工大化工原理实验教程

原理实验教程化工原理实验教程合肥工业大学2011年9月前言环节，也是化工、制药、环境、食品、生物工程等院系或专业教学计划中的一门必修课程，1.运用理论对实验进行分析的过程中巩固和加深对课程教学内容的理解。2.操作技能。3.在实验环节中学习如何根据实验任务制订实验方案，学会如何控制和测量操作参数，础。根据教学计划的变更和化学工程与工艺专业认证对化工原理课程和实验教学新的要求，我室在原有实验装置的基础上新添置了“液-液萃取塔的操作及其传质单元高度的测定”和“流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定验报告编写等四个环节，每个学生均必须严格按照要求保质保量完成实验。平有限，文中不妥之处，恳请指正。2011年9月于斛兵塘目录前言...........................................................2目录...........................................................1第一篇实验基础知识.............................................1第一节学生实验守则......................................................1第二节实验教学目的......................................................1第三节实验的特点........................................................2第四节实验教学内容与方法................................................2第五节实验的误差分析....................................................3第六节实验数据的处理....................................................9第七节实验各环节要求...................................................16第二篇演示型实验..............................................22实验一静力学实验.......................................................22实验二柏努利实验.......................................................24实验三边界层演示实验...................................................26实验四塔板水力学性质演示实验...........................................28第三篇验证型实验..............................................30实验一流体流型的观察与测定.............................................30实验二流体流动阻力的测定...............................................32实验三离心泵特性曲线的测定.............................................38实验四过滤常数的测定..................................................43实验五传热系数的测定...................................................47实验六填料吸收塔流体力学性能的测定.....................................50实验七填料吸收塔体积传质系数的测定.....................................52实验八板式塔精馏实验...................................................55实验九干燥实验.........................................................59第四篇综合型实验..............................................62实验一无机膜分离实验...................................................62实验二离心泵计算机采集及自动控制实验...................................66实验三微粉的粒度分级及粒度测定.........................................69实验四液-液萃取塔的操作及其传质单元高度的测定…………...........................……75实验五流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定………………79第一篇实验基础知识第一节学生实验守则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，操作前须经教师生故障严禁擅自处理，应立即报告教师。4、实验后根据原始实验数据记录，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关好门窗，和检查水，电，气源是否关好，方可离开实验室。第二节实验教学目的化工原理实验教学的目的主要有以下几点：1．巩固和深化理论知识的化工过程与设备的原理和操作，巩固和深化化工原理的理论知识。2．提供一个理论联系实际的机会在化工领域内如何通过实验获得新的知识和信息。3．培养学生从事科学实验的能力实验能力主要包括：①为了完成一定的研究课题，设计实验方案的能力；②进行实验，决工程实际问题打好坚实的基础。4．培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风，提高自身素质水平。5．随着科技的发展，不断引进新的化工技术和实验技术，开阔眼界，启发创新意识。第三节实验的特点研究方法，训练其独立思考、综合分析问题和解决问题的能力。场所，培养学生的科研能力和创新精神。究和科学论文的撰写打下坚实的基础。第四节实验教学内容与方法1.化工原理实验教学内容三大部分。（1）实验理论教学据采集与控制基本知识等。（2）计算机仿真实验包括仿真运行、数据处理和实验测评三部分。（3）典型单元操作实验典型单元操作实验内容和地点如下表所示。实验内容实验地点阻力实验化工原理实验室离心泵实验化工原理实验室过滤实验化工原理实验室传热实验化工原理实验室吸收实验化工原理实验室精馏实验化工原理实验室干燥实验化工原理实验室膜分离实验化工原理实验室2．化工原理实验教学方法开放制度，学生实验前必须预约。化工原理实验成绩实行百分制，分为三部分：（1）预习情况、仿真实验、现场提问、实验操作共占20％，每项各占5％。（2）实验报告质量占30％。（3）期末笔试成绩占50％。践等几方面的内容。第五节实验的误差分析精度，缩小实验观测值与真值之间的差值，需要对实验的误差进行分析和讨论。一、误差的基本概念1、真值与平均值提下，它们的平均值就相当接近于这物理量的真值。所以实验科学中定义：无限多次的观均值，只能近似于真值，故称这个平均值为最佳值。化工中常用的平均值有：算术平均值：（1－1）均方根平均值：（1－2）几何平均值：（1－3）属于正态类型，即正态分布。因此，算术平均值作为最佳值使用最为普遍。2、误差表示法某测量点的误差通常由下面三种形式表示：（1）绝对误差佳值）代替真值，把观测值与最佳值之差称剩余误差，但习惯上称绝对误差。（2）相对误差为了比较不同被测量的测量精度，引入了相对误差。