生物化工原理实验讲义

1、化工原理实验 第一章 实验的基本要求化工原理实验要求实验人在实验完毕后提交一份合格的实验报告。要求实验报告能够把实验的任务和实验观测的结果用表、图、公式及文字加以描述，将讨论问题简练明确的表达出来，使阅读者能够一目了然。除此以外还必须具备（1）数据是可靠的，为此必须认真考虑实验方案，认真细致的并实事求是的正确记录原始数据。实验前做好预习工作，实验时集中精力，认真仔细观察实验现象和记录仪表指示数，边实验边分析实验数据是否合理，以便能够及时排除实验中的干扰因素；（2）实验记录要有校核的可能。因此要清楚说明实验的时间、地点、条件和同时作实验的人员。为了保证作出合格的实验报告，对实验过程中各个步骤、各

2、个问题，提出如下的说明和要求：1实验前的预习工作（1）阅读实验讲义，弄清本实验的目的和要求。 （2）根据本次实验的具体任务，研究实验的理论根据和实验的具体做法，分析哪些参数需要直接测量得到，哪些参数不需要直接测量，而能够间接获得，并且要估计实验数据的变化规律。 （3）到实验室现场了解摸索实验流程，现看主要设备的构造，测量仪表的种类和安装位置，了解它们的测量原理和使用方法，最后全面审查整个实验流程的布置是否合理，审查主要设备的结构和安装是否合适，测量仪表的量程、精度是否合适以及其所装位置是否合理。（4）根据实验任务和现场勘查，最后规定实验方案，确定实验操作程序。2实验小组的分工和合作 化工原理实

3、验一般都是由两人为一小组合作进行的，因此实验开始前必须作好组织工作，做到既分工，又合作；既能保证质量，又能获得全面训练。每个实验小组要有一个组长负责执行实验方案、联络和指挥，与组员讨论实验方案，使得每个组员各明其职（包括操作、读取数据、记录数据及现象观察等），而且要在适当时候轮换工作。3实验必须测取的数据凡是影响实验结果或是数据整理过程中所必须的数据都必须测取。它包括大气条件、设备有关尺寸、物料性质及操作数据等，但并不是所有数据都要直接测取的。凡可以根据某一数据导出或从手册中查出的其他数据，就不必直接测定。例如水的密度、粘度、比热等物理性质，一般只要测出水温后即可查出，因而不必直接测定水的密度

4、、粘度、比热，而只要测定水的温度就可以了。4实验数据的读取及记录（1）实验开始前拟好记录表格，在表格中应记下各次物理量的名称、表示符号及单位。每位实验者都应有一专用实验记录本，不应随便拿一张纸或实验讲义空白处来记录，要保证数据完整，条理清楚，避免记录错误。 （2）实验时一定要等现象稳定后才开始读取数据，条件改变，要稍等一会才读取数据，这是因为条件的改变破坏了原来和稳定状态，重新建立稳态需要一定时间（有的实验甚至花很长时间才能达到稳定），而仪表通常又有滞后现象的缘故。 （3）每个数据记录后，应该立即复核，以免发生读错或记错数字等事故。 （4）数据的记录必须反映仪表的精确度。一般要记录到仪表上最小

5、分度以下位数。例如温度计的最小分度为1，如果当时的温度读数为20.5，则不能记为20；又如果刚好是20，那应该记录为20.0。 （5）记录数据要以实验当时的实验读数为准。 （6）实验中如果出现不正常情况，以及数据有明显误差时，应在备注栏中加以说明。5实验过程的注意点有的实验者在做实验时，只读取数据，其它一概不管，这是不对的。实验过程中除了读取数据外，还应该做好下列诸事：（1）操作者必须密切注意仪表指示值的变动，随时调节，务使整个操作过程都在规定条件下进行，尽量减少实验操作条件与规定操作条件之间的差距。操作人员要坚守岗位，不得擅离职守。（2）读取数据后，应立即和前次数据相比较，也要和其它有关数据

