化工原理实验多媒体课件

化工原理实验多媒体课件第一页，共一百六十页，2022年，8月28日1实验数据的处理2

MATLAB处理化工实验数据举例3实验部分流体阻力测定流量计性能测定离心泵性能测定恒压过滤实验板框过滤仿真实验气─汽对流传热综合实验连续精馏实验气体吸收液─液萃取流化床干燥第二页，共一百六十页，2022年，8月28日1.1实验数据的误差分析1.1.1误差的基本概念1.实验数据的误差分类误差是实验测量值（包括间接测量值）与真值（客观存在的准确值）之差别。误差可分为三类：（1）系统误差（2）随机误差（偶然误差）（3）过失误差第三页，共一百六十页，2022年，8月28日2.实验数据的精准度精准度与误差的概念是相反相成的，精确度高，误差就小；误差大，精确度就低。（1）数据的真值与平均值真值是待测物理量客观存在的确定值，由于测量时不可避免地存在一定误差，故真值是无法测得的。但是经过细致地消除系统误差，经过无数次测定，根据随机误差中正负误差出现几率相等的规律，测定结果的平均值可以无限接近真值。化工中常用的平均值有：算术平均值均方根平均值几何平均值对数平均值第四页，共一百六十页，2022年，8月28日3.误差的表示法（1）绝对误差（2）相对误差（3）算术平均误差（4）标准误差(均方误差)

标准误差是目前最常用的一种表示精确度的方法，它不但与一系列测量值中的每个数据有关，而且对其中较大的误差或较小的误差敏感性很强，能较好地反映实验数据的精确度，实验愈精确，其标准误差愈小。第五页，共一百六十页，2022年，8月28日1.1.2实验数据的有效数字有效数的运算(1)加减法运算。各不同位数有效数相加减，其和或差的有效数等于其中位数最少的一个。例如测得设备进出口的温度分别为65.58℃与30.4℃，则温度和：65.58(?)℃＋30.4(?)℃＝95.9(?)8(?)℃温度差：65.58(?)℃－30.4(?)℃＝35.1(?)8(?)℃结果中有两位欠准值，这与有效值规则不符，故第二次欠准数应舍去，按四舍五入法，其结果应为96.0℃与35.2℃。第六页，共一百六十页，2022年，8月28日（2）乘除法计算。乘积或商的有效数，其位数与各乘、除数中有效数位数最少的相同。如测得管径D＝50.8mm，其面积A为：

A＝πD2/4=3.14/4×50.82mm2=2.03×103×103mm2。（3）乘方与开方运算。

乘方、开方后的有效数与其底数相同。（4）对数运算。

对数的有效数位与其真数相同。如lg2.35＝3.71×10－1；lg4.0＝6.0×10－1。（5）一般在工程计算中取三位有效数已足够精确，在科学研究中根据需要和仪器的可能，可以取到四位有效数字。第七页，共一百六十页，2022年，8月28日1.2实验数据处理方法由实验测得的大量数据，必须进行进一步的处理，数据处理方法有三种。列表法图示法回归分析法第八页，共一百六十页，2022年，8月28日2.MATLAB处理化工实验数据举例过滤实验绘制Δθ/Δq—q曲线。在MATLAB命令窗口输入：x=[0.01880.03760.05640.07530.09410.11290.13170.15050.16930.1882];e=[1980.2522145.5382379.9162883.2173243.0213482.7134010.4624234.214647.6925051.077];r=[1796.8951517.3431734.7131861.2032191.2452262.9932535.6362766.8252932.6433105.371];t=[996.50351187.301883.83221337.7061520.5311538.071751.722140.7552100.3642312.951];plot(x,e,'×',x,r,'o',x,t,'x')第九页，共一百六十页，2022年，8月28日萃取实验

将获得的实验数据在MATLAB命令窗口输入：X=0:0.0001:0.001;Y=[13401414150716251778198022572656327443546696];Z=trapz(X,Y)%梯形法计算数值积分第十页，共一百六十页，2022年，8月28日3.实验部分第十一页，共一百六十页，2022年，8月28日3.1流体阻力测定

(FrictionLossinPipesandFittingLab)第十二页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1．学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。2．掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。3．掌握局部阻力的测量方法。4．学习压强差的几种测量方法和技巧。5．掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法，用MATLAB作图。第十三页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)1．测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数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和相对粗糙度之间的关系曲线。3．测量阀门的局部阻力系数。第十四页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)1．直管摩擦系数λ与雷诺数Re的测定式中：d—管径，m；△Pf—直管阻力引起的压强降，Pa；l—管长，m；u—流速，m／s；ρ—流体的密度，kg／m3；μ—流体的粘度，Pa·s。第十五页，共一百六十页，2022年，8月28日2.局部阻力系数ζ的测定

