化工原理试验

第3部分化工原理基本实验流体流动阻力的测定实验目的(1)学习管路阻力损失(hf)、管路摩擦系数(2、管件(阀件)局部阻力系数(Z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)了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会其使用方法。3.1.2实验原理实际流体沿直管壁面流过时因粘性引起剪应力，由此产生的阻力损失称为直管阻力损失hfO流体流过管件、阀门或突然扩大(缩小)时造成边界层分离，由此产生的阻力称为局部阻力。上述两种阻力的测定原理如下：(1)直管阻力损失为了测定流体流过长为i、内径为d的直管的阻力损失，在其两端安装一个u形管压差计。在压差计的上、下游取压面1-1与2-2间列伯努利方程：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"T.p.u2 / .p.u2、 ,、h=gz+T+T-(gz+T+-) (3-1)f1p2 2p2对于水平等径直管，有q=z2,u1=u2，所以h=Pi二P2 (3-2)fp流体流过直管的压降由压差计测定，即于是P1-P于是P1-P2二(p-p)gRi(p-p)gR

i

p(3-3)(3-4)因为hf因为hf6d5，所以在某一流量下摩擦系数可按下式计算:(3-5)心2d(p「p)gR

lu2(3-5)式中：P.、P——分别为直管阻力压差计指示剂及流体的密度；R——U形压差计读数。根据因次分析，流体在直管内湍流流动时摩擦系数为雷诺准数Re和管子相对粗糙度(/d)的函数，即工f(Re,。)=f(如,彳) (3-6)d日d(2)局部阻力根据局部阻力系数法，流体流过管件或阀门的阻力损失为(3-7)7，(P+Pgz)-(p+Pgz)(p'—P)gR'uu'2h=——1 1 2 2—二——i 二g(3-7)式中：p'、P——分别为局部阻力压差计指示剂及流体的密度；R'——U形压差计读数。所以，在某一流量下阀件或者管件的局部阻力系数可按下式计算：(3-8)g_2(p'-p)gR

PUf2(3-8)根据式(3-4)〜(3-8)，实验的组织方法是：在待测的直管段、管件(如大小头、90o弯头等)或者阀门(如闸阀、球阀等)两端安装U形管压差计，在管路下游安装出口阀，在直管段安装流量计，再配以温度计、管件、水槽等部件组成循环管路。实验装置与流程本实验装置由离心泵、涡轮流量计、水槽、U形压差计等组成，其流程如图3-1所示。图3-1流体流动阻力实验装置1—水槽；2一离心水泵；3—流量计；4—温度计；5—阀件或管件；6一直管；7—底阀；8—控制阀；9—引水阀；10，11—排气阀；12—平衡阀；13一总管排气阀实验步骤(1)关闭控制阀，打开2个平衡阀，引水、灌泵、放气，关闭功率表，启动泵。(2)排出管路系统的气体。a.总管排气：先将控制阀全开，再关闭，如此反复3次，目的是排走总管中的部分气体；然后打开总管排气阀，开启后再关闭，如此反复3次。b.引压管排气：开启控制阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启再同时关闭，共反复3次。・・ ・・c.压差计排气：关闭2个平衡阀，对每个压差计的2个排气阀，先同时开启后同时关闭，共反复3・・・・・・・ ・・ ・・次。注意：在开启排气阀时眼睛要注视U型压差计中的指示剂液面，防止指示剂冲出。(3)检验排气是否彻底。检验方法：将控制阀全开，再全关，观察U型压差计读数，若左右读数相等，则可判断系统排气彻底;若左右读数不等，则重复步骤(2)。(4)记录数据。注意：a.由于系统的流量采用涡轮流量计计量，其小流量受到结构的限制，所以从大流量做起，实验数据比较准确。b.由于Re在充分湍流区时，丸〜Re的关系是水平线，所以在大流量时宜少布点；而Re比较小时，丸〜Re的关系是曲线，所以小流量时应多布点。(5)关闭出口阀，关闭功率表开关，停泵，打开平衡阀。3.1.5注意事项(1)排气一定要彻底；(2)启动泵前必须关闭引水阀；(3)引压管和压差计排气时要同时开关排气阀，注意安全，确保指示剂不从压差计内冲出；(4)合理安排实验点。数据记录表3-1流体流动阻力测定实验原始数据记录表直管长度： m 管径： mm 指示剂:阀门或管件类型： 管径： mm 指示剂:水温： ℃序号显示仪读数直管阻力压差计局部阻力压差计左右左右12345678910实验报告要求(1)将实验数据整理成见〜Re数据表，在双对数坐标纸上绘制力〜Re曲线。・・・

(2)确定管件或阀门的阻力系数。思考题(1)如何选择u形压差计的指示液？(2)流量调节阀为何安装在出口处的下端？(3)为了确定力与Re的函数关系要测定那些数据？宜选用什么仪器、仪表来测定？(4)为什么要进行排气操作？如何排气？为什么操作失误可能将U形压差计中的水银冲走？(5)不同管径、不同水温下测定的丸〜Re数据能否关联到一条曲线上，为什么？(6)以水为工作流体测定的丸〜Re曲线能否用于计算空气在直管内的流动阻力，为什么？(7)两段管线的管长、管径、相对粗糙度及管内流速均相同，一根水平放置，另一根倾斜放置。流体流过这两段管线的阻力及管子两端的压差是否相同，为什么？3.2离心泵特性曲线的测定实验目的了解离心泵的特性；(2)学习离心泵特性曲线的测定方法；(3)熟悉离心泵的操作方法和特性曲线的应用;(4)正确掌握用作图法处理实验数据。实验原理对一定类型的离心泵来说，泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程(He)、轴功率(Pa)和效率(n)与流量(qV)之间的关系。因为Pn=因为Pn=paPgqHe

V Pa(3.9)所以，要测定离心泵的特性曲线，最重要的是测定Hee〜qV关系曲线。由于离心泵的结构和流体本身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失，迄今为止，还没有人能推导出计算扬程的纯理论数学方程式。因此，不能通过理论方法直接获得He〜qV关系曲线。泵的工作点为管路特性曲线和泵特性曲线的交点，改变管路阻力(通过调节阀门开度)可使管路特性曲线上的工作点发生移动，再将一系列移动的工作点的轨迹连接起来，就得到泵的He〜qV关系曲线，见图3-2。图3-2图3-2泵的工作点原理图图3-3泵的结构示意图在泵的进出口截面(图3-3)间列机械能衡算式:h+Ph+P+U2+He=h+P+

1Pg2g 2pgU2—2.+Hf,1-2(3-10)(3-11)He="-2+h-h+”-上

PgPg 212g2g(3-11)其中(3-12)其中由式(3-9)、(3-11)和(3-12)可见，实验的组织方法是：在泵的进、出口管上分别安装真空表和压力表，确定p1和p2；安装温度计测量流体温度，从而确定流体的密度p在电机上安装功率表计量电机输入功率Pa；安装流量计，确定流体的流速u；通过阀门控制流量；除以上仪表外，配上管件、水槽等部件组成循环管路。实验装置与流程本实验装置由水槽、离心泵、控制阀、流量计等组成，其流程如图3-4所示。图3-4泵特性曲线实验装置1—水槽；2一离心泵；3-控制阀；4—真空表；5-电功率表；6-压力表；7—温度计；8—涡轮流量计；9—底阀；10一排气阀；11—引水阀；12一排污阀实验步骤(1)关闭电功率表开关，关闭控制阀，引水、灌泵，待泵出口压力稳定后，关闭引水阀反复开、关•・・・•泵体排气阀，气体被排尽后，关闭排气阀。(2)启动泵，接通电功率表。(3)采集数据。实验从大流量做起，在最大流量与最小流量(含最大流量与最小流量)之间采集10组以上数据。(4)实验结束后，停泵，关闭电功率表开关。注意事项(1)调节阀门开度后须等待3〜5min方能读取数据。(2)最大流量由管路特性与泵特性共同决定，指控制阀全开时的值。(3)因离心泵效率极值点会出现在大流量时，所以实验布点应遵循大流量多布点，小流量少布点的规则。(4)实验中若发现流量显示仪读数达不到零，则可采用先将控制阀全开，再快速关闭控制阀，使流量显示仪读数为零，此读数可能不久还会上升，仍为正常现象，上升的数据不采集，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而改变。数据记录表3-2离心泵特性曲线的测定实验数据记录表水温：℃ 两测压口间的垂直距离： mm泵的吸入口管径： mm泵的压出口管径： mm序号显示仪读数真空表/MPa压力表/MPa电功率表读数12345678910实验报告要求(1)在直角坐标系中绘制离心泵的特性曲线，注意必须说明实验介质、实验温度、泵的类型与转速。(2)判断该泵较为适宜的工作范围。思考题(1)启动离心泵前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安装方面有何特点？(2)启动离心泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后再逐渐开大？停泵时为什么也要先关闭出口阀？(3)离心泵的特性曲线是否与连接的管路系统有关？(4)离心泵的流量增大时，压力表与真空表的数值将如何变化?为什么？(5)离心泵的流量是否可以通过泵的出口阀调节，为什么？(6)在什么情况下会出现“汽蚀”现象？汽蚀现象与气缚现象有什么区别？(7)离心泵在其进口管上安装调节阀门是否合理？为什么？(8)试分析必须汽蚀余量与泵的安装高度的区别。(9)已知某离心泵的必需汽蚀余量(NPSH)r=3.0m，如果选用密度比水轻的苯作介质，那么必需汽蚀余量如何变化？为什么？

