化工原理实验讲义

..化工原理实验讲义目录目录1基础知识2实验一流动过程综合实验5实验1-1流体阻力测定实验5实验1-2流量计性能测定实验11实验二离心泵性能测定实验17实验三搅拌实验22实验四恒压过滤常数的测定27实验五换热器传热系数的测定实验36实验六填料塔流体力学特性实验47实验七二元汽液相平衡数据测定61实验八精馏塔性能实验65实验九反应精馏实验78实验十干燥曲线及干燥速率曲线测定实验86附表94基础知识一、化工原理实验的重要意义化工原理是化工类基础主干课程,内容覆盖以传递理论为主线的单元操作,包括课程教学、课程实验和课程设计等3个教学环节。化工原理又是技术基础课程,其中课程实验更是实践教学环节。它紧密联系化工生产实际,是化工专业学生的一门重要技术基础课。实验是教学中的实践环节；是学生巩固理论知识,从实践中进一步学习新知识的重要途径,培养学生应用这些理论解决工程实际问题的能力,并掌握一定的实际操作技能。为此,化工原理实验的目的为：1验证化工单元操作的基本理论,并在运用理论对实验进行分析的过程中,使学生在理论知识方面得到进一步的理解和巩固。2通过操作测试,了解典型化工设备的结构。性能和常用仪表的使用。3通过学习使学生掌握一定的实验研究方法和技巧。并培养学生实事求是的科学态度。4通过实验数据的分析处理,编写实验报告,培养、训练学生的实际计算能力和组织报告的能力。二、化工原理的实验要求〔一实验前的预习工作1、阅读实验指导书,弄清本实验的目的和要求。2、进入实验室后,要详细了解实验装置的流程、主要设备的结构、测量仪表的使用及实验操作方法,并认真思考实验操作步骤,测量记录的内容和测定数据的方法。〔二实验小组的分工和合作化工原理实验一般都是由四人为一小组合作进行的。因此实验开始前必须作好组织工作,做到既分工,又合作,既保证质量,又能获得全面训练。每个实验小组要有一个〔组长负责实验方案的执行,联络和指挥,与组员讨论实验方案,使得每个组员各明其职〔包括操作、读取数据、记录数据及现象观察,而且要在适当时候进行轮换工作。〔三实验中需测取的数据凡是影响实验结果或者数据整理过程中所必需的数据必须测取,包括大气条件,设备有关尺寸,物料性质及操作数据等。〔四实验数据的读取及记录实验开始前拟好记录表格,在表格中应记下各物理量的名称、表示符号及单位。实验时一定要等现象稳定后才开始读取数据。条件改变后,要等现象稳定后才能读取数据。每个数据记录后,应该立即复核,以免发生读错或记错数字等事故。〔五实验数据的整理与标绘通过实验测得大量的数据,这些数据需要清晰地表示出自变量和因变量之间的关系。表示实验数据中各变量间的关系一般有列表法、图示法和公式法。1、实验数据的列表表示法实验数据的初步整理即列表,实验数据表分为记录表和结果综合表两类。记录表分原始数据记录表、中间和计算结果记录表。实验原始记录是根据实验内容设计的,必须在实验正式开始之前列出表格。2、实验数据的图形表示法实验曲线的标绘是实验数据处理的第二步,将整理得到的实验结果综合表标绘成曲线图。它比结果综合表简单直观。对照曲线可以更明确地看出数据之间的关系和变化规律。1坐标纸的选择化工常用的坐标有直角坐标、对数坐标和半对数坐标,这种坐标已制成相应的坐标纸。市场上均有出售。根据数据的关系或预测的函数形式选择不同形式的坐标。2坐标的分度坐标分度值是指沿X、Y轴每坐标所代表数值的大小。X轴代表自变量。Y轴代表因变量。坐标的分度要考虑到横、纵坐标分度值更合理,以使〔1每个实验数据点在坐标纸上都能迅速方便地找到；〔2坐标原点不一定为零,以尽量利用图面；〔3坐标分度值应与实验数据的有效数字相一致,即实验曲线的坐标读数的有效数字位数与实验数据的位数相同。另外,每个坐标轴必须注明名称、单位和坐标方向。3根据数据描点描点系按数据的值在图纸上点出,若在同一图上表示不同的数据时,应以不同的符号〔如·、×、*、Δ、○等加以区别。4绘制曲线⑴．绘制曲线系将图上若干点联结成一条光滑连续的曲线。绘制曲线时应使曲线尽可能通过较多的实验点,或者使曲线以外的点尽可能位于曲线附近,并使曲线两侧点的数目大致相等。作图应认真仔细,避免徒手勾画。⑵．定量标绘的坐标图,其坐标轴上必须标明该坐标所代表的变量名称、符号及所用的单位。⑶．图必须有图号和图题〔图名。3、实验数据的公式表示法在化工实验研究中,实验数据除了用列表表示和图形表示外,还常常把所获得的实验数据整理成经验公式〔或称议程式。即将变量之间的关系表达成y=f<x>的函数关系,以描述过程或现象的规律,建立数学模型。化工原理实验通常采用列表表示法和图形表示法。〔六实验报告的编写与要求实验报告是实验工作的总结,编写报告是对学生能力的训练。一份优秀的实验报告必须写得简洁明了、数据完整、表达清楚、结论正确、有讨论、有分析,得出的公式、曲线或图形有明确的使用条件。