化工基础实验

化工基础实验第一页，共四十三页，2022年，8月28日课程名称：化工基础实验学时、学分：18学时，1学分使用教材：化工原理教研室自编，化工实验讲义教学参考书：冯亚云主编，化工基础实验，化学工业出版社，2000年第一版教学方法：通过本实验课的教学应使学生掌握科学实验的全部过程，包括实验前的准备，实验时的操作，正确记录和分析、处理实验数据，撰写实验报告。这四个方面是实验课的主要环节，为此在实验前原则上应安排1－3学时的实验理论课教学，进行实验方法论、实验误差分析和数据处理、流体压强、流量、温度三大参数的测量技术等的强化训练。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，建议较典型的实验程序如下：第二页，共四十三页，2022年，8月28日①.认真阅读实验指导书和化工原理教材，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、实验流程、测试点、操作控制点和所使用的检验仪器、仪表等。③.预先分好实验小组，讨论并拟定实验方案，写出实验预习报告，实验前交实验指导教师审阅，获准后方可参加实验。④.实验操作。如实地记录实验原始数据，操作中要积极地理论联系实际，实验记录经指导教师签字认可后方可离开实验室。⑤.实验数据处理。建议用计算机处理实验数据，但学生需有一组手算的计算示例。⑥.撰写实验报告，并注意实验结果的分析讨论。第三页，共四十三页，2022年，8月28日教学手段：本课程内容强调实践性、注意工程观点，在教学过程中应做到以下几个结合，①验证化工基础课程中最基本的理论与培养学生掌握实验研究方法、提高分析和解决实际问题的能力相结合；②单一验证性实验与综合性、设计性实验相结合，训练独立思考、综合分析处理问题的能力；③理论与实践相结合；④传统的与近代的实验方法、测试手段及数据处理技术相结合；⑤注意当前和发展相结合，将完成实验教学基本内容与因材施教、拓宽加深实验教学内容和方法、培养创新精神相结合；⑥引入新的化工技术和科学的实验技术与当今化工行业研究热点内容相结合，以适应21世纪发展的要求。第四页，共四十三页，2022年，8月28日考核方法：实验平时成绩按各项实验内容由指导教师根据实验预习、提问、实验态度、协作精神、实验操作、实验报告等方面评分，然后取平均，占课程总成绩50％；实验考试分笔试或操作考试一种或两种方式，占课程总成绩50％。实验教学内容：第五页，共四十三页，2022年，8月28日化工基础实验理论课（实验动员）教学目的：

1.使学生了解化工实验及化工实验室的特点，保证实验过程中学生人身及设备的安全；

2.使学生初步掌握化工实验的基本要求，保证顺利完成各项实验任务；

3.使学生树立正确的实验态度，自觉遵守实验守则。教学方式：

讲授及参观教学时数：

1学时第六页，共四十三页，2022年，8月28日教学内容：一、化工实验及化工实验室特点

1.大量使用水、电、汽，转动机械多，安全要求高；

2.部分实验需要多人共同完成，对分工、合作要求高；

3.实验设备大型化，模拟了工业生产过程，台套数较少。二、化工实验的基本态度

：

坚持实事求是原则。三、化工实验的基本要求

1.实验预习。认真复习教材和阅读实验讲义，了解实验目的和实验原理；拟定实验方案；编写预习报告。

2.实验组织。小组长根据实验方案初步做好实验过程和任务分工。

第七页，共四十三页，2022年，8月28日

3.实验数据测定和记录。在预习报告中要事先拟好记录，注意使用仪表的精度，准确读数和记录；记录数据要尊重实事。

4.数据整理及讨论。数据整理要按照有效数字处理；对于偏差较大的数据可以剔除；数据较多时可以采用列表法；整理过程要有一组示例；实验结果必须有讨论和明确的结论。四、实验报告要求

1.实验报告需独立完成；

2.

