化工基础实验

1、 序序 言言1 1. .管路阻力实验管路阻力实验2 2. .孔板流量计的校核实验孔板流量计的校核实验3 3. .离心泵性能实验离心泵性能实验4 4. .强制对流给热系数的测定实验强制对流给热系数的测定实验5 5. .填料吸收塔的水力学性能测定实验填料吸收塔的水力学性能测定实验6.6.精馏实验精馏实验7.7.板式塔精馏实验板式塔精馏实验8 8三釜串联反应测定实验三釜串联反应测定实验9 9. .无梯度反应器测定实验无梯度反应器测定实验1010流化床基本特性测定流化床基本特性测定 化工生产中，生产各种产品的流程千差万别，都是由若干个化工生产中，生产各种产品的流程千差万别，都是由若干个单元操作构成的，

2、而这些单元操作的共同的特点是改变了物料的单元操作构成的，而这些单元操作的共同的特点是改变了物料的状态，未改变它们的化学性质。可归纳为动量传递、热量传递和状态，未改变它们的化学性质。可归纳为动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程。质量传递三种传递过程。 生产中的物料绝大多数是流体，而流体的流动和输送是生产生产中的物料绝大多数是流体，而流体的流动和输送是生产中必不可少的。流体在流动时，受流体的性质、阻力、输送设备中必不可少的。流体在流动时，受流体的性质、阻力、输送设备等因素的影响，必须研究流体的流动形态和阻力，了解和正确使等因素的影响，必须研究流体的流动形态和阻力，了解和正确使用输送设备，测量流

3、体流动过程中的各种参数，对设备性能进行用输送设备，测量流体流动过程中的各种参数，对设备性能进行评比、选择，为强化设备提供理论依据。评比、选择，为强化设备提供理论依据。 热量传递是化工生产和控制化学反应进行的重要的条件，了热量传递是化工生产和控制化学反应进行的重要的条件，了解传热的基本原理、过程、传热设备的结构和工作原理，分析影解传热的基本原理、过程、传热设备的结构和工作原理，分析影响传热的各种因素，通过实验，加深对传热过程和传热设备的了响传热的各种因素，通过实验，加深对传热过程和传热设备的了解，掌握如何提高设备的传热能力和强化传热的途径。解，掌握如何提高设备的传热能力和强化传热的途径。序 言

4、质量传递是通过流体间的相界面而完成物质的传递。塔设质量传递是通过流体间的相界面而完成物质的传递。塔设备是两相传质的场所，按结构分为填料塔和板式塔。填料塔是备是两相传质的场所，按结构分为填料塔和板式塔。填料塔是气气-液两相在床中逆向流动传质的；板式塔是气液两相在床中逆向流动传质的；板式塔是气-液两相或液液两相或液-液液在塔板上错流或逆流传质的。气体吸收和液体精馏两种单元操在塔板上错流或逆流传质的。气体吸收和液体精馏两种单元操作是传质过程的典型实例，为观察塔内流体的流动情况，了解作是传质过程的典型实例，为观察塔内流体的流动情况，了解传质设备的操作原理和结构特点，对填料塔或板式塔的压降、传质设备的操

5、作原理和结构特点，对填料塔或板式塔的压降、液泛气速、传质效率等参数的测定，考察塔的流体力学性能、液泛气速、传质效率等参数的测定，考察塔的流体力学性能、传质速率、传质系数等，为合理选用和使用塔提供理论依据。传质速率、传质系数等，为合理选用和使用塔提供理论依据。 化学反应工程研究的是工业规模下进行的化学反应。要把化学反应工程研究的是工业规模下进行的化学反应。要把一个化学反应从实验室到放大为工业规模，就必须结合化学反一个化学反应从实验室到放大为工业规模，就必须结合化学反应和反应过程的特点，研究工业规模下影响反应的各种因素，应和反应过程的特点，研究工业规模下影响反应的各种因素，而不是其在理想条件下的反

6、应过程。而不是其在理想条件下的反应过程。 反应器的类型繁多，反应过程中不但包括化学反应，还伴反应器的类型繁多，反应过程中不但包括化学反应，还伴随有热量的传递、物料的流动和混合等过程。反应器的构形及随有热量的传递、物料的流动和混合等过程。反应器的构形及器内流动状态、流动条件和停留时间对反应体系有极大的影响，器内流动状态、流动条件和停留时间对反应体系有极大的影响，这些过程影响着化学反应的最终结果。这些过程影响着化学反应的最终结果。 内循环无梯度反应器是一个连续搅拌釜式反应器，判断器内循环无梯度反应器是一个连续搅拌釜式反应器，判断器内流体是否达到无梯度，即流体在器内是否达到完全返混，通内流体是否达到

7、无梯度，即流体在器内是否达到完全返混，通过测定流体在器内的停留时间分布，就能确定是否为全混流。过测定流体在器内的停留时间分布，就能确定是否为全混流。而而物料在连续流动搅拌釜式反应器中的停留时间分布，可反映物料在连续流动搅拌釜式反应器中的停留时间分布，可反映器内物料的流动情况，而流况又对反应速率、转化率、产品的器内物料的流动情况，而流况又对反应速率、转化率、产品的质量等产生影响，测定反应器的停留时间分布，可改进反应器质量等产生影响，测定反应器的停留时间分布，可改进反应器的性能，提高反应的转化率和产品的收率，为在以后的科研或的性能，提高反应的转化率和产品的收率，为在以后的科研或工作中能正确选用反应