6、相对照，分析相互关系是否合理，数据变化趋势是否合理。如果发现不合理的情况，应该立即共同研究可能存在的原因，以便及时发现问题、解决问题。（3）实验过程是还应注意观察过程现象，特别是发现某些不正常现象时更应抓住时机，研究产生不正常现象的原因，排除障碍。6实验数据的整理（1） 数据整理时应根据有效数字的运算规则，舍弃一些没有意义的数字。一个数字的精确度是由测量仪表本身的精确度所决定的，它绝不因为计算时位数增加面提高。但是不允许任意减少位数，因为这样做就降低了应有的精确度。 （2）数据整理时，如果过程比较复杂，实验数据又多，一般以采用列表整理为宜，同时应将同一项目一次整理。这种整理方法既简洁明了，又节

7、省时间。（3）计算示例。在（2）所列表的下面要给出计算示例，即任取一列数据进行详细的计算，以便检查。7实验报告的编写一份优秀的实验报告必须写得简洁明了，数据完整，交待清楚，结论正确，有讨论、分析，得出的公式、曲线、图形有明确使用条件。报告的内容一般包括：（1）报告的题目；（2）写报告人及同实验小组人员的姓名，实验日期等；（3）实验的目的；（4）实验的理论依据；（5）实验设备说明（应包括流程示意图和主要设备、仪表的类型及规格）；（6）实验数据，应包括与实验结果有关的全部数据，报告中的实验数据不是指原始数据，而是经过加工后用于计算的全部数据，至于原始记录则可作为附录附于报告后面；（7）数据整理及计

8、算示例，其中引用的数据要说明来源，简化公式要写出导过程，要列出一列数据的计算过程，作为计算示例；（8）实验结果，根据实验任务，明确提出本次实验的结论，用图示法、经验公式或列表法均可，但都必须注明实验条件；（9）分析讨论，要对本次实验结果作出评价，分析误差大小及原因，对实验中发现的问题应作讨论，对实验方法、实验设备有何建议也可写入此栏。第二章 化工原理实验实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。2测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的-Re方程与Blassius经验公式相比较。3测定流体流经阀门时的局部

9、阻力系数。4学会倒U形差压计、转子流量计的使用方法。5观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。6掌握化工原理实验软件库（VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理直管阻力引起流体机械能损失的原因是由于静止壁面与粘性流体共同产生的流体点速度差异。当某流体以一定的流量Vi流经某一尺寸的圆直等径管时，机械能损失主要体现在两截面处静压强的差异上, 阻力损失由直管的上、下游截面列机械能守恒方程得： （2-1）1直管阻力流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即 （2-2）湍流流体发的流动阻力，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有

10、普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有：（1）流体性质：密度、粘度； （2）管路的几何尺寸：管径d、管长l、管壁粗糙度； （3）流动条件：流速。 可表示为： （2-3）组合成如下的无因次式： （2-4） 令 （2-5）则式（2-1）变为： （2-6）式中hf直管阻力，J/kg； l被测管长，m；d被测管内径，m；u平均流速，m/s；摩擦阻力系数。 （2-7） （2-8） （2-9）因此，对给定实验装置，只要测定一系列流量Vi下的Ri及温度数据，即可计算出相应的雷诺准数和摩擦系数。 （1）湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内，对于光滑管，实验证明，当

11、Re在3×103105范围内，与Re的关系遵循Blasius关系式，即 （2-10） 对于粗糙管，与Re的关系均以图来表示。 （2）层流的摩擦阻力系数 （2-11）2局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。（1）当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时，可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为l，各种局部阻力的当量长度之和为，则流体在管路中流动时的总阻力损

12、失为 (2-12)（2）阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。即 (2-13) 式中，局部阻力系数，无因次； u在小截面管中流体的平均流速，ms。 当流体流经某一闸阀时,由于流道截面的变化,使流体的流线发生改变,从而形成边界层分离及旋涡,产生局部阻力，主要体现在流体流经闸阀前后静压强的差异上。局部阻力的计算方法有当量长度和局部阻力系法，其公式如下： (2-14) (2-15) (2-16)三、实验装置与流程1实验装置 实验装置如图2-1所示主要由水箱，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件、转子流量计等组成。第一根为