实验报告应包括：实验题目、报告人（实验者）、同组人、实验目的、实验原理、实验流程及设备、实验步骤、数据记录及整理、结果及讨论等。五、化工实验室守则

宣读化工实验守则。

第八页，共四十三页，2022年，8月28日实验一柏努利方程实验

教学时数：3学时教学目的与要求：

1.观察流体流动时各种形式机械能的相互转化现象；验证和理解柏努利方程；

2.测量几种情况下的压头，并作分析比较；

3.测定管中的平均流速和点流速，并作比较。教学重点：

柏努利方程仪的结构；流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系。教学难点：实验结果分析、讨论。教学内容：第九页，共四十三页，2022年，8月28日一、实验主要目的

1.熟悉柏努利方程仪的结构；

2.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。二、实验意义

复习和验证对流体流动连续性方程、能量方程的认识。三、实验原理

1.实际流体流动时，机械能有损失，使得位能、动能、静压能和热能随管路条件改变而相互转化；

2.活动测头测速原理。四、实验设备及流程

本实验采用ZB-3型柏努利方程仪

第十页，共四十三页，2022年，8月28日第十一页，共四十三页，2022年，8月28日五、实验步骤

1.关闭出水阀，旋转测压管，观察并记录各测压管中的液位高度；

2.启动循环水泵，开启出水阀至一定刻度大小。

(1)将测压管转到正对水流方向，观察并记录各测压管的液位。

(2)在出水阀不变的情况下，将测压管旋转至与水流垂直方向，观察液位变化并记录各测压管的液位。

(3)在出水阀不变的情况下，用量筒、秒表测定这时水的体积流量（测两次取平均值）。

3.继续开大出水阀，操作同前，记录各液位管的液位高度及流量值。六、实验注意事项

1.调节测压头旋钮应缓慢;2.高位槽有溢流水，保持稳定流动;3.两只秒表、量筒测流量时应准确无误;第十二页，共四十三页，2022年，8月28日

4.读取数据应规范;5.注意安全。

七、问题及处理

若流体静止时各水位不一致，应及时进行管路排气或调整螺钉。八、实验报告及要求

略九、思考题

1.关闭调节阀，各测压管旋转时，液位高度有无变化？这一现象说明了什么？这一高度的物理意义是什么？

2.在测压孔正对水流方向时，各测压管液位高度的物理意义是什么？

3.测压孔正对水流方向时，开大流量调节阀，流速增大，动压头增大，为何测压管的液面反而下降？第十三页，共四十三页，2022年，8月28日实验二流体流动阻力的测定

教学时数：3学时教学目的要求：

学习直管摩擦系数λ的测定方法；掌握直管摩擦阻力系数，雷诺数Re和相对粗糙度之间关系的测定方法及其变化规律；学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的技巧；掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。具体要求：

1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦阻力系数λ；

2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间关系曲线，并进行分析；

3.测定实验管路内流体流动的局部阻力系数ξ。第十四页，共四十三页，2022年，8月28日教学重点难点：

流体流动阻力产生的原因，测试原理和测试方法，测试数据的分析与整理。教学方法：

课堂讲授与学生现场操作相结合，并加强操作指导。教学内容：一、实验目的

1.复习巩固流体流动原理，加深对流体流动阻力产生原因的理解；

2.学会流体流动阻力的测试方法；

3.学习实验数据的归纳整理与分析方法。

第十五页，共四十三页，2022年，8月28日二、实验原理

流体在均匀水平直管中流动时，有△p/ρ=hf，hf=λ·l/d·u2/2

通过压强差的测量，可计算出流体流经该直管段的阻力，从而可得到摩擦阻力系数与雷诺准数的关系。同理，通过流体流经局部位置前后压强差的测量，可得局部位置的局部阻力，从而得到局部阻力系数与雷诺准数Re的关系。三、实验流程

本实验所需设备主要有：循环水箱、水泵、循环管路、流量计、温度计、管件、阀件、压差计等，将其进行合理组合，即构成本实验流程。第十六页，共四十三页，2022年，8月28日第十七页，共四十三页，2022年，8月28日四、基本操作

1.准备工作：接通电源，检查各阀门是否处于相应的开启和关闭状态，平衡阀要处于开启状态。

2.测量过程：（1）启动水泵，打开出口阀至最大，排除管路气体；（2）关闭平衡阀，排除测量管路气体；（3）流量从大到小调节，依次记录下流量、直管压差计读数和局部阻力压差计读数，测量10～12组数据。

