模板化学化工试验教学中心

1、化工基础实验的目的：1、通过实验证实和巩固本学科的有关基本原理及概念，加深对课堂教学中知识的理解。培养学生运用所学的理论分析和解决实际问题的能力； 2、使学生认识和熟悉化工设备的结构原理、性能及操作技术； 3、使学生初步掌握有关化工实验研究方法和实验技巧，培养整理数据获得结论的能力，为将来独立工作，研究和解决实际问题打好基础。化工实验的目的和要求1、实验目的2、实验原理3、实验装置流程4、实验操作方法和注意事项5、实验结果的分析讨论 要求将实验数据整理、加工成表格或图形的形式，并要求以某一组原始数据为例，列出各项计算过程，说明数据图表中结果的来源。并进行误差分析和异常分析。 6、解答思考题实验

2、报告的书写内容预习报告1、实验目的2、实验原理3、实验内容4、实验操作方法和注意事项 画出所需的记录实验数据的表格等。实验一 流量计的标定一、实验目的1、了解孔板流量计的构造、工作原理和主要特点。2、掌握流量计的标定方法。3、了解孔板流量计的孔流系数C0随雷诺准数Re的变化规律。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY二、孔板流量计原理：孔板流量计构造如下图：孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使孔板前后产生压差，并以此作为测量的依据。根据流体静力学原理，可推导出孔板流量计的流量计算公式： 用涡轮流量计作为标准流量计来测量流量qv。每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读

3、数R和流量qv绘制成一条曲线，即流量标定曲线。流量调节阀涡轮流量计离心泵水槽控制面板平衡阀U型管压强计旋塞实验装置三、实验内容1、绘出流量与读数的标准曲线 纵坐标为qv，横坐标为读数R，流量采用涡轮流量计测得（读数），在U型压强计上可以直接得到读数R。2、求孔流系数C0由孔板流量计公式可知： 流量已测得，该流量下的读数也可直接读出，孔板上的小孔d=16mm，小孔的横截面积A0可以算出，上式中只有C0不知，所以用上式可求处C0.C0由孔板锐孔的形状、测压口位置、孔径与管径之比d0/ d1和雷诺数Re所决定。具体数值由实验测定。当d0/ d1为一定值，Re超过某一数值后，C0接近于常数。一般工业上

4、定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.60.7。（管道管径D=25.4mm，孔径d1=16mm）实验原始数据记录：123412组数据流量L/S流量范围0最大流量U型压强计读数mmHg名称次数四、实验步骤1、水槽放入适量的水；2、打开平衡阀门以及U型压强计旋塞；3、打开电源总开关，打开出水阀门（稍微开启一点），启动水泵（绿色按钮）；4、稍微打开管道上的排气旋塞，排空管道中的气体；5、慢慢关闭U型压强计旋塞（注意两边平衡），慢慢关闭平衡阀门；6、调节出水阀门，调节所需流量，稳定3分钟后，进行流量、U型压强计读数的测定。改变流量，继续测定。7、实验完毕，先打开平衡阀

5、门和U型压强计旋塞，然后关闭开关（红色按钮）和总电源开关。五、实验结果讨论1、在坐标纸上绘出qv R的曲线。2、计算出各流量下的孔流系数。并求出平均值。五、思考题1、如何排除管路中的气体？2、流量计为什么要标定？3、试分析孔板流量计和文丘里流量计的优缺点和适用范围？4、孔板流量计的孔流系数随流量如何变化？实验二 柏努利试验 一、实验目的：1、加深对能量转化概念的理解。2、观察流体流经收缩、扩大管段时，各截面上静压能、冲压能的变化。二、实验原理1、柏努利方程原理：揭示了在上述条件下，在导管任一截面的的总能量或总压头为一常数且可以相互转化。2、柏努利方程的特例流体静力学方程原理：流体静力学方程揭示