式中：ζ—局部阻力系数，无因次；—局部阻力引起的压强降，Pa；—局部阻力引起的能量损失，J/kg。第十六页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)1、3、4、11、12、14、15、16-阀门2-转子流量计5-光滑管7-局部阻力测试管8-离心泵9-储水槽10-倒置U型管17-数字电压表18-差压变送器第十七页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.向储水槽内注水，直到水满为止。2.大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10～15min，调好数字表的零点，方可启动泵做实验。3．检查导压系统内有无气泡存在。第十八页，共一百六十页，2022年，8月28日4．测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一般测15～20组数，建议当流量读数小于300L/h时，只用空气—水倒置∪型管测压差△P。5．局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用局部阻力压差计测量远端、近端压差，从而获得局部阻力系数。6．待数据测量完毕，关闭流量调节阀，切断电源。第十九页，共一百六十页，2022年，8月28日1.利用压力传感器测量大流量下△P时，应切断空气—水倒置∪型管，闭阀门13、13’，否则影响测量数值。2.在实验过程中每调节一个流量之后，应待流量和直管压降的数据稳定以后方可记录数据。六、注意事项(Precautions)第二十页，共一百六十页，2022年，8月28日将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。在合适的坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re关系曲线。根据所标绘的λ—Re曲线，求本实验条件下滞流区的λ—Re关系式，并与理论公式比较。七、报告内容

(MinimumReportRequirements)第二十一页，共一百六十页，2022年，8月28日1.本实验用水为工作介质做出的λ—Re曲线，对其它流体能否适用？为什么？2.本实验是测定等直径、水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自上而下流动的垂直管，从测量两取压点间的倒置U形管读数R到△Pf的计算过程是否与水平管完全相同？为什么？3.为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差？何时用变送器？何时用倒置U形管？操作时要注意什么？八、思考题（Questions）第二十二页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇摩擦损失frictionloss/5frikFEn//lCs/动力粘度dynamicviscosity/dai5nAmik//vis5kCsiti/不可压缩流体incompressiblefluid/7inkEm5presEbl//5flu(:)id/体积流率volumetricflowrate/vRlju5metrik//flEu//reit/第二十三页，共一百六十页，2022年，8月28日质量通量massflux/mAs//flQks/连续性方程continuityequation/7kCnti5nju(:)iti//i5kweiFEn/动压头kinetichead,velocityhead/kai5netik//hed/，/vi5lCsiti//hed/静压头statichead/5stAtik//hed/位能potentialenergy/pE5tenF(E)l//5enEdVi/第二十四页，共一百六十页，2022年，8月28日OverviewIntheseexperimentsyouusearotometer,tomeasurethevolumetricflowrateofwaterthroughpipesandfittings.Knowingtheflowrateandpipediameters,youwillcalculateReynoldsnumbersthroughthepipesandfittingsandmeasurethepressuredrop.Youwilldeterminefrictionfactorsforanumberofpipesandfittings.第二十五页，共一百六十页，2022年，8月28日3.2流量计性能测定

（FluidFlowMeasurements）第二十六页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。2.掌握流量计的标定方法。3.了解节流式流量计流量系数随雷诺数Re的变化规律以及流量系数的确定方法。4.学习合理选择坐标系的方法，用MATLAB处理实验数据并作图。第二十七页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)1.了解孔板、文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。2.测定节流式流量计(孔板或文丘里)、转子流量计的流量标定曲线。3.测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。第二十八页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)

（3.2-1）式中:Vs—被测流体的体积流量，m3/s；C—流量系数，无因次；Ao—流量计截流孔截面积，m2；ρ—被测流体的密度；(P上-P下)—流量计上、下游两取压口之间压强差。

第二十九页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)

装置1：3-文丘里流量计4-放水阀5-液面计6-倒置∪形管压差计7-回水桶8-计量桶9-储水槽第三十页，共一百六十页，2022年，8月28日装置2：1-涡轮流量计2-放水阀3-离心泵4-温度计5-转子流量计6-孔板流量计7-文丘里流量计8-储水槽9、10、11、12-流量调节阀第三十一页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.装置1（1）启动离心泵前，首先检查流程中导压管内是否有气泡存在。（2）关闭泵流量调节阀2，启动离心泵。（3）按流量从小到大的顺序进行实验，即测流量计两侧压差计读数R，同时用体积法测量水的流量。流量较小时，流量计两侧的压差用倒置∪形管压差计进行测量。流量较大，流量计两侧压差将要大于倒置∪形管的量程时，改用差压变送器进行测量。此时务必将倒置∪形管的阀门D，E关死。（4）实验结束后，关闭泵出口流量调节阀2，停泵。打开倒置∪形管通测压口的阀门D、E。第三十二页，共一百六十页，2022年，8月28日2.装置2（1）启动离心泵前，关闭泵流量调节阀（阀门12在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃管打碎）。（2）启动离心泵。（3）按流量从小到大的顺序进行实验。用流量调节阀调至某一流量，待稳定后，读取涡轮频率数，并分别记录流量、压强差。（4）实验结束后，关闭泵出口流量调节阀9、12后，停泵。第三十三页，共一百六十页，2022年，8月28日装置1