（3）引用误差器仪表的精度用此误差来表示。比如1级精度仪表，即为：在化工领域中，通常用算术平均误差和标准误差来表示测量数据的误差。（4）算术平均误差（1－4）（5）标准误差标准误差称为标准差或称为均方根误差。当测量次数为无穷时，其定义为：（1－5）当测量次数为有限时，常用下式表示：（1－6）其中：n表示观测次数。Xi表示第i次的测量值。Xm表示n次测量值的算术平均值。术平均值的分散程度就小，测量的精度高；反之，精度就低。3、误差的分类（1）系统误差件改变时，按某一确定的规律变化的误差。系统误差的大小反映了实验数据准确度的高低。产生系统误差的原因：a、仪器不良，如刻度不准，仪表未经校正或标准表本身存在偏差等；b、周围环境的改变，如外界温度、压力、风速等；c、实验人员个人的习惯和偏向，及提高实验技巧予以清除。（2）随机误差（或称偶然误差）结果的算术平均值将更接近于真值。（3）过失误差（或称粗大误差）过失误差是一种显然与事实不符的误差，它主要是由于实验人员粗心大意如读错数据，只要认真负责是可以避免这类误差的。精确度提高就必须满足系统误差和随机误差均很小的条件。二、误差的基本性质实测到数据的可靠程度如何？又怎样提高它们的可靠性？这些都要求我们应了解在给定条件下误差的基本性质和变化规律。1、偶然（随机）误差的正态分布点：（1）绝对值相等的正误差和负误差，其出现的概率相同；（2）绝对值很大的误差出现的概率趋近于零，也就是误差值有一定的实际极限；（3）绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值大的误差出现的概率小；（4）当测量次数n→∞时，误差的算术平均值趋近于零，这是由于正负误差相互抵消的结果。也就说明在测定次数无限多时，算术平均值就等于测定量的真值。误差函数f(x)表达式为：（1－7）或者：（1－8）其中：，称为精密指数；x为测量值与真实值之差；σ为均方误差。曲线。此误差分布曲线完全反映了偶然误差的上述特点。现在我们来考虑一下σ1－8σ愈小，e指数的绝对值就愈大，y减小的就愈快，曲线下降的也就更急，而在x=0处的y值x=0处的y1－2对三种不同的σ值为1值为3值为10曲线。图1－1误差分布曲线（高斯正态分布曲线）图1－2不同σ值时的误差分布曲线从这些曲线以及上面的讨论中可知，σ值愈小，小的偶然误差出现的次数就愈多，测定精度也就愈高。当σ值愈大时，就会经常碰到大的偶然误差，也就是说，测定的精度也结果的可靠程度。2、可疑的实验观测值的舍弃由概率积分知，偶然误差正态分布曲线下的全部面积，相当于全部误差同时出现的概率，即：（1－9）若随机误差在－σ～＋σ范围内，概率则为：（1－10）令，则（1－11）概率函数φ(t)与t的t值及其相应的超出或不超出的概率，见表1-1。表1-1t值及相应的概率不超过的概率超过的概率测量次数n超过的测量次数n0.670.49720.50282110.62260.31743120.95440.045622130.99730.0027370140.99990.0001156261370次观测中只有一次绝对误差超出3σ3σ误差或实验条件变化未被发觉引起的，所以这样的数据点经分析和误差计算以后予以舍弃。3、函数误差其测量误差是各原函数。（1）函数误差的一般形式在间接测量中，一般为多元函数，而多元函数可用下式表示：（1－12）其中：y为间接测量值；x为直接测量值。由泰勒级数展开得：（1－13）或（1－14）它的极限误差为：（1－15）其中：为误差传递系数；Δx为直接测量值的误差；Δy为间接测量值的极限误差或称函数极限误差。由误差的基本性质和标准误差的定义，得函数的标准误差（1－16）其中：σi直接测量值的标准误差。（2）某些函数误差的计算ⅰ）设函数，变量X、Z的标准误差分别为σx、σz。由于误差的传递系数，则：函数极限误差（1－17）函数标准误差（1－18）ⅱ）设变量x、z、w的标准误差为σx、σy、σw。由于误差传递系数分别为：则函数的相对误差为（1－19）函数的标准误差为：（1－20）ⅲ）设函数，变量x的标准误差为σx，a、b、n为常数。由于误差传递系数为则函数的误差为（1－21）函数的标准误差为：（1－22）ⅳ）设函数，变量x的标准误差为σx，k、n为常数。由于误差传递系数为：（1－23）函数的标准误差为：（1－24）ⅴ）算术平均值的误差由算术平均值的定义知：其误差传递系数为i=1,2,…,n则算术平均值的误差（1－25）算术平均值的标准误差（1－26）当M1，M2，…，Mn是同组等精度测量值，它们的标准误差相同，并等于σ。所以（1－27）除了上述讨论由已知各变量的误差或标准误差计算函数误差外，还可以应用于实验装的影响相同，这种设计的原则称为等效应原则或等传递原则，即：（1－28）或（1－29）第六节实验数据的处理一、有效数字的处理1、有效数字及其表示方法所谓有效数字是指一个位数中除最末一位数为欠准或不确定外，其余各位数都是准确知道的，这个数据由几位数，我们就说这个数据有几位有效数字。有效数字反映一个数的大小，又表示在测量或计算中能够准确地量出或读出的数字，25℃或1/10℃的温度计，室温20.36℃有效数字是四位，其中第四位是估计值。51.1克和0.0515克都是三位有效数字，15001.5×1041.500×1041.500不能省去，表示这个数值与实际值只相差不过10米。2、有效数字的运算规则（1）记录、测量只准保留一位估计数字。（2末位有效数字后面第一位大于5则在前一位上加上155是奇数就增加112.36应为12.412.34应为12.3；而12.35应为12.4；但12.45就应为12.4，而不是12.5。（3）加减法规则17.1℃和62.35℃，则温度和温度差62.3562.3517.117.179.4545.25由于运算结果具有二位存疑值；它和有效数字的概念（每个有效数字只能有一位有疑值）不符，故第二位存疑数应作四舍五入加以抛弃。所以两者的结果为温度和等于79.4℃和温度差等于45.2℃。从上面例子可以看出，为了保证间接测量值的精度，实验装置中选取仪器时，其精度要一致，否则系统的精度将受到精度低的仪器仪表的限制。（4）乘除法运算（5）乘方、开方后的有效数字位数与其底数相同。（6）对数运算对数的有效数字位数应与其真数相同。二、实验结果的数据处理表格。实验原始数据记录表是根据实验内容而设计的，必须在实验正式开始之前列出表格。例如：流体流动阻力的测定，实验的原始记录表形式如下：表1—2序号体积流时间,s沿程损失读局部损失读数,cm量,L/s数,cm左右012成时得到一张完整的原始数据记录表。切忌采用按操作岗位独自记录，最后在实验完成后，格形式如下：表1—3序号流量流速Re×10-4沿程损失摩擦系数局部损失阻力系m3/sm/smH2Oλ×10-2mH2O数ξ相同条件下的重复试验也应该列入表内。拟制实验表时，应该注意下列事项：（1）清；（2）数字记录要注意有效位数，它要与实验准确度相匹配。（3）数据较大或较小时就用浮点数表示，阶数部分（即±n）应记录在表头；（4）列表的标题要清楚、醒目、能恰当说明问题。2、图形法联系及变化规律，查找方便。现在就有关问题介绍如下：（1）坐标的选择采用对数坐标，指数函数采用半对数坐标。（2）坐标的分度习惯上横坐标是自变量xyxy轴每条坐标所代表数值的大小，它以阅读、使用、绘图以及能真实反映因变关系为原则。点，而高于最大值的某一整数值为坐标的终点。数据的有效数字最后第二位，即有效数字最末位在坐标上刚好是估计值。③当标绘的图线为曲线时，其主要的曲线斜率应以接近1为宜。（3）坐标分度值的标记相同，另外每个坐标轴必须注明名称、单位和坐标方向。（4）数据描点符号（如×△□○等）加一区别。（5）绘制曲线绘制曲线应遵循以下原则：①曲线应光滑均整，尽量不存在转折点，必要时也可以有少数转折点。②曲线经过之处应尽量与所有点相接近。要依据。④曲线一般不应具有含糊不清的不连续点或其它奇异点。数近似相等。