化工原理实验讲义(上)

1、化工原理实验讲义实验一 流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力及摩擦阻力系数的测定方法；2、确定摩擦阻力系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出Re曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数。二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。本实验分为直管摩擦系数l和局部（阀门）阻力系数两种情况。1、直管摩擦系数与雷诺数Re的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即，对一定的相对粗糙度而言，。流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的

2、能量损失为： （1-1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） （1-2）整理（1-1）（1-2）两式得 （1-3） （1-4）式中：管径，m ； 直管阻力引起的压强降，Pa； 管长，m； 流速，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，N·s / m2。 在实验装置中，直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定，则水的密度和粘度也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降与流速（流量V）之间的关系。根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数，用式（1-4）计算对应的Re，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出与Re的关系

3、曲线。2、局部（阀门）阻力系数的测定 （1-5） （1-6）式中：局部阻力系数，无因次； 局部阻力引起的压强降，Pa；局部阻力引起的能量损失，Jkg。图1-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a和b-b，见图1-1，使 abbc ； abbc则 Pf，a b Pf，bc ； Pf，ab= Pf，bc 在aa之间列柏努利方程式： PaPa =2Pf，a b+2Pf，ab+Pf （1-7） 在bb之间列柏努利方程式： PbPb = Pf，bc+Pf，bc+Pf = Pf，a b+Pf

4、，ab+Pf （1-8） 联立式（1-7）和（1-8），则： 2（PbPb）（PaPa）为了实验方便，称（PbPb）为近点压差，称（PaPa）为远点压差。用差压传感器来测量。三、实验装置及流程实验流程示意图见图1-2。水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经流量调节阀14、玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力；或经阀门10测量局部阻力后回到储水槽，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送器12或空气-水倒置型管22来测量。图1-2 流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-

5、局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀； 15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-管线放水阀；25-压差表；26-温度表；27-泵开关；28-总电源开关本实验共有8套实验设备，其主要技术数据如下: 被测光滑直管段：设备编号管径d/ m管长L/ m材料10.0081491.700Cr18Ni920.0080101.700Cr18Ni930.0081611.700Cr18Ni940.

6、0080161.700Cr18Ni950.0081521.700Cr18Ni960.0081501.700Cr18Ni970.0080501.700Cr18Ni980.0080581.700Cr18Ni92. 被测粗糙直管段： 管径 d0.010m； 管长L1.70m； 材料不锈钢管3被测局部阻力直管段： 管径 d0.015m； 管长 L1.2m； 材料不锈钢管4压力传感器： 型号：LXWY 测量范围： 200 KPa5 .直流数字电压表： 型号：PZ139 测量范围：0 200 KPa6离心泵： 型号： WB70/055 流量： 8 m3h 扬程： 12 m 电机功率：550 W 7. 玻璃

7、转子流量计：型 号测量范围/ Lh-1精度LZB4010010001.5LZB10101002.5四、实验步骤及注意事项1、实验步骤向储水槽内注水，直到水满为止。全关出口阀门14，启动离心泵。1) 光滑管阻力测定：关闭局部阻力管阀10、局部阻力近端测压阀6；局部阻力远端测压阀7、15；关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，将光滑管阀17全开。在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀19和回水阀9，旋开倒置U型管进水阀11，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。导压系统如图1-3所示。赶气泡操作方法如下：开大控

8、制阀门开度，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀21，打开阀3、4，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭放空阀21。 该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。 差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取1015组数据。建议当流量小于100Lh时，只用倒置型管来测量压差。2) 粗糙管阻力测定关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测