13、不锈钢光滑管，第二根为镀锌钢管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，装有待测闸阀，用于局部阻力的测定。本实验的介质为水。水流量采用涡轮流量计测量，直管段和闸阀的阻力分别用各自的倒U形差压计测量。图2-1流体流动阻力测定实验装置图1、水箱 2、管道泵 3,5,6、球阀 4、均压环 7、闸阀 8、流量调节阀 9、涡轮流量计 10、排水阀11、倒U管差压计 12、不锈钢管 13、粗糙管 14、光滑管 15、转子流量计 16、导压管 17、温度计18、进水阀2装置结构尺寸 表2-1 装置结构尺寸名称材质管内径（mm）测试段长度（m）光滑管不锈钢管25.981.2粗糙管镀锌铁

14、管27.50局部阻力不锈钢管25.98四、实验步骤及注意事项1实验步骤（1）熟悉实验装置系统。（2）打开进水阀18给水箱补充水，水位以比水箱上边低58cm为宜，必须保证管道出水口浸没在水中。（3）启动管道泵（切记泵禁止无水空转）。（4）打开阀3、5、6、7、8排尽管道中的空气，之后关阀8。（5）1151压差传感器排汽及调零只要打开压差传感器下面的考克，当软管内水无汽泡时，排汽结束，此过程可反复多次，直至无汽泡为至。（6）在管道内水静止（零流量）时，按倒U型差压计的使用方法将三个倒U形差压计调节到测量压差正常状态。（7）关闭阀6，打开阀8，调节流量分别为1.8、2.4、2.8、3.2、3.6、4

15、.0、4.4、4.8、5.2m3/h，测得每个流量（89个点）下对应的光滑管和粗糙管的阻力（压差mmH2O），分别记下倒U型差压计。注意：调节好流量后，须等一段时间，待水流稳定后才能读数，测完后关闭阀8。（8）关闭阀5，打开阀6，测得闸阀7全开时的局部阻力（流量设定为1，1.8，2.6m3/h，测三个点对应的压差，以求得平均的阻力系数）。（9）仿测粗糙管压差操作测层流管压差。（10）实验结束后打开阀8和阀10，排尽水，以防锈和冬天防冻。2注意事项开启、关闭管道上的各阀门及倒U型差压计上的阀门时，一定要缓慢开关，切忌用力过猛过大，防止测量仪表因突然受压、减压而受损（如玻璃管断裂，阀门滑丝等）。倒

16、U形管差压计的使用方法：这种压差计，内充空气，以待测液体为指示液，一般用于测量小压差的场合，其结构如图，使用的具体步骤是：第一步，排出系统和导压管内的气泡。关闭进气阀3和平衡阀4.打开高压侧阀2、低压侧阀1和出水活栓5，使高压侧水经过高压侧阀2、倒U型压差计玻璃管、出水活活栓排出。低压侧阀直接经出水活栓排出系统。管路和倒U型压差计中的气泡排完后，关闭高压侧阀2和低压侧阀1。第二步，打开进气阀3和平衡阀4，排出倒U型管压差计的水。关闭进气阀3和出水活栓5，打开高压侧阀2和低压阀1，让水进入倒U型管压差计中，直到倒U型压差计中的水位高度平衡。关闭平衡阀4，查看倒U型压差计中的水位是否平衡，平衡就可

17、以继续进行实验，如不平衡则存在漏气现象。1低压侧阀门；2高压侧阀门；3进气阀门； 4平衡阀门；5出水活栓五、实验报告1根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出-Re曲线，对照化工原理教材上有关公式，即可确定该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出-Re曲线，并对照柏拉修斯方程，计算其误差。3根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。 4对实验结果进行分析讨论。 六、思考题1在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀6?2如何检验测试系统内的空气是否已经被排除干净? 3以水做介质所测得的-Re 关系能否适用于其它流体?如何应用? 4在不同设