3.3过滤实验实验目的了解过滤机的构造、流程、操作原理，掌握过滤的操作方法;(2)测定恒压过滤时的过滤常数K；(3)测定洗涤速率并验证最终速率和洗涤速率的关系。实验原理恒压过滤方程为：(3-13)V2-V12+2V(V-V)=KA2(t-T1)(3-13)或 q2-q2+2q(q-q)=K(T-T) (3-13a)1 e 1 1式中：A 过滤面积，m2；K 过滤常数，m2/s；q 单位过滤面积的滤液体积，q=V/A，m3/m2；q——-t1时间所得单位过滤面积的滤液体积，m3/m2；qe 单位过滤面积的虚拟滤液体积，qe=V/A，m3/m2；V——t时间内的滤液体积，m3；Ve——虚拟的滤液体积，它是形成相当于滤布阻力的一层滤饼时应得到的滤液体 积，m3；t 过滤时间，s；t1——恒压过滤前的过滤时间，s。对式(3-13a)微分可得(3-14)(3-15)并由此算出一dt 2 2(3-14)(3-15)并由此算出一———q+—qdqKKe上式表明dT/dq与q成直线关系，其斜率为2/K，截距为2qjK。为了便于实验测定，用At/Aq代替dt/dq。于是，式(3-14)可改写为At 2 2————q+—qAqK Ke已知过滤面积，对待测的物料进行恒压过滤，测出一系列时刻(t)的累积滤液体积(V)，系列q(q=V/A)的值，从而得出一组对应的At与Aq之值。与At/Aq对应的q值应为qm，而qm应是相邻两次q的平均值，即

(3.16)然后在直角坐标系中以qm为自变量（横轴），(3.16)距为2qe/K。由此可求出K和qe。也可将式（3-13a）化为下式进行求解以At以At/Aq为因变量（纵轴）作一直线；直线斜率为2/K，截 1q-qi(3-17)3.3.3实验装置与流程(3-17)（1）板框过滤装置（I）板框过滤装置由过滤器、调料桶、贮浆罐、贮水桶、量筒等组成，其流程如图3-5所示。图3-5板框过滤实验装置1—调料桶；2—贮浆罐；3—过滤器；4一滤液计量筒；5一贮水桶；6—压缩空气进口阀；7一压力表将料浆在调料桶内调匀后，放入贮浆罐内，由压缩空气将料浆压入过滤器中，滤液排出量用量筒进行计量，洗涤滤饼时用压缩空气将贮水桶中的水压入过滤器进行洗涤。操作压力由压力定值器控制（在老师的指导下调节）。（2）卧式圆形过滤装置（II）卧式圆形过滤装置由圆形过滤器、贮浆罐、泵、量筒等组成，其流程如图3-6所示。图3-6卧式圆形过滤装置1一贮浆罐；2—循环泵；3—过滤器；4一滤液计量筒；5—加料口；6一循环阀；7—过滤阀；8—压力表；9一排污阀将配好的料浆倒入贮浆罐内，由泵将料浆送入过滤器中，滤液排出量用量筒进行计量。3.3.4实验步骤（1）装置⑴a.熟悉过滤实验的装置与流程，检查各阀门的启闭是否正确，然后用碳酸镁和水配制成料浆，其浓度在5%（质量分率）左右。b.先湿透滤布，再将它装于滤框上。安装时滤布孔要对准过滤器的孔道，表面要拉平整，不起皱纹，板和框的排列顺序为：非洗涤板一滤框一洗涤板一滤框一…。c.将料浆导入贮浆罐，开启搅拌机，使料浆浓度均匀。d.启动压缩机，待压缩机运行正常后，调节空气减压阀，将压力调至指定的工作压力（减压阀的压力一般控制在0.1MPa）。e.开启过滤阀开始过滤，用二只秒表交替记时，记下间隔过滤时间和滤液量，共记录6组以上数据。f.如欲在不同的恒定压力下进行过滤实验，其料浆浓度大体上维持不变，并重复步骤c、d、e。g.待滤渣充满滤框时即可停止过滤（以滤液量显着减少到一滴一滴地流出为准）。h.若需测定洗涤速度，则可在过滤终了时通入洗涤水，并记录洗涤水量和时间。i.实验完毕，拆卸板框过滤器，将板框过滤器内的滤渣放回调料桶，并清洗过滤器。（2）装置（II）a.用碳酸镁和水配制成料浆，其浓度在5%（质量分率）左右，其体积约占贮浆罐的2/3；b.按正确的顺序安装过滤器；c.开启贮浆罐和循环泵的出口阀，开启循环泵，运行约15min；d.关闭循环阀，开启过滤阀，用二只秒表交替记时，记下间隔过滤时间和滤液量；e.待滤渣充满滤框时即可停止过滤（以滤液量显着减少到一滴一滴地流出为准）；f.过滤结束后，将滤饼倒回配料桶，清洗过滤器。注意事项（1）板框过滤装置a.应在熟悉阀门、管路系统和板框压滤机的构造后方能进行操作。b.通过调节减压阀开度保持整个过滤过程的压力稳定。c.记录数据之前，要根据过滤面积与量筒体积的大小，选定一个合适的AV值（一般取200mL）。（2）圆形过滤装置a.安装过滤器时必须做到顺序正确，用力均匀。b.滤布要放平整。数据记录表3-3过滤实验数据记录表过滤面积： m2滤浆MgCO3的质量分率： %序号时间At/s滤液量V/L12348实验报告要求(1)以累计滤液量q对时间T作图；(2)以AT/Aq对qm作图求出K、qe，并写出完整的过滤方程式;(3)求出洗涤速度，并和最终过滤速率比较。思考题(1)为什么过滤开始时滤液常常有些浑浊，待过滤一段时间后才能澄清？Aq值取大一点好还是取小一点好？Aq与哪些因素有关？(3)滤浆浓度和过滤压力对K值有何影响？(4)恒压过滤时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些？(5)当操作压强增加一倍时，其K值是否也增加一倍？要得到同样的滤液量，其过滤时间是否应缩短半？3.4传热实验湍流下空气-水对流给热系数的测定3.4.1.1实验目的(1)测定套管式换热器的总传热系数K；(2)测定圆形直管内对流给热系数a,并学会用实验方法将流体在管内强制对流时的实验数据整理成包括a的准数方程式。实验原理(1)测定总传热系数K根据传热速率方程式，有KQ(3-18)K二(3-18)AAtm实验时，若能测定或确定Q、Atm和A，则可测定K。a.传热速率Q "本实验为水与空气间的换热，忽略热损失，根据热量衡算，有Q=qhch(T1~T2)=qc(12-ti) (3-i9)式中：5c、cph——分别为水和空气的定压比热容，J/(kg•K)；q：C、qmh——分别为水和空气的质量流量，kg/s；T「T2——分别为空气的进、出口温度，℃；t「12——分别为水的进、出口温度，℃。传热速率Q按空气的放热速率计算。空气的质量流量由下式确定：