3.关机过程：先关闭泵出口阀、流量计开关，然后关泵，断电源。五、数据处理：

注意双对数坐标纸的应用。绘制摩擦阻力系数与雷诺准数的关系曲线图。

六、结果与讨论：

对实验数据进行分析，找出误差存在的原因；提出实验合理化建议。七、思考题

1.试分析在低流量下，局部阻力系数变化较大的原因。

2.为什么在实验开始之前须进行系统排气？第十八页，共四十三页，2022年，8月28日实验三离心泵的特性曲线测定教学时数：3学时教学目的与要求：

熟悉离心泵的操作和使用方法；掌握离心泵特性曲线的测定方法和表示方法，加深对离心泵性能的了解。具体要求：

(1)熟悉离心泵的结构、特性及操作；

(2)掌握真空表、压力表、流量计、功率表的正确使用方法；

(3)测定一定转速下离心泵的特性曲线，并能进行分析。教学重点：

真空表、压力表、流量计、功率表的正确使用；一定转速下离心泵的特性曲线的测定和分析。教学难点：实验结果的分析与讨论教学内容：一、实验目的

1.熟悉离心泵的结构、特性及操作；第十九页，共四十三页，2022年，8月28日

2.掌握真空表、压力表、流量计、功率表的正确使用；3.测定一定转速下离心泵的特性曲线，并进行分析。二、实验意义

在选用一台离心泵时，首先必须满足一定的流量、功率、足够的压头，用以克服管路系统的阻力，而且还要有较高的效率。有了H－Ｑ曲线，可以预测在一定管路系统中，这台离心泵的实际送液能力有多大，能否满足要求；有了N－Q曲线，可以预测这种类型的离心泵在某一送液能力下运行时，带动它要消耗多少能量，这样可以配置一台大小合适的动力设备；有了H-η曲线，可以预测这台离心泵在某一送液能力下运行时效率的高低，使离心泵在适宜的条件下运行，以发挥其最大效率。三、实验原理

1.送液能力（Q）

泵的流量由涡轮流量计测定，其流量计算式为：

Q=3600×f/ξ×10-3(m3/h)第二十页，共四十三页，2022年，8月28日

f—流量计显示仪表示值(赫)

ξ—流量系数2.压头H（扬程）泵的压头用真空表和压力表测出，并用柏努力方程进行计算：H=(P2+P1/735.6)×10(mH2O)P2—出口测点压力表示值（kgf/cm2）P1—进口测点真空表示值（mmH2O）3.功率(N)泵的轴功率采用马达－天平式测功机测定。4.效率（η）

第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日

5.转速改变时的换算特性曲线是在指定转速下的特性曲线，如果实验时的转速与指定转速有差异，应将实验结果换算成指定转速下的数值。其换算关系为：

Q1=Q×n1/n;H1=H×n12/n2;N1=N×n13/n3;η1=η四、实验设备流程第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日五、实验操作要点

1.水泵启动前：(1)用手盘动连轴节，看轴是否转动灵活；(2)将马达－天平测功机的砝码盘取掉，以免水泵启动而甩掉砝码盘；(3)关闭水泵进口阀，开启出口阀，向泵体灌满水后，再关闭水泵出口阀门；(4)将涡轮流量计的流量指示仪拨至中间档，防止因流量过大而损坏仪表；

(5)检查工作完成后，可启动水泵，再开启水泵进口阀，待水泵运行正常后，开启出口阀，即可进行实验；2.停泵：停泵前应先关闭出口阀，再关进口阀，随后停下电机。第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日六、注意事项

1．泵应当在流量调节阀关闭的情况下启动。

2．在水泵启动前要向泵体进行灌水排气，以防气缚现象发生。

3.在测量过程中，必须在每一次流量调节稳定后才能读取各参数的数据，特别不要忘记记录流量为零时的各有关参数。七、问题及处理

1.如果开机后无水流出说明出现气缚现象，应关闭电动机重新灌满水；

2.如果压力表振动剧烈，读数时应用手轻托压力表，读取指针波动的中间值；八、实验报告及要求（略）九、思考题

1.试从所得的实验数据进行分析，离心泵为什么要在出口阀关闭的情况下启动？

2.离心泵启动前为什么要灌满水排气？第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日实验四传热实验

教学时数：3学时教学目的与要求：掌握间壁式传热设备的构造、原理和给热系数测定的实验组织方法；了解影响给热系数的因素和强化传热的途径；了解热电偶线路的连接方法并掌握热电偶测量壁温的方法。具体要求：（1）测定间壁换热器的给热系数和总传热系数K；（2）对测得的实验数据进行多元非线性回归，确定对流传热系数的准数关联式Nu＝ARemPrn中的常数A、m、n，并进行分析。教学重点：