8、器、确定最佳的反应条件和实现反应过工作中能正确选用反应器、确定最佳的反应条件和实现反应过程的优化，提供可靠的理论依据。程的优化，提供可靠的理论依据。实验原理实验原理 雷诺数的测定雷诺数的测定 流体在管道内流动时，其流动形态与平均流速流体在管道内流动时，其流动形态与平均流速u u、密度密度 、粘度、粘度 和管径和管径d d等有关。该实验是以水为介质，在管道等有关。该实验是以水为介质，在管道中改变流量，观察水的质点依次呈直线、弯曲线、紊乱线三种中改变流量，观察水的质点依次呈直线、弯曲线、紊乱线三种状态，并用所测的流量、管径及、当时温度下的密度和粘度，状态，并用所测的流量、管径及、当时温度下的密度和

9、粘度，计算出相应的雷诺系数。计算出相应的雷诺系数。 gudlgphf221局部阻力损失可表示为局部阻力损失可表示为流体的流动形态和管路阻力实验流体的流动形态和管路阻力实验实验目的实验目的 了解流体的流动，建立流型概念；通过测定流量，计算雷诺了解流体的流动，建立流型概念；通过测定流量，计算雷诺数，判断流形，测定不同流况下的雷诺数数，判断流形，测定不同流况下的雷诺数; ; 测定流体在管内流测定流体在管内流动时的阻力损失，绘出动时的阻力损失，绘出 与与R Re e的关系曲线的关系曲线管路阻力的测定管路阻力的测定 当流体在管内流动时，流体内存在粘性剪应力当流体在管内流动时，流体内存在粘性剪应力和涡流，

10、引起压力损失，压力损失包括流体流经直管阻力及局部和涡流，引起压力损失，压力损失包括流体流经直管阻力及局部阻力，直管损失的压头可用下式表示：阻力，直管损失的压头可用下式表示： 或把流体流过管件或阀门时产生的阻力损失，换算成相当于直或把流体流过管件或阀门时产生的阻力损失，换算成相当于直管管径的若干米长的直管，称为当量长度。局部阻力与直管损管管径的若干米长的直管，称为当量长度。局部阻力与直管损失的压头之和可表示为失的压头之和可表示为 p/g=p/g=(ll + +lle e) )u u2 2/(2/(2gdgd) ) 从压差计上测出流体流经直管和管件所产生的压降，即可算从压差计上测出流体流经直管和管

11、件所产生的压降，即可算得和得和R Re e之值，并关联出和之值，并关联出和R Re e的关系曲线。的关系曲线。 实验步骤实验步骤 对照装置，检查设备，熟悉流程。启动离心泵，打开出口阀对照装置，检查设备，熟悉流程。启动离心泵，打开出口阀和雷诺管两端阀门及色线阀，观测管内的流动情况，并测出流和雷诺管两端阀门及色线阀，观测管内的流动情况，并测出流量；改变流量，记录观测的数据和现象。量；改变流量，记录观测的数据和现象。 关闭雷诺管阀门，打开直管阀门，测定在一定流量下产生的关闭雷诺管阀门，打开直管阀门，测定在一定流量下产生的压降，并对不同的管子进行测量。调节阀门，使流量由大到小压降，并对不同的管子进行测

12、量。调节阀门，使流量由大到小变化，每测定一组数据后，稳定变化，每测定一组数据后，稳定2 23min3min，再读取相应的数据。，再读取相应的数据。 Hf =u2/2g综合流体力学实验图综合流体力学实验图实验目的实验目的 (1)(1)了解孔板流量计的测量方法和性能。了解孔板流量计的测量方法和性能。 (2)(2)标定流量计标定流量计( (孔板或文丘里流量计孔板或文丘里流量计) )，作出孔流系数，作出孔流系数CCo o与与ReRe的关系曲线。的关系曲线。 实验原理实验原理 孔板流量计是利用流体通过锐孔板的节流作用，使流体的流速增大，压强孔板流量计是利用流体通过锐孔板的节流作用，使流体的流速增大，压强

13、减小，造成孔板前后产生压强差，而测量流体流量的一种方法。孔板前后的减小，造成孔板前后产生压强差，而测量流体流量的一种方法。孔板前后的压强差随流体流量大小发生变化，作为流量测量的依据，用柏努利方程表示压强差随流体流量大小发生变化，作为流量测量的依据，用柏努利方程表示gugpHgugpH2222222211Hguugpp2212221当在水平管道上时当在水平管道上时, ,由于由于H H1 1= =H H2 2 上式可改写为上式可改写为 由于流体在流过孔板流量汁时产生缩脉，缩脉的位置随流速的大小而由于流体在流过孔板流量汁时产生缩脉，缩脉的位置随流速的大小而变化，截面积难以确定，而孔板孔径的面积变化，

14、截面积难以确定，而孔板孔径的面积S So o为已知，因此，用孔径处的为已知，因此，用孔径处的流速流速u uo o来代替式中的来代替式中的u u2 2考虑这种代替会带来误差以及对实际流体局部阻力考虑这种代替会带来误差以及对实际流体局部阻力造成能量损失，故需用系数造成能量损失，故需用系数CC加以校正。式可写为加以校正。式可写为 孔板流量计的校正孔板流量计的校正HCuuo2212 对不可压缩流体，将对不可压缩流体，将u u1 1=u=uo oS So o/S1/S1代入上式中，整理后得代入上式中，整理后得 令令 Co= 210)(1/2SSHCuo210)(1SSC Qv=uoSo=CoSoH2)(

15、2RgR即可算出其体积流量即可算出其体积流量 CCo o由孔板锐孔的形状、测压口位置、孔径与管径之比、管壁的粗糙度和流由孔板锐孔的形状、测压口位置、孔径与管径之比、管壁的粗糙度和流体的流动情况所决定。当孔板的体的流动情况所决定。当孔板的d d0 0/ /d d1 1为一定值，测压孔的位置一定，则为一定值，测压孔的位置一定，则CC0 0与与R Re e有关，即有关，即CC0 0与流体的流速有关。与流体的流速有关。实验步骤实验步骤 熟悉实验流程，检查设备，排除管道内压差计中积存的气体，调整好熟悉实验流程，检查设备，排除管道内压差计中积存的气体，调整好U U型型测压计的零点。测压计的零点。启动离心泵