(3-20)q=Pq(3-20)mc V式中：qVp空气的体积流量，m式中：qVp空气处于流量计前状态时的密度，kg/m3。式中:b.P=1.293xpa式中:b.P=1.293xpa 当地大气压，Pa；t——转子流量计前空气的温度，R——流量计前空气的表压，Pa。传热平均推动力Atm℃；p+R273.15—a X 101325273.15+1(3-21)(3-22)(4-t2)-(T2-tj(3-22)T-tln^—2-T-11c.传热面积c.传热面积(3-23)式中：L(3-23)式中：L——传热管长度d——传热管外径，m。A=ndL(2)测定空气与管壁间的对流给热系数在空气一水换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数K与空气、水侧的对流给热系数气、气之间的关系为：(3-24)由于水侧的对流给热系数远大于空气侧的对流给热系数，即ac«a「故ah工K (3-25)⑶求a与Re的定量关系式由因次分析法可知，流体无相变时管内强制湍流给热的准数关联式为Nu=ARmPn (3-26)er(3-26a)a,dup c从(3-26a)=A(丁)m(X)n式中：u 空气的流速，m/s；入——定性温度下空气的导热系数，W/(m•K)；p 定性温度下空气的密度，kg/m3；〃 定性温度下空气的粘度，Pa-s；A、m、n——待定系数及指数。本实验中，由于空气被冷却，取n=0.3,所以式(3-26)可化简为Nu/Po.3=ARm (3-27)上式两边同时取对数，有(3-28)lg(Nu/P0.3)=1gA+m1gR(3-28)在双对数坐标中以Nu/P0.3对Re作图，由直线的斜率与截距之值求取系数A与指数m,进而得到对r流给热系数a与Re间的经验公式。实验装置与流程本实验装置由套管换热器、风机、电加热器等组成，其流程见图3-7。由风机送入风管的空气经电加热器加热后，进入套管换热器的内管，与套管环隙内的大量水换热后排至大气中。图3-7空气-水套管式换热设备流程图1—风机；2—空气流量调节阀；3—空气转子流量计；4—电加热器；5一套管换热器；6—水流量调节阀；7—水转子流量计；8、9—U形压差计；10一温度计实验步骤(1)检查空气流量调节阀是否全关。(2)打开冷却水流量调节阀，调节水的流量至指定值(水的流量大于100L/h)。(3)开启风机，打开空气流量调节阀，将流量调至最大；开启两组电加热器，待空气温度升到设定值(一般为80℃)后稳定10min。(4)保持水的流量不变，从大到小调节空气的流量，测定6〜8组实验数据。(5)数据记录完毕后，先关电加热器，后关空气流量调节阀，停风机，最后关冷却水流量调节阀。•・・・・•注意事项(1)调节空气流量时要做到心中有数，保证空气流动处于湍流状态(空气流量不应低于12m3/h)。(2)每改变一次空气流量，应等到读数稳定后再测取数据。(3)合理分布实验点。数据记录表3-4空气-水套管换热实验记录表内管规格： mm管长： m 流量计前压差计所用指示剂：室温：℃ 当地大气压： Pa序号空气流量水流量流量计前压差一温度/℃空气空气冷水冷水进风/m3.h-1/m3.h-1计读数/cm进口出口进口出口温度13456实验报告要求(1)在双对数坐标系中绘出Nu/Pr0.3〜Re的关系图。(2)整理出空气在圆管中做强制湍流流动时的对流给热系数半经验关联式。

(3)将实验得到的半经验关联式与公认的关联式进行比较。思考题(1)为什么本实验装置的总传热系数近似等于空气侧的对流给热系数？(2)空气的速度和温度对空气侧的对流给热系数有何影响？在不同的温度下，是否会得出不同的准数方程？(3)换热器的压降与空气流量之间的变化关系如何？(4)水流量的大小会不会影响实验结果？(5)本实验中壁温是接近水的平均温度，还是接近空气的平均温度？为什么？3.4.2强制湍流下空气-蒸汽对数给热系数的测定实验目的(1)测定套管式换热器的总传热系数K；(2)比较圆形光滑管和螺纹管的传热效率；(3)测定圆形直管内对流给热系数a，并学会用实验方法将流体在管内强制对流时的实验数据整理成包括a的准数方程。实验原理(1)测定总传热系数K根据传热速率方程，有QQ(3-29)K二(3-29)AAtm实验时，若能测定或确定Q、Atm和A，则可测定K。a.传热速率Q "本实验为蒸汽与空气之间的换热，忽略热损失，根据热量衡算，有Q=qhrh=qc(12-1]) (3-30)式中： cpc——空气的定压比热容，J/(kg・K)；qmc、；：——分别为空气和蒸汽的质量流量，kg/s；mct「t2——分别为空气的进、出口温度，℃。传热速率Q按空气的吸热速率计算。空气的质量流量由式(3-31)确定：(3-31)q=Pq(3-31)mc v式中：qV 空气的体积流量，m3/s；p 空气处于流量计前状态时的密度，kg/m3。空气的体积流量用转子流量计测量，空气的密度可按理想气体状态方程计算:P=1.293xP=1.293x•^±Rx101325273.15273.15+1(3-32)式中：pa 当地大气压，Pa；t——转子流量计前空气的温度，℃；R——流量计前空气的表压，Pa。b.传热平均推动力Atm

ln三Tln三T—t一t2(3-33)c.传热面积A=ndL (3-34)式中：L传热管长度，m；d传热管外径，m。(2)测定空气与管壁之间的对流给热系数在蒸汽一空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数人与空气、蒸汽侧的对流给热系数ac、ah之间的关系为：(3-35)由于水侧的对流给热系数远大于空气侧的对流给热系数，即ac«ah,故ac工K (3-36)⑶求a与Re的定量关系式由因次分析法可知，流体无相变时管内强制湍流给热的准数关联式为Nu=ARmPn (3-37)er(3-37a)a,dup c从(3-37a)二A(—)m(X)n式中：u 空气的流速，m/s；入——定性温度下空气的导热系数，W/(m•K)；p 定性温度下空气的密度，kg/m3；〃 定性温度下空气的粘度，kg/(m・s)；A、m、n——待定系数及指数。本实验中，空气被加热，取n=0.4,则式(3-37)可化简为Nu/Po.4=ARm (3-38)上式两边同时取对数，有lg(Nu/P0.4)=lgA+mlgR (3-39)在双对数坐标中以Nu/P0.4对Re作图，由直线的斜率与截距之值可求取系数A与指数m,进而得到r对流给热系数a与Re的经验公式。实验装置与流程本实验装置由2套套管式换热器组成，其中一套内管是光滑管，另一套内管是螺纹管。图3-8所示为其中的一套。图3-8蒸汽-空气套管换热设备流程图

