔密度，kmolm。根据传质速率基本方程，可写出该微分段的传质速率微分方程：（b）联立（a）和（b）两式得：（c）式中为气液两相接触的比表面积，m2m；为填料塔的横截面积，m2。本实验采用水吸收纯二氧化碳，且已知二氧化碳在常温压下溶解度较小，故液相摩尔流率和摩尔密度的比值，亦即液相体积流率可视为定值，且设总传质系数和两相接触比表面积，在整修填料层内为一定值，则按下列边值条件积分（c）式，可得填料层高度的计算公式：； （7）令，且称为液相传质单元高度（NTU）；，且称为液相传质单元数（HTU）。因此，填料层高度为传质

25、单元高度与传质单元数之乘积，即（8）若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则（7）式可用解析法解得填料层高度的计算式式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：（9）（10）式中为液相平均推动力，即（11）因为本实验采用纯二氧化碳，则（12）二氧化碳的溶解度常数，kmolmPa（13）式中为水的密度，kgm；为水的摩尔质量，kgkmol；为享利系数，Pa。因此，（10）式可简化为（14）又因本实验采用的物系遵循享利定律，而且气膜阻力可以不计。在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，亦即（15）对于填料

26、塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素之间的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联式，其中，SherwoodHolloway得出如下关联式：（16）式中吸收质在水中的扩散系数，m2s； 液体质量流速，kgms；液体粘度，Pas或kgms； kgm。应该注意的是SherwoodHolloway关联式中，和两项没有特性长度。因此，该式也不是真正无因次准数关联式。该式中，和的具体数值，需在一定条件下由实验求取。三、实验装置（CEAM03型实验仪）本实验装置由填料吸收塔、二氧化碳钢瓶、高位稳压水槽和各种测量仪表组成，其流程如图3所示。图3填料吸收塔液侧传质膜系数测定实验装置流程1. 二氧化碳钢瓶；2.

27、减压阀；3. 二氧化碳流量计；4. 填料塔；5. 采样计量管；6. 压差计；7. 水流量计；8. 高位水槽；9. 数字电压表。填料吸收塔采用公称直径为50mm的玻璃柱。柱内装填5mm球型玻璃填料，填充高度约为300mm。吸收质（纯二氧化碳气体）由钢瓶经二次减压阀、调节阀和转子流量计，进入塔底。气体由下向上经过填料层与液相逆流接触，最后由柱顶放空。吸收剂（水）由高位稳压水槽经调节阀和流量计进入塔顶，再喷洒而下。吸收后溶液由塔底经P形管排出。U液柱压差计用以测量塔底压强和填料层的压强降。塔底和塔顶的气液相温度由热电偶测量，并通过转换开关由数字电压表显示。四、实验方法实验前准备工作：（1）实验前，首

28、先检查填料塔的进气阀和进水阀，以及二氧化碳二次减压阀是否均已关严；然后，打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀，将压力调至1MPa；同时，向高位稳压水槽注水，直至溢流管有适量水溢流而出。（2）将水充满填料层，浸泡填料（相当于预液泛）。实验操作可按如下步骤进行：（1）缓慢开启进水调节阀，水流量可在1050Lh范围内选取。一般在此范围内选取56个数据点。调节流量时一定要注意保持高位稳压水槽有适量溢流水流出，以保证水压稳定。（2）缓慢开启进气调节阀。二氧化碳流量建议采用0.1m3h左右为宜。（3）当操作达到定常状态之后，测量塔顶和塔底的水温和气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量。溶液中二氧化碳含量的测定方法

29、：用吸量管吸取0.1MBa(OH)2溶液10mL，放入三角瓶中，并由塔底附设的计量管滴入塔底溶液20mL，再加入酚酞指示剂数滴，最后用0.1N盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为止。由空白试验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：kmolm式中为标准盐酸溶液的当量浓度，为实际滴定用量，即空白试验用量与滴定试样时用量之差值，mL；为塔底溶液采样量，mL。实验注意事项：（1）实验过程中务必严密监视，并随时调整二氧化碳和水的流量。（2）每次流量改变后，均需稳定20分钟以上，以便建立稳定过程，才能测取数据。（3）预液泛后，填料层高度需重新测定。采样计量管容积需准确标定。（4）浸泡填料层