9、压回水阀9，全开阀18，旋开粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，逐渐调大流量调节阀，赶出导压管内气泡。 从小流量到最大流量，一般测取1520组数据。 直管段的压差用差压变送器测量。光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压变送器，当测量光滑管直管阻力时，要把通向粗糙管直管阻力的阀门关闭；同样当测量粗糙管直管阻力时，要把通向光滑管直管阻力的阀门关闭。图1-3 导压系统示意图13-粗糙管测压进水阀；14-直管压力传感器；15-粗糙管测压回水阀；16-光滑管测压回水阀；17-光滑管测压进水阀；18-U型管进水阀；19-排水阀；20-U型管出水阀；21-U型管放空阀3) 局部阻力测定关闭阀门17和

10、18，全开或半开阀门10，改变流量，用差压变送器测量远点、近点压差。远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关闭；同样当测量近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。4) 测取水箱内水的温度。5) 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。2、实验注意事项1）直流数字表操作方法请仔细阅读说明书后，方可使用。2）较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。3）启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。4）在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。5）利用压力传感器

11、测量大流量下P时，应切断空气水倒置型玻璃管的阀门18、20否则影响测量数值。6）大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热1015分钟，调好数字表的零点，然后启动泵进行实验。五、实验数据记录及数据处理1、将实验数据和数据处理结果列在表格中。表1-1 实验原始数据记录表实验装置编号：_ 实验水温：T_水温： 管径： 管长： 密度： 黏度： 序号流量直管压降(表示)U形管读数l/hkPaR1/mmR2/mm1234562、写出计算示例，即以某一组数据为例写出计算过程。3、在双对数坐标纸上绘出Re关系曲线并与莫迪图进行比较。4、求本实验条件下层流区光滑管Re关系式，并与理论公式比较。六、思考及讨论1、

12、在测量前为什么要将设备中的空气排尽？怎样才能迅速地排尽？2、以水为介质做出的Re关系曲线，能否适用于其他流体？为什么？3、在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的数据是否能关联在一条曲线上？为什么？ 实验二.流量计标定一、实验目的1了解孔板流量计、文丘里流量计及涡轮流量计的构造、工作原理和主要特点。2练习并掌握节流式流量计的标定方法，3练习并掌握节流式流量计流量系数C的确定方法，并能够根据实验结果分析流量系数C随雷诺数Re的变化规律。二、实验内容1测定并绘制节流式流量计的流量标定曲线，确定节流式流量计流量系数C2分析实验数据，得出节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规

13、律。三、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为： 式中：被测流体(水)的体积流量，m3/s； 流量系数，无因次； 流量计节流孔截面积，m2； 流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； 被测流体(水)的密度，kgm3 。 用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量VS。每个流量在压差计上都有一个对应的读数，测量一组相关数据并作好记录，以压差计读数P为横坐标，流量Vs为纵坐标，在半对数坐标上绘制成一条曲线，即为流量标定曲线。同时，通过上式整理数据，可进一步得到流量系数C随雷诺数Re的变化关系曲线。四、实验装置基本情况1实验设备流程图见图一图一 流量计实

14、验流程示意图1-储水箱；2-放水阀；3-离心泵；4-排水阀；5-文丘里、孔板流量计调节阀；6-转子流量计调节阀；7-转子流量计；8-孔板流量计；9，10-孔板测压进出口阀；11-压差传感器；12，13-文丘里测压进出口阀；14-文丘里流量计；15-涡轮流量计：16，17-进水阀；18-温度计图二 实验装置仪表面板图2实验设备主要技术参数：离心泵：型号WB70/055； 贮水槽：550mm×400mm×450mm；试验管路：内径48.0 mm； 涡轮流量计：最大流量 6m3/h；文丘里流量计：喉径15mm； 孔板流量计：喉径15mm；转子流量计：LZB-40，量程400-40