1一离心风机；2—空气流量调节阀；3—空气转子流量计；4、11一压差计；5一温度计;6一套管式换热器；7—蒸汽流量调节阀；8—压力表；9—放空阀；10一疏水阀由风机送来的空气经流量调节阀2进入换热器6的内管，与蒸汽换热后排空。由蒸汽发生器来的蒸汽经蒸汽流量调节阀7进入换热器的环隙空间，冷凝液由疏水阀10排出，不凝性气体经放空阀9放空。实验步骤(1)打开自动蒸汽发生器的补水阀，依次打开传热实验装置仪表盘上的总电源开关、仪表开关和锅炉开关。(2)打开自动蒸汽发生器仪表盘的电源开关，选择自动控制，开启蒸汽发生器水泵开关，打开电加热器电源，开三组电加热器。(3)待产生蒸汽后调节蒸汽流量调节阀至一额定蒸汽压(一般为0.1MPa),再打开疏水阀。(4)启动风机，调节空气流量从大到小，测定6〜8组数据。(5)实验结束后，先关蒸汽发生器的电源，再打开套管环隙的排气阀进行排气，最后停风机，清理现场。注意事项(1)调节空气流量时要做到心中有数，保证空气流动处于湍流状态，其流量不应低于12m3/h。(2)每改变一次空气流量，应等到读数稳定后再测取数据。(3)实验中空气流量间隔应适宜，以保证数据点分布均匀。(4)在操作过程中间隔打开放气阀，以排除不凝性气体。数据记录表3-5蒸汽-空气套管换热实验记录表内管规格： mm管长： m流量计前压差计所用指示剂：室温：℃当地大气压：Pa 序号空气流量流量计前压差 温处 /m3.h-1 计读数/cm空气进口 空气出口 蒸汽12345678实验报告要求(1)在双对数坐标系中绘出Nu/Pr0.4〜Re的关系图。(2)整理出空气在圆管中做强制湍流流动时的对流给热系数半经验关联式。(3)将实验得到的半经验关联式与公认的关联式进行比较。思考题(1)为什么本实验装置的总传热系数近似等于空气侧的对流给热系数？(2)如果环隙间饱和蒸汽的压强发生变化，那么管内空气侧对流给热系数的测量是否会受到影响？(3)空气的速度和温度对空气侧的对流给热系数有何影响？在不同的温度下，是否会得出不同的准数关联式？(4)当空气流速增大时空气离开换热器的温度将升高还是降低？为什么？(5)本实验中空气和蒸汽的流向对传热效果有什么影响？要不要考虑它们的相对流动方向？(6)本实验中壁温是接近蒸汽的温度，还是接近空气的平均温度？为什么？3.5氨吸收实验实验目的了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；(2)掌握总体积传质系数的测定方法，了解单膜控制过程的特点；实验原理要决定填料塔的塔高，总传质系数是有待确定的参量，而实验测定是其来源之一，另外在测定生产中塔的性能时，也需要测定总传质系数。在吸收过程为单膜控制时，单膜传质系数近似等于总传质系数，因而可用总传质系数的测定，代替单膜传质系数的测定，从而可建立单膜传质系数的实验关系式。由于填料的有效气液接触面积a的值很难直接测定，常将它与传质系数的乘积如Ka、Ka视为一体，作为一个完整的物理量来看待，这个乘积称为“体积传质系数”。当吸收溶液的浓度小于10%时，气液平衡关系服从亨利定律，则气相总体积传质系数为Ka=G*-y2) (3-40)y h-Aym式中 h——填料层高度，m；匕、y——分别为入塔气与尾气中氨的摩尔分数；G—单位塔截面的混合气体的摩尔流量，kmol/(m2・h)；Aym——气相平均推动力；Kya——填料的气相总体积传质系数，kmol/(m3・h)。实验装置与流程如图3-9所示。图3-9吸收装置流程图1—填料吸收塔；2一喷头；3—填料；4—栅板；5一风机；6一旁路调节阀；7—空气缓冲罐；8—空气转子流量计；9,15—温度计；10,17,28—表压计；11—氨瓶；12—钢瓶压力表；13一氨压力表；14一氨缓冲罐；16一氨流量调节阀；18一氨气转子流量计；19一尾气调压阀；20—取样管；21—稳压瓶；22—旋塞；23—吸收盒；24—湿式气体流量计；25—水流量调节阀；26—水转子流量计；27—液封；29一压差计由叶氏鼓风机5输送的空气进入缓冲罐7,经转子流量计8后与从液氨钢瓶减压后经转子流量计18的氨气混合，进入吸收塔1的底部，在塔内与水进行传质后，从塔顶排出。吸收剂水经转子流量计26至喷头2入塔。吸收液经塔底U形管27排出，尾气组成用气体分析器(或气相色谱仪)测定；空气、氨气和水的流量由转子流量计测定；空气、氨气塔顶混合气的压强以及填料层压降，分别由各自的液柱压差计测定，空气或水的温度由温度计显示。实验步骤(1)确定操作条件，包括被吸收溶质流量、空气量及喷淋量等。(2)准备好尾气分析器，尾气分析器由吸收盒和湿式气体流量计组成。用少许蒸馏水洗净吸收盒后，用移液管移取1mL的一定浓度稀硫酸加入吸收盒，然后加入少量蒸馏水至刻度线处，再滴入1〜2滴甲基红指示剂，最后将吸收盒连入尾气分析管路。(3)全开旁通阀，启动风机，通过调节旁通阀来控制空气流量。(4)在教师指导下，开启氨气系统。第一步，放松减压阀的弹簧，使减压阀处于关闭状态，再打开氨气瓶上的截止阀，此时氨气瓶处的压力表应有示值；第二步，先关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，调节减压阀开•・・・・・・・・・・・・・•度使减压阀低压侧压力表示值为0.04〜0.06MPa；第三步，开启氨气流量调节阀，调节氨气流量，使塔底混合气中氨浓度在5%左右，并维持恒定。注意：氨气流量调节阀不宜开得过快，以防流量计前的压差计中水银被冲掉。(5)待操作稳定后记录有关数据。(6)尾气分析操作。打开玻璃旋塞之前，先记录湿式空气流量计的初示值，然后开启玻璃旋塞，让尾气通过吸收盒。当吸收液的颜色由红变黄时，立即关闭玻璃旋塞，读取湿示空气流量计的终示值。注意：旋塞开度应适当，使气泡均匀上升，以免硫酸被气泡带走，造成反应不完全。(7)保持水的喷淋量不变，改变空气流量(混合气体浓度仍在5%左右)按同样步骤测定K产，也可保持空气流量不变，改变喷淋量，测定Kya。(8)操作完成后，依次关闭氨气系统、空气系统和供水系统。3.5.5实验记录表3-6氨吸收实验数据记录表填料种类:填料层高度:填料种类:塔内径:填料规格:大气压强:

塔内径:参数项目空气流量流量计前表压々@血1^^空气温度/℃流量计示值/m3・h-i氨气流量流量计前表压々@血1^^氨气温度/℃流量计示值/m3・h-i氨气含纯氨白分率/%水流量水的温度/℃流量计示值/L-h-i尾气流量H2so4浓度mol/LH2sO4体积/mL尾气体积/L塔压强塔顶表压/Pa(mmH2O)填料层压降/Pa(mmH2O)3.5.6数据处理(1)计算空气流量为了求空气的摩尔流量，应先按下式将空气在实验条件下的体积流量换算为标准状态下的体积流量K0。V=V工：pp2 (3-41)o 2p0\TT2式中：T0,p0一分别为标准状态下空气的温度和压强，T『273K,p0=101330Pa；T1、p1——分别为标定状态下空气的温度和压强，T1=293K,p1=101330Pa；T2、p2——分别为使用状态下空气的温度和压强，kPa；V0——标准状态下的空气流量，m3/h；V2—使用状态下的空气流量，m3/h；(2)计算被测溶质氨气的流量V，=V，-T-邛1P2P01 (3-42)0 2p°\■TT2p02式中：V'——标准状态下被测溶质的流量，m3/h；0V2——使用状态下被测溶质的流量,m3/h；P01——标准状态下空气的密度,kg/mP01——标准状态下空气的密度,kg/m3,Poi=1.2928kg/m3；P02一操作状态下空气的密度,kg/m3,对纯度为98%的氨气Po2=0.7810kg/m3。(3)计算入塔气体通过塔截面的摩尔流量G=v+(3)计算入塔气体通过塔截面的摩尔流量G=v+V0)兀22.4x—D24(3-43)式中：D——填料塔的内径，m；G——空气的摩尔流率，kmol/(m2・h)(4)计算y1、y2y「0.98V'(V+Vy「0.98V'(V+V0)(3-44)y22cV s-s-(3-45)2cV+ss 022.4T2式中：式中：c——硫酸的摩尔浓度，mol/L；P0标准状态下的压力，pP0标准状态下的压力，p0=101.33kPa；Pm当地平均大气压，kPa；T0——标准状态下空气的温度，K；T0——标准状态下空气的温度，K；使用状态下空气的温度，K；-湿式流量计读数，L；硫酸体积，L；(5)计算Aym1 1e ln(二y2-y(3-46)式中：ye与液相中溶质成平衡的气相溶质摩尔分数，下标“1”、“2”分别表示塔底和塔顶位置。a.平衡浓度的计算式中：ye与液相中溶质成平衡的气相溶质摩尔分数，下标“1”、“2”分别表示塔底和塔顶位置。a.平衡浓度的计算y=mx(3-47)(3-48)式中：E—亨利系数，Pa；p——当地大气压+塔顶表压+1塔内压降，Pa；2%——溶液中氨的摩尔分数；m——相平衡常数。氨水浓度在5%以下时E与t的关系见表3-7。表3-7氨水浓度在5%以下时E与t的关系t/℃01020253040E/Pa29690508687883595960126660196380b.吸收液浓度的计算因为 L(%—%J=G(乂—y2)因系用纯水吸收，％2=0，故%1=G(y1-y2)/L (3-49)式中:L 水的摩尔流率，kmol/(m2-h)；%1——塔底溶液的摩尔分数。(6)计算KJG(y—y)Ka=：i2 (3-50)y h-Aym3.5.7实验报告要求(1)将原始数据列表；(2)计算总体积传质系数Kya；(3)给出实验计算结果与计算过程。3.5.8思考题(1)叶式风机为什么要用旁通阀调节流量？(2)根据实验数据分析用水吸收氨的过程是气膜控制还是液膜控制？(3)在填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？(4)要提高氨水浓度(不改变进气浓度)有什么方法？又会带来什么问题？