3、方程法直线的斜率m和截距b，便可得到直线的方程表示式：y=b+mx（1）直角坐标直线的斜率可由图中直角三角形Δy/Δx之比值求得,即也可选取直线上两点，用下式计算：直线的截距b可以直接从图上读得，当b不易从图上读得时可用下式计算：b=(y1x2-y2x1)/(x2-x1)（2）双对数坐标对于幂函数方程y=bxm在双对数坐标表示为一直线：lgy=lgb+mlgx令Y=lgy；B=lgb；X=lgx上式该写成：Y=B+mX上式表示若对原式x、y取对数，而将Y=lgy对X=lgx在直角坐标上可得一条直线，直线的斜率：m=Δy/Δx=(Y2-Y1)/(X2-X1)=(lgy2-lgy1)/(lgx2-lgx1)将实验x、y标于图上，则与先取对数再标绘迪卡儿直角坐标上所得结果是完全相同的。工程上均采用双对数坐标，把原数据直接标在坐标纸上。坐标的原点为x=1，y=1，而不是零。因为lg1=0,当x=1时（即X=lg1=0Y=B=lgb,因此x=1的纵坐标上读数y就是b。b值亦可用计算方法求出，即在直线上任取一组（x,y）数据，代入y=bxm方程中，用已求得的m值代入即可算出b值。（3）单对数坐标单对数坐标是用于指数方程：lny=lna+bx即lgy=lga+(b/2.3)x令Y=lgyA=lgaB=b/2.3则上式改写成Y=A+BX，此式在单对数坐标上也是一条直线。（4）y=a/x在直线坐标上为双曲函数，若以y～x-1作图形，在直角坐标上就为线性关系。4、用最小二乘法拟合曲线（1）什么是最小二乘法在化工实验中经常需要将试验获得的一组数据（xi,yi）拟合成一条曲线，并最终拟合差δi=yi-f(xi)按某一标准为最小。若规定最好的曲线是各点同曲线的偏差平方和为最小，这种方法称为最小二乘法。实验点与曲线的偏差平方和为：（2）最小二乘法的应用关系为线性时，用最小二乘法求式中的常数项。假设有一组实验数据（xi,yii=1,2…nn模型为：f(x)=b+mx实验点与曲线的偏差平方和为：令：∴根据最小二乘法原理，满足偏差平方和为最小的条件必须是与，即整理得：①同理：整理得：②由式①得：③③式代入②式解得：④相关系数r为：⑤r的绝对值总小于1，即。[例题1]已知一组实验数据如下，求它的拟合曲线。Xi12345Yi44.5688.5[解]f（x）＝b+mx计算结果列于下表：141424.5493691848163258.52542.5m=例题1附图[例题2]测定空气在圆形直管中作湍流流动时的传热膜系数所获得的实验数据如下表所列，若下述实验数据可用准数式关联：Nu=aRem试求式中的a与m值Re2.15×1042.56×1043.18×1043.46×1043.72×1044.15×104Nu53.961.2707882.186.7[解]Nu=aRemlgNu=lga+mlgRe令y=lgNu，b=lga，x=lgRe有y=b+mx数据整理列于表中：XYx2x·ylgRelgNu(lgRe)2(lgRe·lgNu)4.33241.731618.76977.50204.40821.786819.43227.87664.50241.845120.27168.30744.53911.892120.60348.58844.57051.914320.88958.74934.61801.938021.32598.8497b=lga=-1.532a=0.0294Nu=0.0294Re0.7527例题2附图第七节实验各环节要求写等四个主要环节，各个环节的具体要求如下：1．实验预习本实验课工程性很强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备。要满足达到实验目的中所提出的要求，仅靠实验原理部分是不够的，必须做到以下几点：（1）认真阅读实验讲义，复习课程教材以及参考书的有关内容，明确本实验的目的与要求。（2）为培养能力，应试图对每个实验提出问题，带着问题到实验室现场预习。在现场位置。（3）明确操作程序与所要测定参数的项目，了解相关仪表的类型和使用方法以及参数的调整、实验测试点的分配等。（4）列出本实验需在实验室得到的全部原始数据和操作现象观察项目的清单，画出便于记录的原始数据表格。（5）实验预习报告，主要内容如下：a实验目的和内容b实验基本原理和方案c实验装置及流程图（包括实验设备的名称、规格与型号等）d实验操作步骤e实验布点及实验原始数据记录表格设计2．实验操作环节一般以3～4人为一小组合作进行实验，实验前必须作好组织工作，做到既分工、又合得全面的训练。实验操作注意事项如下：（1）实验设备的启动操作，应按教材说明的程序逐项进行，设备启动前必须检查；（a）对泵、风机、压缩机、真空泵等设备，启动前先用手扳动联轴节，看能否正常转动。（b）设备、管道上各个阀门的开、闭状态是否合乎流程要求。上述两点皆为正常时，才能合上电闸，使设备运转。（2）操作过程中设备及仪表有异常情况时，应立即按停车步骤停车并报告指导教师，对问题的处理应了解其全过程，这是分析问题和处理问题的极好机会。（3）操作过程中应随时观察仪表指示值的变动，确保操作过程在稳定条件下进行。出现不符合规律的现象时应注意观察研究，分析其原因，不要轻易放过。（4）停车前应先后将有关汽源、水源、电源关闭，然后切断电机电源，并将各阀门恢3．测定、记录和数据处理（1）确定要测定哪些数据应在实验前完成。原始数据应包括工作介质性质、操作条件、设备几何尺寸及大气条件等。数据，就不必直接测定。例如水的粘度、密度等物理性质，一般只要测出水温后即可查出，因此不必直接测定水的粘度、密度，而应该改测水的温度。（2）实验数据的分割要把这些所测的数据标绘在各种坐标系上，为了使所测数据在坐标上得到分布均匀的曲线，大、最小的控制量之间的关系如下：（a）对于直角坐标系：（b）对于双对数坐标：∴（3）读数与记录（a）待设备各部分运转正常，操作稳定后才能读取数据，如何判断是否已达稳定？一造成实验结果无规律甚至反常。（b应尽可能动作敏捷。（c）每次读数都应与其它有关数据及前一点数据对照，看看相互关系是否合理？如不合理应查找原因，是现象反常还是读错了数据？并要在记录上注明。（d）所记录的数据应是直接读取的原始数值，不要经过运算后记录，例如秒表读数1分23秒，应记为1＇23〃，不要记为83〃。（e）读取数据必须充分利用仪表的精度，读至仪表最小分度以下一位数，这个数应为过多取估计值的位数是毫无意义的。的高低点之间的中间值作为估计值。（f）不要凭主观臆测修改记录数据，也不要随意舍弃数据，对可疑数据，除有明显原因，如读错、误记等情况使数据不正常可以舍弃之外，一般应在数据处理时检查处理。（g实验完毕，须将原始数据记录表格交指导教师检查并签字，认为准确无误后方可结束实验。（4）数据的整理及处理（a）原始记录只可进行整理，绝不可以随便修改。经判断确实为过失误差造成的不正确数据须注明后可以剔除不计入结果。（b示例，以说明各项之间的关系。（c）运算中尽可能利用常数归纳法，以避免重复计算，减少计算错误。例如流体阻力实验，计算Re和λ值，可按以下方法进行。例如，Re的计算的值确定后，改变值可算出Re值。又例如，管内磨擦系数λ值的计算，由直管阻力计算公式得式中常数又实验中流体压降，用U型压差计读数测定，则式中常数将代入上式整理为式中常数为仅有变量和，这样λ的计算非常方便。（d）实验结果及结论用列表法、图示法或回归分析法来说明都可以，但均需标明实验条件。列表法、图示法和回归分析法详见第三章实验数据处理。4、编写实验报告际问题和工程问题，因此化工原理的实验报告可以按传统实验报告格式或小论文格式撰写。4.1传统实验报告格式本课程实验报告的内容应包括以下几项：（1）实验名称，报告人姓名、班级及同组实验人姓名，实验地点，指导教师，实验日期，上述内容作为实验报告的封面。（2）实验目的简明扼要地说明为什么要进行本实验，实验要解决什么问题。（3）实验的理论依据（实验原理）式及据此推算的重要结果。要求准确、充分。（4）实验装置流程示意图标出设备、仪器仪表及调节阀等的标号，在流程图的下方写出图名及与标号相对应的设备、仪器等的名称。（5）实验操作要点及注意事项作过程的说明应简单、明了。作，应在注意事项中注明，以引起注意。