用差压变送器测量时必须把倒置∪形管通取压口的阀门D，E关闭。

装置2

水的体积流量Q(m3/h)=涡轮流量计频率(Hz)×3600/[涡轮流量计仪表常数(s/l)×1000]。六、注意事项(Precautions)第三十四页，共一百六十页，2022年，8月28日1.将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据计算举例。2.在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量Vs与压差∆P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。七、报告内容

(MinimumReportRequirements)第三十五页，共一百六十页，2022年，8月28日1.实验管路及导压中如果积存有空气，为什么要排除？2.什么情况下的流量计需要标定？标定方法有几种？本实验用的是哪一种？八、思考题（Questions）第三十六页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇文丘里流量计venturimeter/ven5tuEri//5mi:tE/孔板流量计orificemeter/5Crifis//5mi:tE/转子流量计rotameter/5rEutE7mi:tE/流量系数dischargecoefficient/dis5tFB:dV//kEui5fiFEnt/第三十七页，共一百六十页，2022年，8月28日TheOrificemeterTheorificemetercanbeusedtomeasurethesteadyflowofahomogeneousfluid.Theorificemeteristypicallyusedwherethepressuredropcausedbytheflowmeterisnotimportant.Thepipe,throughwhichfluidisflowing，isobstructedbyaplatewithacircularholesituatedconcentricallywithinthepipeasshowninFigure1.第三十八页，共一百六十页，2022年，8月28日Figure1Orificemeterconnectedtoamanometer第三十九页，共一百六十页，2022年，8月28日TheVenturimeter

Figure2illustratesthebasicdesignofaVenturimeter.AsfluidpassesthroughthereducedareaoftheVenturithroat,itsvelocityincreases,resultinginapressuredifferentialbetweentheinletandthroatregions.Theportionimmediatelyfollowingthethroatgraduallyincreasesinflowareaand;consequently,thefluid’svelocitydecreases.第四十页，共一百六十页，2022年，8月28日Figure2

Venturimeterconnectedtoamanometer第四十一页，共一百六十页，2022年，8月28日3.3离心泵性能测定实验

(CentrifugalPump)

第四十二页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.熟悉离心泵的操作方法。2.掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。3.练习用MATLAB作离心泵特性曲线。第四十三页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)1.练习离心泵的操作。2.测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、η（效率）、Q（流量）之间的特性曲线。第四十四页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)1.H的测定:在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程

(3.3-1)（3.3-1）式中Hf入-出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力，与柏努力方程中其它项比较，Hf入-出值很小，故可忽略。(3.3-1)式变为：

(3.3-2)第四十五页，共一百六十页，2022年，8月28日2.N的测定：功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视为1，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：泵的轴功率N=电动机的输出功率，kw。电动机的输出功率=电动机的输入功率×电动机的效率。泵的轴功率=功率表的读数×电动机效率，kw。第四十六页，共一百六十页，2022年，8月28日3.η的测定

(3.3-3)式中：η—泵的效率；N—泵的轴功率，kw； Ne—泵的有效功率，kw；H—泵的压头，m；Q—泵的流量，m3/s；ρ—水的密度，kg/m3。第四十七页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)1-离心泵2-真空表3-压力表4-变频器5-功率表

6-流量调节阀7-实验管路8-温度计9-涡轮流量计10-实验水箱11-放水阀12-频率计第四十八页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.向储水槽10内注入蒸馏水。2.检查流量调节阀6，压力表3及真空表2的开关是否关闭。3.启动实验装置总电源，用变频调速器上∧、∨及＜键设定频率后，按run键启动离心泵，缓慢打开调节阀6至全开。待系统内流体稳定，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。4.测取数据的顺序可从最大流量至0或反之，一般测10~20组数据。5.每次在稳定的条件下同时记录：流量、压力表、真空表、功率表的读数及流体温度。6.实验结束，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。第四十九页，共一百六十页，2022年，8月28日1.启动离心泵前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压强表。2.水的体积流量Q(m3/h)=涡轮流量计频率(Hz)×3600/[涡轮流量计仪表常数(s/l)×1000]。六、注意事项(Precautions)第五十页，共一百六十页，2022年，8月28日1.将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。2.用MATLAB在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线，并在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速和高效区）。七、报告内容

(MinimumReportRequirements)第五十一页，共一百六十页，2022年，8月28日1.随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数以及泵出口压强表读数是减少还是增加，为什么？2.本实验中为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应小到零，上限应尽量的大，为什么？3.为什么可以通过出口阀来调节离心泵的流量？往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节，为什么？八、思考题（Questions）第五十二页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇离心泵centrifugalpump/sen5trifju^El//pQmp/叶轮impeller/im5pelE/蜗壳volute/vE5lju:t/特性曲线characteristiccurve/7kAriktE5ristik//kE:v/工作曲线operatingline第五十三页，共一百六十页，2022年，8月28日CentrifugalPump

Objectives1.Atconstantpumpspeed,determinethecharacteristiccurve(pressurechangevs.flowrate)ofacentrifugalpump.2.Atconstantpumpspeed,determinetheefficiencyasafunctionofflowrateforacentrifugalpump.3.Atconstantspeed,determinetheefficiencyasafunctionofpoweroutputforanelectricmotor.第五十四页，共一百六十页，2022年，8月28日3.4过滤实验