15、00L/h；温度计：Pt100数字仪表显示； 差压变送器： 0-200kPa三、实验方法及步骤1.首先向储水箱内注入蒸馏水至三分之二，关闭流量调节阀5、6，启动离心泵。2.测量文丘里流量计性能，按照流量从小到大顺序进行实验。在阀门6、12、13、16全关的情况下，打开12、13、17阀门，用流量调节阀5调节流量，读取并记录涡轮流量计读数和文丘里流量计压差。3.测量孔板流量计性能，按照流量从小到大顺序进行实验。在阀门6、9、10、17全关的情况下，打开9、10、16阀门，用流量调节阀5调节流量，读取并记录涡轮流量计读数和孔板流量计压差。4.测量转子流量计性能，按照流量从小到大顺序进行实验。在阀门

16、5、9、10、12、13全关，阀门16、17全开的情况下，用流量调节阀6调节流量，读取并记录涡轮流量计读数和转子流量计读数。通过温度计读取并记录温度数据。5.实验结束后，关闭流量调节阀5、6，停泵，一切复原。五、实验注意事项：1.离心泵启动前关闭5、6，避免由于压力过大将转子流量计的玻璃管打碎。 2.测量转子流量计性能时，另一支路即孔板和文丘里支路调节阀5必须关闭，同样测量孔板和文丘里流量计性能时，转子流量计支路调节阀6必须关闭。3.实验水质要保证清洁，以免影响涡轮流量计的正常运行。六. 附实验数据处理过程举例：（以文丘里流量计性能测定数据第1组为例）文丘里流量计两端压差=0.8kPa； 涡轮

17、流量计流量Q=0.9（m3/h）流过管路的流速 0.138（m/s）水的温度为40，查得=0.64×10-3（pa.s），=991.95（kg / m3）雷诺准数 =0.875×104流量系数 用同样处理方法可以得到表二的其它组数据结果。表一 第一套文丘里流量计性能测定原始数据记录及处理结果文丘里流量计(kPa)文丘里流量计(Pa)流量Q(m3/h)流速u(m/s)ReCo10.88000.900.13885701.11421.919001.360.209129501.09333.838001.880.289179011.06846.161002.410.370229471

18、.08159.696002.970.456282791.062612.9129003.450.530328501.064718.1181004.000.614380871.041822.4224004.400.676418961.030926.8268004.840.743460851.0361032.6326005.270.809501791.022表二 第一套孔板流量计性能测定实验数据记录及处理结果 孔板流量计(kPa)孔板流量计(Pa)流量Q(m3/h)流速u(m/s)ReCo146.4464004.850.745461800.789240.1401004.450.683423720.7

19、78333.7337004.020.617382770.767427.7277003.610.554343730.760522.9229003.270.502311360.757617.2172002.800.430266610.748712.6126002.410.370229470.75288.686002.020.310192340.76395.151001.520.233144730.74510220000.940.14489500.736表三：第一套转子流量计性能测定数据记录：转子流量计(L/h)流量Q(m3/h)流速u(m/s)140004.000.885235003.510.77

20、6330003.010.666425002.510.555520002.000.442615001.520.336710000.980.21785000.500.111 图三 第一套文丘里流量计流量系数与Re关系图 图四 第一套文丘里流量计标定曲线图五 第一套孔板流量计流量系数与Re关系图 图六 第一套孔板流量计标定曲线 图七 第一套转子流量计标定曲线实验三 离心泵特性曲线的测定一、实验目的与任务1、了解离心泵的结构特点，熟悉并掌握离心泵的工作原理和操作方法；2、测定离心泵在一定转速下的特性曲线。二、实验基本原理离心泵是一种液体输送机械，它籍助于泵的叶轮高速旋转，使充满在泵体内的液体在离心力的

21、作用下，从叶轮中心被甩至边缘，在此过程中液体获得能量，提高了静压能和动能。液体在离开叶轮进入壳体时，由于流动截面积的增大，部分动能变成静压能，进一步提高了静压能。流体获得能量的多少，不仅取决于离心泵的结构和转速，而且与流体的密度有关。当离心泵内存在空气，空气的密度远比液体的小，使离心泵所产生的离心力不足以在泵的进口处形成所需的真空度，无法吸入液体，该现象称为“气缚”。为了保证离心泵的正常操作，在启动前必须在离心泵和吸入管路内充满液体，并确保运转过程中尽量不使空气漏入。离心泵的主要性能参数是扬程H、流量Q、功率N、效率和转速n。在一定的转速下，离心泵的扬程、功率、效率均随流量的大小改变。扬程与流