16、，打开泵出口阀门、调节直管阀门，使水能回流到水箱。打开孔启动离心泵，打开泵出口阀门、调节直管阀门，使水能回流到水箱。打开孔板流量计两侧测压阀门，测出板流量计两侧测压阀门，测出U U型管上的压差值，并用调节阀将回水切换到型管上的压差值，并用调节阀将回水切换到小水箱，记录流量，同时用秒表计时。小水箱，记录流量，同时用秒表计时。将泵出口阀逐渐打开，保持稳定将泵出口阀逐渐打开，保持稳定2 23min3min，由小到大调节不同的流量，读取，由小到大调节不同的流量，读取相应数值。所有参数测定完毕后，关闭所有阀门，切断水源，关闭电源。相应数值。所有参数测定完毕后，关闭所有阀门，切断水源，关闭电源。或或 Qv

17、=CoSo离心泵性能的测定离心泵性能的测定 实验目的实验目的 熟悉离心泵的性能和工作原理。熟悉离心泵的性能和工作原理。 在一定转速下，测定离心泵的特性曲线。在一定转速下，测定离心泵的特性曲线。 实验原理实验原理n 离心泵是生产中应用最广泛的一种流体输送设备，其特性参数主要包括流离心泵是生产中应用最广泛的一种流体输送设备，其特性参数主要包括流量量Q ,扬程扬程He,功率功率N和效率和效率等，这些参数之间有着一定的关系。在一定转速下，等，这些参数之间有着一定的关系。在一定转速下，He、N和和都随着输送液体的流量都随着输送液体的流量Q的变化而发生变化，通过实验测定不同的的变化而发生变化，通过实验测定

18、不同的Q、He、N和和的值就可以作出离心泵在该转速下的特性曲线。的值就可以作出离心泵在该转速下的特性曲线。n 在输送管路系统中，离心泵压送的流体量在输送管路系统中，离心泵压送的流体量Q由实验装置中的流量计测定，压力由实验装置中的流量计测定，压力表和真空表的读数从安装在装置中的压力表和真空表上读出。根据柏努利方程，表和真空表的读数从安装在装置中的压力表和真空表上读出。根据柏努利方程，确定水经离心泵后所增加的压头，此压头通常称为扬程片确定水经离心泵后所增加的压头，此压头通常称为扬程片He其计算式为其计算式为eHfohguuhHH22122真压若很小，若很小，hf0,u1=u2时时,可改写可改写 H

19、e=H压压+H真真在该实验装置中，压力表的读数用装在该实验装置中，压力表的读数用装置中的压力表测定，因泵为自灌式，置中的压力表测定，因泵为自灌式， 真空表的读数为零，符合真空表的读数为零，符合ho很小，很小，hf0，u1=u2的条件。的条件。离心泵的轴功宰离心泵的轴功宰N足指泵轴所消耗的电功率。其表达式为足指泵轴所消耗的电功率。其表达式为 N=N电机电机+传动传动+电机电机 综上所述，在离心泵输水管路系统中，测定出输水量及各种情况下的能量变化综上所述，在离心泵输水管路系统中，测定出输水量及各种情况下的能量变化(压力降压力降)再测出泵轴功率，即可关联出再测出泵轴功率，即可关联出 He-Q 、N-

20、Q、-Q等曲线来。等曲线来。实验步骤实验步骤检查实验装置及电功率表接线情况。检查实验装置及电功率表接线情况。启动离心泵，打开泵出口阀门，察看水箱中有无回水声，若无，检查泵是否工作启动离心泵，打开泵出口阀门，察看水箱中有无回水声，若无，检查泵是否工作或管路系统的阀门是否未打开；若有水回流则关闭泵出口阀门，记录或管路系统的阀门是否未打开；若有水回流则关闭泵出口阀门，记录Q=0时压力时压力表的读数。表的读数。将泵出口阀逐渐打开，保持稳定将泵出口阀逐渐打开，保持稳定2-3min，由小到大调节不同的流量，变更，由小到大调节不同的流量，变更 810次，读取相应数值；用调节阀将回水切换到小水箱，记录流量，同

21、时用秒表计时，次，读取相应数值；用调节阀将回水切换到小水箱，记录流量，同时用秒表计时，用功率表测定离心泵的轴功率。用功率表测定离心泵的轴功率。所有参数测定完毕后，关闭所有阀门，切断水源，关闭电源所有参数测定完毕后，关闭所有阀门，切断水源，关闭电源。气体强制对流传热系数的测定气体强制对流传热系数的测定实验目的实验目的 熟悉传热设备；了解传热原理和强化传热的途径，分析热交换过程熟悉传热设备；了解传热原理和强化传热的途径，分析热交换过程的影响因素。的影响因素。 测定热空气与水在并流和逆流条件下的总传热系数测定热空气与水在并流和逆流条件下的总传热系数K。测定努塞尔。测定努塞尔数数 Nu 与雷诺数与雷诺

22、数Re之间的关系，确定它们的关联式。之间的关系，确定它们的关联式。实验原理实验原理 传热过程分为传导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产传热过程分为传导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产中，按冷中，按冷,热流体的接触方式分为直接接触式、问壁式和蓄热式三种。热流体的接触方式分为直接接触式、问壁式和蓄热式三种。本实验采用的套管式换热器，热空气与水在套管内进行换热，传热本实验采用的套管式换热器，热空气与水在套管内进行换热，传热方程为方程为=KAtm 在稳定传热过程中，热空气通过换热器壁面将热量传给冷水，无在稳定传热过程中，热空气通过换热器壁面将热量传给冷水，无热量损失，两流体也未发生相变化