(5)溶剂量和气体量的变化对传质系数有什么影响？j2如何变化(从推动力和阻力两方面分析其原因)？(6)试计算实验条件下填料塔的实际液气比是最小液气比的多少倍？(7)工业上，吸收在低温加压下进行，而解吸在高温、常压下进行，为什么？(8)填料塔的结构有何特点？全回流精馏实验实验目的(1)熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。了解筛板精馏塔的结构，观察塔板上的气液接触状况。(3)测定全回流时精馏塔的全塔效率(或单板效率)。实验原理精馏塔是分离均相混合物的重要设备。一般用全塔效率衡量板式精馏塔的分离性能。全塔效率的定义为：「NE=— (3-51)Np式中：E——总板效率；nt——理论板层数；NP——实际板层数。理论板层数NT可用M-T图解法求解。由式(3-51)可见，要测定精馏塔的全塔效率，关键是确定理论塔板数。要求出全回流操作时特定分离要求的理论塔板数，必须确定物系的相平衡关系和塔顶、塔釜产品组成。本实验的物系为乙醇一水二元混合物，常压下该物系的气液相平衡数据可从文献查取，所以本实验的主要工作是测定塔顶流出液组成xD和釜液组成xw。若相邻两块塔板设有液体取样口则可通过测定液相组成xn-jnxn测定第n块板在全回流时的单板效若相邻两块塔板设有液体取样口EmLxLEmLxLx-x*n-1 n(3-52)因全回流时，操作线方程为(3-53)上两式中：％」——离开第n-1板的液相中易挥发组分的摩尔分数；%n——离开第n板的液相中易挥发组分的摩尔分数；yn——离开第n板的气相中易挥发组分的摩尔分数；%*——与y成平衡的液相摩尔分数。n nn实验装置与流程实验装置为一小型筛板精馏塔,见图3-10。图3-10全回流精馆塔1—塔釜取样口；2—蒸馏釜；3一料液液位计；4—加料口；5，10—温度计；6—塔体；7—冷凝器；8—塔顶取样口；9一不凝气排放阀；11—水转子流量计原料液在蒸馏釜2中被加热汽化进入塔体6,与回流液在塔板上进行热、质交换后进入塔顶冷凝器7,冷凝为液体后，又全部回流到塔内。实验步骤(1)熟悉精馏装置的流程和结构，以及所需的控制仪器表盘的布置情况。(2)检查蒸馏釜中料液量是否适当。釜内液面高度控制在液面计的2/3左右。(3)接通电源，用调压器调节加热器的功率(控制电流为3〜4A)加热釜液。当塔板上有冷凝液时，打开塔顶冷凝器的冷却水调节阀，冷却水的量以能将蒸汽全部冷凝为宜。(4)打开塔顶不凝气排放排出不凝性气体。(5)当操作稳定(指塔板上鼓泡正常、塔釜与塔顶温度稳定)时，准备取样。(6)取样前先用少量试样冲洗烧瓶，取样后用插有温度计的塞子塞严烧瓶口，用流水间接冷却样品至20℃,再用比重天平测量样品的相对密度，一般取样二次(塔顶、塔釜各一次)。(7)以上步骤经教师检查无误后，加大电流至5A左右，观察塔内的液泛现象；然后将电流缓慢减小，观察漏液现象；最后将电流减小至零，切断电源，待塔内无回流液时关闭冷却水阀门，清理现场。若精馏塔塔板上设有液体取样口，在操作稳定后，取样分析相邻两板液体组成xn和Xn-1，再按公式(3-52)计算单板效率。注意事项(1)塔顶、塔釜产品样品需同时取样。(2)样品采集量约占烧瓶体积的2/3。(3)用插有温度计的塞子塞严锥形瓶口时要观察温度计的量程。用于测量塔釜样品的温度计量程宜为100c或以上，以避免炸裂温度计。(4)使用比重天平测量样品的相对密度时要注意：a.测锤不能碰量筒壁；b.测锤必须全部浸没于液体中；？c.同一规格的祛码只能用一个。3.6.1.6数据记录表3-8全回流精馏实验数据记录表塔内径： mm 板间距： mm操作方法釜液组成馏出液组成实际塔板数NT密度/kg-m-3%W密度/kk-m-3%D3.1.6.7实验报告要求(1)在直角坐标体系中绘制％-y图，用图解法求理论板数;(2)求出全塔效率(或单板效率)。3.6.1.8思考题(1)什么是全回流，全回流时的操作特征是什么？在生产中有什么实际意义？如何测定全回流时板式塔的全塔效率？(2)如何判断塔的操作已达到稳定？影响精馏操作稳定的因素有哪些？(3)影响全塔效率的因素有哪些？(4)进料量对理论塔板数有无影响？为什么？(5)回流温度对塔的操作有何影响？(6)板式塔有哪些不正常操作现象？对本实验装置，如何处理液泛或塔板漏液现象?3.6.2部分回流精馏实验实验目的(1)熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。(2)了解筛板精馏塔的结构，观察塔板上的气液接触状况。(3)测定部分回流时精馏塔的全塔效率(或单板效率)。・・・・实验原理精馏塔是分离均相混合物的重要设备。一般用全塔效率衡量板式精馏塔的分离性能。全塔效率的定义见式(3-51)。由式(3-51)可见，要测定精馏塔的全塔效率，关键是确定理论塔板数。本实验的物系为乙醇一水二元混合物，常压下该物系的气液相平衡数据可从文献查取。根据逐板计算法或图解法得知，若能获得精馏段与提馏段的操作方程、产品的分离要求则可确定部分回流操作时的理论塔板数。精馏段的操作方程为：(3-54)(3-55)(3-56)Rx