（6）原始数据记录仪表的精度决定实验数据的有效数字的位数。（7）数据处理某一组原始数据为例，列出计算过程，以掌握本实验数据整理表中的结果是如何得到的。（8）实验结果的分析与讨论分析研究，是工程实验报告的重要内容之一，主要内容包括：（a）从理论上对实验所得结果进行分析和解释，说明其必然性；（b）对实验中的异常现象进行分析讨论，说明影响实验的主要因素；（c）分析误差的大小和原因，指出提高实验结果的途径；（d）将实验结果与前人和他人的结果对比，说明结果的异同，并解释这种异同；（e）本实验结果在生产实践中的价值和意义，推广和应用效果的预测等；（f）由实验结果提出进一步的研究方向或对实验方法及装置提出改进建议等。（9）思考题结合实验过程及实验原理，分析回答思考题。4．2小论文格式提高性实验报告要求以小论文形式。（1）标题引导读者判断是否阅读该文的一个依据。因此要求标题能准确地反映论文的中心内容。（2）作者和单位下。（3）摘要（abstract）一般是文章完成后，最后提炼出来的。摘要的长短一般几十个字至300字为宜。（4）关键词（Keywords）选出来，便于检索的需要。可选3－8个关键词。（5）前言（a）研究背景和目的：说明从事该项研究的理由，其目的与背景是密不可分的，便于读者去领会作者的思路，从而准确地领会文章的实质。（b）研究范围：指研究所涉及的范围或所取得成果的适用范围。（c）相关领域里前人的工作和知识空白：实事求是地交代前人已做过的工作或是前人并未涉足的问题，前人工作中有什么不足并简述其原因。（d）研究方法：指研究采用的实验方法或实验途径。前言中只提及方法的名称即可，无须展开细述。（e）预想结果和意义：扼要提出本文将要解决什么问题以及解决这些问题有什么重要意义。明，则不用“引言”或“前言”两字。（6）正文部分分：（a）实验原材料及其制备方法。（b）实验所用设备、装置和仪器等。（c）实验方法和过程，说明实验所采用的是什么方法，实验过程是如何进行的，操作他们又可以看作是中心论点的论据。（7）实验结果与分析讨论分时应注意以下几个问题：（a）选取数据时，必须严肃认真，实事求是。选取数据要从必要性和充分性两方面去考虑，决不可随意取舍，更不能伪造数据。对于异常的数据，不要轻易删掉，要反复验证，查明是因工作差错造成的，还是事情本来就如此，还是意外现象。（b）对图和表，要精心设计、制作，图要能直观地表达变量间的相互关系；表要易于显示数据的变化规律及各参数的相关性。（c）分析问题时，必须以事实为基础，以理论为依据。以及与理论或分析结果的比较、经验公式的建立、尚存在的问题等等。（8）结论（结束语）是全篇论文的精髓。据此可以看出研究成果的水平。（9）致谢资料者；对研究工作和论文写作提过建议者等。（10）参考文献献按其在论文中出现的顺序，用阿拉伯数字连续编码，并顺序排列。被引用的文献为期刊论文的单篇文献时，著录格式为：“顺序号作者．题名[J]．刊名，出版年，卷号（期号），引文所在的起止页码”，例如[1]。被引用的文献为图书、科技报告等整本文献时，著录格式为：“顺序号作者．文献书名[M]．版本（第一版本不标注）．出版地址：出版者，出版年”，例如[2][1][J]200114（357－59．[2]赵汝溥，管国锋．化工原理[M]．北京：化学工业出版社，1999.7190－191（11）附录（12）外文摘要Topic（AuthorAbstractKeyWords）译为英文。排放位置因刊物而异。知识能力和科研能力。可为学生今后撰写毕业论文和工作后撰写学术论文打下坚实的基础，GB7713－87《科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》和GB7714－87第二篇演示型实验实验一静力学实验一、实验目的与要求1.熟悉流体静力学基本方程式的意义；2.了解差压计测量压强和真空度的原理；3.明确不同的密度液体柱高度的换算方法；4.用静力学原理来解释操作中的一些现象。二、实验装置示意图图2－1流体静力学实验装置图三、实验操作1.测量压强a.关闭2、9阀门；b.缓慢提高平衡瓶从0到A位置向水槽充水，造成一定压强；c.观察4、5、6、7、8五只压差计的变化情况；d.记录压差计读数：＃4差压计读数：＃5差压计读数：[米柱]＃6差压计读数：[米柱]＃7差压计读数：[米柱]＃8差压计读数：[米柱]2.测量真空度a.接上面操作；b.缓慢放低平衡瓶到B位置，水倒回到平衡瓶，水槽内逐渐形成真空；c.观察4、5、6、7、8五只差压计液柱变化的情况；d.记录压差计读数：＃4差压计读数：[米柱]＃5差压计读数：[米柱]＃6差压计读数：[米柱]＃7差压计读数：[米柱]＃8差压计读数：[米柱]3.现象观察a.接上面操作，把平衡瓶缓慢地提到0点；b.打开阀门9，开始有水流出，后逐渐减少，直到水停止流出。四、计算与讨论1.测压强时，槽中压强P值[Pa]2.测真空度时，槽中真空度值[Pa]3.计算差压计4、5中指示剂密度；4.差压计8从槽底引出，差压计6从槽侧面引出，其读数为什么不同？5.在上面3实验操作现象观察中所见的，水槽底下阀9打开后不久，阀9就不流水了，为什么？实验二柏努利实验一、实验目的1程。2、通过实测流速的变化和与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。二、基本原理流动的流体具有三种机械能：位能、动能和静压能，这三种能量可以互相转换。在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过各截面上的机械能总和是相等的。在有摩擦而没有外功输入时，任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。流体静压能可用测压管中液柱的高度来表示，取流动系统中的任意两测试点，列柏努利方程式：对于水平管，Z1=Z2，则若u1=u2,则P2<P1Σhf=0u1=u2,则P2=P1u1>u2,p1<p2；在静止状态下，即u1=u2=0时，p1=p2。三、实验装置及仪器图2－2伯努利实验装置图装置由一个液面高度保持不变的水箱，与管径不均匀的玻璃实验管连接，实验管路上取有不同的测压点由玻璃管连接。水的流量由出口阀门调节，出口阀关闭时流体静止。四、实验步骤及思考题1、关闭出口阀7，打开阀门3、57、3、5，观察并记否在同一标高上？为什么？2、将阀7、3半开，观察并记录各个测压管的高度，并思考：（1）A、E两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？（2）B、D两管中，C、D两管中液位高度是否相等？若不等，其差值代表什么？3、为什么变化？这一现象说明了什么？五、实验数据记录.液柱高度ABCDE阀门关闭半开全开实验三边界层演示实验一、实验目的1．观察流体经固体壁面所产生的边界层现象；2．加强对边界层的感性认识；二、实验装置及原理本实验装置由点光源、热模型和屏所组成，具体如下图所示，当热模型通电加热后，在其中就产生自下而上的空气对流运动，因热模型的固体壁面与空气接触处存在着层流边界层，而边界层内空气几乎是不流动的，故其传热情况极差，致使层内温度远高于周围空气的温度而接近于壁面温度，从而使边界层内空气的密度院校与周围空气的密度。有关文献指出，气体密度的大小影响着气体对光的折射，它和对光的折射率遵循着下列关系：式中：n代表气体折光率，ρ指气体密度。由于边界层内气体的密度与边界层外的气体密度不同，则使层内、外气体对光的折射率也不同，利用折射率的差异，可观察到边界层存在的实际情况。图2－3边界层演示装置图2－4光线折射图从图2－3i射入边界层。此时，如果边界层的空气和周围空气的折射率相同的话，则光线不产生偏折而应投射到b2－4内气体密度较小于四周空气的密度，从而使层内外的气体存在着不同的折射率，光线在通过边界层内的高温气体时就产生偏折，这样使出射角r大于入射角i，由此引起射出光线在离开边界层时产生一些偏折后投射到a点上，使a点上原来已有背景的投入光再加上偏折光重叠，这样就使得a-b点，因得不到足够的入射光线而显得较暗，从而形成一个较暗的环圈，这个暗的环圈完全是边界层内高温空气的密度变化后而引起光线的偏折现象引起的，因此它就代表了边界层的形状。