23、，冷流体吸收热量与热流体放出热量损失，两流体也未发生相变化，冷流体吸收热量与热流体放出的热量相等，因此，传热速率衡算式为的热量相等，因此，传热速率衡算式为 =WgC（T1-T2） 根据传热关系，传热系数根据传热关系，传热系数K是由以下几个分热阻的倒数组成，即是由以下几个分热阻的倒数组成，即n 因因冷却水的给热系数冷却水的给热系数2较大，较大，d1/（2d2）值较小；）值较小；值较大值较大，d1/dm值值也较小，故也较小，故 d1/（2d2）和）和d1/dm可略去。于是，可认为空气在圆管内作强可略去。于是，可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即制对流的给热

24、系数近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即K=1当热空当热空气在圆形直管中作强制湍流流动时，传热系数气在圆形直管中作强制湍流流动时，传热系数(给热系数给热系数)的关联式可写为的关联式可写为 mdddadaK1221111nmeRANuPr 空气的努塞尔数受给热系数阿的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影空气的努塞尔数受给热系数阿的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，因此可改写为因此可改写为mBNuRe实验步骤实验步骤检查设备，做好操做前准备工作。检查设备，做好操做前

25、准备工作。全开冷水阀门，将水通入换热器中；开启鼓风机，打开鼓风机，打开空气控全开冷水阀门，将水通入换热器中；开启鼓风机，打开鼓风机，打开空气控制阀门，将空气通入实验装置的电加热其中制阀门，将空气通入实验装置的电加热其中接通加热电源，将电压调至接通加热电源，将电压调至160-200V，井始终保持电压稳定，当空气被加，井始终保持电压稳定，当空气被加热后，在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为热后，在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为90左右左右(在稳定状态在稳定状态下，下， 3min内热空气温度变化不超过内热空气温度变化不超过1)时，开始在压差计上读取数值，时，开始在压差计上读取数值，然

26、后查装置上的然后查装置上的P-qv图而获得空气流量图而获得空气流量(P-qv图另给出图另给出)。热流体空气和冷流体。热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测温点读取。冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测温点读取。逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变空气流量逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变空气流量68次，每次改变流量后，次，每次改变流量后，使压差的变化范围在使压差的变化范围在150200mm液柱内，稳定液柱内，稳定35min后，按操作步骤后，按操作步骤 (3)读取相关数据。读取相关数据。完成所有数据测量后，将调压器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继完成所有数据测量后，将调压

27、器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继续通气、通水，约续通气、通水，约5min后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。水水填料塔流体力学性能和传质系数测定填料塔流体力学性能和传质系数测定实验目的实验目的熟悉填料塔的结构及实验流程，了解测试仪器设备。熟悉填料塔的结构及实验流程，了解测试仪器设备。观察气观察气液在填料塔内的流动状态验证气液在填料塔内的流动状态验证气液在填料塔内的流体力学特性。液在填料塔内的流体力学特性。实验原理实验原理填料塔流体力学特性的测定填料塔流体力学特性的测定 在填料塔中，当气体自下而上通过干填料层时，在填料塔中，当气体自下而上通过干填料层时，与

28、气体通过其他固体颗粒一样，其压降与气体通过其他固体颗粒一样，其压降p与空塔气速与空塔气速u的关系可用式的关系可用式p=u1.82.0表示，将它们的关系描绘在双对数坐标纸上则为一条直线，其斜率表示，将它们的关系描绘在双对数坐标纸上则为一条直线，其斜率为为1.82.0。对干填料层或湿填料层，气体以湍流状态流过填料塔时，塔压降。对干填料层或湿填料层，气体以湍流状态流过填料塔时，塔压降大约与气速的大约与气速的18次方成正比。当填料塔中有液体喷淋时，气体通过床层的次方成正比。当填料塔中有液体喷淋时，气体通过床层的阻力降除受空塔气速和填料特性影响外，还受液体喷淋密度等因素的影响。阻力降除受空塔气速和填料特

29、性影响外，还受液体喷淋密度等因素的影响。在一定的喷淋密度下，当气体流量较小时，填料塔内气体会在一定的喷淋密度下，当气体流量较小时，填料塔内气体会“平静平静”地掠过地掠过被液体所浸润的填料表面，由于气体流速小，对液体的流动不会产生影响，被液体所浸润的填料表面，由于气体流速小，对液体的流动不会产生影响，当气体流量稍大时，由于填料表面有液膜存在使填料中的空隙减小，空隙当气体流量稍大时，由于填料表面有液膜存在使填料中的空隙减小，空隙中的实际气速增大，床层阻力降比无液体喷淋。从以上分析看出，在空塔气中的实际气速增大，床层阻力降比无液体喷淋。从以上分析看出，在空塔气速增加的过程中，填料层的卸不断增加，若将

30、卸与空塔速度。速增加的过程中，填料层的卸不断增加，若将卸与空塔速度。n在在不同的喷淋密度下，在双对数坐标纸上得到的一系列接近平行的折线是随不同的喷淋密度下，在双对数坐标纸上得到的一系列接近平行的折线是随着喷淋密度的增加，填料层的载点速度和泛点速度而逐渐下降，一般将转变着喷淋密度的增加，填料层的载点速度和泛点速度而逐渐下降，一般将转变为液泛区的气速称为液泛速度。为液泛区的气速称为液泛速度。n传质系数传质系数KYa的测定的测定 气体吸收是利用混合气体中的各组分在同一溶剂中的溶气体吸收是利用混合气体中的各组分在同一溶剂中的溶解度不同，通过气、液充分接触，溶解度较大的气体较多地进入液相而与其解度不同，