(FiltrationExperiment)第五十五页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.掌握恒压过滤常数K、qe、θe的测定方法，加深对K、qe、θe的概念和影响因素的理解。2.学习滤饼压缩性指数s和物料常数k的测定方法。第五十六页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验原理(Theory)恒压过滤方程：

(3.4-1)式中:q—单位过滤面积获得的滤液体积，m3/m2qe—单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3/m2θ—实际过滤时间，s；θe—虚拟过滤时间，s；K—过滤常数，m2/s。第五十七页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验装置(ExperimentalEquipment)1─调速器2─电动搅拌器3、4、6、11、14、15─阀门

5、7─压力表8─板框过滤机9─压紧装置10─滤浆槽12─旋涡泵13-计量桶第五十八页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液槽10内浆液搅拌均匀。2.板框过滤机板、框排列顺序为：固定头-非洗涤板-框-洗涤板-框-非洗涤板-可动头。用压紧装置压紧后待用。3.全开阀门3，使阀门4、6、11处于全关状态。启动旋涡泵12，调节阀门3使压力表5达到规定值。第五十九页，共一百六十页，2022年，8月28日4.待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6和过滤出口阀15，过滤开始。当计量桶13内见到第一滴液体时按表计时。记录滤液每增加高度20mm时所用的时间。当计量桶13读数为160mm时停止计时，并立即关闭入口阀6。5.打开阀门3使压力表5指示值下降。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回槽内，以保证滤浆浓度恒定。第六十页，共一百六十页，2022年，8月28日6.改变压力，从步骤2开始重复上述实验。7.每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤，测定洗涤时间和洗水量。8.实验结束时，关闭阀门3，阀门11接上自来水，阀门4接通下水，对泵及滤浆进、出口管进行冲洗。第六十一页，共一百六十页，2022年，8月28日1.过滤板与框之间的密封垫应放正，过滤板与框的滤液进出口对齐，用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。2.计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。3.实验结束时，要对泵及滤浆进、出口管进行冲洗，切忌将自来水灌入储料槽中。4.电动搅拌器为无级调速。使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机。五、注意事项(Precautions)第六十二页，共一百六十页，2022年，8月28日1.列出全部过滤操作的原始数据，表格由各组统一设计。2.由恒压过滤实验数据求K、qe、θe。3.比较几种压强差下过滤常数K、qe、θe的值，讨论压差变化对它们的影响。4.用MATLAB在双对数坐标上标绘-△P曲线，求出s和K。六、报告内容

(MinimumReportRequirements)第六十三页，共一百六十页，2022年，8月28日1.操作压强增加一倍，其K值是否也增加一倍？2.恒压过虑时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些？八、思考题（Questions）第六十四页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇过滤filtration/fil5treiFEn/悬浮液suspension/sEs5penFEn/滤饼cake滤液filtrate过滤介质filtrationmedium，filtermedium/fil5treiFEn//5mi:djEm//5filtE/板框压滤机plate-and-framefilterpress帆布canvas泥浆slurry/5slE:ri/

第六十五页，共一百六十页，2022年，8月28日OperatingNotes

Opentheback-flow(recycle)valvebeforestartingthepump!Someliquidshouldremainintheholdingtankafterfiltrationtoavoidairbeingsuckedinbythepump.Stopthepumpwhenthefiltrateflowratebecomes"small".Otherwisethecakewillbecompressedandtherewillbecakebuild-upinflowchannels.Takeoutthecakesfordryingintheoven.Disposeoftheremainingliquidbyfilteringitthroughthefilterpressagainwithnewfilterpapers.第六十六页，共一百六十页，2022年，8月28日3.5板框过滤机仿真实验

(Computer

SimulationofPlateandFrameFiltration)第六十七页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验设备及流程

(ExperimentalEquipment)第六十八页，共一百六十页，2022年，8月28日设备参数：板框数：10

总过滤面积(m2)：0.8

滤板尺寸(mm)：300×300

过滤压力(MPa)：0.15

电机功率(Kw)：1.1

风机功率(Kw)：1.1

配料桶底面积(m2)：0.5

计量桶底面积(m2)：0.5。第六十九页，共一百六十页，2022年，8月28日二、操作步骤

（Experimentalprocedure）检查各阀门为全关。1．开自来水阀—启动离心泵—开泵入口阀—开回流阀。2．搅拌均匀后关自来水阀—开高位槽排气阀—开采出阀。3．启动风机—开加压阀——让加压阀、排气阀保持一致，维持高位槽压力稳定。4．开搅拌机开关—压紧板框—开过滤阀—点“计量桶”—点“自动记录”按扭—记录系列数据（v，q）。5．开排气阀—关闭加压阀—停风机，关搅拌机开关。6．关闭泵采出阀、入口阀—停泵。第七十页，共一百六十页，2022年，8月28日3.6气-汽对流传热综合实验

(TheHeatExchangeExperiment)