报告的内容一般包括：1、报告的题目；2、写出报告人姓名、班级、实验时间和同组实验人员的姓名；3、实验的目的；4、实验的理论依据〔实验原理；5、实验设备说明〔包括流程示意图和主要设备、仪表的类型及规格；6、实验数据,应包括原始数据和经过加工后用于计算的全部数据；7、数据整理及计算示例,其中引用的数据要说明来源,简化公式要写出导出过程,要列出一组数据的计算过程,作为计算示例；8、实验结果,根据实验任务,明确提出本次实验的结论,用图示法或列表法均可；9、分析讨论,要对本次实验结果作出评价,分析误差大小及原因,对实验中发现的问题应作讨论,对实验方法、实验设备有何改进建议也可写入此栏。〔七实验课堂纪律和注意事项1、准时进实验室,不得迟到早退,不得无故缺席。2、遵守纪律,严肃认真地进行实验。室内不准吸烟,不准喧哗说笑或进行与实验无关的活动。3、对实验设备、仪器等在没弄清楚使用方法之前,不得开动。与本次实验无关的设备、仪器不要乱动。损坏设备、仪器要照价赔偿。4、爱护实验设备、仪表注意节约使用水、电、气及药品。5、保持实验现场和设备的整洁,禁止在设备及台桌等处乱写、乱画。衣物、书包不要挂在实验设备上,应放在指定地方。6、注意安全及防火,电动机开动前,应观察电机及运转部件附近有无人在工作。合上电闸时,应慎防触电。注意电机有无怪声和发热。精馏实验附件不得动明火。7、实验结束后,应安排人员清扫现场卫生。合格之后方可离开。实验一流动过程综合实验实验1-1流体阻力测定实验一、实验目的⒈学习直管摩擦阻力压力降△Pf、直管摩擦系数的测定方法。⒉掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。⒊掌握局部阻力的测量方法。⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。二、实验内容⒈测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数。⒉测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度之间的关系曲线。⒊在本实验压差测量范围内,测量阀门的局部阻力系数。三、实验原理⒈直管摩擦系数与雷诺数Re的测定流体在管道内流动时,由于流体的粘性作用和涡流的影响会产生阻力。流体在直管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和管道摩擦系数有关,它们之间存在如下关系：hf==〔1-1λ=〔1-2Re=〔1-3式中：管径,m；直管阻力引起的压强降,Pa；管长,m；流速,m/s；流体的密度,kg/m3；流体的粘度,N·s/m2。直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系,这个关系一般用曲线来表示。在实验装置中,直管段管长l和管径d都已固定。若水温一定,则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△Pf与流速u〔流量V之间的关系。根据实验数据和式〔1-2可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ,用式〔1-3计算对应的Re,从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系,在对数坐标纸上以雷诺准数Re为横坐标,摩擦系数λ为纵坐标,标绘出λ—Re的关系曲线。⒉局部阻力系数的测定〔1-4〔1-5式中：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。图1-1局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上,安装待测局部阻力的阀门,在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b＇,见图1-1,使ab＝bc；a＇b＇＝b＇c＇则△Pf,ab＝△Pf,bc；△Pf,a＇b＇=△Pf,b＇c＇在a~a＇之间列柏努利方程式：Pa－Pa＇=2△Pf,ab+2△Pf,a＇b＇+△P＇f〔1-6在b~b＇之间列柏努利方程式：Pb－Pb＇=△Pf,bc+△Pf,b＇c＇+△P＇f=△Pf,ab+△Pf,a＇b＇+△P＇f〔1-7联立式<1-6>和<1-7>,则：＝2<Pb－Pb＇>－<Pa－Pa＇>为了实验方便,称<Pb－Pb＇>为近点压差,称<Pa－Pa＇>为远点压差。用差压传感器来测量。四、实验装置⒈实验装置流程图如图1-2所示。⒉流量测量：在图1-2中由转子流量计22、23测量。⒊直管段压强降的测量：差压变送器和倒置U形管直接测取压差值。图一、流体综合实验装置流程示意图1:水箱:2:水泵;3:入口真空表;4:出口压力表;5,16:缓冲罐:6,14测局部阻力近端阀;7,15:测局部阻力远端阀;8,17:粗糙管测压阀;9,21:光滑管测压阀;10:局部阻力阀;11:文丘里流量计;12:压力传感器;13:涡流流量计;18:阀门;19光滑管阀;20:粗糙管阀;22:小流量计;23:大流量计;24阀门25:水箱放水阀;26:倒U型管放空阀;27:倒U型管;28,30:倒U型管排水阀;29,31:倒U型管平衡阀；32：功率表；33：变频调速器五、实验方法⒈按下总电源开关按钮,通电预热数字显示仪表,记录差压数字表的初始值,关闭所有流量调节阀,按一下变频器上的启动按钮,启动离心泵。