30、（人为预液泛）时，需缓慢精心操作，以防冲毁填料层和压差计。五、实验结果1. 测量并记录实验基本参数。（1）填料柱：柱体内径605mm 填料规格：5mm玻璃球 填料层高度300mm（2）大气压力： MPa（3）室温： （4）试剂：Ba(OH)2溶液浓度用量mL盐酸浓度2.实验原始数据记录3.数据处理4.实验结果与分析讨论（1）根据实验结果，在坐标上标绘液侧体积传质膜系数与喷淋密度的关系曲线。（2）在双对数坐标上，将对作图，用图解法或线性回归法求取Shewoodholloway关联式的A和m值。0.1N盐酸：9.4ml HCl + 蒸馏水 定容 1000ml 并标定。六、思考题1.填料塔的气液两相

31、的流动特点是什么？2.填料的作用是什么？3.在进行数据处理时，要校正转子流量计的读数吗？4.如果从同一个取样瓶中，取样分析三组平行样，误差很大，试分析原因？ 5.恒压（板框）过滤常数测定实验一、实验目的1.掌握恒压过滤常数、的测定方法，加深对、概念和影响因素的理解。2.学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。3.学习一类关系的实验确定方法。4.学习用正交试验法来安排实验，达到最大限度地减小实验工作量的目的。5.学习对正交试验法的实验结果进行科学的分析，分析出每个因素重要性的大小，指出试验指标随各因素变化的趋势，了解适宜操作条件的确定方法。二、实验内容1.测定不同压力实验条件下的过滤常数、。

32、2.根据实验测量数据，计算滤饼的压缩性指数s和物料特性常数k。三、实验原理 过滤是利用过滤介质进行液固系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力作用下，液体通过过滤介质，固体颗粒被截留，从而使液固两相分离。 在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度逐渐增加，使得液体流过固体颗粒之间的孔道加长，增加了流体流动阻力。故恒压过滤时，过滤速率是逐渐下降的。随着过滤的进行，若想得到相同的滤液量，则过滤时间要增加。恒压过滤方程 （1） 式中：单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2； 单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3

33、 / m2； 实际过滤时间，s； 虚拟过滤时间，s； 过滤常数，m2/s。将式（1）进行微分可得： （2）这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘的关系，可得直线。其斜率为，截距为，从而求出、。至于可由下式求出： （3）注：当各数据点的时间间隔不大时，可用增量之比来代替。过滤常数的定义式： （4） 两边取对数 （5） 因，故与的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为，由此可得滤饼的压缩性指数，然后代入式（4）求物料特性常数。四、实验装置的基本情况1.实验装置流程示意图（如图一所示）：图-1 实验装置流程示意图1-调速器；2-电动搅拌器；3、5、6、7、9、16-阀门；4-虑浆槽；8-压力

34、表；10-泥浆泵；11-后滤液入口阀；12-前滤液入口阀；13-后滤液出口阀；14-前滤液出口阀； 15-滤液槽； 17-过滤机组；18-压紧装置；19-反洗水箱； 如图-1所示，滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在6-8%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(以浆液不出现旋涡为好)。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值。滤液量在计量桶内计量。实验装置中过滤、洗涤管路分布如图-2所示图-2 板框过滤机固定头管路分布图2.实验设备主要技术参数：表-1 实验设备主要技术参数序号名称规格材料1搅拌器型号: KDZ-12过滤板160*180*11（mm）不锈钢3滤布工业用4过滤面积0.0

35、475m25计量桶长327mm、宽286mm3.实验装置面板图（如图-3所示）：图-3 设备仪表面板示意图五、实验方法及操作步骤1.系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2，将滤液槽4内浆液搅拌均匀。2板框过滤机板、框排列顺序为固定头-非洗涤板（）-框（）-洗涤板（）-框（）-非洗涤板（）-可动头。用压紧装置压紧后待用。3使阀门3、5、13、14处于全开、阀门6、7、11、9、12、16处于全关状态。启动旋涡泵10，打开阀门9，利用调节阀门3使压力达到规定值。4待压力表8数值稳定后，打开过滤后滤液入口阀11开始过滤。当计量桶15内见到第一滴液体时开始计时，记录滤液每增加高度10mm时

