《 化工原理 》 课程实验指导书(修改传热后)

1、 现代化学实验与技术 课程实验指导书第二版材料化学、化学化工类专业李艳莉 编佛山科学技术学院 2010年06 月 摘 要 本实验指导书主要介绍流体力学、传热、吸收、精馏等九个实验内容、实验原理、操作方法和实验数据处理的方法。实验通过自循环离心泵特性曲线测定实验台、雷诺和伯努利方程综合实验台、流体力学综合实验台、筛板精馏实验装置、流化床干燥实验装置、填料吸收装置实验装置、列管换热器等七台实验装置进行，并运用计算机对其数据进行处理，帮助学生学习化学工程基础课程。目 录前言实验一 流体流动形态的观察与测定 1实验二 伯努利方程实验与管子管件的认识 3实验三 管道阻力的测定 7实验四 文丘里流量计实验

2、 10实验五 离心泵性能的测定 13实验六 传热实验 17实验七 吸收实验 21实验八 精馏实验 25实验九 干燥实验 32前 言 现代化学实验与技术课程是一门由几个课程实验组成的实验课程，其中包括化学工程基础的课程实验，又成为化工原理课程实验，即化工原理实验。一、化工原理实验的特点化工原理实验属于工程实验范畴, 它不同于基础课程的实验。后者面对的是基础科学, 采用的方法是理论的, 严密的, 处理的对象通常是简单的, 基本的甚至是理想的, 而工程实验面对的是复杂的实际问题和工程问题。对象不同, 实验研究方法也必然不同。工程实验的困难在于变量多, 涉及的物料千变万化, 设备大小悬殊, 实验工作量

3、之大之难是可想而知的。开设化工原理实验课，对学生是培养科学实验能力的一种有效措施。化工原理课程向我们展示了一系列化工生产过程中特有的现象和规律，介绍了化工设备的特点和性能。这些内容对多数学生来说是比较生疏的，为使学生能学好这些内容，化工原理实验能使学生直接观察到某些生动的现象，直接检验某些重要的理论和规律，直接测取某些设备的性能参数。通过化工原理实验来帮助学习化工原理课程，让学生明白每项实验的目的、理论依据、实验装置和实验方法，培养他们科学实验的能力。此外，化工原理实验的另一目的是理论联系实际。化工过程由很多单元过程和设备所组成，学生应该运用理论去指导并且能够独立进行化工单元的操作，应能在现有

4、设备中完成指定的任务，并预测某些参数的变化对过程的影响。化工原理实验通过流体力学、传热、吸收、精馏等九个实验测定，使学生掌握化工设备的性能（自循环离心泵、筛板精馏、流化床干燥、填料吸收、列管换热器），和化工过程（离心泵、雷诺和伯努利方程、流体力学、精馏、吸收、干燥、换热）。化工原理实验全过程可以分成以下步骤；1、明确实验目的和要求；2、了解实验原理、内容和实验装置；3、按实验步骤进行实验，做好实验观察和记录；4、整理数据，分析结果，提交实验报告。每次实验的任务、方案，并对实验步骤、报告书要求，都作了具体的说明。希望学生能运用自己已学到的基础理论知识及实验技术，对实验提出自己的见解。哪怕这种见解

5、也众所公认的不同，哪怕这种见解并不成熟、并不全面，都应得到鼓励。因为在学术工作中这种主动的、独立的、创新的精神非常可贵，因为通过活跃的探讨，错误的可以得到纠正，片面的可以得到补充，表面的可以导向深入。所以同样经历一个实验过程，各人所得的收获可能有很大差别。二、基本要求1、实验研究方法及数据处理(1)掌握处理化学工程问题的两种基本实验研究方法。一种是经验的方法，即应用因次论进行实验的规划；另一种是半经验半理论的方法或数学模型方法，掌握如何规划实验，去检验模型的有效性,模型参数的估值。(2)对于特定的工程问题，在缺乏数据的情况下，学会如何组织实验以及取得必要的设计数据。2、熟悉化工数据的基本测试技