换热器的结构和操作；间壁换热器的给热系数和总传热系K的标定。第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日教学难点：实验结果分析和讨论教学内容：一、实验主要目的

1.熟悉换热器的结构，并学会其操作方法；

2.掌握传热系数K的标定方法。二、实验意义

传热系数K是衡量一台换热器质量优劣的一个重要参数，在工业上可用于评定换热器的性能及进行工业设计计算。三、实验原理

本实验主要是借助于传热速率方程式(Q=K·A·Δtm)和热量衡算方程式(Q=G1Cp1Δt1)来标定换热器的传热系数K的。

A－换热器的传热面积(0.4m2)。

Δtm＝ε·Δt·Δtm逆第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日

G1－质量流量（由转子流量计测得）

Cp1－流体的平均比热容（温度一定，比热容一定）

Δt1－流体的温差以上几个物理量可通过直接或间接的方法求得，代入上面的两个程式中，即可标定出传热系数K。四、实验设备结构及优缺点

本实验采用列管换热器，由于加热器与换热器距离较近，因此冷热流体进行热交换时，会受加热器热辐射的影响。第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日五、实验步骤

略六、实验注意事项

1.电源220V，双色线（黄绿）为接地线。

2.先打开气源，后进行加热。

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，εΔt＝1。七、问题及处理

1.如果冷流体吸收的热量与热流体放出的热量不一致，在计算实验数据时，应取其平均值；

2.查流体的平均比热容时，应以流体的定性温度为准。第三十页，共四十三页，2022年，8月28日八、实验报告及要求

实验报告按传统实验报告格式写，实验报告应包括实验目的、实验原理、设备及流程、操作步骤、原始数据记录表、数据处理过程及结果等，重点在于实验结果的讨论。

九、思考题

1.本实验冷热流体的流向，对传热效果有影响否？

2.传热膜系数计算值与测定值差异是何原因？

3.为什么要待传热稳定之后再测取数据？

4.影响传热膜系数的因素有那些？第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日实验五流量计校核实验教学时数：3学时教学目的与要求：设计各种流量计的校核方案，了解孔板流量计或文丘里流量计或涡轮流量计的流量系数变化规律。具体要求如下：

(1)提供实验设备流程，分组分别设计孔板流量计、文丘里流量计、涡轮流量计的流量系数测定方案，并在实验设备上实施；

(2)做出各种流量计的校正曲线，集中各组进行分析、比较和讨论。教学重点：操作条件下的孔流系数C0或流量系数f测定。教学难点：实验方案分析和讨论。第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日教学内容：

流量计校核实验为设计实验，每小组要提前进行讨论、设计实验方案，并交实验指导教师审核认可。学期实验结束后，各小组集中讨论、汇总不同流量计实验数据，然后各小组分别编制实验报告。一、实验主要目的

学会设计（孔板流量计或文丘里流量计或涡轮）流量计的校核方案；通过实验和讨论，了解孔板流量计、文丘里流量计、涡轮流量计的流量系数变化规律和各种流量计校核的共性规律。二、实验要求（任务）

第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日

（1）提供实验设备流程，分组分别设计孔板流量计、文丘里流量计、涡轮流量计的流量系数测定方案，并在实验设备上实施；

(2)做出各种流量计的校正曲线，集中各组进行分析、比较、讨论，确定流量计校核的共性方法和规律。三、实验原理

参考化工原理教材，自主编写。

1.孔板流量计、文丘里流量计工作原理看化工原理教材。

2.涡轮流量计的流量计算公式参看“离心泵性能实验”相关内容。四、实验设备结构

本实验采用流体阻力实验或离心泵性能实验装置，校核孔板流量计或文丘里流量计或涡轮流量计。

第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日

五、实验方案（步骤）

学生自主设计，小组讨论。六、实验注意事项学生自主思考设计，教师提前检查指导。八、实验报告及要求

略九、思考题

1.为什么要对流量计进行校核？

2.流量计校核的共性规律是什么？

第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日实验六板式塔精馏实验教学时数：3学时教学目的要求：熟悉板式塔的结构、流程及正常操作状况；掌握影响产品质量因素的判断及调节方法；掌握理论板数、塔板效率的测定方法。具体要求：

1.在全回流和某一回流