第七十一页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.掌握对流传热系数αi及总传热系数K的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4

中常数A、m的值。2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸汽强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。第七十二页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)实验1：

1.测定5-6个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数αi。

2.对αi的实验数据进行线性回归，求关联式

Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值实验2：

1.测定5-6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数αi。

2.对αi的实验数据进行线性回归，求关联式

Nu=BRem中常数B、m的值。

3.同一流速下，按实验1获得的准数关联式求得

Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。第七十三页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)实验1：

1.对流传热系数αi的测定对流传热系数αi可以根据牛顿冷却定律用实验来测定。

式中：

ai—管内流体对流传热系数，W/(㎡.℃)；

Qi—管内传热速率,W,Si—管内换热面积，㎡；△tm—对数平均温差，℃。第七十四页，共一百六十页，2022年，8月28日对数平均温差由下式确定：

式中：△t1=(tw-ti1)，△t2=(tw-ti2)，

ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，℃；

tw—壁面平均温度，℃。第七十五页，共一百六十页，2022年，8月28日2.对流传热系数准数关联式的实验测定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为

Nui=AReimPrin(3.5-6)

对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

Nui=AReimPri0.4

（3.5-7）第七十六页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)1—普通套管换热器2—内插有螺旋线圈的强化套管换热器3—蒸汽发生器4—旋涡气泵5—旁路调节阀6—孔板流量计7—风机出口温度（冷流体入口温度）测试点

8、9—空气支路控制阀10、11—蒸汽支路控制阀12、13—蒸汽放空口14—蒸汽上升主管路15—加水口16—放水口17—液位计18—冷凝液回流口第七十七页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.实验前准备工作(1)向电加热釜加水至液位计上端红线处。(2)向冰水保温瓶中加入适量冰水，并将冷端补偿热电偶插入其中。(3)检查空气流量旁路调节阀是否全开，电压调节电位器是否旋至最左端(逆时针方向)。(4)检查蒸汽管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。(5)接通电源总闸，设定加热电压(不得大于200V)，启动电加热器开关，开始加热。第七十八页，共一百六十页，2022年，8月28日

2.实验开始(1)一段时间后水沸腾，水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气。(2)约加热十分钟后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度t1(℃)比较稳定。第七十九页，共一百六十页，2022年，8月28日(3)用放空阀来调节流量(当旁路阀全开时，通过传热管的空气流量为所需的最小值，全关时为最大值)。在一定流量下，稳定3-5分钟后分别测量空气流量、空气进、出口温度、换热器内管壁面的温度（转动各仪表选择开关读取t1、t2

和E值，第1个数据点必须稳定足够的时间)。(4)重复步骤(3)，在改变流量（共做5～6个空气流量值，最小、最大流量值必须做。）稳定后分别测量空气的流量，空气进、处口温度，壁面温度。第八十页，共一百六十页，2022年，8月28日(5)整个实验过程中，加热电压可以保持(调节)不变，也可随空气流量的变化作适当的调节。(6)转换支路，重复步骤（3）的内容，进行强化套管换热器的实验。测定5～6组实验数据。3.实验结束(1)关闭加热器开关。(2)过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。(3)切段总电源。(4)若需几天后再做实验，应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。第八十一页，共一百六十页，2022年，8月28日六、实验数据处理（DataAnalysis-Calculation）

1.空气流量的计算

在实验条件下传热管内的空气流量V(m3/h)则需按下式计算:

式中，V—实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m3/h；tm—管内平均温度，℃；t1—传热内管空气进口温度，℃。第八十二页，共一百六十页，2022年，8月28日2.温度测量与计算

管外壁面平均温度Tw(℃)由数字式毫伏计测出对应的热电势E(mv)，再由E根据公式:Tw(℃)=8.5＋21.26×E(mv)

计算得到。第八十三页，共一百六十页，2022年，8月28日1.实验前将加热器内的水加到指定位置，防止电热器干烧损坏电器。2.刚刚开始加热时，加热电压在(180V)左右。3.由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。4.检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。七、注意事项(Precautions)第八十四页，共一百六十页，2022年，8月28日5.必须保证蒸汽上升管线的畅通，即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。6.必须保证空气管线的畅通，即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。第八十五页，共一百六十页，2022年，8月28日八、报告内容