22、量的特性曲线H=f（Q）、功率消耗与流量的特性曲线N=f（Q）、以及效率与流量的特性曲线=f（Q）是离心泵的三条特性曲线。它们与离心泵的设计、制造有关，必须由实验测定。泵特性曲线的具体测定方法如下： 1、扬程的测定在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程： （3-1） （3-2）上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方程中其它项比较，值很小，故可忽略。于是上式变为： (3-3)将测得的和的值以及计算所得的代入上式即可求得H的值。2、轴功率的测定功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率N=电

23、动机的输出功率，kw电动机的输出功率=电动机的输入功率×电动机的效率。泵的轴功率=功率表的读数×电动机效率，kw。3、效率的测定 (3-4) (3-5)式中：泵的效率；N泵的轴功率，kwNe泵的有效功率kw；H泵的压头，mQ泵的流量，m3/s；水的密度，kg/m3三、实验装置与流程水泵2将水槽1内的水输送到实验系统，用流量调节阀8调节流量，流体经涡轮流量计5计量后，流回储水槽。流程示意图见图3-1。实验设备主要技术参数如下：离心泵：流量Q=1.27.2 m3/h ，扬程H=1419m ，轴功率N=550w真空表测压位置管内径d入=0.030m压强表测压位置管内径d出=0.0

24、30m真空表与压强表测压口之间的垂直距离h =0.355m实验管路d=0.050m电机效率为60% 图3-1 离心泵性能测定实验装置流程示意图1-水箱 2-离心泵 3-真空表 4-出口压力表 5-涡轮流量计6-温度计7-排水阀计 8-流量调节阀 9-流量表10-功率表 11-流体温度表 12-变频器 13-总电源关 14-总电源开关 15 底阀四、实验步骤及注意事项1、实验步骤1）向储水槽1内注入蒸馏水。水位最好没过回水出口，避免震动。2）检查流量调节阀8，压力表4及真空表3的开关应关闭。3）启动实验装置总电源，启动离心泵，缓慢打开调节阀8至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方

25、可测取数据。4）调节流量，测取数据。可从0至最大流量。一般测1215组数据。5）每次在稳定的条件下同时记录：流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。6）实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。2、注意事项1）该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好地接地。2）启动离心泵前，关闭流量调节阀，压力表和真空表的开关以免损坏涡轮流量计和压强表。五、实验数据记录及数据处理1、将实测数据记入表3-1；2、将所取得的实验数据及通过计算求得的各参数在坐标纸上作出以下三条特性曲线：扬程和流量的特性曲线H Q；轴功率消耗和流量的特性曲线N Q；效率和流量的特性曲线Q；表3-1 原始数据记录表实验装置编

26、号：_ 实验水温：T_序号流量ls压力表MPa真空表MPa功率kW转速rpm六、思考及讨论1、离心泵在启动前为什么要引水灌泵？如果已经引水灌泵了，但离心泵还是启动不起来，你认为可能是什么原因？2、为什么离心泵启动时要关闭出口阀和拉下功率表的开关？3、为什么调节离心泵的出口阀可调节其流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其它方法调节泵的流量？4、正常工作的离心泵，在其进口管上设阀门是否合理？为什么？5、为什么在离心泵的进口管下安装底阀？从节能观点上看，底阀的设置是否有利？你认为应如何改进？ 实验四 恒压过滤常数的测定一、实验目的及任务1、了解板框压滤机的构造，学会板框压滤机的操作方法； 2、在恒压