18、备上（包括不同管径），不同水温下测定的-Re数据能否关联在同一条曲线上? 5如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?6如果要增加雷诺数的范围，可采取哪些措施？7测出的直管摩擦阻力与直管的放置状态有关吗？请说明原因。附 实验数据记录水温： ；管长L=1.2m；光滑管管径D=0.02598m；粗糙管管径D=0.02750m；局部阻力管径D=0.02598m实验序号流量（m3/h）光滑管倒U压差（mmH2O）粗糙管倒U 压差（mmH2O）h左h右h左h右12345678910计算结果密度= （） 黏度 （）实验次数流量（m3/h）Re光滑管光滑管Re粗糙管粗糙管123456789

19、10局部阻力实验序号流量（m3/h）闸阀（全开）阻力倒U压差（mmH2O）值h左h右123计算示例实验序号流量（m3/h）光滑管压差（mmH2O）粗糙管压差（mmH2O） 11.44159计算示例：以第一组为例 20 =998.2kg/m3 =100.50×10-5Pa s光滑管：理论值实验序号流量（m3/h）闸阀（全开）阻力（mmH2O）值15.01650.47224.01100.485闸阀（全开）阻力系数（理论上）=0.5局部阻力：以第二组为例=2.1m/shf=gH=9.81*0.11=1.07J/kg，=2hf/u2=0.485实验二 离心泵特性曲线的测定一、实验目的1了解离

20、心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程（H）、轴功率（N）、以及总效率（）与有效流量（Q）之间的曲线关系。3掌握离心泵流量调节的方法（阀门）和涡轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法。4学会化工原理实验软件库（VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程H、轴功率N及效率与流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1流量Q的测定与计算采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值Q

21、m3/h。2扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程： (2-17),：分别为泵进、出口的压强 N/m2：液体密度 kg/m3,：分别为泵进、出口的流量m/sg：重力加速度 m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为： (2-18)由式（2-18）可知，只要分别测出压力表和真空表的数值和，就可计算出泵的扬程He（m）。3轴功率N的测量与计算可由功率传感器测量，功率表显示读取。4效率的计算泵的效率为泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小

22、。泵的有效功率Ne可用下式计算： （2-19）故 （2-20）5转速改变时的换算泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下： （2-21）三、实验装置流程图图2-2 离心泵特性曲线测定装置流程图四、实验步骤1、熟悉流程2、灌泵关闭离心泵进口阀，打开出口阀，打开离心泵灌水阀，对水泵进行灌水，灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。3、开启电源打开总电源开关和仪表电源开关；离心泵控制按钮旋

23、到开的位置（绿灯亮），4、盘泵5、启动离心泵迅速把进口阀开到最大再把出水阀开到最大，开始实验。通过泵出口阀调节流量：调节出口闸阀开度，使阀门全开，等流量稳定时，在仪表台上读出电机转速n，流量Q，水温t，功率表W，真空度p1和出口压力p2并记录；关小阀门减小流量，重复以上操作，测得另一流量下对应的各个数据，一般测定1012个点为宜。实验完毕，关闭水泵出口阀，离心泵控制按钮旋到关的位置，停止水泵的运转，关闭以前打开的所有设备电源。6、打扫卫生五、实验报告1在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H-Q、N-Q、-Q曲线。2分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。六、思考题1试从所测实验数据分析，离心泵在启

24、动时为什么要关闭出口阀门？2启动离心泵之前为什么要灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？3为什么可以用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？4泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？5正常工作的离心泵，采用进口阀门调节流量是否合理？为什么？6试分析，用清水泵输送密度为1200kg/m的盐水（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？附：实验数据记录及数据处理结果示例原始数据记录装置号： 水温： 实验次数流量（m3/h）P真空表 KPaP压力表KPa转速（r.p.m）功率（W）1234567891

25、01112计算结果：流量V(/h)扬程H/（m）轴功率/（W）效率/%123456789101112计算示例实验次数流量（m3/h）P真空表 KPaP压力表KPa转速（r.p.m）功率（W）116.325.536.629071349214.921.769.429111313313.418.393.729131275411.915.8115.429181228以第四组为例泵出口处压强P2=115.4kPa，泵入口处压强P1=-15.8kPa，水温度17.5，水密度=998.2kg/m3、泵进口高度=0.18米（实验时测量值为准）流量：由流量仪表读出11.9m3/h泵的扬程 泵的轴功率：由功率仪表