6、术其中包括操作参数(例如流量,温度,压强等)和设备特性参数(例如阻力参数，传热系数,传质系数等)，特性曲线的测试方法。3、熟悉并掌握化工中典型设备的操作了解有关影响操作的参数，能在现在设备中完成指定的工艺要求。并能预测某些参数的变化对设备能力的影响，应作何调整。三、实验课教学内容及教学方法通过实验课的教学应让学生掌握科学实验的全过程，此过程应包括：(1)实验前的准备；(2)进行实验操作；(3)正确记录和处理实验数据；(4)撰写实验报告。以上四个方面是实验课的主要环节，认为实验课就是单纯进行实验"操作"的观点应该改变。为使学生对于实验有严肃的态度，严格的要求和严密的作风，我们

7、推荐典型的实验程序如下：(1)认真阅读实验指导书和有关参考资料，了解实验目的和要求；(2)进行实验室现场预习.了解实验装置，摸清实验流程,测试点，操作控制点，此外还需了解所使用的检测仪器、仪表。(3)预先组织好46人的实验小组，实验小组讨论并拟订实验方案，预先作好分工,并写出实验的预习报告，预习报告的内容应包括：1)实验目的和内容；2)实验的基本原理及方案；3)实验装置及流程图；4)实验操作要点及实验数据的布点；5)设计原始数据的记录表格；预习报告应在实验前交给实验指导教师审阅,获准后学生方能参加实验；(4)进行实验操作，要求认真细致地记录实验原始数据.操作中应能进行理论联系实际的思考；(5)

8、实验数据的处理,如果用计算机处理实验数据，则学生还须有一组手算的计算示例；(6)撰写实验报告。撰写实验报告是实验教学的重要组成部分，应避免单纯填写表格的方式，而应由学生自行撰写成文，内容大致包括：1)实验目的和原理；2)实验装置；3)实验数据及数据处理；4)实验结果及讨论。四、学生实验守则1. 遵守纪律不迟到不早退，在实验室内保持安静，不大声谈笑，遵守实验室的一切规章制度，听从教师指导。2. 实验前要认真预习，作好预习报告，经教师提问通过后，方可准予参加实验。3. 实验时要严格遵守仪器、设备，电路的操作规程不得擅自变更，操作前须经教师检查同意后方可接通电路和开车，操作中仔细观察，如实记录现象和

9、数据。仪器设备发生故障严禁擅自处理，应立即报告教师。4. 实验后根据原始记录，处理数据，分析问题及时作好实验报告。5. 爱护仪器,注意安全,水,电,煤气,药品要节约使用.6. 保持实验室整洁,废品,废物丢入垃圾箱内.7. 实验完毕记录数据须经教师审查签字,做好清洁工作,恢复仪器设备原状,关好门窗,和检查水,电,气源是否关好,方可离开实验室.38实验一 流体流动形态的观察与测定一、目的和要求1、 建立“层流和湍流两种流动形态和层流时导管中流速分布”的感性知识。2、 确立“层流和湍流与Re之间有一定联系”的概念。3、 了解流量计校核的方法；掌握直接测量流量的方法。二、实验内容1、观察液体在不同流动

10、状态时流体质点的运动规律2、测定液体在圆管中流动时的下临界雷诺数三、仪器、设备和材料雷诺和伯努利方程综合实验台1.水箱及潜水泵 2.上水管 3. 溢流管 4. 电源 5.整流栅 6.溢流板 7.墨盒 8. 墨针 9. 实验管 10. 调节阀 11. 接水箱 12. 量杯 13. 回水管 14实验桌 雷诺数，根据连续方程：AV=Q ， 流量Q用体积法测出，即在t时间内流入计量水箱中流体的体积V。式中：A管路的横截面积； d管路直径；V流速； 水的粘度。四、实验原理流体在管道中流动，由两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。如果管路中出口阀门开启较小

11、，在管路中就有稳定的平均速度v，微启红色水阀门，这是红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态微紊流运动。五、实验步骤1、 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H不变。