⒉光滑管阻力测定：⑴关闭截止阀10、18、20,将闸阀19全开,并旋开光滑管测压阀21、9。⑵在流量为零条件下,旋开倒置U形管29、31旋钮,检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形管内液柱高度差不为零,则表明导压管内存在气泡,需要进行赶气泡操作。⑶赶气泡的方法：当流量为零时,打开29、31两阀门,然后将流量调至较大,排出导压管内的气泡,直至排净为止；关闭29、31两阀门,慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀,慢慢打开28、30两阀门,使液柱降至零点上下时马上关闭,使管内形成气—水柱,然后关闭放空阀,打开29、31两阀门,此时管内液柱高度差应为零。⑷光滑管阻力测定：全开闸阀19,通过阀24调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。小流量时用倒置∪形管压差计测量,大流量时用差压数字表测量。从最小流量测到最大流量,实验应测取12～15组数据。建议流量读数在40L／h之内,不少于4个点,以便得到滞流状态下的λ—Re关系。注意在能用倒置∪形管测压差时,尽量不用差压数字表测压差。⑸粗糙管阻力测定：①关闭闸阀19,全开截止阀20。②实验方法与光滑管相同。⑹从数字显示仪表读取水温。⑺局部阻力测量：关闭截止阀20,打开闸阀10〔半开,在一定流量下,分别测量近点压差和远点压差。⑻待数据测量完毕,关闭流量调节阀,核实差压数字表初始值,继续其它实验或切断电源。六、注意事项⒈启动离心泵之前,以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前,都必须检查所有流量调节阀是否关闭。⒉测数据时则必须关闭所有的平衡阀,并且在用差压数字表测量时,必须关闭通倒置U形管的阀门,防止形成并联管路。七、设备主要参数设备号项目12光滑管直径mm8.008.00光滑管取压口间距mm1700.01700.0粗糙管直径mm10.0010.00粗糙管取压口间距mm17001700.0局部阻力球阀内径mm15.0015.0八、原始纪录及数据整理表表1局部阻力实验数据表序号流量Q近点压差远点压差流速u局部阻力压阻力系数〔l/h〔kPa〔kPa〔m/s〔kPa123表2光滑管流体阻力实验数据表实验装置编号：光滑直管内径：mm光滑直管管长：m水温；黏度密度压差计初始值：kpa序号Q〔l/hΔPu<m/s>Reλ<mmH2O><kPa><Pa>12345678910111213141516表3粗糙管流体阻力实验数据表实验装置编号：粗糙管内径：mm粗糙管管长：m水温；黏度密度压差计初始值：kpa序号Q〔l/hΔPu〔m/sReλ〔mmH2O〔kPa〔Pa1234567891011121314151617九、报告内容⒈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。⒉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。⒊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。十、思考题：1、在圆直管内及导压管内可否有积存的空气？如有,会有何影响？2、实验应取的12组以上的数据,且希望这些数据点在曲线上尽可能均匀分布,为此实验中压力差的读数应怎样选取？3、本实验用水为工作介质做出的λ一Re曲线,对其它流体能否使用？为什么？4、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下而上流动的垂直管,从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到△Pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?5、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？实验1-2流量计性能测定实验一、实验目的⒈了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。⒉掌握流量计的标定方法。⒊了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律,流量系数C的确定方法。⒋学习合理选择坐标系的方法。二、实验内容⒈了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理。⒉测定节流式流量计〔文丘里的流量标定曲线。⒊测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。