31、通过气、液充分接触，溶解度较大的气体较多地进入液相而与其他组分分离的一种操作方式。对低浓度的气体吸收，其平衡关系符合亨利定他组分分离的一种操作方式。对低浓度的气体吸收，其平衡关系符合亨利定律，平衡线为一条自线。该实验采用的是水律，平衡线为一条自线。该实验采用的是水CO2体系。体系。n 在常压下在常压下CO2在水中的溶解度很小，用水吸收在水中的溶解度很小，用水吸收CO2的操作属于液膜控制的的操作属于液膜控制的吸收过程，气液接触面积吸收过程，气液接触面积A难以测定，通常认为气液接触面积难以测定，通常认为气液接触面积A与填料层的与填料层的体积体积V成正比，可直接用填料层体积计算其接触面积成正比，可直

32、接用填料层体积计算其接触面积4/2HdaHaaVA则则 12YYYaYYdYKVH12YYYaYYdYHVK填料层高度的计算式为填料层高度的计算式为mYaYYYHVK21当关系符合亨利定律时，改写为当关系符合亨利定律时，改写为12345678910111213141516精馏柱和填料性能的评价精馏柱和填料性能的评价实验目的实验目的了解精馏操作过程及填料塔和填料性能的评价方法，测定最佳回流比。了解精馏操作过程及填料塔和填料性能的评价方法，测定最佳回流比。测定精馏柱利用系数测定精馏柱利用系数K值；在全回流和部分回流条件下，测定不锈钢三角压值；在全回流和部分回流条件下，测定不锈钢三角压延环填料塔等板

33、高度和填料塔流体力学特性等。延环填料塔等板高度和填料塔流体力学特性等。实验原理实验原理精馏塔的分离能力，对于板式塔多用塔板效率来表示；对于填料塔多采用一精馏塔的分离能力，对于板式塔多用塔板效率来表示；对于填料塔多采用一米高的填料层所具有的理论塔板数来表示，或用相当于一块理论塔板的填料米高的填料层所具有的理论塔板数来表示，或用相当于一块理论塔板的填料层高度，即所谓的等板高度层高度，即所谓的等板高度H.E.T.P来表示来表示 H.E.T.PH/NTR要获得分离的产物，必须采用连续稳态的部分回流要获得分离的产物，必须采用连续稳态的部分回流(间歇过程除外间歇过程除外)。精馏时。精馏时全回流的理论塔板数

34、全回流的理论塔板数NT及部分回流时的理论塔板数及部分回流时的理论塔板数NTR常用图解法和解析法常用图解法和解析法求取图解法依据气液平衡关系和操作线关系，利用图示曲线代替方程式，简求取图解法依据气液平衡关系和操作线关系，利用图示曲线代替方程式，简便而直观。对于沸点差较大的物系，其便而直观。对于沸点差较大的物系，其X-Y图中平衡线与参考线图中平衡线与参考线(对角线对角线)间间距离较大，分离时所需的距离较大，分离时所需的NY或或NTR相对较小。在一定回流比下，由实验测得相对较小。在一定回流比下，由实验测得塔顶塔顶XP和塔底和塔底XW后，可用该法直观和较准确地求得理论板数后，可用该法直观和较准确地求得

35、理论板数。 n对于沸点差较大的物系，则用对于沸点差较大的物系，则用 解析法求理论塔扳数。计算时，需逐板汁算，解析法求理论塔扳数。计算时，需逐板汁算，即由塔顶即由塔顶XP开始采用操作线方程和气液平衡方程逐板训算，直至达到开始采用操作线方程和气液平衡方程逐板训算，直至达到塔底塔底XW为止。对沸点相近的泡点进料的理想物系，精馏时所需的理论板数则采为止。对沸点相近的泡点进料的理想物系，精馏时所需的理论板数则采用捷算法，即用芬斯克用捷算法，即用芬斯克(fnske)方程汁算方程汁算 TN1lg11lgmwwppaXXXXXaXaYmm11111RXXRRYpnn图解法求理论扳数时作图解法求理论扳数时作Y-

36、X图，用气液平衡方程图，用气液平衡方程X在在01.0间给定若干值，用上式求对应的间给定若干值，用上式求对应的Y值，绘出值，绘出X-Y图。操作线方程图。操作线方程 实验步骤实验步骤熟悉装置及仪器仪表的使用方法；检查水、电安装连接是否正确。熟悉装置及仪器仪表的使用方法；检查水、电安装连接是否正确。将约将约I8L粗配体积比为粗配体积比为1：1(苯：正庚烷苯：正庚烷)的试验混合液加人塔釜中，再加沸的试验混合液加人塔釜中，再加沸石石10-20粒。取少量塔釜液，在恒温粒。取少量塔釜液，在恒温25oC或或oC时用阿贝折光仪测定其折光率，时用阿贝折光仪测定其折光率，查工作曲线确定原始混合液浓度。查工作曲线确定

37、原始混合液浓度。打开高位水槽上水阀门，注意保持水溢流，再打开转子流量计上的针形阀，打开高位水槽上水阀门，注意保持水溢流，再打开转子流量计上的针形阀， 使冷却水流量保持在使冷却水流量保持在40Lh-1 把实验装置的电源插头插入稳压电源的输出口，接通稳压电源的输入电源，把实验装置的电源插头插入稳压电源的输出口，接通稳压电源的输入电源，光开稳压电源的低压开关，预热光开稳压电源的低压开关，预热35min后，开高压开关，使电压表的指针后，开高压开关，使电压表的指针指向指向220V，再接通实验装置的电源开关，使电压表指针指在，再接通实验装置的电源开关，使电压表指针指在155V处，电流处，电流表读数约表读数