6、了，静止流体中位压头与静压头之和为一常数且可以相互转化。 溢流高位水槽低位水槽转子流量计泵实验装置ABCD三、实验内容 在静止、以及不同流量下（测3个流量值，小流量、中流量和大流量），分别测定A、B、C、D四个截面上的静压能和冲压能。（冲压能=静压能+动能）。伯努利方程仪实验数据 项目流量A截面B截面C截面D截面名称L/h左侧右侧左侧右侧左侧右侧左侧右侧读数（cm）基准读数（cm）备注：四、实验步骤1、低位水槽放入适量的水；2、打开电源总开关，关闭出水阀门，启动水泵（绿色按钮）；4、缓慢打开出水阀门，向高位水槽输水，直至有溢流流出，并将转子流量计阀门开启最大，通过出水阀门调节适当溢流；5、通过

7、调节转子流量计阀门，排出管道中气泡；6、调节转子流量计阀门，调节所需流量，稳定3分钟后，进行流量、静压头、冲压头读数的测定。改变流量，继续测定。7、实验完毕，关闭转子流量计阀门和出口阀门，然后关闭开关（红色按钮）和总电源开关。五、实验讨论1、分析讨论各截面值的变化及规律（动能、静压能和位能）。2、解释流体流动时各截面的压头变化。3、为什么流量增大各测试点的静压头减少？实验三 离心泵特性曲线的测定一、实验目的：1、了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2、掌握离心泵特性曲线的表示方法及测定方法，加深对离心泵性能的了解。3、了解离心泵的“气缚”现象，以及如何防止“气缚”现象的发生。二、实验原理

8、离心泵是应用最广泛的一种液体输送设备，选择和使用离心泵的重要依据之一是离心泵的特性曲线。 离心泵的特性曲线是指在恒定转速下泵的扬程(压头）He、轴功率N及效率与泵的流量qv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。 离心泵的主要特性参数有流量、扬程、轴功率、有效功率和效率。 流量调节阀涡轮流量计离心泵水槽控制面板实验装置三、实验内容与实验数据 1、测定流量、以及在该流量下的离心泵进出口压力，电动机功率。（注意在0最大流量之间测定，间隔合适） 2、利用实验测得的数据进行扬程和理论功率的计算，并求得泵的效率。 已知：电动机效率为60%，转速2800r/min 要测的数据：某qv下的：P

9、进口、P出口、功率然后求出该流量下所需要的参数：1、扬程He：在泵的入口和出口之间列柏努利方程得： He=H2-H1+（u22-u12）/2g+P2-P1/g+Hf； 泵的进出口的高差（H2-H1）为0.41m，进出口管径相同动能消耗不考虑，进出口两截面间距离很小，可以忽略摩擦阻力， 代入上面方程He=0.41+（P2-P1）/g（Heqv曲线的一个点）2、泵的轴功率 N =电动机功率（直读）电动机效率（ N qv 曲线的点）3、泵的理论功率Ne =qvgHe 泵的效率=泵的理论功率Ne/泵的轴功率N 同时得到（ qv曲线的点） 测定多个流量对应的He、N 、值 ，将这些点连接就得到离心泵特性

10、曲线。102030H/m/%1020304050607004812N/Kw qvHqvNqv某离心泵特性曲线n=2800r/min四、实验结果图注：表中各物理量的单位随装置采用的仪表而定。五、实验数据：离心泵特性曲线测定原始数据表 序号流量计读数泵出口压力读数泵出口真空读数电机功率计读数温度单位： 压力表，单位：仪表， 单位：真空表， 单位：仪表， 单位：单位：单位：12345678910六、实验步骤1、水槽放入适量的水；2、打开电源总开关，启动水泵（绿色按钮）；4、调节控制面板上的流量，待所测流量与设定流量一致，稳定2-3分钟，可以读并记录所需数据；5、实验完毕，流量设到最小，关闭开关（红色

11、按钮）和总电源开关。七、思考题1、离心泵为何会出现“气缚”现象，如何消除？2、为什么启动离心泵前要向泵内注水？3、离心泵启动前和停泵前为什么都要关闭出口阀门？4、根据离心泵特性曲线，如何选择离心泵的扬程和流量？。5、为什么调节离心泵的出口阀门可调节其流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节泵的流量？6、为什么在离心本进口管下安装底阀？从节能观点看，安装底阀是否有利？7、离心泵的特定曲线是否与连接的管路系统有关？8、为什么流量越大，入口处真空表的读数越大，而出口处压强表的读数越小？（列机械能恒算式说明）9、离心泵应选择在高效率区操作，你对此如何理解？10、扬程的物理意义是什么？实验四 管