36、所用的时间。当计量桶15读数为150 mm时停止计时，并立即关闭后进料阀11。5打开阀门3使压力表8指示值下降，关闭泵开关。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，保证滤浆浓度恒定。6洗涤实验时关闭阀门5、3，打开阀门6、7、9。调节阀门7使压力表8达到过滤要求的数值。打开阀门13、12，等到阀门13有液体流下时开始计时，洗涤量为过滤量的四分之一。实验结束后，放出计量桶内的滤液到反洗水箱内。7开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。8改变压力值，从步骤2开始重复上述实验。六、操作注意事项 1过滤板与过虑框之间的密封垫注意要放正，过滤板与过滤框上面的滤液进出口要对齐。滤板与虑框安装完

37、毕后要用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。2计量桶的流液管口应紧贴桶壁，防止液面波动影响读数。3由于电动搅拌器为无级调速，使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快以免损坏电机。4启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证启动顺利。七、附数据处理过程举例（数据表见附表）过滤常数: K，qe，e 的计算举例（以第一套0.05Mpa第2组为例）已知过滤面积: A0.0475m2 V=SH=0.2860.3270.01=9.35210-4（m3）q=V/A=9.35210-4/0.0475=0.0197（m3/m2） = 48.61-16.02 =32.59（

38、S）32.59/（0.0595-0.0397）=1.643103 从 关系图上直线得： 斜率: 26955 K7.4210-5 m3/m2 截距: 336.23 qe0.0125 (m3/m2) e = q2e /K=0.01252/7.4210-5 =2.10按以上方法依次计算 关系图上直线的过滤常数，25序号高度Q（m/m）Qav（m/m）MPaMPaMpa时间(s)(s)/q时间(s)(s)/q时间(s)(s)/q表-2 第一套过滤实验数据表表-3 第一套过滤实验物料常数压缩性指数数据表序号斜率截距压差(Pa)K(m3/m2.s)qe(m3/m2)e(s)123物料常数k= ；压缩性指数

39、s=图-4 /qq 曲线图-5 P-K 曲线6.能量转换（伯努利方程）演示实验、实验目的1.演示流体在管内流动时静压能、动能、位能相互之间的转换关系，加深对伯努利方程的理解。2.通过能量之间变化了解流体在管内流动时其流体阻力的表现形式。3.可直接观测到当流体经过扩大、收缩管段时，各截面上静压头的变化过程，形象直观，说服力强。二、实验内容1.测量几种情况下的压头，并作分析比较。2.测定管中水的平均流速和点C、D 处的点流速，并做比较。三、实验原理在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。运用不可压缩流体的定常流动的总流Bernoulli方程，可以列出进口附近断面（1）至另一缓变流断面（i）的伯努

40、利方程： 其中i=2，3，4，n； 取。选好基准面，从断面处已设置的静压测管中读出测管水头的值；通过测量管路的流量，计算出各断面的平均流速和的值，最后即可得到各断面的总水头的值。四、实验装置基本情况1.实验设备流程图（如图一、图二所示）：图二 实验测试导管管路图 图一 能量转换实验流程示意图2.实验设备主要技术参数：表一 设备主要技术参数序号名称规格（尺寸）材料1主体设备离心泵型号：WB50/025不锈钢2水箱880370550不锈钢3高位槽445445730有机玻璃五、实验方法及步骤1.将水箱灌入一定量的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀、排气阀、排水阀，打开回水阀和循

41、环水阀后启动离心泵。2.逐步开大离心泵出口上水阀，当高位槽溢流管有液体溢流后，利用流量调节阀调节出水流量。稳定一段时间。3.待流体稳定后读取并记录各点数据。4.逐步关小流量调节阀，重复以上步骤继续测定多组数据。 5.分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结论。6.关闭离心泵，结束实验。六.实验注意事项1.离心泵出口上水阀不要开得过大，以免水流冲击到高位槽外面，导致高位槽液面不稳定。2.调节水流量时，注意观察高位槽内水面是否稳定，随时补充水量保持稳定。3.减小水流量时阀门调节要缓慢，以免水量突然减小使测压管中的水溢出管外。 4.注意排除实验导管内的空气泡。5.避免离心泵空转或离心泵在出口