38、约3.3A，电热套上的红灯亮表明釜内物系已开始加热。，电热套上的红灯亮表明釜内物系已开始加热。加热约加热约10min后釜内物系开始鼓泡，待釜液沸腾后观察塔内填料层湿润面情后釜内物系开始鼓泡，待釜液沸腾后观察塔内填料层湿润面情况。湿润面约况。湿润面约5min可至塔顶，很快出现液泛现象，此时填料润湿，将电压词可至塔顶，很快出现液泛现象，此时填料润湿，将电压词至零，防止塔顶冷凝液滥出或釜内压力过高使玻璃磨口冲出。至零，防止塔顶冷凝液滥出或釜内压力过高使玻璃磨口冲出。预液泛现象消失后，升电压至预液泛现象消失后，升电压至110v进行加热，全回流进行加热，全回流40min以以上待操作稳上待操作稳定后，记录

39、各操作参数，然后把延时断电器馏出旋钮右旋至最大，回馏旋钮定后，记录各操作参数，然后把延时断电器馏出旋钮右旋至最大，回馏旋钮左旋至最小，打开回流比扳动开关，用秒表和量测冷凝液流量；在塔顶取样左旋至最小，打开回流比扳动开关，用秒表和量测冷凝液流量；在塔顶取样后，再在塔釜侧取釜掖后，再在塔釜侧取釜掖1mL，与塔顶液一起放入，与塔顶液一起放入25恒温槽恒温约恒温槽恒温约5min，测折，测折光率，记录数据，在工作曲线上查出对应的浓度。光率，记录数据，在工作曲线上查出对应的浓度。取样完成后，将时间继电器馏出旋钮置于取样完成后，将时间继电器馏出旋钮置于0.8处回流液旋钮放在处回流液旋钮放在0.8处，电处，电

40、压稳定在压稳定在110v，用秒表测定馏出时间和回馏时间。待过程稳定后测定全回流，用秒表测定馏出时间和回馏时间。待过程稳定后测定全回流的诸数据；然后只改变时问继电器的回馏旋钮测出各个不同回流比下的诸数的诸数据；然后只改变时问继电器的回馏旋钮测出各个不同回流比下的诸数据。注意在部分回流时产品必须由塔釜右侧接口返回釜内，各样测定后的剩据。注意在部分回流时产品必须由塔釜右侧接口返回釜内，各样测定后的剩余部分倾倒人釜，以便保持物料体系的相对恒定。余部分倾倒人釜，以便保持物料体系的相对恒定。实验完毕，先关调压器，然后关装置电源，关水阀门。实验完毕，先关调压器，然后关装置电源，关水阀门。上 水回 水板式塔精

41、馏实验板式塔精馏实验实验目的实验目的观察板式塔气、液流动状态观察板式塔气、液流动状态测定回流比对精馏操作的影响和测定板式塔总板效率与串塔气速的关系。测定回流比对精馏操作的影响和测定板式塔总板效率与串塔气速的关系。实验原理实验原理 扳扳式塔作为气、液传质设备，既可用于精馏，也可用于吸收。板式塔的传式塔作为气、液传质设备，既可用于精馏，也可用于吸收。板式塔的传质一般受处理量、板效率、阻力降、弹性和结构等因素影响。在精馏装置中，质一般受处理量、板效率、阻力降、弹性和结构等因素影响。在精馏装置中，塔板是气、液两相接触的场所，气相从塔底进入，液相从塔顶进入，气、液塔板是气、液两相接触的场所，气相从塔底进

42、入，液相从塔顶进入，气、液两相逆流或错流接触在塔扳上进行相际传质，使液相中易挥发组分进入气相，两相逆流或错流接触在塔扳上进行相际传质，使液相中易挥发组分进入气相，气相小难挥发组分转入液相，使混合物得到较完全的分离。从塔顶回流人塔气相小难挥发组分转入液相，使混合物得到较完全的分离。从塔顶回流人塔的液体量与塔顶产品采出量之比称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制的液体量与塔顶产品采出量之比称为回流比，它是精馏操作的一个重要控制参数，回流比的大小直接影响精馏操作的分离效果与能耗。参数，回流比的大小直接影响精馏操作的分离效果与能耗。全回流是一种极限情况下的操作，塔顶冷凝的轻组分全部从塔顶回流到塔内全回

43、流是一种极限情况下的操作，塔顶冷凝的轻组分全部从塔顶回流到塔内在实际生产中没有意义。但是，这种操作很容易达到稳定，在装置开工时和在实际生产中没有意义。但是，这种操作很容易达到稳定，在装置开工时和科研中常常采用，由于回流比为无穷大，所需理论塔板数少，故称全回流时科研中常常采用，由于回流比为无穷大，所需理论塔板数少，故称全回流时所需理沦塔板数为最少理论塔板数，通常用芬斯克方程计算最少理论塔板数所需理沦塔板数为最少理论塔板数，通常用芬斯克方程计算最少理论塔板数。n在一定的分离求下，当回流比减小到某一值时，需要无穷多个塔板才能达到在一定的分离求下，当回流比减小到某一值时，需要无穷多个塔板才能达到分离要