(MinimumReportRequirements)1.普通换热的原始数据表、数据结果表（换热量、传热系数、各准数以及重要的中间计算结果）、准数关联式的回归过程（以lgRe为横坐标，以lgNu/Pr0.4为纵坐标作图，求出准数关联式系数）、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据的计算举例。2.强化换热的原始数据表、数据整理表（换热量、传热系数、各准数和强化比，包括重要的中间计算结果）、准数关联式的回归结果。第八十六页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇套管换热器double-pipeheatexchanger/5dQbl//paip//hi:t//iks5tFeindVE/强制对流forcedconvection/fC:st//kEn5vekFEn/传热速率heattransferrate/hi:t//trAns5fE://reit/热通量(热流密度)heatflux/hi:t//flQks/总传热系数overallheattransfercoefficient/5EuvErC:l//hi:t//trAns5fE://kEui5fiFEnt/对数平均温差logarithmicmeantemperaturedifference/lC^E5riWmik,//mi:n,min//5tempritFE(r)//5difErEns/第八十七页，共一百六十页，2022年，8月28日算术平均温差arithmeticmeantemperaturedifference/E5riWmEtik/并流(同向流)co-currentflow/kEu//5kQrEnt//flEu/逆流countercurrentflow/5kauntE7kQrEnt//flEu/错流crossflow/krCs//flEu/传热单元数(NTU)numberofheattransferunits传热单元高度(HTU)heightofheattransferunits传热膜系数filmheattransfercoefficient/film//hi:t//trAns5fE://kEui5fiFEnt/第八十八页，共一百六十页，2022年，8月28日TheexperimentsgoalsaretofamiliarizethestudentswiththeconceptsofReynoldsandNusseltnumbers,andhowthesedimensionlessgroupsfullycharacterizetheheattransportprocess.Thestudentsshould,forexample,beabletoidentifyasimplecorrelationwhichaccuratelyaccountsfortheobervedlog-meantemperaturechangesofthefluids.Thisexperimentshouldtie-inwiththeoriesofheattransporttaughtinthesecondtransportcourse.Introduction第八十九页，共一百六十页，2022年，8月28日3.7连续精馏实验

(ContinuousDistillation)

第九十页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，以掌握实验研究的方法。2.学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。3.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。4.测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。第九十一页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)1.研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。2.测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。3.测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率、单板效率。第九十二页，共一百六十页，2022年，8月28日4.在部分回流、稳定操作条件下：(1)测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。(2)测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。(3)测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。(4)测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。第九十三页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)部分回流时，进料热状况参数的计算式为

q=[Cpm(tbp－tF)+rm]/rm

式中：tF―进料温度，℃；

tbp―进料的泡点温度，℃；

Cpm―进料液体在平均温度(tF+tbp)/2下的比热，kJ/(kmol.℃)；

rm―进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol。

第九十四页，共一百六十页，2022年，8月28日Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/(kmol.℃)rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol式中：Cp1、Cp2―分别为纯组分１和组分２在平均温度下的比热，kJ/(kg.℃)；r1、r2―分别为纯组分１和组分２在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg；M1、M2―分别为纯组分１和组分２的kmol质量，kg/kmol；x1、x2―分别为组分１和组分２在进料中的摩尔分数。第九十五页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)1-进料槽2-进料泵3-进料加热器4-塔釜取样口5-塔釜6-塔顶取样口7-回流比控制器第九十六页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)一.实验前准备工作

1.将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调整运行到所需的温度，并记下这个温度(30℃)。30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系可按下列回归式计算:

Ｗ＝58.844116－42.61325×nD，其中Ｗ为乙醇的质量分率，nD为折光指数。检查取样用的注射器和擦镜头纸是否准备好。第九十七页，共一百六十页，2022年，8月28日2.检查实验装置上各个旋塞、阀门均应处于关闭状态，电流、电压表及电位器位置均应为零。3.用化学或分析纯配制一定浓度(质量浓度20％左右)的乙醇─正丙醇混合液，倒入高位瓶。4.打开进料转子流量计的阀门，向精馏釜内加料到指定的高度，而后关闭流量计阀门。第九十八页，共一百六十页，2022年，8月28日二.人工实验操作1.全回流操作（1）打开塔顶冷凝器的冷却水，冷却水量要足够大(约8L/min)。（2）记下室温值。接上电源闸（220V），按下装置上总电源开关。（3）调解电位器至75-85V左右(如：按加热电压的SET键30s，设定SU为75，开电加热开关)，待塔板上建立液层时，可适当加大电压(如100V)，使塔内维持正常操作。（4）待各块塔板上鼓泡均匀后，保持加热釜电压不变，在全回流情况下稳定20分钟左右，期间仔细观察全塔传质情况，待操作稳定后，用注射器分别在塔顶、塔釜取样口同时取样，用阿贝折射仪分析样品浓度。第九十九页，共一百六十页，2022年，8月28日2.部分回流操作（1）打开塔釜冷却水，冷却水流量以保证釜馏液温度接近常温为准。（2）调节进料转子流量计阀，以1.5-2.0(L/h)的流量向塔内加料，用回流比控制调节器调节回流比R＝4（开回流比开关，按SET键30s，调至表上显示0104，即回流时间4s，产品流出时间1s）；馏出液收集在塔顶容量管中。（3）塔釜产品经冷却后由溢流管流出，收集在容器内。（4）待操作稳定后，观察板上传质状况，记下加热电压、电流、塔顶温度等有关数据，整个操作中维持进料流量计读数不变，用注射器取下塔顶、塔釜和进料三处样品，用折光仪分析样品浓度并记录进原料液的温度(室温)。第一百页，共一百六十页，2022年，8月28日3.结束实验（1）检查数据合理后，停止加料并将加热电压调为零，关闭回流比调节器开关。（2）根据物系的t-x-y平衡关系（见附表三），确定部分回流下进料的泡点温度。（3）停止加热后10分钟，关闭冷却水，一切复原。第一百零一页，共一百六十页，2022年，8月28日三.计算机采集和控制1.将乙醇和正丙醇(化学纯)混合液乙醇体积浓度在(15-25%)2500mL倒入高位槽中，打开转子流量计，将混合液加入到再沸器指定位置。向塔顶冷凝器，塔底冷却器通入冷却水。2.全回流操作：接通设备总电源，按下（打开）控制面板上的电加热开关，开启计算机，启动精馏塔控制软件，单击“操作状态/全回流”，计算机提示设置参数：电压，85（加热＜160V，开始加热时在75-100V），单击“确定”。单击“操作状态/开始实验”。待塔内操作稳定后，测定出全回流条件下塔体温度分布和塔顶温度动态响应曲线并确定操作的稳定时间。第一百零二页，共一百六十页，2022年，8月28日3.部分回流操作：按下（打开）控制面板上的回流比开关，计算机提示设置参数：电压，100；进料量，1-2L/h；回流比（即回流时间：产品流出时间，s），4~16，单击“确定”。单击“操作状态/部分回流”以及“操作状态/开始实验”。随后进行连续精馏操作，计算机自动操作得出实验结果。4.实验结束时，单击“操作状态/结束实验”。按照计算机的要求退出控制程序并关机。关闭选择开关，闭总电源，在无上升蒸气后关闭冷却水。实验完毕，一切复原。第一百零三页，共一百六十页，2022年，8月28日1.实验过程中要注意安全，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。严禁干烧加热器，以免发生触电事故。2.本实验设备加热功率由电位器来调解，故在加热时应注意不要过快，以免发生爆沸(过冷沸腾)，使釜液从塔顶冲出。若遇此现象应立即断电，重新加料到指定液面，再缓慢升电压，重新操作。升温和正常操作中釜的电功率不能过大。六、注意事项(Precautions)第一百零四页，共一百六十页，2022年，8月28日3.开车时先开冷却水，再向塔釜供热，停车时则反之。4.为便于对全回流和部分回流的实验结果(塔顶产品和质量)进行比较，应尽量使两组实验的加热电压及所用料液浓度相同或相近。连续开出实验时，在做实验前应将前一次实验时留存在塔釜、塔顶和塔底产品接受器内的料液均倒回原料液瓶中。第一百零五页，共一百六十页，2022年，8月28日1.画出全回流条件下，塔顶温度随时间的变化曲线。2.画出精馏塔在全回流和部分回流稳定操作条件下，塔体内温度和浓度沿塔高的分布曲线。3.计算出全回流和部分回流条件下的总板效率。4.写出选做的实验结果。七、报告内容

(MinimumReportRequirements)第一百零六页，共一百六十页，2022年，8月28日1.在精馏操作过程中，回流温度发生波动，对操作会产生什么影响？2.在板式塔中，气体、液体在塔内流动中，可能会出现几种操作现象？3.如何判断精馏塔内的操作是否正常合理？4.如何判断塔内的操作是否处于稳定状态？八、思考题（Questions）第一百零七页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇连续蒸馏continuousdistillation/kEn5tinjuEs//7disti5leiFEn/馏出液distillate/5distilit,-leit/残液residue/5rezidju:/精馏rectification/7rektifi5keiFEn/第一百零八页，共一百六十页，2022年，8月28日精馏段rectificationsection/7rektifi5keiFEn//5sekFEn/提馏段strippingsection/5stripiN//5sekFEn/理论(塔)板，理论级theoreticalstage/WiE5retikEl//steidV/实际(塔)板actualplate/5AktjuEl//pleit/第一百零九页，共一百六十页，2022年，8月28日再沸器reboiler/ri5bCilE/冷凝器condenser/kEn5densE/操作线operatingline回流比refluxratio/5ri:flQks//5reiFiEu/全回流totalreflux/5tEutl//5ri:flQks/二元混合物binarymixture/5bainEri//5mikstFE/第一百一十页，共一百六十页，2022年，8月28日筛板sievetray/siv//trei/降液管downcomer/`daun9kQmE(r)/溢流堰overflowweir/5EuvE5flEu//wiE/堰高weirheight/wiE//hait/塔板效率plateefficiency，trayefficiency/pleit//i5fiFEnsi//trei/第一百一十一页，共一百六十页，2022年，8月28日MinimumReportRequirements

UsetheRayleighequation(eqn.11.3-10inGeankopolis)tocalculatethevolumeofliquidleftinthestillafterthefirstpartofthebatchdistillation.Comparebatchcolumnperformanceatrefluxratesof1.0and2.0.Discussandexplainanydifferences,observations,etc.UseMcCabe-Thieleanalysistocomparecontinuouscolumnperformancetotheory.Fullyexplainanydifferences.Calculatetrayefficienciesandexplainyourresultsintermsofyourobservations.第一百一十二页，共一百六十页，2022年，8月28日3.8气体吸收