从这个演示实验可以清楚地看到，流体流经圆柱体壁面时所存在的边界层现象。从屏上看见，圆柱体底部的边界层由于气体流动时的动压的影响，边界层最薄，愈往上部，边界层逐渐加厚，在离开圆柱体顶上部时，产生边界层分离而形成漩涡，这种现象同我们平时见到的火焰形状相类似。从侧面缓慢吹气或在圆柱任一部分破坏其边界层形状等方法）观察边界层厚度和形状的变化情况。三、问题与讨论1.边界层内外的流体流动状况如何？在本实验中影响边界层的最主要因素是什么？2.你观察了本实验后，对流体边界层的存在有何见解？3.若要减薄边界层的厚度，可以采取哪些有效的措施？4.边界层的厚薄对生产实际有何影响？实验四塔板水力学性质演示实验一、实验目的1.了解浮阀塔板结构情况及其区间的分布情况；2.观察塔板在一定的气液量通过时，气液相在塔板上的接触情况；3.适当改变气液负荷，观察因气液相负荷变化而引起的塔的一些不正常操作现象，并对塔板的这些现象进行比较。二、实验装置本实验装置由一个离心鼓风机及一个塔体组成，塔体内装有一块浮阀，气体由鼓风机从塔体下部送入，为了控制其风量，装有旁路调节阀，自来水从塔顶引入，为观察塔下部液位，其侧面装一组液位计，液位的高低依靠塔下部阀门调节。图2－5塔板水力学演示装置图三、实验操作的基本步骤1.打开进水阀，使一定的水量进入装置的顶部，在不开动风机的情况下观察液体流经塔2.维持一定的水量，开启风机逐步改变进风量，随时观察板上的气液接触情况及鼓泡状态，液体的流动状况等一些现象问题，分析并思考产生这些现象的原因；3.维持一定的气量（真正要维持本装置中的恒定气量难以实现，为什么请同学们自己思体的流动状况等现象，分析其原因，并于改变气量时所见到的一些现象进行比较；4.会发生什么情况？四、问题与讨论1.在液泛时你所见到的有哪些现象？2.比较塔板的泛点随着气、液相负荷变化作如何变化；3.塔板上液位落差的存在对气流接触产生什么影响？4.产生漏夜现象的原因是什么？漏夜时的气速是塔设备操作中的什么气速？5.在经常操作时，若恒定喷淋量而逐步增加进气量，将会产生什么现象？6.在经常操作时，若恒定进气量而逐步增加喷淋量，又将会产生什么现象？第三篇验证型实验实验一流体流型的观察与测定一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同型态，加强层流和湍流两种流动类型的感性认识；2、掌握雷诺准数Re的测定与计算；3、测定临界雷诺数。二、基本原理雷诺（Reynolds）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u外，还有管径（或当量管径）d，流体的密度ρ及粘度μ，由此四个物理量组成的无因次数群Re的值是判定流体流动类型的一个标准。（1－1）Re<2000~2300Re>40002000<Re<4000能表现为流层，也可能表现为湍流。从雷诺数的定义式来看对同一个仪器d为定值，故u仅为流量的函数。对于流体水来说,ρ、μ几乎仅为温度的函数。因此确定了水的温度及流量，即可计算雷诺数。注意：雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。如果条件不具备，演示实验也可以在一般房间内进行。因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界达不到2000，只能达到1600左右。层流时红墨水成一直线流下，不与水相混。颜色水湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。溢流三、实验装置及仪器水箱试验装置如图1－1所示，液面保持一定高玻璃试验管进水出水阀有进水稳流装置及溢流箱用以维持平稳而又稳定的液面，多余之水由溢流管排入水沟。图1－1雷诺实验装置四、实验步骤1、检查针头是否堵塞，颜色水是否沉淀。2、向水箱内注水。3、打开出口阀，排除实验管中的气体。45、开颜色水阀，使颜色水由针头注入玻璃试验管。6、逐步开大排水阀，观察不同雷诺数时的流动状况，并把现象记入表中。7、做两种情况下的对比实验：（1为湍流时的Re临界值。注意，此时液面虽平静，但液面的高度是在缓慢下降的。（2此时的Re临界值，并分析和比较两种情况下的实验结果。8的作用，管中心处流体质点速度最大，愈靠近管壁速度愈小。因此，静止时处于同一横截面的流体质点，开始层流流动后，由于速度不同，组成了旋转抛物面（即由抛物线绕其对称轴旋转水运动，则可观察到红墨水团前端的界限，形成了旋转抛物面。五、思考题1、影响流动形态的因素有哪些？2、如果管子是不透明的，不能直接观察管中的流动形态，你可以用什么办法来判断流体在管中的流动形态？3、有人说可以只用流速来判断管子中的流动形态，流速低于某一个具体数时是层流，否则是湍流，这种看法对吗？在什么条件下可以只由流速来判断流动形态？4、研究流动形态有何意义？实验二流体流动阻力的测定一、实验目的1、测定水流过一段粗糙直管、光滑直管的沿程摩擦阻力损失Δpf，确定层流时摩擦阻力系数λ和雷诺准数Re之间的关系；2、测定水流过管件、阀门等的局部阻力损失，确定其局部阻力系数ζ；3、熟悉测定流体流经直管和管件时的阻力损失的实验组织方法及测定摩擦系数的工程意义；4、学会U形压差计、转子流量计的使用方法，了解涡轮流量计、差压变送器、变频器等的工作原理；5、识别组成管路中的各个管件、阀门并了解其作用。二、实验原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦，从而导致阻力损失。层流时阻力损失的计算式是由理论推导得到的；湍流时由于情况复杂得多，未能得出理论式，但可以通过因次分析法再结合实验研究，获得具体的关联式。实验研究发现，影响湍流时直管阻力损失Δpf的因素有：流体性质：密度ρ和粘度μ；管路特性：管径d、管长l和管壁粗糙度ε；操作条件：流速u；根据因次分析法，Δpf可以表示成上述诸多影响因素的关系式：Δpf=f(d,u,ρ,μ,l,ε)(2-1)组合成四个无因次数群：(2-2)若实验设备已定，(2-2)式可写为：hf=(2-3)若实验设备是水平直管，Δpf=Δp，即阻力损失表现为压力降，(2-3)式可写为：hf=(2-4)所以：hf=(2-5)即：(2-6)式中λ为直管的摩擦阻力系数。由(2-6)式可知，λ与流体流动的雷诺数Re及管壁的相对粗糙度ε/d层流流动时，直管的摩擦阻力系数为：(2-7)若装置已经确立，物系也已确定，那么λ只随Re而变，实验操作变量仅有流量，改变阀门的开度可以达到改变流速u的目的，因此在管路中需要安装一个流量计；在直径为d、长度为l的水平直管上，引出二个测压点，并接上一个压差计，可以用压差变送器或液柱压差计测量压差Δp（注：压差变送器是将压差转换成电信号再用仪表显示，液柱压差计是将压差以液UU是物性参数，它们只取决于实验温度，所以，在实验装置中需要安装测流体的温度计；再配上水槽、泵、管件等组建成循环管路，实验装置流程见图2-1。局部阻力损失通常有两种表示方法：当量长度法和阻力系数法。由阻力系数法：(2-8)测定通过某局部（弯头、管件、阀门等）的前后压差Δp（=Δpf）和通过此局部的平均流速u，由(2-7)式计算其局部阻力系数ζ。三、实验流程图和实验步骤（1）手动阻力实验装置a、实验流程图（图2-1）1-光滑管，2-粗糙管，3-层流管，4-离心泵管实验装置参数见下表名称材质管内径（mm）管路号管内径cm）局部大小头不锈钢管32.0装置1阻力闸阀镀锌铁管32.0湍流光滑管不锈钢管121.5200粗糙管镀锌铁管220.5200层流铜管36140名称材质管内径（mm）管路号管内径cm）局部90°弯头镀锌铁管32.0阻力闸阀镀锌铁管32.0