44、求，此时的回流比称为最小回流比分离要求，此时的回流比称为最小回流比Rm，它是操作过程的另一个极限，它是操作过程的另一个极限，实际操作小的精馏塔不可能安装无限多块塔扳，也不可能选择实际操作小的精馏塔不可能安装无限多块塔扳，也不可能选择Rm来进行操作，来进行操作，实际选择的回流比实际选择的回流比R应为应为Rm的一个倍数，常取的一个倍数，常取1.22.0。当体系的分离要求、。当体系的分离要求、进料组成和状态确定后，进料组成和状态确定后， 可根据平衡线作图求出最小回流比。可根据平衡线作图求出最小回流比。n 板效率是评价塔板及操作好坏的重要指标其影响因素很多，塔板上的气、板效率是评价塔板及操作好坏的重要

45、指标其影响因素很多，塔板上的气、液流量是板效率的主要影响因素。当塔的上升蒸汽量不够，塔板上无泡沫层液流量是板效率的主要影响因素。当塔的上升蒸汽量不够，塔板上无泡沫层时，就无法进行传质；若上升气速太大，会产生严重的夹带甚至液泛，使塔时，就无法进行传质；若上升气速太大，会产生严重的夹带甚至液泛，使塔的分离效果大大下降。板效率通常用总板效率和单板效率表示的分离效果大大下降。板效率通常用总板效率和单板效率表示。总板效率。总板效率EeNNEN为理论板数，为理论板数，Ne为实际板数。为实际板数。 单板效率单板效率Emv即即(气相莫弗里效率气相莫弗里效率)11nnnnmvyyyyE总总板效率通常是由实验测定

46、的，在设计中应用得很广泛；单板效率足评价塔板效率通常是由实验测定的，在设计中应用得很广泛；单板效率足评价塔板好坏的重要数据，对不同的板型在实验时保持相同的体系和操作条件下，板好坏的重要数据，对不同的板型在实验时保持相同的体系和操作条件下，对它们的单板效率进行对比就可确定其优劣。对它们的单板效率进行对比就可确定其优劣。流化床基本特性的测定流化床基本特性的测定n实验目的实验目的n 观察流化床中两相流动现象测定临界流化速度观察流化床中两相流动现象测定临界流化速度umf和流化曲线和流化曲线(曲线曲线)。n 利用三点测压法，校核流化床的动床高度。利用三点测压法，校核流化床的动床高度。n实验原理实验原理n

47、 流流化床是利用气体或液体通过颗粒状固体床层使固体颗粒处于悬浮状态，化床是利用气体或液体通过颗粒状固体床层使固体颗粒处于悬浮状态，使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是工业上极为重要的一种操作使固体颗粒具有某些流体特征的一种床型，它是工业上极为重要的一种操作过程。流化床是将固体颗粒堆放在多孔的分布板上形成一个床层，当流体自过程。流化床是将固体颗粒堆放在多孔的分布板上形成一个床层，当流体自下而上流过颗粒物料层时，随着流速的增加，床层依次经历三个阶段下而上流过颗粒物料层时，随着流速的增加，床层依次经历三个阶段固定床固定床 床层压降床层压降p随着空床气速随着空床气速u的增加而增加，的增加而增加，

48、p与与u之间的系为之间的系为n p/L=K1u+K2u2 流化床流化床 流速增大到临界流化速度后，床层内粒子开始松动，流速再增则床流速增大到临界流化速度后，床层内粒子开始松动，流速再增则床层空隙率增大，颗粒悬浮在流体中，处于自由状态，床内颗粒层有明显的界层空隙率增大，颗粒悬浮在流体中，处于自由状态，床内颗粒层有明显的界面，层高度随流速的增大而引高，但床层的压降维持不变，等于甲位面积床面，层高度随流速的增大而引高，但床层的压降维持不变，等于甲位面积床层的有效量。层的有效量。gELps1实验步骤实验步骤检查装置，打开气源前测量静床高度。检查装置，打开气源前测量静床高度。将流量计流量由小到大改变，记

49、录各压差计和动床高度，注意观察临界流将流量计流量由小到大改变，记录各压差计和动床高度，注意观察临界流化状态时的现象。由小到大改变气量，重复实验。化状态时的现象。由小到大改变气量，重复实验。切断电源，测量静床高，比较两次静床高度变化切断电源，测量静床高，比较两次静床高度变化n气流输送气流输送 当气体流速当气体流速u增加到等厂固体颗粒带出速度增加到等厂固体颗粒带出速度u，时，床层颗开始大，时，床层颗开始大量被带出，形成气固两相同向流动，气体流速越大带走的颗粒越多，当流增量被带出，形成气固两相同向流动，气体流速越大带走的颗粒越多，当流增大到某一值后，将床内所有粒子带走形成空床，相应的流速为带出速度，

50、即大到某一值后，将床内所有粒子带走形成空床，相应的流速为带出速度，即进气流输送阶段的流速。进气流输送阶段的流速。n 用三点测压法计算，用三点测压法计算，p位与位与L相对应压降；相对应压降；p为为b和和c，两点间的压降化，两点间的压降化降为降为 ppp同理同理gELps1根据理想流化床的特性根据理想流化床的特性 gELps1以上两式相比，得以上两式相比，得 /LLpp所以所以/ / pLppppLL当颗粒雷诺数当颗粒雷诺数5时，用李伐公式计算流化速度时，用李伐公式计算流化速度umf88. 094. 082. 1/00923. 0sPmfdu连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布曲线的测定连续流动搅拌

51、釜式反应器停留时间分布曲线的测定 实验目的实验目的n 熟悉连续流动搅拌单釜和三釜串联反应熟悉连续流动搅拌单釜和三釜串联反应g2装置的结构、流程及操作特点。装置的结构、流程及操作特点。了解连续流动搅拌单釜和三釜串联反应器内物料的流动特性了解连续流动搅拌单釜和三釜串联反应器内物料的流动特性cn掌握用脉冲输入法停留时间分布曲线的方法。掌握用脉冲输入法停留时间分布曲线的方法。 实验原理实验原理n 脉冲输入法足在稳定加入反应器的物料中，瞬间输入一定量的示踪剂，同时脉冲输入法足在稳定加入反应器的物料中，瞬间输入一定量的示踪剂，同时测定示踪剂在物料出口中的浓度随时间的变化关系。本实验以测定示踪剂在物料出口中