y= x+—d—(3-54)(3-55)(3-56)n+1R+1nR+1提馏段的操作方程为:LWxyn+广笆一干q线方程为:qxy= x--F-q-1q-1显然，点(xw,xw)位于提馏段操作线上。因为q线方程为精馏段与提馏段操作方程的交点轨迹方程，所以也可以用q线方程与精馏段操作方程的交点(xq,yq)和点(xw,xw)确定提馏段操作方程，即y=' ^x+(\ ^-1)x (3-57)n+1 x-xx-xw由式(3-54)、(3-56)和(3-57)可见，若能通过实验测定塔顶、塔釜产品的组成、原料的组成和原料的温度(q由原料的组成与温度确定)、回流比，则可确定精馏段与提馏段的操作方程。若相邻两块塔板设有液体取样口，则可通过测定液相组成xn-1和xn测定第n块板在部分回流时的单板效率EmL。EmL的定义见式(3-52)。实验装置与流程图3-11部分回流精馏塔1一蒸馏釜；2—电加热电源；3—塔体；4—冷凝器；5一料液槽；6一料液输送泵；7—分配器;8一产品贮槽；9、11、12—转子流量计；10—进料阀；13一压力表；14一釜液出料阀料液由料液槽5经转子流量计9、阀10进入精馏塔，蒸汽由蒸馏釜1上升至塔顶，上升过程中与回流液进行热量、质量传递，再进入冷凝器4、回流分配器7,其中一部分冷凝液作为产品进入贮槽，另一部分回流至塔内。与此同时，釜内液体的一部分经阀14流出。实验步骤（1）正常操作步骤a.熟悉精馏流程和主要控制点。b.在料液槽内配制5%（体积分数）的乙醇水溶液，其液位应高于供料泵。启动输液泵将料液注入蒸馏釜，釜内液位应在液位计两标记线之间。c.接通电源加热釜液，启动恒定加热器，用调压器调节可调加热器的功率:控制电流为3〜4A）,开启塔顶冷凝器的冷却水进口阀。密切注视加热釜的温度和表盘上的温度和压力，当压力不断上升时，应适当开启塔顶排气阀，及时将塔内不凝性气体排出，操作压力应稳定在0.026〜0.030MPa（表压）。d.待加热釜内釜液沸腾后，进行回流操作约20〜30min。此时，灵敏板温度约为80〜81℃,塔顶温度约为79〜80℃,塔板鼓泡正常。如果温度过高，可降低可调加热器的功率。待操作稳定后，测定全回流时的全塔效率。e.关小回流阀，开启馏出液产品出口阀，进行部分回流操作，注意要预先选择好回流比和一个加料口（不能同时选用两个加料口），待有产品后，再加以适当调节。f.在料液槽内配制约20%（体积分数）的料液，启动进料泵进料（4〜6L/h）。并控制塔釜液位在正常标记范围内，如液位过低，可加大进料；如液位过高，可开大塔底出口阀14。操作中要随时注意塔内压力、灵敏板温度等操作参数的变化并及时加以调节。g.待操作稳定后，同时对馏出液、釜液进行取样（取样量均为140〜150mL,以保证液体相对密度计能正常测量），并按表3-9中的内容做好记录。继续调节有关参数直至馏出液浓度高于75%（体积百分率），釜残液酒精浓度低于3%,操作才算达到要求。h.实验完毕后，关闭总电源，打开玻璃观察罩考克和回流管路上的考克，将馏出液排尽。.清理实验现场。（2）操作过程中的不正常现象，其原因分析和处理方法a.塔顶温度高于正常值，塔釜温度低于正常值，馏出液和釜液组成不合要求。这是因为塔板分离能力不够，应加大回流比。b.塔釜温度变化不大，塔顶温度逐渐升高，馏出液组成降低。这是因为DxD>FxF-叫，又可细Dx-x分为：a.—>一—w，即塔顶采出率过大；b.xF下降过多。处理办法是：对情况a应适当使D下降、Fx一x FDWW上升，待塔顶温度逐步降至正常时，再调节各操作参数使精馏过程处于DxD=FxF-叫下进行；对情况b则应使进料板下移或使R上升。c.塔顶温度变化不大，塔釜温度逐渐下降，釜液组成升高。这是因为DxD<FxF一叫，又可细分Dx-x为：a. <一—的；b.xF上升太快。处理方法是：对情况a与现象②中的a相反，对情况b可使进料Fx一x FDW板上移或加大塔釜电热器功率，并使D上升，W下降。d.塔板漏液，塔釜压力降低，塔板上液面下降或消失，这是因为上升蒸汽量不够，应适当加大塔釜电热器功率。e.液沫夹带严重，馏出液和釜残液不符合要求，塔釜压力偏高，这是因为上升蒸汽量和液体回流量过大，应减少塔釜电加热器功率和回流量。f.液体逐板下降不畅，塔釜压力陡升，造成淹塔，这是因为溢流液泛，夹带液泛，应减少回流量和上升蒸汽量。g.塔釜压力逐渐升高，塔顶冷凝效果降低，这是因为塔内不凝性气体积聚，应排放不凝气。数据记录表3-9部分回流精馏实验数据记录表塔内径： mm 实际塔板数：回流比R： 塔釜压力p： MPa温度/℃流量/Lh，密度（25℃时）/M”料液馏出液釜液3.6.2.6实验报告要求按全回流精馏的基本原理，用图解法确定理论塔板数，并计算全塔效率。3.6.2.7思考题（1）是否精馏塔越高，产量越大?（2）精馏塔加高能否得到无水酒精？（3）结合本实验说明影响精馏操作稳定的因素有哪些？（4）操作中加大回流比应如何进行？有何利弊？（5）精馏塔在操作过程中，由于塔顶采出率太大而造成产品不合格时，要恢复正常的最快最有效的方法是什么？（6）冷液进料对精馏塔操作有何影响？进料口位置如何确定？（7）当回流比R<Rmii时，精馏塔是否还能进行操作？（8）何谓“灵敏板”？影响塔板上的温度（或浓度）的因素有哪些？3.7干燥实验实验目的（1）了解气流常压干燥设备的基本流程和工作原理；（2）测定物料（纸板或其他）在恒定干燥工况下的干燥速率曲线，并确定临界含水量，及恒速干燥阶段的传质系数kH和降速阶段的比例系数KX；实验原理干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中的水分汽化分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，其过程比较复杂。目前仍依靠实验测定物料的干燥速率曲线，并作为干燥器设计的依据。物料的干燥速率曲线是指干燥速率与物料的含水量的关系曲线。在恒定干燥条件下的干燥干燥速率曲线如图3-12所示。可见，干燥过程分为三个阶段：预热阶段（I）,此阶段物料表面的温度很快接近于热空气的湿球温度tww；恒速干燥阶段（H）,此阶段物料表面温度ew维持不变，干燥速率不变和降速率干燥阶段（m）。在降速段，物料表面已无液态水存在。由于物料内部的扩散速速率小于物料表面水分的汽化速率，干燥速率会逐渐降低，直至达到平衡含水量，干燥速率则逐渐降至零。恒速干燥与降速干燥的交点处物料的含水量称为临界含水量（以xc表示），通常预热阶段所需干燥时间可以忽略。图3-12干燥速率曲线干燥速率是指单位时间从被干燥物料的单位汽化表面积上所汽化的水分量。它可以表示为:zdW(3-58)N= (3-58)AAdt式中：N. 干燥速率,kg/（m2・s）；■A.A——被干燥物料的汽化表面积,m2；T——干燥时间,S；W——从干燥物料中汽化的水分量,kg。为了便于处理实验数据,将式(3-58)改写为:(3-59)(3-59)(1)干燥速率曲线式(3-59)中的湿物料质量差可由相邻两次质量差得到:(1)干燥速率曲线式(3-59)中的湿物料质量差可由相邻两次质量差得到:AW=G-G1与之对应的物料干基含水量为X：