装置2湍流光滑管不锈钢管121.5200粗糙管镀锌铁管220.5200层流铜管36140b、实验步骤1、泵的启动：关闭控制阀，关闭光滑管和粗糙管引压阀，引水灌泵，启动泵。2、系统排气（1目的为了使总管中的大部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。（2压变送器上的平衡阀和相应的引压管放气阀，开、关重复三次。注意：检验排气是否彻底是将控制阀开至最大，再关至为零，看压差变送器计读数，若前后读数相等，则判断系统排气彻底；若前后读数不等，则重复上述2步骤。3、湍流时直管阻力的测定：由于Re在充分湍流区时，λ～Re的关系曲线处在双对数座标的密集区，所以在大流量时少布点，而Re在比较小时，λ～Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。先将控制阀开至最F大0.3kPaF小，在F小和F大二个读数之间布14～16个点。4转子流量计，排除空气，测定层流阻力。5、停泵：关闭出口阀，停止水泵电机。上机处理数据。c、实验数据记录光滑管粗糙管局部阻力层流流量kPakPakPammH2O序号L/s（湍流）或(L/h)(层流)压差压差压差左右压差（2）自动控制阻力实验装置a、实验流程图（图2-2）自动测量阻力实验装置具有在线操作功能。实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，自上而下分别为用于测定局部阻力系数、光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定使用内壁较粗糙的镀锌管。21-2-光滑管，3-粗糙管，4-倒U型压差计图2-2流体流动阻力在线操作界面水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力损失对应的压差采用各自的倒U形压差计测量，或用差压变送器将压差信号传递给差压显示仪。实验装置由两套相同的装置组成，装置参数见下表。名称材质管内径（mm）管路号管内径测量段长度（cm）局部阻力闸阀1A19.7100光滑管不锈钢管1B19.7100粗糙管镀锌铁管1C20.8100b、实验步骤1把泵的出口阀缓缓开到最大。2．倒UU型压差计进行排气和调零，使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。由于本流体力学综合装置中，选用的为经典离心泵，扬程较高，故倒U型压差计的量程只能做到一定程度，大流量数据应取差压变送器测得的压差。3．节阀，调节流量，让流量从0.8到5m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.3m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，分别记下压差计左右两管的液位高度，两高度相减的绝对值即为该流量下的差压。使用自动方法时，流量值可以由无纸记录仪的流量通道显示，改变流量时只需改变流量控制通道的设定（通过改变电机的转速而改变流量）即可，同理，差压值可以直接由无纸记录仪的压差显示通道读取。4．λ～Reu的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。5．停泵：实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。c、实验数据记录序流量光滑管mmH2O粗糙管mmH2O局部阻力mmH2O号(m3/h)左右压差左右压差左右压差四、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出口阀?为什么?2、压差计上的平衡阀起什么作用？它在什么情况下是开着的，又在什么情况下是关闭的？3、如何检测管路中的空气已经被排除干净?4、以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用?5(包括不同管径)λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?6、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?7、在直管阻力测量中，压差计显示的压差是否随着流量的增加而成线性增加？分别就层流和湍流进行讨论。实验三离心泵特性曲线的测定一、实验目的1．熟悉离心泵的操作，了解离心泵的结构和特性，掌握实验组织方法。2．掌握离心泵特性曲线的测定方法。3．掌握离心泵的流量调节方法，了解电动调节阀、变频器、差压变送器等的工作原理。二、基本原理对一定类型的泵来说，泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程(H)、轴功率(P)和效率(η)与流量(qv)之间的关系。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，至今为止，还难以推出扬程的纯理论计算式。因此，一般采用实验的方法测定扬程，即泵的特性曲线由实验测得。对图3-1所示的系统，分别取泵的进出口为1-1截面与2-2截面，建立机械能衡算式：+z1++H=+z2+(3-1)H=∴H=(3-2)式中：h0—表示泵出口和进口间的位差，m；ρ—流体密度，kg/m3；g—重力加速度m/s2；p1、p2—分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；u1、u2—分别为泵进、出口的流速，m/s；从式(3-2)可见，计算出泵进出管路上的压差、位差和速度差，就可计算出泵提供给液体的扬程。按照管路特性曲线和泵特性曲线的交点作为泵工作点的原理，改变管路阻力可以通过调节阀门开度加以实现，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，就是泵的扬程曲线。泵的有效功率(Pe)和效率(η)分别由下面（3-3）和(3-4)式计算：(3-3)(3-4)其中P代表轴功率，即泵轴传递给泵的功率。由式(3-3)和(3-4)求取的数据同样可以绘出泵的轴功率和效率曲线。泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转qvnn例定律）：流量（3-5）扬程（3-6）轴功率（3-7）效率（3-8）方程式(3-2)表明，实验组织方法是：实验装置中在泵的进出口管上分别装有真空表p1和压力表p2电机效率即可计算泵的输入功率P；管路中需安装流量计，确定流体的流速uu需阀门三、实验流程图和实验步骤（1）手动离心泵实验装置a、实验流程图图3-1离心泵特性曲线测定流程示意图实验装置流程见图3-1阀等组成了一个循环回路。装置参数见下表3-1。表3-1手动离心泵实验装置参数离心泵型号P803转速1440r.p.mh00mm进口管径40mm出口管径32mm仪表系数1.000b、实验步骤1、关闭引水阀、排气，启动泵。212～16组数据。实验布点服从大流量多布点，小流量少布点规则，原因是离心泵效率极值点0.2L/s据布点约下降0.4L/s。注意：若发现流量显示仪读数达不到零，可采用将调节阀开至最大，以零计。此时其余的仪表读数不随显示仪读数而变。3、停泵：实验结束前，关闭泵出口阀，再关闭泵的电源。4、上机进行数据处理。c、实验数据记录表3-2离心泵原始数据水温：℃No.流量L/s真空表读数MPa压力表读数MPa功率表读数w（2）自动离心泵实验装置a、实验流程图离心泵特性曲线测定装置具有在线操作功能，流程见图3-2。装置中泵进出口管径相同均为40cm，泵进出口测压点高度差h0=0.2m。b、实验步骤1、灌泵：清洗水箱，并加装实验用水。给离心泵灌水，排出泵内气体。2、检查电源和信号线是否与控制柜连接正确，检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。