27、操作时测定过滤常数K，qe，e，并以实验所得结果验证过滤方程式；3、测定压缩指数s和物料特性常数k；4、了解操作压力对过滤速率的影响；5、了解压力定值调节阀的工作原理和使用方法。二、实验基本原理过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，从而实现固液分离，因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，其过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差p，滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故难以用流体力学的方法

28、处理。比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式： (4-1)式中，u过滤速度，m/s；K康采尼常数，层流时，K=5.0；床层的空隙率，m3/m3；a颗粒的比表面积，m2/m3；p过滤的压强差，Pa；滤液的粘度，Pa.s；L床层厚度，m。由此可导出过滤基本方程式为 (4-2)式中，V滤液体积，m3；过滤时间，s；A过滤面积，m2；S滤饼压缩性指数，无因次。一般情况下S=01，对不可压缩滤饼

29、S=0；r滤饼比阻，1/m，r=；单位压差下的比阻，1/m2，r=；v滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次；Ve虚拟滤液体积，。恒压过滤时，令k=，q=，对式(4-2)积分可得 (4-3)式中，q单位过滤面积的滤液体积，；qe单位过滤面积的虚拟滤液体积，；e虚拟过滤时间，s；K滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定，。K，qe，e三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道K，qe，e，它们只有通过实验才能确定。对式（4-3）微分整理可得 （4-4）该式表明以 为纵坐标，以q为横坐标作图可得一直线，直线斜率为2/K，截距为2 qe /K。在实验测定中，为便于计算，可用替代，把式

30、（4-4）改写成 （4-5）在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔i(i=1 、2 、3······)及对应的滤液体积Vi(i=1 、2 、3······)，也可采用计算机软件自动采集一系列时间间隔i(i=1 、2 、3······)及对应的滤液体积Vi(i=1 、2 、3······)，由此算出一系列i，qi，qi在直角坐标系中绘制q的函数关系，

31、得一直线。有直线的斜率便可求出K和qe，再根据，求出e。 改变实验所用的过滤压差p，可测得不同压强差下的K值，由K的定义式两边取对数得 (4-6)在实验压差范围内，若k为常数，则lgKlg(P)的关系在直角坐标上应是一条直线，直线的斜率为（1-s），可得滤饼压缩性指数s，由截矩可得物料特性常数k。三、实验装置及流程图4-1 恒压过滤常数测定实验装置流程图1-配料槽 2-压力料槽 3-板框压滤机 4-压力表 5-安全阀 6-压力定值调节阀 7-洗涤液槽 8-压缩机本实验装置由空压机、配料槽、压力储槽、板框过滤机和压力定值调节阀等组成。其实验流程如图4-1所示。MgCO3的悬浮液在配料桶内配置一定

32、浓度后利用位差送入压力储槽中，用压缩空气加以搅拌使MgCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将料浆送入板框过滤机过滤，滤液流入量筒或滤液量自动测量仪计量。板框过滤机的结构尺寸如下：框厚度25mm，每个框过滤面积0.024m2，框数2个。空气压缩机规格型号为：2VS0.08/7，风量0.08m3/min，最大气压为0.7MPa。四、实验步骤及注意事项1、实验步骤过滤实验：1) 配制含MgCO3 8%13%(wt.%)的水悬浮液；2) 熟悉实验装置流程；3) 开启空气压缩机；4) 正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前先用水浸湿。滤布要绑紧，不能起绉（用丝杆压紧时，千万不要把手压伤，先慢慢转动手轮使

33、滤框合上，然后再压紧）；5) 打开阀（3）、（2）、（4），将压缩空气通入配料槽，使MgCO3悬浮液搅拌均匀；（开阀时从小到大缓慢打开，以防止悬浮液喷出配料槽）6) 关闭阀（2），打开压力料槽排气阀（18），打开阀（6），使料浆由配料桶流入压力料槽至1/22/3处，关闭阀（6）；7) 打开阀（5），后打开阀（7）、阀(8) 、阀(15)通压缩空气入压力料槽，再打开阀(20)开始做低压过滤实验(压力为0.02MPa左右)；8) 每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时刻作为开始时刻，每次V取为800ml左右，记录相应的过滤时间。要熟悉双秒表轮流读数的方法。量筒交替接液时不要流失滤液。等量筒内滤液静止后