52、的浓度随时间的变化关系。本实验以KCl为示踪剂、为示踪剂、用电导法测定溶液的电导变化，即用电导法测定溶液的电导变化，即KCl浓度的变化。浓度的变化。KCl为强电解质，在中等为强电解质，在中等浓度条件下，在水溶被中的电导率近似与其浓度成正比。即浓度条件下，在水溶被中的电导率近似与其浓度成正比。即L=KCn 若将电导率仪的电压信号输入记录仪，在记录仪上可记录到脉冲响应曲线，若将电导率仪的电压信号输入记录仪，在记录仪上可记录到脉冲响应曲线，曲线为曲线为与与KCl浓度相对应的电信号浓度相对应的电信号 (mV)随时间的变化关系曲线，纵坐标为电随时间的变化关系曲线，纵坐标为电压压U (mV)随横坐标为记录

53、纸的移动距离随横坐标为记录纸的移动距离S(mm)，记录仪的走纸速度为，记录仪的走纸速度为u转化转化为时间，其关系坐标为为时间，其关系坐标为t=S/un 由于由于KCI溶液的电导率与其浓度成正比，因此，示踪物的浓度溶液的电导率与其浓度成正比，因此，示踪物的浓度c/kgm-3与输入与输入记录仪的电压信号记录仪的电压信号(mV)成线性关系，又与停留时间分布密度函数成线性关系，又与停留时间分布密度函数E(t)之间有之间有以下关系以下关系 0/ mcVtEtsn实验步骤实验步骤n 单釜反应器停留时间分布的测定单釜反应器停留时间分布的测定 开启上水阀开启上水阀V1，并调节使高位槽，并调节使高位槽l有适量的

54、水溢出。有适量的水溢出。n 接通电源，打开电导率仪接通电源，打开电导率仪7和记录仪和记录仪8，进行预热和调整，并调节记录仪的走纸速度，进行预热和调整，并调节记录仪的走纸速度为为1200mmh-1。配制饱和的示踪剂。配制饱和的示踪剂KCI溶液，并按所需要的数量吸至注射器中待用。溶液，并按所需要的数量吸至注射器中待用。n 开启阀门开启阀门V2，调节水流量到所需值。将电导电极接在第三釜的出口处；用三通阀，调节水流量到所需值。将电导电极接在第三釜的出口处；用三通阀将水导向第二釜的入口处；开启调速仪开关，调至某一转速；调整好电导率仪的零将水导向第二釜的入口处；开启调速仪开关，调至某一转速；调整好电导率仪

55、的零点及记录仪的基线。点及记录仪的基线。n 第二反应釜的进样口迅速注入第二反应釜的进样口迅速注入35mL的的KCl饱和溶夜，同时在记录仪的记录纸上作饱和溶夜，同时在记录仪的记录纸上作好进样起点标记，以走纸速度确定时间；待记录仪上谱线返回基线后，关闭记录仪好进样起点标记，以走纸速度确定时间；待记录仪上谱线返回基线后，关闭记录仪的走纸开关。的走纸开关。n三釜串联反应器停留时间分布的测定三釜串联反应器停留时间分布的测定 用三通阀将水导向第一釜的入口处；打开调速用三通阀将水导向第一釜的入口处；打开调速仪开关，调节各釜搅拌转速恒定。仪开关，调节各釜搅拌转速恒定。n打开走纸开关，调整电寻率仪及记录仪使基线

56、平稳；在第一釜的进样口迅速注入打开走纸开关，调整电寻率仪及记录仪使基线平稳；在第一釜的进样口迅速注入5 ml-的的KCI饱和溶液，同时在记录纸上作好起点标记；待记录仪上的记录指示线返回饱和溶液，同时在记录纸上作好起点标记；待记录仪上的记录指示线返回基线后，关闭记录仪的走纸开关。基线后，关闭记录仪的走纸开关。n 改变水流量，重复上述实验操作。改变水流量，重复上述实验操作。n 在恒定水流量下，改变搅拌转速，重复上述实验操作。在恒定水流量下，改变搅拌转速，重复上述实验操作。n 测量结束后，关闭记录仪、电导仪，将调速仪调至零，关总电源开关和水阀。测量结束后，关闭记录仪、电导仪，将调速仪调至零，关总电源

57、开关和水阀。在一定的条件下，在一定的条件下，Vs、m0为定值，实验曲线纵座标电压为定值，实验曲线纵座标电压UmV与停留时间与停留时间分布密度函数正分布密度函数正E(t)成正比关系，所得的脉冲响应曲线成正比关系，所得的脉冲响应曲线(U-t曲线曲线)，经变换得，经变换得到停留时间分布密度函数曲线。到停留时间分布密度函数曲线。连续流动釜式反应器停留时间分布曲线的测定连续流动釜式反应器停留时间分布曲线的测定图图12393344456879KClKClK220V内循环无梯度反应器停留时间分布的测定内循环无梯度反应器停留时间分布的测定 实验目的实验目的 了解内循环反应器的结构原理和反应器的理想流动模型。了解内循环反应器的结构原理和反应器的理想流动模型。 掌握测定停留时间分布和内循环反应器的无梯度的检验方法。掌握测定停留时间分布和内循环反应器的无梯度的检验方法。 实验原理实验原理 内循环气固相催化反应器，是通过测定气体通过反应器的停留时间分布，内循环气固相催化反应器，