三、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差,它与流量的关系为：式中：被测流体<水>的体积流量,m3/s；流量系数,无因次；流量计节流孔截面积,m2；流量计上、下游两取压口之间的压强差,Pa；被测流体<水>的密度,kg／m3。用涡轮流量计和转子流量计作为标准流量计来测量流量VS。每一个流量在压差计上都有一对应的读数,将压差计读数△P和流量Vs绘制成一条曲线,即流量标定曲线。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。四、实验装置该实验与流体阻力测定、离心泵性能测定实验共用图一所示的实验装置流程图。⒈主要以精度0.5级的涡轮流量计作为标准流量计,测量被测流量计流量。⒉压差测量：用差压变送器直接读取。五、实验方法:⒈按下电源和离心泵的绿色按钮,通电预热数字显示仪表,记录差压数字表的初始值,关闭所有流量调节阀。⒉按下变频器启动按钮,启动离心泵。逐渐调大流量调节阀18,排出管路里气泡。⒊用阀18调节流量,从流量为零至最大流量或从最大流量至流量为零,测取12组左右数据<即同时测量压差和流量>,并记录水温。⒋实验结束后,关闭流量调节阀,核实差压数字表初始值,停泵,切断电源。六、报告内容将实验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。在对数坐标系上,标绘节流式流量计的流量Vs与压差△P的关系曲线〔既流量标定曲线、在半对数坐标系上标绘流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。七、注意事项⒈启动离心泵之前,必须检查所有流量调节阀是否关闭,⒉测数据时必须关闭流量计平衡阀。八、设备主要参数设备号项目12文丘里喉径mm20.020.0主管道直径mm45.0045.00九、实验原始纪录及数据整理表表1、流量计性能测定实验数据记录文丘里流量计压差读数初始值kPa序号涡轮流量计文丘里流量计文丘里流量计涡轮标准流量流速uReCo<m3/h><kPa><Pa><m3/h><m/s>12345678910十、思考题：⑴试验管路及导压管中如果积存有空气,为什么要排除?⑵什么情况下的流量计需要标定?标定方法有几种?本实验是用哪一种?⑶U形压差计上装设的平衡阀有何作用？在什么情况下应开着？在什么情况下应该关闭？⑷在学过的流量计中,哪些属于节流式流量计？哪些属于变截面流量计？..实验二离心泵性能测定实验一实验目的1.熟悉离心泵的操作方法,了解常用的测压仪表。2.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法,加深对离心泵性能的了解。二、实验内容1.熟悉离心泵的结构与操作。2.测定某型号离心泵在一定转速下,H〔扬程、N〔轴功率、〔效率与Q〔流量之间的特性曲线。3.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。三、实验原理〔一离心泵特性曲线离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下,离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q而改变。通常通过实验测出H—Q、N—Q及η—Q关系,并用曲线表示之,称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选泵的重要依据。离心泵特性曲线的具体测定方法如下：⒈H的测定：在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程〔2—1上式中是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力<不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失>,当所选的两截面很接近泵体时,与柏努利方程中其它项比较,值很小,故可忽略。于是上式变为： 〔2—2将测得的和的值以及计算所得的u入,u出代入上式即可求得H的值。⒉N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1.0,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。⒊η的测定 〔2—3kw 〔2—4式中：η—泵的效率；N—泵的轴功率,kwNe—泵的有效功率,kwH—泵的压头,mQ—泵的流量,m3/sρ—水的密度,kg/m3〔二管路特性曲线当离心泵安装在特定的管路系统中工作时,实际的工作压头和流量不仅与离心泵本身的性能有关,还与管路特性有关,也就是说,在液体输送过程中,泵和管路二者是相互制约的。在一定的管路上,泵所提供的压头和流量必然与管路所需的压头和流量一致。若将泵的特性曲线与管路特性曲线绘在同一坐标图上,两曲线交点即为泵在该管路的工作点。