34、读出V值和记录值。测量68个读数即可停止实验。9) 关闭阀（7）、阀(8)、 阀(20)，再打开阀（9）、阀（10）、阀（20），重复上述操作做中等压力过滤实验(压力在0.2MPa左右)。10) 关闭阀（15）、阀（20）打开阀（6）、（4），将压力料槽剩余的悬浮液压回配料桶，关闭阀（4），阀（6）。洗涤实验：打开阀（14），进行横穿洗涤，测定洗涤速率。测定完后关闭阀门。打开排气阀（12），卸除压力料槽内的压力。然后卸下滤饼，清洗滤布、滤框及滤板。关闭空气压缩机电源，总电源开关。2、注意事项1）滤饼、滤液要全部回收到配料桶 。2）过滤进行时，阀(18)一定要稍开一点，以搅拌料液。3）搅拌及压力

35、槽料浆压回配料槽时注意要控制好阀门的开度，以免料浆溅出配料槽五、实验数据记录及数据处理1、将实测数据记入表4-1，计算结果记入计算结果表。2、由恒压过滤实验数据求过滤常数K，qe，e；3、比较几种压差下的K、qe及e值，讨论压差变化对以上参数数值的影响；4、在直角坐标纸上绘制关系曲线，求出S 及k；5、写出完整的过滤方程式，弄清其中各个参数的符号及意义；6、比较洗涤速率与过滤终了时的过滤速率两者之间的关系。表4-1 原始数据记录表实验装置编号：_ 操作压力：P_MPa 序号时间t（秒）体积V(ml)12345678六、思考及讨论1) 通过实验你认为过滤的一维模型是否适用？2) 当操作压强增加一

36、倍，其K值是否也增加一倍？要得到同样的过滤液，其过滤时间是否缩短了一半？3）影响过滤速率的主要因素有哪些？4）滤浆浓度和操作压强对过滤常数K值有何影响？5）为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？实验五 固体流态化一、实验目的和任务1、学习流体通过固体颗粒层流动特性的测量方法；2、观察散式流化和聚式流化的实验现象；3、测定流化曲线和临界流化速度，验证流体通过固体颗粒床层的规律，加深对这些规律的认识和理解；4、测定液体和气体分别通过固体颗粒床层时流速与床层压降的关系；5、观察空气固体颗粒床中颗粒输送现象及旋风分离器收集颗粒的现象。二、实验基本原理流体通过固体颗粒床层时，流体的流速

37、保持在一定的范围内将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，并在流体作用下使颗粒作翻滚运动，类似于液体的沸腾，从而大大强化了物质的扩散过程，提高了反应速度，具有流体的某些特性故这种状态为固体流态化。流态化技术是研究和处理工业过程中固体颗粒与气相、液相、气液相之间的混合、传质、传热的多相流技术。流态化技术是化学工程及相关学科中一个非常重要的研究领域，在石油化工、煤燃烧、制药、污水处理等过程中得到重要应用。掌握流态化技术，了解流态化床层的性质对工业生产和科学研究都有重要的意义。根据系统的不同，流化床可以分为散式流化床和聚式流化床。由液-固系统形成的流化床，由于固体颗粒和液体颗粒的密度相差不是很大，当颗粒的