26、读出1228W泵的效率: 因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速n=2900 r/min下的数据。W实验四 传热实验一、实验目的1观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。2测定水在圆形直管内强制对流给热系数和总传热系数K。3掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法。4掌握化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以水，水蒸气冷凝放热以加热水，即流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为： （2-27）对于强制湍流而言，Gr数可忽略，即 （2-28）本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被

27、加热），这样（2-21）式变为单变量方程，在两边取对数，得到直线方程为 （2-29）在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。代入（2-21）式则可得到系数A，即 （2-30）上式中： ， ， 实验中改变水的流量，以改变Re值，根据定性温度（水进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。牛顿冷却定律为 ： （2-30）式中 传热膜系数，； 传热量，W； 传热面积，； 管壁温度与管内水温度的对数平均温差，。传热量可由下式求得 （2-31）式中 水的质量流量，； 水的比定压热容， ，水进，出温度，； 定性温度下水的密度，

28、； 水的体积流量，。同样 （2-32），水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·)；，内管的外壁、内壁的传热面积、总传热面积m2； 总传热系数，； 冷、热流体温度的对数平均温差，。(TTW)m水蒸气与外壁间的对数平均温度差，； （2-33）(twt)m内壁与流体间的对数平均温度差，； （2-34）式中：Ts蒸汽温度，；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，即值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1tw1，Tw2tw2，即为所测得的该点的壁温。由式（2-26）可得：   （2-35）  （2

29、-36）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积Ao或Ai，以及水蒸气温度T，壁温Tw1、Tw2，则可通过式（2-29）算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数；通过式（2-30）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数。在水平管外，蒸汽冷凝给热系数（膜状冷凝），可由下列半经验公式求得： （2-37）式中：蒸汽在水平管外的冷凝给热系数，W/(m2·)； 水的导热系数，W/(m2·)； g 重力加速度，9.81m/s2； 水的密度，kg/m3； r 饱和蒸汽的冷凝潜热，J/kg； 水的粘度，N·s/

30、m2；do内管外径，m；t蒸汽的饱和温度ts和壁温tw之差，。上式中，定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外，其余均取液膜温度，即tm = (ts + tw) / 2，其中：tw = (Tw1 + Tw2) / 2。流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得：湍流时： （2-38）式中：i流体在直管内强制对流时的给热系数，W/(m2·)； 流体的导热系数，W/(m2·)；di内管内径，m；Re流体在管内的雷诺数，无因次；Pr流体的普朗特数，无因次。上式中，定性温度均为流体的平均温度，即t= (t1 + t2) / 2。过渡流时：  （2-39）

31、式中：  修正系数， 三、实验装置与流程1实验装置本实验装置由蒸汽发生器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。其实验装置流程如图2-4所示。图2-4 水蒸气水对流给热系数测定实验流程图1、水泵 2、蒸汽发生器 3、旁路阀 4、转子流量计 6、蒸汽总阀7、蒸气调节阀 8、9、冷凝水排放阀 10、水流量调节阀 11、惰性气体排放阀来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与冷水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经电动调节阀和LWQ-15型涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后进入下水道。水流量可用阀门调节或电动调节阀自动调节。2设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径1

32、6×1.5mm，长度L=1010mm；（2）外套玻璃管规格：直径112×6mm，长度L=1010mm；（3）压力表规格：00.1Mpa。四、实验步骤及注意事项1实验步骤1）数据手动采集（1）检查仪表、蒸汽发生器及测温点是否正常。（2）打开总电源开关、仪表电源开关、电加热电源开关。（3）蒸汽发生器中的温度达到设定值后，启动水泵，使内管通以一定量的冷水，排除管内空气。（4）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法是：关闭进系统的蒸汽总阀6，打开蒸汽管凝结水排放阀8）。（5）排净后，关闭凝结水排放阀8，打开进系统的蒸气调节阀7，使蒸汽缓缓进入换热器环隙（切忌猛开，防止玻璃炸裂伤人）以加