12、路流体阻力的测定一、实验的目的1.熟悉测定流体流经直管和管件时能量损失的实验组织方法。2.掌握摩擦系数的测定方法。3.学会压力测量仪表的使用方法。4.识别组成管路的各种管件，并了解其作用。二、实验原理 实际流体都是粘性流体,在管路中流动时，由于流体本身的内摩擦以及流动过程中产生涡流，将导致流体的能量损失，在宏观上，就表现为流体在流动过程中有阻力。 流体的这种机械能损失可以用来表征流体流动时阻力的大小。流体在直管中流动时所受的阻力称为直管阻力（或称沿程阻力），它所产生的机械能损失称为直管阻力损失。 另一方面，流体流经各种阀门，管件，或在流动过程中发生流动方向的改变、流道截面的突然扩大和突然缩小等

13、情形时，由于流道的急剧变化，会使流体形成边界层分离而产生大量涡流，这对流体的流动也会产生阻力。这种流动阻力称为局部阻力，它所产生的机械能损失称为局部阻力损失。三、实验内容（一）直管阻力的测定1、光滑管阻力测定 只开启光滑管进口阀门，其余阀门全部关闭，打开光滑管测压阀，调节一定流量，测不同流量下的压差。（10组）。 2、粗糙管阻力测定 只开启粗糙管进口阀门，其余阀门全部关闭，打开粗糙管测压阀，调节一定流量，测不同流量下的压差。（10组）。（二）局部阻力测定 只开启局部阻力管进口阀门（1/2），其余阀门全部关闭，打开局部阻力管近端测压阀，关闭局部阻力管远端测压阀，调节一定流量，测近端压差；然后关闭

14、近端测压阀，打开远端测压阀，测远端压差，不同流量下分别测定近、远端压差（10组）。实验装置与流程水槽离心泵流量计粗糙管光滑管阀门四、设备主要技术数据1、光滑管直管段：管径0.008m，管长：1.69m；2、粗糙管直管段：管径0.010m，管长：1.69m；3、局部阻力管直管段：管径0.015m，管长：1.2m；4、测流量小于100L/h时，采用小转子流量计，压差读数看U型压差计（大转子流量计关闭）。 测流量大于100L/h时，采用大转子流量计，压差读数看表盘压差计（小转子流量计关闭）。直管阻力实验数据表t= ；= ；= ； 光滑管长=1.69m；d内=8.0mm序号Q U型压差计读数 P仪表P

15、 U Re公式L/h左mmH2O右mmH2OkPakPa m/s12345678910五、实验步骤1、水槽放入适量的水；2、打开电源总开关，预热10分钟，启动水泵（绿色按钮）；3、稍微打开管道上的排气旋塞，排空管道中的气体；4、小流量时，关闭大流量计，调节U型压差计水位，进行实验；5、大流量时关闭小流量计和U型压差计；6、测定某管路阻力时，其他管路的阀门及测压开关，均关闭，否则影响测定。7、调节流量计阀门来调节所需流量，稳定3分钟后，进行流量、U型压强计读数的测定。8、实验完毕，然后关闭开关（红色按钮）和总电源开关。数据处理举例：1、如光滑管测定结果如下：水温18，由此温度可以查得水的密度、粘

16、度等物性参数。流量Q=50L/h，压强差P=998.16mmH2O，则：管内流速u=Q/A（m/s）；Pf=998.16mmH2O=gh（Pa） 阻力系数=（2d*Pf）/Lu2； 计算出Re=du/判断试湍流还是滞流，与相应的经验公式对比，2、又如：局部阻力系数测定， 测得数据Q=1000L/h， P近=49.5（kPa）， P远=50.5 （kPa）， 管内流速u=Q/A（m/s）则： 局部阻力P局部阻力=2P近-P远=48.5（kPa） 局部阻力P局部阻力= u2/2 局部阻力系数=2 P局部阻力/u2；七、思考题1、在测定直管的阻力损失时，能否将水平管改为垂直放置或倾斜放置？为什么？放