38、直径很小时，流体以较低速度通过固体颗粒床层，就能形成流化态。且个个粒子的运动以相对比较一致的平均自由路程通过床层，床层有相对稳定的上界面，固体颗粒均匀的分散在液体中，这种流化态称为散式流化。对气-固系统形成的流化床，因为固体颗粒与气体的密度差很大或颗粒直径较大，气体必须以较大的速度通过固体颗粒床层，此时的流化态是不平稳的。气体通过固体颗粒床层时，主要是呈大气泡状态，由于这些气泡的上升与破裂，床层上界面波动大，更看不到清晰的上界面，所以将这种气固系统所形成的流态化称为聚式流态化。根据流体通过固体颗粒床层的流速大小，床层可表现为固定床层、流化床层和气体输送等阶段。在各个阶段，流体的流速与床层压降关

39、系具有不同的规律。1 流体通过固定床层的压降与流体流速的关系关于流体通过固体床层的压降与流速之间的关系，一般使用欧根半经验公式进行计算 (5-1)式中 p床层压降，Pa；颗粒平均直径，m；床层空隙率；L床层高度，m；流体粘度，Pa·s；u以床层横截面为基准的流体速度，m/s；测定温度下流体的密度，kg·m-3；s 球形度；公式（5-1）中，右边第一项为粘性阻力，第二项为空隙收缩放大而导致的局部阻力。欧根采用的系数=150，=1.75。2 临界流化速度的确定为保持稳定的流化床操作，需要将流体流速控制在一定的范围内。其起始流化速度为临界流化速度；流化床消失的速度为带出速度。稳定

40、流态化操作的流体流速应控制在临界流化速度和带出速度之间。这两个速度对流化设备的设计和操作都是至关重要的。临界流化速度可由公式计算出，为数众多的计算颗粒初始流态化速度的公式大体上分为三类:第一类以Ergun 公式为基础，引入经验系数加以修正；第二类以某种流体力学关系为基础；第三类属于纯经验公式。然而，液固流态化颗粒特性计算公式很多，计算结果差别很大，例如，据不完全统计，有关资料上介绍适用于球形颗粒初始流态化速度umf的经验公式超过30 种。 在众多的计算公式中， Ergun 型的计算式适用的较宽， 精度较高。当颗粒雷诺数<5时，可用李伐公式计算： （5-2）式中 颗粒平均直径，m； 流体粘

41、度，Pa·s。(a) (b)图5-1 流化床的L、P随流化床表观速度u的变化关系临界流化速度umf也可以通过实验测得。临界流化速度与颗粒的性质及流体的性质有关。由实验做出p/L-u图，由曲线的斜率计算出临界流化速度。由图5-1（b）可以看出，在固定床阶段压降与流体流速的关系为 （5-3）又流化床层的压降式可以写成 （5-4）联立上两式，可得 （5-5）测得流体速度u与压降的数据，标出流化曲线，求出直线的斜率K，进而求出临界流化速度。比较图中的临界流化速度与计算出的流化速度。带出速度只测气固流化床，并采用旋风分离器对固体颗粒进行分离，使固体粒循环使用。为了防止固体颗粒的损失而影响实验的

42、进行，所以不作液固流态化相关的实验。三、实验装置及流程如图5-2所示，实验装置主要由散式（液-固系统）流化部分和聚式（气-固系统）流化部分组成。两个部分各有一个透明二维床。床底部的分布板是不锈钢多孔板，床层内的固体颗粒为砂粒。图5-2 固体流态化实验装置流程图1-泵；2、8、9-转子流量计；3、10-温度计；4、11-分布板；5、12-床层；6、13-U型管压差计；7-风机；14-旋风分离器；15-灰斗对气-固系统，空气由风机供给，经过流量调节阀、转子流量计进入分布板。空气流经二维床中固体床层后从旋风分离器顶部排出，而颗粒落入灰斗中。通过调节空气流量，可以进行不同流动状态下的测定实验。设备中装