（AbsorptionExperiment）第一百一十三页，共一百六十页，2022年，8月28日一、实验目的(Objectives)1.了解填料吸收塔的构造并练习操作。2.了解填料塔的流体力学性能。3.了解填料塔的返混。4.学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。第一百一十四页，共一百六十页，2022年，8月28日二、实验内容(Assignment)1.观察流体在填料吸收塔的操作状况，测定△P~u关系曲线并确定液泛气速。2.测定固定液体流量下，两种不同气体流量时，填料吸收塔的传质单元高度、体积吸收系数和回收率。第一百一十五页，共一百六十页，2022年，8月28日三、实验原理(Theory)第一百一十六页，共一百六十页，2022年，8月28日四、实验装置(ExperimentalEquipment)1-鼓风机2-空气流量调节阀3-空气转子流量计4-空气温度5-液封管6-吸收液取样口7-填料吸收塔8-氨瓶阀门9-氨转子流量计10-氨流量调节阀11-水转子流量计12-水流量调节阀13-U型管压差计14-吸收瓶15-量气管16-水准瓶17-氨气瓶18-氨气温度20-吸收液温度21-空气进入流量计处压力第一百一十七页，共一百六十页，2022年，8月28日五、实验方法及步骤

(ExperimentalProcedure)1.测量干填料层(△P/Z)—u关系曲线:

全开调节阀2，启动鼓风机，用阀2调节进塔空气流量，按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△P、转子流量计读数和流量计处空气温度。

2.测量某喷淋量下填料层(△P/Z)─u关系曲线水喷淋量为40L/h时，用上面相同方法读取填料层压降△P、转子流量计读数和流量计处空气温度，并注意观察塔内的操作现象，一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。第一百一十八页，共一百六十页，2022年，8月28日⑴选泽适宜的空气流量和水流量，建议水流量为30L/h。根据空气转子流量计读数，为保证混合气体中氨组分为左右摩尔比，计算出氨气流量计流量读数。(2)先调节好空气流量和水流量，打开氨气瓶总阀8调节氨流量，使其达到需要值。在空气、氨气和水的流量不变的条件下，操作一定时间，待基本稳定后，记录各流量计读数和温度，记录塔底排出液的温度，并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。(3)尾气分析方法

a.排出两个量气管内空气，使其中水面达到最上端刻度线零点处，并关闭三通旋塞。

b.用移液管向吸收瓶内装入5mL浓度为0.005mol/L左右的硫酸，并加入1─2滴甲基橙指示液。第一百一十九页，共一百六十页，2022年，8月28日

c.将水准瓶移至下方的实验架上，缓慢地旋转三通旋塞，让塔顶尾气通过吸收瓶，旋塞的开度不宜过大，以能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液体的颜色，中和反应达到终点时立即关闭三通旋塞，在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条件下读取量气管内空气的体积。若某量气管内已充满空气，但吸收瓶内未达到终点，可关闭对应的三通旋塞，读取该量气管内的空气体积，同时启用另一个量气管，继续让尾气通过吸收瓶。第一百二十页，共一百六十页，2022年，8月28日

d.用下式计算尾气浓度Y2反应式:2NH3

＋H2SO4＝(NH4)2SO4

第一百二十一页，共一百六十页，2022年，8月28日1.启动鼓风机前，务必先全开放空阀2。2.做传质实验时，水流量不能超过40L/h，否则尾气的氨浓度极低，给尾气分析带来麻烦。3.两次传质实验所用的进气氨浓度必需一样。六、注意事项(Precautions)第一百二十二页，共一百六十页，2022年，8月28日1.在双对数坐标上以空塔气速u为横坐标，以单位高度的压降△P/Z为纵坐标，标绘干填料层(△P/Z)─u关系曲线。2.在对数坐标上标出不同液体喷淋量下(△P/z)─u关系曲线，确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。3.实验计算结果与计算示例。七、报告内容

(MinimumReportRequirements)第一百二十三页，共一百六十页，2022年，8月28日1.测定KYa和△P有何实际意义？为测定KYa需测哪些数据？2.实验中气速对KYa及△P有何影响？八、思考题（Questions）第一百二十四页，共一百六十页，2022年，8月28日*核心词汇填料塔packedcolumn/pAk//5kRlEm/吸收absorption/Eb5sC:pFEn/吸收速率absorptionrate/Eb5sC:pFEn//reit/溶解度solubility/7sClju5biliti/溶液solution/sE5lju:FEn/溶质solute/5sClju:t/第一百二十五页，共一百六十页，2022年，8月28日溶剂solvent/5sClvEnt/传质速率masstransferrate传质单元数(NTU)numberofmasstransferunits传质单元高度(HTU)heightofmasstransferunits/hait//mAs//trAns5fE://5ju:nits/气相传质系数gasphasemasstransfercoefficient总传质系数overallmasstransfercoefficient总传质单元数numberofoveralltransferunits总传质单元高度heightofoveralltransferunit液泛flooding/5flQdiN/第一百二十六页，共一百六十页，2022年，8月28日TheLabColumnOurlaboratorycolumniscomprised