12、2、缓慢开启阀门7，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。3、开大出口阀门7，使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，在逐渐关小出口阀门7，观察玻璃管中出口处的红色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流时，测定此时的流量。重复三次，即可算出下临界雷诺数。六、实验记录与数据处理次数V（m3）T（s）Q（m3/s）VC（m/s）Rec2123d= mm 水温= Rec2= 实验二 伯努利方程实验与管子管件的认识一、目的和要求1、熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上掌握伯努利方程。2、掌握流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系

13、，和直接测量流量的方法。二、实验内容1、观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程的理解2、掌握一种测量流体流速的原理三、仪器、设备和材料本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成。 雷诺和伯努利方程综合实验台1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱8.实验细管 9. 实验粗管 10.测压管 11.调节阀 12.接水箱 13.量杯 14回水管 15.实验桌四、实验方法与步骤1 验证静压原理：启动电泵，关闭给水阀，此时能量方程试验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此

14、静水头的连线为一平行基准线的水平线，即在静止不可压缩均匀重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和（总势能）保持不变，测点的高度和测点位置的前后无关，记下四组数据于表二的最下方格中。2 测速：能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个毕托管，可测得管内任一点的流体点速度，本试验已将测压管开口位置在能量方程试验管的轴心，故所测得的动压为轴心处的，即最大速度。毕托管求点速度公式： 利用这一公式和求平均流速公式（）计算某一工况（如表中工况2平均速度栏）各测点处的轴心速度和平均流速得到表一3观察和计算流体、管径，能量方程试验管（伯努利管）对能量损失的情况：在能量方程试验管上布置四组测压管、

15、，每组面的测压管测的压力为总压，全开给水阀门，观察总压沿着水流方向的下降情况，这说明流体的总势能沿着流体的流动方向是减少的，改变给水阀门的开度，同时用计量水箱和秒表测定不同阀门开度下的流量及相应的四组测压管液柱高度，记到数据表二中。五、实验记录与数据处理表一测点编号项目点速度Vs（m/s）平均速度（m/s）管中内径（mm）表二测点编号序号流量m3/s左右左右左右左右12能量方程管中心线距基准高位置水头mm能量方程管内径mm静水头六、思考题表二给出了两个工况的全部实验数据，根据以上数据和计算结果，绘出流量下的各种水头线，并解释图中现象。就图中现象回答如下问题：1 为什么能量损失时沿着流动的方向增

16、大的？2 为什么比压力能头大？（由于管径变粗流速减慢，动能头转变为了压力能头）3 为什么比位置能头相同但压力能头小了？（因为压力能头转化成速度能头了）4 为什么比压力能头增大了？（因为尽管两点管径相同，动能头相等，但因位置变化所以压力能头增大了）上图不必用管内的平均流速画图这是因为能量方程式在一条流线上亦是成立的，但值得说明一点的是测压管是成双的，这样做较直观，通过实验和计算很明显，两者间的距离所引起的误差是不会改变试验的实质的。实验三 管道阻力测定一、目的和要求1、熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上掌握伯努利方程2、掌握流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关

17、系，和直接测量 流量的方法。二、实验内容1、验证沿程水头损失与平均流速的关系。 2、记录仪器常数 3、调节阀门测十组数据，每次记录测压计的水面差，计算平均流速，将实验的与计算得出的u值标入对数坐标纸内，绘出lghr-lgu关系曲线；三、仪器、设备和材料流体力学综合试验台1.储水箱 2.上、回水管 3.电源插座 4.恒压水箱 5.墨盒 6.实验管段组 7.支架 8.计量水箱 9.回水管 10.实验桌四、实验原理对沿程阻力两测点的断面列能量方程 因实验管段水平，切为均匀流动： 得： 上式中： ：测压管水头差即为沿程水头损失。由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算平均流速V，将所得，V数据点绘

18、在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与流速的关系。五、实验步骤1、开启调节阀门，测读测压计水面差； 2、用体积法测量流量，并计算出平均流速； 3、将实验的与计算得出的u值标入对数坐标纸内，绘出lghr-lgu关系曲线； 4、调节阀门逐次由大到小，共测定10次；六、实验记录与数据处理仪器常数： d= cm, A= cm2L= m, t= 表 3-1Noh1(cm)h2(cm)hf(cm)V(cm3)lghf(cm3)t(s)q(cm3/s)(cm/s)lg12345678910实验四 文丘里流量计实验一、目的和要求1、通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术。 2、验证能量方程的正确