m(3-60)(3-61)(3-61)其中(3-62)X=GZG

iG

c(3-62)式中：Gc——绝干物料质量。(2)传质系数因干燥过程既是传热过程也是一个传质过程，则干燥速率可表示为:dW_dQdW_dQAdtrA•dt，，… ―a， 、=k(H—H)=——(t—t)hw rwW(3-63)式中：a——空气与湿物料表面的对流传热系数，kW/(m2.℃)；H——空气湿度,kg水/kg干空气;HW——tW时空气的饱和湿度，kg水/kg干空气；kH 传质系数,kg/(m2・s)；rW——tW时水的汽化潜热，kJ/kg；t——热空气温度,℃；tW——湿物料表面的温度(即空气的湿球温度)，℃。因在恒定干燥条件下空气的温度、湿度以及空气与物料的接触方式均保持不变，故随空气条件而定的a和kH亦保持恒定。(3-64)?(3-65)a=0.0143G0.8(3-64)?(3-65)其中:G=pqjF式中：G 空气的质量流速,kg/(m2・s)；qV——预热前空气的体积流量,m3/s；p--预热前空气的密度,kg/m3；F——干燥室的流通截面积，m2。装置与流程干燥实验多采用干燥器在恒定干燥条件下干燥块状物料，其流程见图3-12。图3-13干燥实验设备流程图1—风机；2—可控电加热器；3—干燥室；4一试样；5—托架；6—热电偶温度计；7—涡轮流量计；8一干球温度计；9—湿球温度计；10—电子天平；11一室后温度计；12—风机出口端片式阀；13一蝶阀；14—风机进口端片式阀空气由风机1输送，经涡轮流量计7,电加热器2后进入干燥室3,对试样4进行干燥,干燥后的废气再经风机循环使用。由通过温控仪控制干燥室前温度为80℃左右。干燥室前方装有干球及湿球温度计，干燥室后也装有干球温度计，用以测量干燥室内空气的热状况。风机出口端的温度计用以测量流经涡轮流量计的空气温度，空气流量用蝶阀13调节，任何时候该阀都不能全关，否则电加热器会因空气不流动过热・・・・・・・・・•而损坏。风机进口端的片式阀用于控制系统所吸入的新鲜空气，而出口端的片式阀门则用于调节系统向外排出的废气量。实验步骤(1)处理试样。量取试样尺寸(长、宽、高)，并记录绝干物料质量，将试样加水15g左右，让水分均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样重量。(2)往湿球温度计内加水，启动风机送风，调节阀门，使涡轮流量计示值在80m3/h以上。(3)接通两组电加热器加热空气。(4)测取数据。待干燥条件恒定(流量稳定，干燥室前温度达到设定值)后，将湿物料放入干燥室内支架上，确定物料的起始干燥质量，启动第一个秒表计时，当电子天平所示物料的质量减轻1g时，停第一个秒表，同时启动第二个秒表；如此往复进行直至试样接近平衡水分为止，通常至少应取10组以上数据。(5)实验完毕后，依次关电加热器，风机和总电源，最后将试样从干燥室中取出。数据记录表3-10干燥实验数据记录及处理表试样绝干质量Gc:g试样尺寸:mm试样初始质量：g干燥室前温度：℃湿球温度:℃空气的流量：m3/h预热前空气温度：℃湿质量时间间隔湿质量差序号G/gAt/sAW/g01234567893.7.6报告要求(1)根据实验结果绘出NA~X曲线，注明干燥条件；(2)计算传质系数k；H3.7.8思考题(1)在70〜80℃的空气流中干燥温物料，经过相当长的时间，能否得到绝干物料？为什么？通常要获得绝干物料采用什么办法？(2)测定干燥速率曲线有何意义？它对于设计干燥器及指导生产有些什么帮助？(3)使用废气循环对干燥作业有什么好处？干燥热敏性物料或易变形、开裂的物料为什么多使用废气循环？怎样调节新鲜空气和废气的比例？(4)为什么在操作过程中要先开鼓风机送风后再开电加热器？(5)如何提高干燥速率？就两个阶段分别说明理由。(6)在等速阶段和降速阶段中分别除去的是什么性质的水分？(7)如果改变气流温度(或改变气流速率、物料厚度)，干燥速率曲线有何变化？(8)为什么说同一物料如干燥速率增加，则临界含水量增大？在一定干燥速率下物料越薄，则临界含水量越小？(9)何谓恒定干燥条件？恒定干燥条件下的干燥速率有何规律?10.为什么同一湿度的空气，温度较高有利于干燥操作的进行？第4部分实验数据的计算机处理用Excel处理化工原理实验数据Excel基础知识(1)在单元格中输入公式【例】试计算3.14159/28义56*10-3义103方法：在任意单元格中输入“=3.14159/28*5-6*163*16-3"，结果为1753。注意：a.一定不要忘记输入等号“二”；b.公式中需用括号时，只允许用“()”，不允许用“。”或“口”。提醒：a.若公式中包括函数，可通过“插入”菜单下的选“函数”命令得到；b.1e3必103；1e-3必10-3。(2)处理化工原理实验数据时常用的函数POWER(number,power)必numberPowero提示：可以用"”运算符代替函数POWER来表示对底数乘方的幕次，例如5-2oSQRT(number)^nnumber,EXP(number)廖enumberLN(number)必ln(number),L0G10(number)必lg(number)(3)在单元格中输入符号【例】在单元格A1中输入符号“人”方法一：打开“插入”菜单一选“符号”命令插入希腊字母人。提醒：无论要输入什么符号，都可以通入“插入”菜单下的“符号”或“特殊符号”命令得到。方法二：打开任意一种中文输入法，用鼠标单击键盘按钮，选择希腊字母，得到希腊字母键盘，用鼠标单击入键。Excel处理基本化工原理实验数据示例流体流动阻力实验(1)原始数据实验原始数据如图4.1所示。

图4.1图4.1流体流动阻力实验原始数据(2)数据处理-物性数据查附录一得18.5℃下水的密度与粘度分别为998.5kg/m3和1.0429mPa.s-数据处理的计算过程a.插入2个新工作表插入2个新工作表并分别命名为“中间运算表”和“结果表”，将“原始数据表”中第7至18行内容复制至“中间运算表”。b.中间运算过程在C4:P4单元格区域内输入公式。-在单元格G4中输入公式“二C4-D4”一一计算直管压差计读数(R)；-在单元格H4中输入公式“二E4-F4”一一计算局部压差计读数(R2)；-在单元格I4中输入公式“=B4/324.15”一一计算管路流量(9/=F/5)；-在单元格J4中输入公式“=4*I4*1e-3/3.14159/(0.021"2)”一一计算流体在直管内的流速(u-4q/(兀d2)；V-在单元格K4中输入公式”=4*I4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”一一计算流体在与闸阀相连的直管中的流速(u-4q/(兀d2))；V-在单元格L4中输入公式“二(13600-998.5)*G4/998.5”——计算流体流过长为2m,内径为21mm直管的阻力损失(hf1-Ap/p=(pi-p)gR1/p)；计算流体流过闸阀的阻力损失-在单元格M4中输入公式“二(1477.5-998.5)*H4/998.5”计算流体流过闸阀的阻力损失（hf2=（pgAz+Ap）/p=（p「P）gR2/P）；三在单元格N4中输入公式“二L4*0.021/2*2/（J，2）*1e2” ——计算摩擦系数（九=h-（d/1）-（2/u2））；11 1 1三在单元格04中输入公式“=M4*2/（K4"2）”一一计算局部阻力系数（C=2h/u2）；f2 2三在单元格P4中输入公式“=0.021*J4*998.5/1.0429e-3*1e-4”——计算流体在直管中流动的雷诺准数（R=丝上）。e从选定I4:P4单元格区域（如图4.2所示），再用鼠标拖动P4单元格下的填充柄（单元格右下方的“+”号）至P13,复制单元格内容，结果见图4.3。图4.2选定单元格I4:P4图4.3复制I4:P4单元格内容后的结果c.运算结果将“中间运算表”中A4:A13,N4:N13,04:013,P4:P13单元格区域内容复制至“结果表”，并添加E列与F列，其中E2=B2*1e4,F2=C2*100,运算结果见图4.4。图4.4流体流动阻力实验结果表三实验结果的图形表示一一绘制人-Re双对数坐标图a.打开图表向导选定E2:F11单元格区域，点击工具栏上的“图表向导”（图4.5）,得到“图表向导-4步骤之1—图表类型”对话框（图4.6）。b.仓建人-Re图三点击“下一步”，得到“图表向导一4步骤之2—图表源数据”对话框（图4.7）。若系列产生在“行”，改为系列产生在“列”。三点击“下一步”，得到“图表向导一4步骤之3—图表选项”对话框（图4.8）,在数值x值下输入Re,在数值y值下输入人。三点击“下一步”，得到“图表向导一4步骤之4—图表位置”对话框（图4.9）,点击“完成”，得到直角坐标下的“人-Re”图（图4.10）。图4.5图表向导图4.6图表向导之步骤一 图4.7图表向导之步骤二图4.8图表向导之步骤三 图4.9图表向导之步骤四图4.11结果图图4.10A~图4.11结果图③修饰入〜Re图清除网格线和绘图区填充效果一一选定“数值Y轴主要网格线”，点击Del键，选定绘图区，点Del键，结果见图4.11。将X、Y轴的刻度由直角坐标改为对数坐标一一选定X轴，点右键，选择坐标轴格式得到“坐标轴格式”对话框，根据Re的数值范围改变“最小值”、“最大值”，并将“主要刻度”改为“10”，并选中“对数刻度”，从而将X轴的刻度由直角坐标改为对数坐标（图4.12）。同理将y轴的刻度由直角坐标改为对数坐标，改变坐标轴后得到结果图（图4.13）。图4.12坐标轴格式对话框 图4.13将x、y轴改为对数刻度用绘图工具绘制曲线一一打开“绘图工具栏”（方法：点击菜单上的“视图”一选择“工具栏”f选择“绘图”命令，单击“自选图形”一指向“线条”一再单击“曲线”命令图4.14）,绘制曲线（方法：单击要开始绘制曲线的位置，再继续移动鼠标，然后单击要添加曲线的任意位置。若要结束绘制曲线，请随时双击鼠标），得到最终结果图（图4.15）。图4.14打开曲线工具 图4.15人~Re关系图4.1.2.2离心泵特性曲线测定实验（1）原始数据实验原始数据如图4.16所示。图4.16离心泵性能测定实验原始数据（2）数据处理物性数据查附录一得18.6℃下水的密度为998.2kg/m3o实验数据处理的计算过程a.插入2个新工作表插入2个新工作表并分别命名为“中间结果”和“结果与图”将“原始数据”中第6至22行内容复制至“中间结果”表。b.中间运算过程在F4:L4单元格区域内输入公式。在单元格F4中输入公式“=B4/320.40”一一计算流量（q=F/t）；V在单元格J4中输入公式”=4*F4*1e-3/3.14159/（0.04"2）”一一计算流体在吸入管路中的流速（u=4q/冗d2）；计算流体在压出管路中的流速在单元格H4中输入公式“=4*F4*1e-3/3.14159/(0.032"2)”计算流体在压出管路中的流速(u=4q/冗d2)；三在单元格I4中输入公式“=(C4+D4)*1e6/998.2/9.81+(H4"2-G4"2)/2/9.81”——计算扬程p+pu2—u2= 压+——).Pg 2g 'b在单元格J4中输入公式"=15*E4*1e-3”——计算轴功率Pa；行在单元格K4中输入公式“二998.2*9.81*F4*1e-3*I4*1e-3”——计算有效功率（H=PgqVHe）；^在单元格L4中输入公式“=K4/J4*100”——计算效率g=Pe/Pa）；选定G4:L4单元格区域，再用鼠标拖动L4单元格下的填充柄至L18。完成单元格内容的复制，运算结果见图4.17。图4.17离心泵性能测定运算结果 图4.18离心泵的性能参数行实验数据的图形表示a.准备绘图要用的原始数据将“中间结果”工作表中的F、I、J、L列数据复制至“结果与图”工作表（图4.18）。b.创建泵特性曲线选择单元格区域B4:E18,按图表向导作图（图4.19）。图4.19泵特性曲线草图 图4.20次坐标轴的选定c.修饰泵特性曲线b将轴功率置于次坐标轴一一选定系列2（轴功率〜流量关系曲线），单击鼠标右键，选择“数据系列格式”，得到“数据系列格式”对话框（图4.20），打开“坐标轴”选项，选择“次坐标轴”，得到图4.21。图4.21将Pa-qV曲线置于次坐标轴后的结果b添加标题一一将鼠标置于“绘图区”，菜单栏上显示“图表”菜单一点击“图表选项”命令，得到“图表选项”对话框（图4.22）。图4.22添加标题b添加实验条件、图例，得到泵特性曲线结果图（图4.23）。图4.23泵特性曲线结果图4.1.2.3过滤实验（1）原始数据原始数据见图4.24。图4.24过滤实验原始数据