17、置时压差与直管阻力损失是什么关系？2、测压导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？3、为什么要排除管路及测压导管中的空气？怎么排除？4、为什么摩擦系数与雷诺数Re的关系曲线需要在双对数坐标纸上标绘？5、在不同设备（包括不同的管径）和不用温度下测定的Re 数据能否关联在同一条曲线上?6、如果把实验中的流体由水改为油，试问在双对数坐标系得到的Re曲线是否相同？7、如果实验中的直管分别采用白铁管和紫铜管，试问在双对数坐标系中得到的Re曲线是否相同？实验五、套管换热器气汽热交换系数及膜系数的测定一、实验目的1、通过热交换器总传热系数K和对流传热膜系数的测定，掌握传热实验的组织方法。2、通过建立对流

18、传热膜系数的关联式，加深对经验公式的理解。3、了解强化传热的途径和影响因素，学会运用传热学基本原理分析和处理传热问题。二、空气水蒸气换热实验原理1、总传热系数 根据总热流量方程： K=/（AmTm ） 热平衡方程： =qmcp ( T出-T进）-冷空气 Tm=【（T蒸- T进）-（T蒸- T出）】/ln（T蒸- T进）/（T- T出）T进、T出：空气的进出口温度。Am：套管换热器的平均传热面积。T蒸：蒸汽的温度。qm：空气的质量流量。Cp：空气在定性温度下的定压热容。 Am=(A1+A2)/2 ; A1=d1 L，A2=d2 L；d1是套管式换热器内管的内径，m；d2是套管式换热器内管的外径，

19、m；L是套管式换热器两端测温点之间的距离，m。2、对流传热膜系数： 当管壁很薄时，对流传热膜系数与总传热系数的关系，可用下式确定: 1/k=1/0+/+1/i; 因为内管材料为铜，其导热系数远远大于流体的导热系数；且管壁厚度较小(1mm)，所以（ /1/)，即/可忽略。又因为蒸汽冷凝有相变，0i，1/0也可忽略，所以 Ki，参考上述有 Nu=id/Kd/ 由以上分析可知，只要在实验中测出了空气的进口、出口温度T进和T出、水蒸气的温度T蒸、空气的流量qm等即可求出Nu。按上述原理计算出一系列的Re和Nu后，取对数即可在坐标纸上作出lgNu-lgRe直线，继而确定C和m。空气被加热 h=0.43、

20、的关联式三、实验内容1、测定空气流量m3/h；2、测定该流量下的普通套管/强化套管换热器空气进、出口温度。测定水蒸气温度。3、测定该流量下的管壁温度。4、改变空气流量重复上述测定。（8组数据）。汽-液套管换热器实验装置及流程控制面板鼓风机水箱加热器普通套管换热器强化套管换热器孔板流量计排空冷凝水蒸汽空气空气流量调节阀实验数据记录表格名称冷空气流量进口温度出口温度管壁温度备注单位P（kPa） m3/h12345678910四、设备技术参数：1、普通管：内管：221mm；有效长度L=1.00m 外管：573.5mm；长度：同上空气流量：qv0=18.703 P0.56（m3/h）(1atm，20下

21、的流量， P：kPa)2、强化管：同上，内管材料都是紫铜管。空气流量：qv0=22.696 P0.5（m3/h）(1atm，20下的流量， P：kPa)五、实验步骤1、向加热釜加水至液位计上端红线处；2、检查空气流量旁路调节阀是否全开；检查蒸汽支管各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通；3、打开电源总开关，启动电加热开关，开始加热；4、待水蒸气温度上升至50-60时，启动风机开关通过放空阀来调节空气量；5、蒸汽温度达到100时，保持10-15分钟，然后调节所需空气流量，稳定5分钟分别测定空气流量，空气进、出口处的温度等参数，然后改变流量继续实验6、普通管与强化管交替时，先打开未运行管道上