19、性。二、实验内容1、记录有关常数2、用体积法测流量3、调节阀门，记录相关数据并计算三、仪器、设备和材料流体力学综合试验台1.储水箱 2.上、回水管 3.电源插座 4.恒压水箱 5.墨盒 6.实验管段组 7.支架 8.计量水箱 9.回水管 10.实验桌 文丘里管径：D1=14mm D2=10mm四、实验原理根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用的文氏管过水能力关系式 其中： 式中： 为两断面测压管水头差 由于阻力的存在，实际通过流量Q恒小于Q。引入无量纲系数 (称为文丘里流量修正系数)五、实验步骤1、 测计各有关常数。 2 、打开水泵，调节进水阀门，全开出水阀门，使压差达到测压计可测量的

20、高度。 3、测读压差，同时用体积法测量流量。 4、逐次关小调节阀，改变流量79次，注意调节阀门应缓慢。 5、把测量值记录在实验表格内，并进行有关计算。 6、如测管内液面波动时，应取平均值。 7、观看大压差板上11、12的流量，分别测记压管读数及流量，实验完毕把水泵关掉。六、实验记录与数据记录1 记录计算有关数据。 实验装置台No d1= cm, d2= cm, 水温 t= v= cm2/s水箱液面标尺值vo = ，管轴线高程表尺值 = cm。2 整理记录计算表。表7.1 记录表次序测压管度数水量(cm3)测量时间(s)h1h2h3h4123456789表7.2 计算表次序Q(cm3/s)h=(

21、h1-h2+h3-h4)(cm)Re1实验五 离心泵性能的测定一、目的和要求（1） 学习管路阻力损失（hf）、管子摩擦系数（）、管件阻力系数（）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。（2） 学习对数坐标纸的用法。（3） 各种流量计和压差计的正确使用；离心泵的正确使用和启动；双对数坐标纸的使用。二、实验内容1、调节阀门，测读相应的M、V、G、和Q2、绘制出HQ，NQ和Q曲线三、仪器、设备和材料自循环离心泵特性曲线测定实验台1.设备支架 2.电机力矩 3.转速器 4.压力表 5.真空表 6. 巡检仪表 7.出水调节阀 8.文丘里 9.压差传感器 10.计量水箱 1

22、1.排水管 12.放水阀 13.储水箱 14.泄水阀 15.电机支架 16奠基入水处 17.电机四、实验原理1、HQ曲线利用阀门6调节流量，测定H、Q的数值。Q用计量水箱和秒表测定；H值可由下式计算：式中：H压力表2读数，Mpa ，换算成水柱高，m V真空表3读数，Mpa ，换算成水柱高，m Z压力表至真空表接出点之间的高度，m 泵进口流速，一般进口和出口管径相同， 所以 逐次改变阀门6的开度，测得不同的值和其相应得水头值（和值），在QH坐标系中得到相应的若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵得HQ曲线。2、NQ曲线测定泵在不同流量时的泵输入功率（为电机的输出功率），绘制NQ曲线。实验装置

23、中，泵电机转子的轴安装在固定支座的轴承上，而定子做成悬浮的。当定子通入电流时，与转子产生感应力矩，使转子旋转，驱动泵的叶轮旋转；而定子也由于反力矩而产生转动，利用定子上接出的测力矩力臂2及相应的砝码，使力臂平衡（成水平）不转动，从而就可以测定泵相应情况下的力矩，再利用转速表测出电机（泵）的转速，即可算出泵的实用功率，或 式中：相应工况下的感应力矩， kg.m 相应工况下的电机（泵）旋转角速度 相应工况下的电机（泵）旋转速度，转/分相应工况下的力臂上的作用力，kg L力臂长度，m 相应工况下的砝码总重，kg 空转情况下平衡时的初始砝码重量，kg逐次改变阀门的开度，测得不同的值和其相应泵实用功率值