43、有压差计指示床层压降，标尺用于测量床层高度。对液-固系统，用泵输送的水经调节阀、转子流量计送至分布板，经二维床层后从床层上部溢流至下水槽。颗粒特性及设备参数列于表5-1中。表5 -1装置的颗粒特性及设备参数表截面积Amm2粒径dmm粒重Wg球形度s颗粒密度S kg/m3气-固系统120×200.415一定量1.01040液-固系统140×200.475一定量1.02490四、实验步骤及注意事项1、实验步骤在熟悉实验设备、流程、各控制开关、阀门的基础上按以下步骤进行实验：散式流态化（液-固系统）1）检查阀应处于全关状态；2）启动泵（按下绿色按钮，启动前应搬动泵轴使其转动灵活）

44、；3）缓缓打开阀，流量计浮子升起，使流化床内充满水至上部溢流槽，检查U形管压差计的测压引线如有气泡应排除；4）调节阀从小到大测取十个以上不同流量下的床层压降值，同时观察床层的变化（记录下床层高度和变化现象）；5）结束实验：先把阀全关恢复固定床状态，然后按下红色按钮停泵。聚式流态化（气-固系统）1）检查阀应处于全开状态，阀、应处于全关状态；2）启动鼓风机（按下绿色按钮）；3）缓缓打开阀，关小阀，待床层出现流态化后重新打开阀关闭阀恢复固定床状态；4）调节阀（小流量调节阀，大流量调节阀）和阀从小到大测取十个以上不同空气流量下的床层压降值，同时观察床层的变化（记录下床层高度和变化现象）；5）结束实验：

45、先把阀全开，然后全关、恢复固定床状态，然后按下红色按钮停风机。2、注意事项1）实验过程中要注意水电安全；进实验室要通风换气，离开时要关闭电气水的开关。2）注意泵和风机的正确使用方法。3）实验记录开始前，先调大流速稳定流化一段时间。五、实验数据记录及数据处理1）将实测数据记入表5-2。通过数据处理，绘出流态化压强降、床层高度与流速关系曲线图。2）根据流态化曲线的斜率，计算出临界流化速度。3）求取实测的临界流化速度umf，并与理论值进行比较。4）对实验中观察到的现象，运用流体与颗粒运动的规律加以解释。表5-2 原始数据记录表实验装置编号：_ 操作温度：T_序号流量(l/h)床层压力降(mmH2O)

46、床层高度L(cm)床层现象R1R2六、思考及讨论1）临界流化速度与哪些因素有关？2）流态化时流体的流速应控制在什么范围？3）说明为什么在流化曲线上会出现一“驼峰”？4）气固流态化实验中，实际流化时，p为什么会波动？5）由小到大与由大到小改变流体流量测定的流化曲线是否重合，为什么？实验六 空气在圆形直管中对流传热系数的测定一、实验目的与任务1、 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2、 通过实验掌握传热膜系数的测定方法，并分析影响的因素；3、 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；4、 通过实验提高对关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；5、 掌握测温热电偶的使用方法。二、

47、实验基本原理1、水蒸气冷凝传热系数0与空气对流传热系数i测定在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定状态后，有如下关系式：VCP(t2t1)0A0(TTW)miAi(twt)m （6-1）式中 V被加热流体体积流量，m3/s；被加热流体密度，kg/m3；CP被加热流体平均比热，J/(kg·)；0、i水蒸气对内管外壁的冷凝传热系数和流体对内管内壁的对流传热系数，W/(m2·)；t1、t2被加热流体进、出口温度，；A0、Ai内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(TTW)m水蒸气与内管外壁间的对数平均温度差，； （6-2）(twt)m内管内壁与空气的对数平均温度差，； （6-3）式中 T1、T2蒸汽进、出口温度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2外壁和内壁上进、出口温度，。当内管材料导热性能很好且管壁很薄时，可认为Tw1tw1，Tw2tw2，即为所测得的该点的壁温。由式（6-1）、（6-2）与（6-3）可得：   （6-4）   （6-5）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积A0或Ai，以及水蒸气温度T，壁温Tw1、Tw2，则可通过式（6-4）算得实测