(2)数据处理T-T1， 2依据：—=—(q+q)+~^qq-qK1Ke1a.中间运算过程与结果行在单元格D5中输入：“=C5+D4”，并将该公式复制至“D6：D11”；求累积滤液体积;行在单元格E5中输入：“=B5+E4”，并将该公式复制至“E6：E11”；行在单元格F5中输入："二D5*1e-6/$B$2”，并将该公式复制至“F6：F11”；-在单元格G6中输入：“二F6+$F$5”，并将该公式复制至“G7：G11”；♦在单元格H6中输入：”=(E6-$E$5)/(F6-$F$5)”，并将该公式复制至“H7：H11”。实施以上步骤后得到图4.25。图4.25恒压过滤实验数据处理结果b.创建(T-T1)/(q-qi)~(q+%)图以G6：H11单元格区域内容作图，结果见图4.26。图4.26创建(t-T1)/(q-q1)〜(q+q1)关系曲线c.添加趋势线与趋势方程行单击数据系列，菜单栏上显示“图表”菜单一点击该菜单下的“添加趋势线”命令，得到“添加趋势线”对话框(图4.27)。-在“类型”选项卡上，单击“线性”选项；打开“选项”选项卡，选中“显示公式”与“显示R平方值”选项，如图4.28所示；单击“确定”按钮，得到图4.29。-将y改成(T-T1)/(q-qJx改成(q+qj得到最终结果图(图生3。)。图4.28添加趋势线之选项卡图图4.28添加趋势线之选项卡图4.30经修饰后的过滤实验最终结果图图4.29添加趋势线后的过滤实验结果图d.求恒压过滤常数T-T1 2 T-T因一二-(q+q)+-q,而实验结果为一=77924(q+q)+865.07,所以q-qK1Ke q-q 111—=77924,—q=865.07，解得：K=1.283x10-5m2/s,,q=5.551x10-3ma/m2oK Ke 晨方法二：At2 2依据：——=q+qAqK Kea.中间运算过程与结果三在单元格D31中输入：“=C31*1e-6/$B$28”，并将该公式复制至“D32：D37”；三在单元格E31中输入：“=D31+E30"，并将该公式复制至“E32：E37”；三在单元格F32中输入：“=(E32+E31)*0.5"，并将该公式复制至“F33：F37”；三在单元格G32中输入：“二B32/D32"，并将该公式复制至“G33：G37”；实施以上步骤后得到图4.31。图4.31用方法二计算所得过滤实验计算结果b.创建At/Aq〜q图，添加趋势线与趋势方程(图4.32)图4.32用方法二计算所得过滤实验最终结果图c.求恒压过滤常数TOC\o"1-5"\h\zAt2 2 .At 2因--=—q+—q，而实验结果为--=163329q+644.05，所以—=163329，\o"CurrentDocument"AqKKe Aq K2一q=644.05，解得：K=1.225x10-5m2/s，，q=3.943x10-3旗加。Ke e4.1.2.4空气-水套管换热实验(1)原始数据原始数据如图4.33所示。图4.33空气-水套管换热实验原始数据(2)数据处理物性数据行空气的粘度厂5.0153+4.8062x102T-1.0967x105T2[u：uPa-s；T：K]空气的导热系数X=0.00512+7.234x10-5T-9.2207x10-9T21％W/(m,K),T：K]空气的热容+2.0656x10-12T4 [cp：J/(mol・K)；T：K]计算过程a.计算空气的质量流量，主体温度下的粘度、导热系数、热容、对数平均推动力及传热速率

三在单元格J9中输入“=(101000+69-09)*13.6)*0.029/8.314/(273.15+69)”——计算空气的密度(p=pM/RT)；在单元格K9中输入”=89町9/3600”一一计算空气的质量流量(q=Pq)m V在单元格L9中输入“=39+19)*0.5”——计算空气的主体温度('=0，5(t1+t2))；行在单元格M9中输入“=19+273.15”一一将空气的温度单位由摄氏度转化为开尔文；在单元格N9中输入“=5.0153+0.048062*乂9-0.000010967*乂9A2”——计算空气的粘度；在单元格O9中输入“=0.00512+7.2342e-5*M9-9.2207e-9*M9A2”——计算空气的导热系数；在单元格P9中输入“二(29.381-4.6652e-3*M9+1.5957e-5*M9A2-1.0258e-8*M9A3+2.0656e-12*M9A4)/29”——计算空气的热容；在单元格Q9中输入“二K9*P9*(H9-I9)”——计算传热速率(Q=qm2cp2(12—tj)；在单元格R9中输入“=((H9-F9)-(I9-E9))/LN((H9-F9)/(I9-E9))”——计算对数平均推动力(T(T—t)—(T—t))；T2Tl选定J9:R9单元格区域，再用鼠标拖动J9单元格下的填充柄至J13,完成单元格内容的复制，运算结果见图4.34。图4.34空气-水套管换热实验数据处理中间结果1b.计算空气侧对流给热系数、雷诺准数、努塞尔准数-在单元格H20中输入“=F20*1e3/(3.14159*0.026*2*G20)”——计算空气侧对流给热系数-在单元格I20中输入“=£20*103区20*16-6/020”——计算空气的普兰特准数(P=。//九)；-在单元格J20中输入“=H20*0.026/D20”——计算空气的努塞尔准数(Nu=ad/九)；-在单元格K20中输入“=4*B20/(3.14159*0.026*C