22、的蒸汽阀门和空气阀门，再关闭运行管道上的阀门；7、实验完毕，先关闭加热釜电源，5分钟后关闭风机和总电源。 八、思考题1、在空气水蒸气换热实验过程中为什么要排不凝性气体？2、要提高实验数据的准确度，在实验操作中要注意哪些问题？为什么？3、对于同一个换热器，若冷、热流体的流量均不变，将逆流操作改为并流操作，总传热系数K是否会发生变化，为什么？4、在空气水蒸气换热试验中，所测的壁温是靠近蒸汽侧的温度，还是靠近空气侧的温度，为什么？5、如何判断实验过程是否已经稳定？影响本实验稳定的因素有哪些？6、若采用不同压力的蒸汽进行实验，对关联式是否有影响？实验六 精馏一、实验目的1、了解精馏装置的基本流程及操作

23、方法。2、了解影响精馏过程的主要因素。3、掌握精馏塔分离能力的测定方法。二、实验原理NT通常在全回流条件下测定。因为在全回流时，达到一定分离的目的所需要的理论塔板数最少，及设备的分离能力最大，避免了回流比等因素的影响，有利于简单、快速、准确的比较填料的优劣。评价精馏柱的分离能力，一般采用沸点相近的物系，用芬斯克方程求最少理论塔板数。平均相对挥发度一般取塔顶与塔釜相对挥发度的几何平均值，即：三、实验内容 本实验选用乙醇正丙醇二元混合液体系，在全回流下进行精馏分离，来考察该填料塔的有效塔板数。 塔顶、塔底的乙醇摩尔分率取样后，可由啊貝折射仪进行测定。由于物质的折光率随温度变化，需进行恒温，要求将啊

24、貝折射仪与超级恒温槽正确连接，调节温度为25，稳定5分钟，可以进行折光率的测定。 回流釜液冷凝器电热套（棒）塔釜U型压差计塔顶冷凝器冷却水精馏柱填料精馏塔实验装置实验装置与流程实验数据记录表格序号名称数据范围说明1塔釜加热维持正常操作的参数2回流比3塔顶温度4操作稳定时间开始升温到正常操作约30min5实验结果理论塔板数图解法总效率精度四、实验方法和步骤1）配置质量比为20:80的乙醇正丙醇二元混合液，并将混合液加入蒸馏瓶内（约600mL），再加入几粒沸石。2）将自来水通入冷凝器，并保持冷凝器有适量流量（主要看塔顶冷凝液温度接近乙醇沸点温度），调节冷却水流量到适合值，启动电热设备，调节加热电压

25、到合适值（120V-150V左右），开始全回流操作，回流比调节器不开。3）调节冷却水流量，使塔顶蒸汽全部冷凝，但流量不宜过大，避免回流液温度下降。塔顶温度77-83为宜。4）在一定蒸发量下进行全回流操作，稳定约30min后，依次由塔顶和塔釜取样，用阿贝折射仪检测易挥发组分浓度。测三次平行样。乙醇正丙醇的组成与折光率关系见附表。五、注意事项1、本实验过程中要特别注意安全，实验所用物系是易燃物品，操作过程中避免洒落以免发生危险。2、实验过程中在加热时应注意加热速度不能快，以免发生爆沸，使釜液从塔顶冲出，若与此现象应立即断电。待恢复正常后，重新加料，再缓慢加热（升电压），重新进行实验。3、开车时先通冷却水，再向塔釜供热；停车时则相反。4、数据测定必须在稳定状态下进行。5、回流液温度一定要控制恒定，尽量接近柱顶温度，其关键在于冷凝水流量要控制适当，并保持稳定。6、啊貝折射仪与超级恒温槽连接后，温度设定为25，开启运行15分钟稳定后，才可以进行折光率的测定。六、实验基本参数1、塔釜加热：电压（v）120-180；塔体高1.5m，内径25mm；2、回流比R：4-；3、塔顶温度：77-83；填料：不锈