24、，在QN坐标系中得到相应得若干测点，将这些点光滑地连接起来，即得水泵得NQ曲线3Q曲线利用HQ和NQ曲线，任取一个值可以得出相应的和值，由此可得该流量下得相应效率值：取若干个值，并求得相应和值，即可算出其相应的值，在Q坐标系中可光滑地连出泵的Q效率曲线。五、实验步骤1.实验前准备：1.1检查设备是否有损坏或泄漏的地方1.2记录装置的常数：Z，L值1.3使水箱充水,直至充满为止1.4接上电源2.进行实验：1) 开动电机,使水泵运转,此时阀门7关闭,为空截状态,再记录数据：读压力表4读数,真空表5读数,转速表读数和测矩力臂平衡数据。 2） 略开阀门7，水泵开始给水，再记录数据：测读、和值，并利用计

25、量水箱和秒表测量在此工况下的流量。（开阀门7时将巡检仪表的通道锁定到5通道，也就是测文丘里的那个通道，调阀门7时看着文丘里的读数改变一次数据基本是1000，改变数据之后将锁定的通道调到自动循环设置，巡检仪表自动循环两圈之后再采集数据）逐次调节阀门7，重复上述步骤，测读相应的M，V，G和Q。3）试验调试完毕后先把水泵关掉，将电源从插座中拔出来。六、实验记录与数据处理NoM(Mpa)V(Mpa)G(Kg)n(转/分)Q（Kg/s）备注W（立方）t（秒）1234根据测试数据，在坐标系中点出测试点，最后光滑地绘制出HQ，NQ和Q曲线。（可以在一张图上绘出）。 实验六 传热实验换热器传热系数的测定装置是

26、一种典型的工程试验设备。该实验是化工原理系列实验之一，是选修化工原理课程的学生之必修实验课程。通过本装置的操作实践，了解换热器的结构，掌握传热系数的标定方法，并学会换热器的操作方法。一、基本原理换热器在工业生产中是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷流体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热量的参数有传热面积，平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外。换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产时间中是经常遇到的问题。列管换热器是一种间

27、壁式的传热装置，冷热流体间的传热过程，有热流体对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷流体的对流传热三个传热子过程组成，如图所示，以冷流体侧传热面积为基准的过程的传热系数与三个子过程的关系为： （1）对已知的物系和确定的换热器，上式可表示为 （2） 由此可知，通过分别考察冷热流体流量对传热系数的影响，从而达到了解某个对流传热过程的性能。若要了解对流给热过程的定量关系。可有非线性数据处理而得。这种研究方法是过程分解与综合实验研究方法的实例。传热系数K借助于传热速率方程式和热量衡算方程式求取。热量衡算方程式： （3） （4） (5)换热器保温良好，Q损=0，则 （6）由于实验过程中存在随机误差

28、，换热器的传热量为 （7）换热器的操作优劣以传热不平衡度度量，即 （8）传热速率方程式： （9）式中， ， （10）符号说明：K传热系数；流体的给热系数；A换热器的传热面积；G流体的质量流量；Q传热量；Cp流体的恒压热容；T热流体温度；t冷流体温度；t传热温度差；t传热平均温差修正系数，全逆流时t=1.对于单壳程、双管程或二管程以上的t可从文献中查得；操作不平衡度；固体壁的导热系数；固体壁的厚度下标：h热流体 ；c冷流体；m平均值；进进口；出出口；逆逆流二、实验装置和流程本实验物系冷流体是水或空气，热流体是空气。冷流体自冷流体源来，经转子流量计测量流量，温度计测量进口温度后，进入换热器壳程，换

29、热后在出口处测量其出口温度。热流体自风源来，经转子流量计测量流量后，进入加热到90100，流入换热器的管程，并在入口处测量其进口温度，在出口处测量其出口温度。1、测试元件列管换热器型号：GLC-0.4 数量：二台单壳程双管程壳程采用圆缺性挡板，传热管为低肋铜管管径：10×1mm 有效管长：290mm 管数：14根管外侧传热总面积：0.4 m22、测量仪表温度计：冷热流体进出口温度计数量：每套四支，共八支量程：0100，分度：0.2流量计：冷热流体转子流量计数量：每套二台，共四台型号：LZB-25 精度：1.5级量程：气体：2.525Nm3/H 液体：1001000NL/H三、实验方法