因此,可通过改变泵转速来改变泵的特性曲线,从而得出管路特性曲线。泵的压头H计算同上。四、实验装置该实验与流体阻力测定、流量计性能测定实验共用图1-2所示的实验装置流程图。⒈流量测量：用转子流量计或标准涡轮流量计测量。⒉泵的入口真空度和出口压强：用真空表和压强表来测量。⒊电动机输入功率：用功率表来测量。五、实验方法⒈按下电源的绿色和离心泵的绿色按钮,通电预热数字显示仪表；关闭所有流量调节阀。⒉按下调频器的启动按钮,启动离心泵。用阀18调节流量,从流量为零至最大或流量从最大到零,测取10～12组数据〔同时测量泵入口真空度、泵出口压强、流量计读数、功率表读数,并记录水温。⒊测量管路特性曲线测定时,先置流量调节阀18为某一状态<使系统流量为某一固定值>。４.调节离心泵电机频率,使管路特性改变,调节范围<50—20Hz>,测取10～12组数据〔同时测量泵入口压力、泵出口压力、流量计读数,并记录水温。5.实验结束后,关闭流量调节阀,继续其它实验或停泵,切断电源。六、注意事项⒈启动离心泵之前,必须检查所有流量调节阀是否关闭。⒉正确使用变频调速器。七、设备主要参数设备号项目12两取压口垂直高度差mm355355离心泵入口管径mm25.0025.00离心泵出口管径mm40.040.0离心泵型号WB70/055电机效率60%八、报告内容⒈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。⒉在合适的坐标系〔直角坐标系上标绘离心泵的特性曲线及管路特性曲线。九、原始纪录及数据整理表表1离心泵特性曲线测定数据装置编号：离心泵型号：电机效率：两测压口之间垂直距离：水温：水密度：序号涡轮流量计〔m3/h入口真空表读数〔MPa出口压强表读数〔MPa功率表读数〔kw流量Q<m3/h>压头H<m>泵轴功率N〔wη<%>123456789101112表2离心泵管路特性曲线序号电机频率Hz涡轮流量计读数〔m3/h入口真空表读数<MPa>出口压强表读数<MPa>流量Q<m3/h>压头H<m>12345678910十、思考题：⑴试分析实验数据,看一看,随着泵出口流量调节阀开度的增大,泵入口真空表读数是减少还是增加,泵出口压强表读数是减少还是增加。为什么?⑵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,上限应达到最大流量。为什么?⑶离心泵的流量,为什么可以通过出口阀来调节?往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。为什么?实验三搅拌实验一实验目的⒈掌握搅拌功率曲线的测定方法。⒉了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。二、实验内容⒈在羧甲基纤维素纳〔CMC水溶液中,测定搅拌釜中有挡板时液—液相搅拌功率曲线。⒉在〔CMC水溶液中,测定搅拌釜中无挡板时液—液相搅拌功率曲线。三、实验原理搅拌操作是重要的化工单元操作之一,它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程,搅拌聚合釜是高分子化工生产的核心设备。搅拌过程中流体的混合要消耗能量,即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂,搅拌功率目前尚不能由理论得出,只能由实验获得它和多变量之间的关系,以此作为搅拌器设计放大过程中确定搅拌规律的依据。液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数：式中：N—搅拌功率,W；K—无量钢系数；n—搅拌转数,r/s；d—搅拌器直径,m；—流体密度,kg/m3；—流体粘度,pa·s；g—重力加速度,m/s2。由因次分析法可得下列无因次数群的关联式：〔3-1令,称为功率无量纲数,称为搅拌雷诺数,Fr称为搅拌佛鲁德数则〔3-2令,称为功率因数则〔3-3对于不打旋的系统重力影响极小,可忽略Fr的影响,即。则〔3-4因此,在双对数坐标纸上可标绘出与的关系。搅拌功率计算方法：〔3-5式中：I—搅拌电机的电枢电流,A；V—搅拌电机的电枢电压,V；R—搅拌电机的内阻,28.5Ω；n—搅拌电机的转数,r/s；K—常数=0.186。四、实验装置本实验使用的是标准搅拌槽,其直径为380mm；搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮。装置流程图见图3-1。图3-1搅拌实验装置流程图1—搅拌叶轮;2—放水阀；3—搅拌槽；4—电动机；5—直流电流表；6—电机调速器；7—直流电压表,8-测速仪；9—挡板五、实验方法⒈测定CMC〔或水溶液搅拌功率曲线检查电机调速器电源是否关闭,打开总电源和搅拌调速开关,慢慢转动调速旋纽,电机开始转动。在转速约40~150〔r/min之间,取10~12个点测试〔实验中适宜的转速选择：低转速时搅拌器的转动要均匀；高转速时以流体不出现旋涡为宜。