3、数据的测定：实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相qv、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率P电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差h0410组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，注意事项：1保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。2、泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。图3-2实验装置流程示意图c、实验数据记录（表3-3离心泵原始数据）表3-3离心泵原始数据，离心泵型号＝，额定流量＝，额定扬程＝，额定功率＝，流体温度t＝。流量qv泵进口压力泵出口压力电机功率P电泵转速n实验次数m3/hp1kPap2kPakWrpmn′=2900r/m(转每分钟)对应下的各实验量，并按上述比例定律，可得校正转速后的数据结果。四、思考题1、测定离心泵特性曲线的意义有那些？2、试从所测实验数据分析离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？34、为什么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？5、泵刚启动后，出口阀如果不开，压力表和真空表读数如何变化？为什么？6、正常工作的离心泵，在其进口管路上安装流量调节阀是否合理？为什么？71200Kg/ｍ的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？8、为什么离心泵的有效压头He随流量qv的增加而缓缓下降？实验四过滤常数的测定一、实验目的1、熟悉板框压滤机的结构和操作方法；2、测定在恒压操作时的过滤常数K，qe，τe，测定物料压缩指数s；3、了解操作条件对过滤速度的影响。二、实验原理1、过滤常数的测定过滤是借助于外界推动力的作用，使悬浮液通过某种多孔性介质，从而实现固液分离的操作。单位时间通过单位过滤面积的滤液量称为过滤速度。过滤速度的大小与压力差、滤饼厚度、悬浮液和滤饼的性质、悬浮液的温度等有关。故过滤速度方程式可表示为：（4－1）式中：V——滤液量，m3；A——过滤面积，m2；τ——得到滤液V所需的过滤时间，s；K——m2/s；q=V/A，即单位过滤面积的滤液量，m；qe=Ve/A，即单位过滤面积的虚拟滤液量,m；Ve——虚拟滤液的体积，它是形成相当于过滤介质阻力的一层滤饼时，应得到的滤液量，m3；r——滤饼的比阻，m-2;μ——滤液的粘度，Pa.s；v——获得单位体积滤液所形成的滤饼，m3/m3。在恒压过滤情况下，滤液量与过滤时间的关系可用下式表示：（4－2）将过滤方程式微分后得实验过程中，可用增量比，则有下式（4－3）标绘出Δτ/Δq对q(q取各时间间隔内的平均值)的直线,如上图所示,直线斜率为2/K,截距2qe/K，由此可求出K和qe。图4－1Δτ/Δq与q的关系2、滤饼压缩性指数s及比阻滤饼的比阻与压差的关系为，，带入过滤常数的定义式可得两边取对数：（4－4）K与Δp的关系在双对数坐标上标绘是一条直线，斜率为（1-s压缩性指数s，读取Δp～K直线上任一点处的K值，将K、Δp数据一起代入过滤常数定义式计算物料特性常数k及比阻。三、实验装置本实验装置由板框压滤机、滤浆桶、搅拌桨、计量筒、螺杆泵等组成。滤浆槽内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液，用电动搅拌器进行搅拌（浆液不出现漩涡为好）。滤浆在滤浆槽中经搅拌均匀后，启动螺杆泵，使系统内形成一定的压力。滤浆经板框压滤机，清液进入计量筒，固相被留在板框压滤机上逐渐生成滤饼。定时读取计量筒的液位，并记录。系统压力可由板框压滤机前的进口阀和泵的出口阀、回流阀等进行调节。图4-2板框压滤机过滤流程示意图四、实验步骤1．用轻质碳酸钙配制成5~10%左右的滤浆（体积浓度），用搅拌机充分搅拌；2．用湿透的滤布装在板框压滤机的板与框之间，注意：（1）滤布孔应对准滤机上下部的孔道，绝对不允许没有对准孔道进行安置；（2）按照板框上的编号将它们分别按顺序装好，检查确定正确后，旋紧机头旋钮；3．关闭原料桶的底阀与清水槽的出口阀、底阀，打开原料槽的出口阀、螺杆泵的出口阀和回流阀，启动螺杆泵；4．打开压滤机的进口阀，逐渐关闭螺杆泵的出口阀至所需的压力，开始记时，记录得相应滤液下的过滤时间，直至框内充满滤饼；压力控制在0.05~0.15MPa下分别进行实验。5．实验结束后打开清水槽的出口阀并关闭原料槽的出口阀，用清水清洗管路及泵内的料液；将滤饼与滤液搅匀后倒回配料桶中待用；关闭螺杆泵，将板、框洗干净后按照顺序放回压滤机中，将滤布洗净晾晒备用。五、实验注意事项1、板框压滤机安装时一定注意其顺序，使板框交替排列。2、启动螺杆泵前，一定要打开原料槽的出口阀和泵的出口阀、回流阀，以免烧坏泵。3、用泵的出口阀调节系统的压力恒定，以保证恒压状态下操作。六、实验数据记录压力差△p（Mpa）0.020.060.10序号体积（mL）时间（s）体积（mL）时间（s）体积（mL）时间（s）12345七、思考题1．过滤刚开始时，为什么滤液总是浑浊的？2．如果滤液的粘度比较大，你考虑用什么方法改善过滤速率？3．滤浆的浓度和过滤压差对过滤常数K有何影响？4．当操作压强增加一倍，其值是否也增加一倍？要得到同样的过滤量，其过滤时间是否可缩短一倍？实验五传热系数的测定一、实验目的1、通过实验掌握总传热系数K和传热膜系数α的测定方法；2、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；3、测定流体在圆形直管内作强制湍流时的传热准数方程式。二、基本原理1.总传热系数的测定根据传热速率方程式：（5－1）如果实验设备保温良好,系统的热损失可忽略不计,根据热量衡算式得得热负荷Q（5－2）则（5－3）（5－4）式中：K——传热系数，W/m2.Kρ——流体的密度，m3/kgA——换热器的传热面积，m2qv——流体的体积流量,m3/sQ——传热量,WCP——流体的恒压热容，J/kg.KTs——水蒸气的温度，Kti、to——冷流体的进、出口温度，K——传热对数平均温度差2.传热膜系数的测定流体与壁面的对流传热可由牛顿冷却定律表示Q=αA（tw－t）（5－5）A——m2Tw——传热管的外壁面平均温度，Kα——对流传热系数，W/m2.K在实验中只要已知管壁的平均温度和流体的平均温度t，即可计算出传热膜系数α的值。3.传热准数方程的测定当流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热准数关联式为：Nu=CRemPrn（5－6）其中，Prn也可以视为常数，因此有（5－7）这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：（5－8）m,由纵轴上的截距即可求得C流体在圆形直管内作强制湍流的Dittus－Boeiter关联式（5－9）式中n=0.4（流体被加热）n=0.3（流体被冷却）三、实验装置本实验中的换热器为套管式，内管为φ24×2mm的铜管，有效管长1000mm。实验装置如图5.1所示。实验选用空气为冷流体，水蒸汽为热流体。空气来自鼓风机，经转子流量计测量流量、温经蒸汽调节阀调节至一定压力后进入换热器的壳程，并在入口处测量其压力，与冷空气换热后冷凝水经疏水阀排至地沟。四、实验步骤1、开启空气压缩机，使气体充满压缩空气罐，并用调节阀将气量调节至实验范围内；2、缓慢开启蒸汽调节阀，用旁路排出蒸汽管道内积存的冷凝水，用放气阀排尽夹套内的空气；3、缓慢地调节蒸汽阀，使蒸汽压力维持在实验值，稳定一段时间后读取水蒸气压力表读数、气量以及气体的进出口温度；4、改变空气流量和水蒸气压力，测定4～5后性，待过程稳定后方可记录数据。五、数据处理1、原始数据记录表装置编号序号1234P压力/MPa冷流体热流体温度/℃流量T温度L／htt进/℃壁温Tw/℃六、思考题1．