42、阀门全关的条件下工作。七、实验数据处理（测量点结果图见图三、图四、图五、图六）A截面的直径14mm； B截面直径28mm；C截面、D截面直径14mm；以D截面的中心为零基准面；D截面中心距基准面为ZD=0mm。 A截面和D截面间距离为100mm；A、B、C截面ZA=ZB=ZC=100（即标尺为100毫米）对这些实验数据分析如下：表二 第一套数据记录表序号项目流量 （l/h）流量 （l/h）流量 （l/h）压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)压强测量值（mmH2O)压头（mmH2O)1静压头2冲压头3静压头4静压头5静压头6静压头7静压头8静压头9

43、静压头10静压头11冲压头12静压头13冲压头14静压头15冲压头1.冲压头分析：冲压头为静压头与动压头之和。实验中观测到，从测压点2至11截面上的冲压头依次下降，这符合下式所示的从截面2流至截面1的柏努利方程。 =-=637-523=114（mmH2o）2.截面间静压头分析:（同一水平面处静压头变化）3.截面间静压头分析：（不同水平面处静压头变化）4.压头损失的计算：5.文丘里测量段分析结论： 7.连续精馏计算机数据采集和过程控制精馏实验一、实验目的1.了解板式精馏塔的结构和操作。2.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。3.学会通过程序运行和电动调节阀的自动调节完成整个实验的调节

44、控制，同时应用计算机系统自动对实验数据进行采集、处理及图像生成。二、实验内容1.测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。2.测定精馏塔在某一流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。三、实验原理 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT.按照式1可以得到总板效率ET,其中NP为实际塔板数。ET （1）部分回流时，进料热状况参数的计算式为 （2）式中： tF 进料温度， 。 tBP 进料的泡点温度， 。 Cpm 进料液体在平均温度（tF+ tP）/2下的比热，KJ/（

45、kmol. ） rm 进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，KJ/kmol KJ/（kmol. ） （3） KJ/kmol （4）式中： CP1， CP2 分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，KJ/（kg. ）。 r1,r2 分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，KJ/kg。M1，M2分别为纯组份1和组份2的摩尔质量，KJ/kmol。x1,x2分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。四、实验装置基本情况1实验设备流程图（如图一所示）：图一 精馏实验装置流程图1-储料罐；2-进料泵；3-放料阀；4-料液循环阀；5-直接进料阀；6-间接进料阀；7-流量计；8-高位槽；9-玻璃观察

46、段；10-精馏塔；11-塔釜取样阀；12-釜液放空阀；13-塔顶冷凝器；14回流比控制器；15-塔顶取样阀；16-塔顶液回收罐；17-放空阀；18-塔釜出料阀；19-塔釜储料罐；20-塔釜冷凝器；21-第六块板进料阀；22-第七块板进料阀；23-第八块板进料阀；T1-T12-温度测点2.实验设备主要技术参数精馏塔实验装置结构参数见表一： 表一 精馏塔结构参数名称直径（mm）高 度（mm）板间距（mm）板 数(块)板型、孔径（mm）降液管材 质塔体573.510010010筛板2.081.5不锈钢塔釜1002300不锈钢塔顶冷凝器573.5300不锈钢塔釜冷凝器573.5300不锈钢表二 乙醇正

47、丙醇 t-x-y 关系 (以乙醇摩尔分率表示，x-液相，y-气相 )t97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38x00.126.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841.0y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141.0乙醇沸点: 78.3; 正丙醇沸点:97.2.3实验仪器及试剂实验物系：乙醇正丙醇（化学纯或分析纯）； 实验物系平衡关系见表二；实验物系浓度要求: 15-25(乙醇质量百分数)，浓度分析使用阿贝折光仪(用户自备)，折光指数

48、与溶液浓度的关系见表三。表三 温度折光指数液相组成之间的关系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.5990251.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37051.3680301.38091.37961.37841.37591.37551.37121.36901.3668351.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.3650 0.64450.71010.79830.84420.90640.95091.000251.36071.36581.36401.36281.36181.36061.3589301.36571.36401.36201.36071.35931.35841.3574351.36341.36201.36001.35901.35731.36531.355130OC下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算: 58.84411642.61325 nD其中：W为乙醇的质量分率； nD为折光仪读数 (折光指数)；通过质量分率求出摩尔分率(X)，