实验中每调一个转速,待数据显示基本稳定后方可读数,同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据：电机的电压〔V、电流〔A、转速〔r/min。⒉实验结束时一定把调速降为"0",方可关闭搅拌调速。3.本实验装置可以改变不同粘度进行实验,得出完整的搅拌功率曲线。4.也可以撤去挡板,作无挡板搅拌功率曲线。六、注意事项⒈电机调速一定是从"0"开始,调速过程要慢,否则易损坏电机。⒉不得随便移动实验装置。⒊每一个溶液的粘度必须准确测量,否则影响实验结果。七、实验原始纪录及数据整理表实验数据表<有挡板>序号转速直流电流直流电压NReNprpmAVW12345678910111213实验数据表<无挡板>序号转速直流电流直流电压NReNprpmAVW123456789101112八、实验报告内容⒈将实验数据整理在数据表中。⒉在对数坐标纸上标绘—曲线,将两条曲线做在同一坐标纸上。3．最少取一组数据为例计算全过程。九、思考题⑴搅拌功率曲线对几何相似的搅拌装置能共用吗？⑵试说明测定-Re曲线的实际意义。实验四恒压过滤常数的测定一、实验目的1.掌握恒压过滤常数、、的测定方法,加深对、、的概念和影响因素的理解。2.学习滤饼的压缩性指数s和物料常数的测定方法。3.学习一类关系的实验确定方法。二、实验内容测定不同压力下恒压过滤的过滤常数、、。三、实验原理过滤是利用过滤介质进行液—固系统的分离过程,过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力的作用下液体通过过滤介质,固体颗粒被截留在介质表面上,从而使液固两相分离。在过滤过程中,由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上,滤饼厚度增加,液体流过固体颗粒之间的孔道加长,而使流体流动阻力增加。故恒压过滤时,过滤速率逐渐下降。随着过滤进行,若得到相同的滤液量,则过滤时间增加。恒压过滤方程〔4-1式中：—单位过滤面积获得的滤液体积,m3/m2；—单位过滤面积上的虚拟滤液体积,m3/m2；—实际过滤时间,s；—虚拟过滤时间,s；—过滤常数,m2/s。将式〔4-1进行微分可得：〔4-2这是一个直线方程式,于普通坐标上标绘的关系,可得直线。其斜率为,截距为,从而求出、。至于可由下式求出：〔4-3当各数据点的时间间隔不大时,可用增量之比来代替.在实验中,当计量瓶中的滤液达到100ml刻度时开始按表计时,作为横压过滤时间的零点。但是,在此之前吸率早已开始,这部分系统存液量可视为常量,以＇表示〔＇=360ml,则对单位过滤面积上来说这部分滤液为q´,<q´=>,这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质,在整理数据时应考虑进去,则方程应改为：=q+〔+q´〔4-4以与相应区间的平均值作图。在普通坐标纸上以为纵坐标,为横坐标标绘~关系,其直线的斜率为：；直线的截距为：〔+q´。过滤常数的定义式：<4-5>两边取对数：<4-6>因,故与的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线,直线的斜率为,由此可得滤饼的压缩性指数,然后代入式〔4-5求物料特性常数。四、实验装置1.设备流程如图4-1所示,滤浆槽内放有已配制有一定浓度的碳酸钙～水悬浮液。用电动搅拌器进行搅拌使滤浆浓度均匀〔但不要使流体旋涡太大,使空气被混入液体的现象,用真空泵使系统产生真空,作为过滤推动力。滤液在计量瓶内计量。过滤器结构图如图二所示图4-1恒压过滤实验流程示意图1─滤浆槽;2─过滤漏斗;3图4-1恒压过滤实验流程示意图1─滤浆槽;2─过滤漏斗;3─搅拌电机;4─真空旋塞.5─积液瓶;6─真空压力表;7─针型放空阀;8─缓冲罐.9─真空泵;10─放液阀;11─真空胶皮管.五、实验方法及操作步骤1、操作时应注意的事项检查一下真空泵内真空泵油是否在视镜液面以上。过滤漏斗如图4-2安装,在滤浆中潜没一定深度,让过滤介质平行于液面,以防止空气被抽入造成滤饼厚度不均匀。用放空阀7调节。控制系统内的真空度恒定,以保证恒压状态下操作。电动搅拌器为无级调速使用方法:A.系统接上电源,打开调速器开关,将调速钮从"小"至"大"位启动,不允许高速挡启动,转速状态下出现异常时或实验完毕后将调速钮恢复最小位。B.为安全,实验设备应接地线。C.启动搅拌前,用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌。2、操作步骤<1>.系统接上电源,启动电动搅拌器,待槽内浆液搅拌均匀,将过滤漏斗按流程图所示安装好,固定于浆液槽内。<2>.打开放空阀7关闭旋塞4及放液阀10。<3>.启动真空泵,用放空阀7及时调节系统内的真空度,使真空表的读数稍大于指定值,然后打开旋塞4进行抽滤。此后时间内应注意观察真空表的读数应恒定于指定值。当计量瓶滤液达到100ml刻度时按表计时,做为恒压过滤时间的零点。