30、1、开通冷流体源7，打开阀6，由调节阀5调节冷流体流量；2、开通风源1，打开阀4，由调节阀3调节空气流量，连通加热器2电源加热空气到90100。不得大于100；3、维持冷热流体流量不变，热空气进口温度在一定时间内（约10分钟）基本不变是，可记取有关数据，每个实验点测34次数据，测量间隔约35分钟；4、在测定传热系数K时，维持冷流体（或热空气）流量不变的情况下，根据实验布点要求，改变热空气（或冷流体）流量若干次；5、实验结束，关闭加热电源，待热空气温度降至50以下，关闭冷热流体调节阀，并关闭冷热流体源。四、数据处理1、 原始数据记录表编号热流体冷流体流量M3/H温度（）流量L/H温度（）T进T出

31、t进t出123456782、计算结果表序号QcWQhWQWRPttm逆()tm()KW/m2W/m2123456789五、注意事项1、电源220V 双色线（黄绿）为接地线2、加热时升温不宜过快。大于100，温度计会损坏，若客户要提高气体入口温度，则需要更换温度计。3、气源不可在0流量下工作，应用旁路阀来调节为宜。4、在计算实验结果时t=1。实验七 吸收实验一、目的和要求1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构。2、掌握总传质系数的测定方法。3、了解气体空塔速度和喷淋密度对总传质系数的影响。4、了解气体空塔流速与压强降的关系。5、掌握实验流程图的正确表示法，正确掌握转子流量计的使用方法。二、实验

32、内容1将原始数据列表。2在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。3列出实验结果与计算示例。三、仪器、设备和材料吸收装置流程图1水箱；2排水阀；3水泵；4液体流量计；5液体进口阀；6液体温度计；7气体流量计；8气体进口阀；9气体温度计；10二氧化碳钢瓶；11二氧化碳流量计；12气体混合灌；13进塔气体取样口；14风机；15风机旁路；16喷淋头；17填料层；18液体再分布器；19塔底液封；20U型压差计；21出塔气体取样口；22气体出口阀；23液体出口阀四、实验原理气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作

33、为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。1 计算公式填料层高度Z为式中：L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)； Kxa 以X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL 液相总传质单元高度，m； NOL 液相总传质单元数，无因次。令：吸收因数A=L/mG   2 测定方法（1）空

34、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）测定填料层高度Z和塔径D；（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；（4）平衡关系。本实验的平衡关系可写成y = mx 式中：m 相平衡常数，m=E/P；E 亨利系数，Ef(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；P 总压，Pa，取1atm。对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。五、实验步骤（1）熟悉实验流程及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；（2）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；（3）打开仪表电源开关及空气压缩机电

35、源开关，进行仪表自检；（4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节液体出口阀的开度，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）启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；（6）仔细调节风机旁路阀门的开度（并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）（7）待塔中的压力靠近某一实验值时，仔细调节气体出口阀的开度，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、压差计、压力表上读取各温度、压力、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱

36、仪分析出塔顶、塔底气体组成；（9）实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）清理实验仪器和实验场地。六、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、在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。七、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Kxa有什么工程意义？3为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？4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？实验八

37、精馏实验一、实验目的和要求1、 了解连续精馏装置的基本流程及操作方法。2、 学习精馏塔全塔效率的测定方法。3、 理解回流比、蒸汽速度等对精馏塔性能的影响。4、 深入了解影响精馏操作的因素。二、实验内容1将塔顶、塔底温度和组成，以及各流量计读数等原始数据列表。2按全回流和部分回流分别用图解法计算理论板数。3计算全塔效率和单板效率。4.分析并讨论实验过程中观察到的现象。三、仪器、设备和材料筛板塔精馏塔实验装置图1塔釜；2电加热器；3塔釜排液口；4塔节；5玻璃视镜；6不凝性气体出口；7冷却水进口；8冷却水出口；9冷却水流量计；10塔顶回流流量计；11塔顶出料液流量计；12塔顶出料取样口； 13进料阀