33、热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀8（冷凝水排放阀的开度不要开启过大，以免蒸汽泄漏），使环隙中冷凝水不断地排至地沟。（6）仔细调节进系统蒸气调节阀7的开度，使蒸汽压力稳定保持在0.02MPa以下（可通过微调惰性气体排空阀使压力达到需要的值），以保证在恒压条件下操作，再根据测试要求，由大到小逐渐调节冷水流量调节阀10的开度，合理确定36个实验点，待稳定后，分别从控制面板上读取各有关参数。（7）实验结束，首先关闭蒸汽源总阀，切断设备的蒸汽来路，经一段时间后，再关闭冷水泵，关闭仪表电源开关及切断总电源。 2）数据自动采集开启计算机，双击桌面的“MCGS运行环境”，确认进入，点击“对流给

34、热系数测定实验（水蒸汽水体系）”，待达到实验条件要求后，点击“开始实验”。“MCGS运行环境”会每五分钟自动记录对流给热仪表面板上的数据。在实验结束时，点击“退出实验”。打开桌面上“对流给热实验数据处理”，在看到的“对流给热_MCGS”中用鼠标单击（水蒸汽水体系），就可打开自动采集的数据进行处理。2注意事项（1）一定要在套管换热器内管输以一定量的水，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。（2）开始通入蒸汽时，要缓慢打开蒸汽阀门，使蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”不得少于5min，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。（3）

35、操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，因为在此条件下压力比较容易控制。（4）测定各参数时，必须是在稳定传热状态下，并且随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。每组数据应重复23次，确认数据的再现性、可靠性。五、实验报告1将冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。2说明蒸汽冷凝给热系数的实验值和冷流体给热系数的实验值的变化规律。3按冷流体给热系数的模型式：，确定式中常数A及m。六、思考题1实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?2蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响？应采取什么措施？3实验过程中，冷凝水不及时排走会产生什么影响？如何及

36、时排走冷凝水？4实验中，所测定的壁温一般是接近蒸汽温度还是冷水温度？为什么？5如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对关联式有何影响？附 实验数据记录实验压力： 实验次数流量V(m3/h)t1()t2()TW1()TW1()Ts()P(KPa)1234计算结果实验次数冷流体流量（m3/h）管内理论值(w/m2)管内实验值(w/m2)总传热系数(w/m2)1234计算示例 1.数据处理方法：V=0.6m3/h、=10.4Kpa、进口温度t1 =22.4、出口温度 t2 =40.9 壁面温度TW1=80、TW2=93.5、Ts=102.3、紫铜管规格：直径16×1.5mm，长度L=1010mm

37、。 已知数据及有关常数: (1)传热管内径di (mm)及流通断面积 F(m2). di16.0-1.5×2()0.013 (); F(di2)43.14×(0.0130)240.0001327( m2). (2)传热管有效长度 L()及传热面积si(m2). L1.01（) siL di3.14×1.01×0.0130.04123(m2).(3) 传热管测量段水平均物性常数的确定,进口温度t1 =22.6、出口温度 t2 =40.9，则定性温度，查（化工原理教材附录）得水的密度，），Pr=5.42,),×10-5Pa.s传热管测量段上水的平均

38、普兰特准数的0.4次方为: Pr0.45.420.41.966(4) 冷热流体间的平均温度差tm ()的计算: (5)其他计算传热速率(W)（W） （W/m2·） （W/m2·） 传热准数 测量段上水的平均流速（m/s）雷诺准数 =20302.4（6）作图、回归得到准数关联式中的系数及指数。实验五 吸收实验一、实验目的1了解填料塔吸收装置的基本结构及流程。2掌握总体积传质系数的测定方法。3测定填料塔的流体力学性能。4掌握气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法。5学会化工原理实验软件库（组态软件MCGS和VB实验数据处理软件系统）的使用。二、基本原理气体吸收是典型的传

39、质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。1计算公式填料层高度Z为 （2-40）式中：L液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)； Kxa x为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL传质单元高度，m； NOL传质单元数，无因次。令：吸收因数A=L/mG