记录滤液每增加100ml所用的时间。当计量瓶读数为800ml〔900ml时停止计时,并立即关闭旋塞4。<4>.把放空阀7全开,关闭真空泵,打开旋塞4,利用系统内的大气压和液位高度差把吸附在过滤介质上的滤饼压回槽内,放出计量瓶内的滤液并倒回槽内,以保证滤浆浓度恒定。卸下过滤漏斗洗净待用。<5>.改变真空度重复上述实验。六、注意事项⒈过滤板与框之间的密封垫应注意放正,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。⒉计量桶的流液管口应贴桶壁,否则液面波动影响读数。3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。4启动搅拌前,用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。七、实验数据表表1恒压过滤原始数据表过滤压差△P滤液量压差MPa压差MPa压差MPa压差MPa滤液高度mm滤液体积ml过滤时间s过滤时间ss过滤时间s10000．000．000．000．00200100300200400300500400600500700600800700900800..表2数据整理表滤液量mlm3/m2m3/m2m3/m2/s/s/s/s/s/s/s/s00..⒎恒压过滤常数测定值的汇总表曲线序号1234过滤压差MPa过滤常数〔m3/m2〔m3/m2〔s滤饼可压缩指数S：特性参数k：八、实验结果与分析⒈过滤压差由小到大时,实验测得的、、值的变化规律的特点是什么？为什么？⒉若过滤压强增加1倍时,得到同样的滤液量所需的时间是否也减小一半？⒊滤浆浓度和过滤压强对K有何影响？九、思考题1、为什么每次实验结束后,都得将滤饼和滤液倒回滤浆桶内？2、为什么在保持悬浮液的浓度和温度相同时,才有K仅与<∆P>1-s.有关系?3、随真空度的增加,所测得的K、qe、θe、滤饼可压缩性指数S是否变化？如何变化？实验五换热器传热系数的测定实验〔气——汽对流传热一、实验目的1、通过对本换热器的实验研究,掌握对流传热系数αi测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。2、通过实验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。3、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。4、了解强化传热的基本理论和基本方式。5、掌握换热器的操作方法。二、实验内容与要求1、测定5~6个不同空气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。3、测定5~6个不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数αi。4、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。5、同一流量下,根据所得准数关联式NU=ARemPr0.4求NU0,计算传热强化比NU／NU0。6、在同一流量下分别求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数K0。三、实验原理换热器在工业生产中是经常使用的换热设备。热流体借助传热壁面,将热量传给冷流体,以满足生产工艺的需求。影响换热器传热量的参数有传热面积、平均温度差和传热系数,其中传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率,提高换热器的传热系数以强化传热过程,在生产实践中是经常遇到的问题。本实验装置是以空气和水蒸汽为介质,对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。通过分别观察冷流体流量对传热系数的影响,从而了解对流传热过程的特点。对流传热系数i的测定：〔4-1式中：i—管内流体对流传热系数,w/〔m2·℃;Qi—管内传热速率,w；Si—管内传热面积,m2；Δtm—管内流体空气与管内壁面的平均温度差,℃；因为本实验中αi<<α0,故传热管内的对流传热系数αi≈热冷流体间的总传热系数K。传热速率：〔4-2式中：V—空气流过测量段上平均体积,m3/h；ρat—测量段上空气的平均密度,kg/m3；Cpat—测量段上空气的平均比热,J/<kg•K>；Δt—传热管出口温度与空气进口温度之差,℃；测量段上空气的平均体积流量：在实验条件下传热管内的空气流量〔空气流过测量段上平均体积按下式计算：V=Vt1×<m3∕h>式中Vt1—空气入口温度〔即流量计处温度下的体积流量,m3/h；tm—测量段上空气的定性温度〔即tm=,℃；t1,t2——分别为空气的进口温度及出口温度,℃；第一套： 第二套： 上式中V20=13.909×<△P>0.648式中C0—孔板流量计孔流系数,C0=0.65A0—孔的面积,m2；d0—孔板孔径,d0=0.017m；ΔP—孔板两端压差,kpa；ρt1—空气入口温度〔即流量计处温度下的密度,kg/m3。