38、； 14换热器； 15进料液取样口； 16塔釜残液流量计；17进料液流量计；18产品灌；19残液灌；20原料灌；21进料泵；22排空阀；23排液阀；四、实验原理 1全塔效率全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即 （81） 式中，完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置10。 全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。2单板效率 单板

39、效率又称莫弗里板效率，如图81所示，是指气相 或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔 板前后的组成变化值之比。 图81 塔板气液流向示意按气相组成变化表示的单板效率为 （82）按液相组成变化表示的单板效率为 （83）式中，、离开第n、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数；、离开第n-1、n块塔板的液相组成，摩尔分数； 与成平衡的气相组成，摩尔分数； 与成平衡的液相组成，摩尔分数。3 图解法求理论塔板数图解法又称麦卡勃蒂列（McCabeThiele）法，简称MT法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在yx图上直观地表示出来。精馏段的操作线方程为： （84） 式中， 精馏段

40、第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数； 精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数； 塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数； 泡点回流下的回流比。提馏段的操作线方程为： （85）式中，提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；塔底釜液的液体组成，摩尔分数；提馏段内下流的液体量，kmol/s；釜液流量，kmol/s。加料线（q线）方程可表示为： （86）其中， （87）式中，进料热状况参数；进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；进料液的泡点温度，；进料液温度，；进料液在平均温度/2下的比热容，kJ/（kmol）；进料液组成，摩尔分数。回流比R的确定： （

41、88） 式中， 回流液量，kmol/s； 馏出液量，kmol/s。式（88）只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。如图82所示，从全凝器出来的温度为、流量为的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。图82塔顶回流示意图对第一块板作物料、热量衡算： （89） （810）对式（89）、式（810）整理、化简后，近似可得： （811）即实际回流比： （812） R1 （813）式中，、离开第1、2块板

42、的气相摩尔流量，kmol/s； 塔内实际液流量，kmol/s；、指对应、下的焓值，kJ/kmol；回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol； 回流液在与平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol）。（1） 全回流操作在精馏全回流操作时，操作线在yx图上为对角线，如图83所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。图83 全回流时理论板数的确定 （2） 部分回流操作部分回流操作时，如图84，图解法的主要步骤为：A. 根据物系和操作压力在yx图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线；B. 在x轴上定出xxD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b；

43、C. 在y轴上定出yCxD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线；D. 由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d；E. 连接点d、b作出提馏段操作线；F. 从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；G. 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。 图84部分回流时理论板数的确定五、实验步骤1全回流（1） 配制浓度10%20%(体积百分比)的料液加入贮罐中，打开进料管路上的阀门，由进料泵将料液打入塔釜

44、，观察塔釜液位计高度，进料至釜容积的2/3处。进料是可以打开进料旁路的闸阀，加快进料速度。（2） 关闭塔身进料管路上的阀门，启动电加热管电源，逐步增加加热电压，使塔釜温度缓慢上升（因塔中部玻璃部分较为脆弱，若加热过快玻璃极易碎裂，使整个精馏塔报废，故升温过程应尽可能缓慢）。（3） 打开塔顶冷凝器的冷却水，调节合适冷凝量，并关闭塔顶出料管路，使整塔处于全回流状态。（4） 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓度XW，送色谱分析仪分析。2 部分回流（1）在储料罐中配制一定浓度的乙醇水溶液（约1020%）。（2）待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量。（3）控制塔顶回流和出料两转子流量计，调节回流比R(R=14)。（4）打开塔釜残液流量计，调节至适当流量。（5）当塔顶、塔内温度读数以及流量都稳定后即可取样。3取样与分析（1） 进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出。（2） 塔板取样用注射器从所测定的塔板中缓缓抽出，取1ml左右注入事先洗净烘干的针剂瓶中，并给该瓶盖标号以免出错，各个样品尽可能同时取样。（3） 将样品进行色谱分析。六、注意事项（1）塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。（2）料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。（3）如果实验