本实验中冷流体和蒸汽的流向对传热效果有什么影响？2．为什么实验开始时必须首先排尽夹套里的不凝性气体以及积存的冷凝水？3．实验中铜管壁面温度是接近水蒸气温度还是接近空气的温度？为什么？4．在实验中，有哪些因素影响实验的稳定性？5．影响传热系数的因素有哪些？如何强化该传热过程？实验六填料吸收塔流体力学性能的测定一．实验目的1.了解填料吸收塔的结构和基本流程；2.了解填料吸收塔的操作方法；3.测定空塔气速、喷淋密度与填料层压降间的关系。二、实验原理填料塔的流体力学性能主要包括气体通过填料层的压降、液泛气速、持液量及气液两种流体的分布等，本实验将测定不同喷淋密度下通过填料层的压降与空塔气速间的关系，并观察填料表面的液流状态及液泛现象。三、实验装置如图6.1所示为本实验的流程，空气由风机供给，旁路阀用以调节空气流量，空气经油水分离器及转子流量计后进入塔底，从塔顶排气管排出。水经调节阀及转子流量计后从塔顶喷洒入塔，经液封管排出。气体通过填料层的压降用U型压差计测量。图6.1填料塔流程图四、实验步骤1.打开旁路阀，启动风机，由小到大逐渐调节空气的流量，记录干塔条件下不同空气流量时的填料层压降值。2.打开进水阀以充分润湿填料，然后再调节水量至适宜值，为了保证填料的润湿，喷淋量不应少于50L/h，记录不同气速下填料层的压降值，至塔内发生液泛为止，并记录液泛点气速。改变喷淋密度，并观察压降与液泛气速的变化。五实验数据记录序号水流量L/h流量计示值/m3/h空气压力降mmH2O实际流量计前表压/塔顶填料层值m3/h/mmH2O℃表压压差塔内现象1023六、思考题1.空气流量有转子流量计测定，如何换算成实际流量？2.液泛点气速与喷淋密度有何关系？为什么？实验七填料吸收塔体积传质系数的测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和流程；2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3.掌握填料吸收塔总传质系数的测定方法。二、基本原理1.气相总传质系数本实验是用水逆流吸收空气-吸收所得的溶液浓度也不高，气液两相的平衡关系近似认为服从亨利定律，故可用对数平均浓度差法进行计算。根据吸收速率方程，填料层高度的计算式为（7－1）（7－2）式中KYa——以△Y为推动力的气相总传质系数，kmol/(h.m2)；h——填料层高度，m；GB——进塔空气的摩尔流率，kmol/h.m3；Y1、Y2——进出塔气体浓度，kmolNH3/kmol空气；△Ym——气相平均推动力（7－3）2.空气流量计算1atm作条件下，要根据不同的介质和实验环境对流量计的读数予以校正，换算成标准状态下的体积数。标准状态下空气的流量Vo由下式计算：(7－4)式中V﹡——实验时转子流量计的读数，m3/h；T0、P0——标准状态下空气的温度、压强，即T0＝273K，P0＝101.3kPa;T1、P1——标定状态下空气的温度、压强，即T1＝293K，P1＝101.3kPa;T2、P2——实验条件下空气的温度、压强，K，kPa空气的摩尔流量：（7－5）式中A——塔的截面积，m23．氨气流量的计算标准状态下氨气的流量V0，NH3可用下式计算：（7－6）式中VNH3﹡——实验时氨转子流量计的读数，m3/h；ρ——标准状态下空气的密度，即ρ＝1.293kg/m3；ρNH3——标准状态下氨气的密度，即ρNH3＝0.771kg/m34．进气浓度计算Y1＝V0,NH3/V0(7－7)5．尾气浓度计算在尾气吸收瓶中，加入体积为VsmL、摩尔浓度为Cs（mol/L）的硫酸溶液，滴入3～4滴甲基红指示剂，并加入少量的蒸馏水。尾气通过吸收管时，氨被硫酸吸收，空气由湿式气体流式流量计测得的空气体积（标准态）之比即为Y2。Y2＝V2,NH3/V02式中V2,NH3＝22.4NsCs×2,mlV02＝V2P2T0/P0T2,mlV2——湿式流量计的读数，mlT2、P2指湿式流量计的温度与压力，K，kPa三、实验装置实验装置如图6.1所示，空气由风机供给，氨气由氨瓶供给，经减压阀、缓冲罐及转子流填料吸收塔为塔体内径100mm的玻璃管，内装乱堆填料拉西环ф12mm*12mm*1.3mm或矩鞍环。四、实验步骤打开旁路阀，启动风机，打开进水阀，调节流量在适宜的范围内，使水充分润湿填料，然2~3%（体积百分3034次。五．实验数据记录序号项目1234567流量计显示值，m3/h计前表压，mmH2O空气温度，℃流量计显示值，m3/h氨气计前表压，mmH2O温度，℃流量计显示值，m3/h水量温度，℃大气压，kPa压力塔顶表压，mmH2O填料层压差，mmH2O初读数终读数湿式流量计压力降，mmH2O温度，℃备注六．思考题1.从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和温度对吸收过程的影响？2.填料吸收塔塔底为什么要用液封？3.增加气体量对吸收有何影响？4.当气体的温度与吸收剂温度不同时，应该以那个温度为依据计算亨利常数？5.6.影响填料吸收塔传质系数的因素有哪些？实验八板式塔精馏实验一、实验目的1、了解筛板式精馏塔的结构与流程；2、熟悉筛板式精馏塔的操作方法；3、测定全回流及部分回流时塔的单板效率、全塔效率。二、基本原理精馏是最常见的分离液体混合物的单元操作。在板式精馏塔中，混合液在塔板上传质、传热，气相逐板上升，液相逐板下降，层层接触，多次部分气化，部分冷凝，在塔顶得到较纯的轻组分，塔釜得到较纯的重组分，从而实现分离，实验物料是乙醇—水系统。1．维持稳定连续精馏操作过程的条件（1）根据进料量及其组成、分离要求，严格维持塔内的物料平衡总物料平衡F=D+W（8－1）各组分的物料平衡FxF=DxD+WxW（8－2）塔顶采出率（8－3）若F＞D+W，塔釜液面上升，会发生淹塔；相反若F＜D+W，会引起塔釜液面下降，最终导得合格产物。（2）精馏塔的分离能力在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，获得合格的产品，所以要严格控制回流量。（3）精馏塔操作时，应有正常的汽液负荷量，避免不正常的操作状况1）严重的液沫夹带现象2）严重的漏液现象3）溢流液泛2．灵敏板温度一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰(如R、xF、F、采出率等发生波动时)，全塔各板上的组成发生变化，全塔的温度分布也发生相应的变化，其中有一些板的温度对外界干扰因素的反应最灵敏，故称它们为灵敏板。灵敏板温度的变化可预示塔内的不正常现象的发生，可及时采取措施进行纠正。3．塔效率（1）全塔效率全塔效率是板式塔分离性能的综合度量，一般由实验测定。（8－4）式中NT、N分别表示达到某一分离要求所需的理论板数和实际板数。NT由已知双组分物系xDxFqxW、回流比R等，即能用图解法、逐板计算法等求得。由于板式塔内各层塔板上的气液相接触状况并不相同，每层塔板效率不相同，全塔效率简单反映了塔内塔板的平均效率，它反映了塔板结构、物系性质、操作状况对塔分离能力的影响，一般由实验测定。（2）单板效率EM是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化与经过一层理论塔板前后组成变化的比值。气相板效率：液相板效率：图8－1第n板的组成四、实验装置图8－2精馏实验装置实验装置为一小型筛板塔，共有15（或16）层筛板，板上开有2毫米筛孔8个，塔径D0=50mmL=100mm,堰高h=10mm,泡接触情况和回流情况。塔底有一加热釜，装有液位计、压力表、加料接管和釜液取样口，塔顶有一蛇管式冷凝器，冷却水走管内，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔顶全部回流，也可以由塔顶取样管将冷凝液（馏出液）全部放出。另外，加热釜装有2KW电炉丝，用TDGC—1/0.5型调压器控制点加热量，亦即塔内上升蒸汽量。塔顶和