40、（2-41） （2-42）2测定方法（1）空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。（2）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2。（3）平衡关系本实验的平衡关系可写成 （2-43） 式中：m相平衡常数，m=E/P；E亨利系数，Ef(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；P总压，Pa，取压力表指示值。 kmol/h (2-44) kmol/h （2-45）对清水而言，由全塔物料衡算可得X1。三、实验装置与流程1装置流程本实验装置流程如图2-5所示：水经涡轮流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来

41、的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。阀门2图2-5 吸收装置流程图2主要设备吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。四、实验步骤与注意事项1填料塔的流体力学性能测定（手动操作）1）实验步骤（1）熟悉实验流程；检查各仪表开关

42、阀门是否到位。（2）装置上电，仪表电源上电，打开风机电源开关。（3）测定干塔时填料塔的压降，即在进水阀关闭时，打开进气阀并调节流量从2、4、6、8、10 m3/h、至最大，分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀要关闭，否气体会走短路，尾气放空阀全开。（4）测定一定喷淋量时填料塔的压降，即打开进水阀，设定一定的水流量值，如200、400、600、800l/h时，在对应的某水流量下，调节气体的流量，从2、4、6、8、10 m3/h、至最大（液泛），分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀2要调节液封高度，以免气体走短路，尾气放空阀全开。2）注意事项固定好操作点后，应随时注意调整以保持

43、各量不变。2填料塔的吸收传质性能测定（手动操作）1）实验步骤（1）熟悉实验流程和弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；检查各仪表开关阀门是否到位。（2）装置上电，仪表电源上电，打开水泵电源开关。（3）开启进水总阀，使水流量达到400l/h左右。让水进入填料塔润湿填料。（4）塔底液封控制：仔细调节液位阀门的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。（5）打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.2Mpa左右。（6）仔细调节空气流量阀至4m3/h，并调节

44、CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在120l/h。（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值。（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成。（9）增大水流量值至600l/h、800l/h，重复步骤（6）（7）（8），测定水流量增大对传质的影响。（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。2）注意事项（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。（2）先开风机再开水泵。（3）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定

45、要等到稳定以后方能读取有关数据。五、实验报告1计算在一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速下，与其相应的单位填料压降的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点和载点。2计算实验条下的液相体积总传质系数及液相总传质单元高度。六、思考题1本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？2测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？3测定Kxa有什么工程意义？4为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？5当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？6怎样快速地调节气体转子流量计，使转子稳定在某一流量？7在线分析CO2组成时发现色谱仪不出现峰，你认为是何原因？怎样判断？（假设气相色谱仪没问题）测量条件：

46、色谱型号：GC-2000A柱类型：填充柱柱规格：GDX-103载气类型：氢气载气流量：50ml/min进样量：1ml柱温：75进样器温度：75热导：75 桥流：120-160原料气：峰号峰名保留时间峰高峰面积含量1空气 0.407137583.594349031.46996.28462二氧化碳 0.6653877.41213440.7533.7078尾气：峰号峰名保留时间峰高 峰面积 含量1空气 0.323142736.094355399.406 97.73482二氧化碳 0.5902326.473 8236.945 2.2652附实验数据记录G(m3/h)P(Kpa)L=0(m3/h)L=2

47、00(m3/h)L=400(m3/h)L=800(m3/h)24812152025.数据处理结果表logGlogP/ZL=0(m3/h)L=200(m3/h)L=400(m3/h)L=800(m3/h)以logG为横坐标，LogP/Z为纵坐标在坐标纸上标绘曲线（Z=2m）。实验装置 号，操作压力 Kpa气相色谱条件：载气流量（氢气） ml/s，柱温 ，进样器 ，热导温度 ，桥流 气量V（m3/h）水量（L/h）塔底含量（质量）%塔顶含量（质量）%气温T1()液温T2()123计算结果：气量V= m3/h实验次数水量水量（L/h）塔底气相组成（mol%）塔顶气相组成（mol%）总传质单元数总传质系数kmol/(m3.h)123计算示例（以第一组数据为例）塔底wt %=3.7078得：塔顶wt %=2.2652得：kmol/h kmol/h Z=2m(取液体温度下的E