V20—20℃时体积流量,m3/h—内壁面与流体间的温差,℃。由下式确定：式中：t1,t2—冷流体〔空气的入口、出口温度,℃；tw—壁面平均温度,℃；因为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等,用Tw表示。〔第一套Tw可由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E〔mv,根据公式Tw=8.5+21.26×E<mv>计算得到。对流传热系数准数关联式的实验确定：流体在管内作强制对流时,处于被加热状态,准数关联式的形式为：Nui=AreimPrin其中：Nui=,,Pri=物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得.经过计算可知,对于管内被加热的空气,普朗特准数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这样通过实验确定不同流量下的Rei与Nui求关联式Nu=ARemPr0.4中的常数项以Nu/Pr0.4为纵坐标,Re为横坐标,在对数坐标系上标绘～Re关系,作图、回归得到准数关联式Nu0=ARemPr0.4中的常数。处理强化管的实验数据,以Nu/Pr0.4为纵坐标,Re为横坐标,在对数坐标系上标绘Nu/Pr0.4～Re关系,作图回归得到准数关联式Nu=BRenPr0.4中的常数。3、强化比的确定:强化传热能减小传热面积,以减小换热器的体积和重量,提高现有换热器的换热能力,使换热器能在较低温差下工作。强化传热的方法有多种,本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。单纯研究强化效果<不考虑阻力的影响>,可以用强化比的概念作为评判准则,它的形式是Nu/Nu0.其中Nu是强化管的努塞尔准数,Nu0是普通管的努塞尔准数,显然,强化比Nu/Nu0>1,而且它的值越大,强化效果越好.需要说明的是,如果评判强化方式的真正效果的经济效益,则必须考虑阻力因素,只有强化比较高且阻力系数较小的强化方式,才是最佳的强化方法。强化比：将强化套管换热器求得的Re数带入普通管和强化管换热器所得的准数关联式中,可以得到Nu及Nu0,强化比=Nu/Nu0。4、换热器总传热系数K0的确定实验中若忽略换热起器的热损失,在稳态传热过程中,空气升温获得的热量与对流传递的热量及换热器的总传热量均相等,则以外表面为基准的总传热系数式中传热量已由式〔4-2得到,换热面积以管外径为基准,既S0=πd0Li,传热间壁两侧对数平均温度差△tm=式中TS—蒸汽温度,℃。在同一流量下分别求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数K0,并比较两种套管换热器K0值的大小。5、已知数据及有关常数：<1>传热管内径di<mm>及流通截面积F<m2>：已知传热管内径di=20.00<mm>=0.02<m>；流通截面积F=π<di2>/4<2>传热管有效长度L<m>及传热面积Si<m2>：〔第一套L=1.00m；〔第二套L=1.20m；管内换热面积：Si=πLd<3>t1<℃>为孔板处空气的温度,由此值查得空气的平均密度ρt1,例如：t1=38.4℃时,查得ρt1=1.122<4>传热管测量段上空气平均物性常数的确定：先算出测量段上空气的定性温度,即tm=由此查得：ρ、cp、λ<W/m·k>、μ<Pa·s>。由以上常数计算传热管测量段上空气的平均普兰特准数Pr。普朗特准数：pr=雷诺准数：<5>测量段上空气的平均流速四、实验设备主要技术数据及流程图:1传热管系数实验装置结构参数实验内管内径d1<mm>20.00实验内管外径d2<mm>22.0实验外管内径D2<mm>50实验外管外径D2<mm>57.0测量段<紫铜内管>长度L<m>第一套1.00第二套1.20强化内管内插物<螺旋线圈>尺寸丝径h<mm>1截距H<mm>40加热釜操作电压≤200伏操作电流≤10安2温度测量<1>空气入传热管测量段前的温度t1由电阻温度计测量,可由数字显示仪表直接读出。<2>空气出传热管测量段前的温度t2由电阻温度计测量,可由数字显示仪表直接读出。<3>管外壁面平均温度Tw由数字毫伏计测出与其对应的热电势E<mv,热电偶是由铜康铜组成>,由公式计算得到。〔第二套直接读取。3、电加热釜是生产水蒸气的装置,使用体积为7升<加水至液位计的上端红外线>,内装有一支2.5kw的螺旋形电热器,当水温为30℃时,用200伏电压加热,约25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热电压不超过200伏。4、气源<鼓风机>又称旋涡气泵,XGB—2型,电机功率约0.75kw,产生的最大和最小空气流量基本满足要求,使用过程中,输出空气的温度呈上升趋势,5、稳定时间是指在外管内充满饱和蒸汽,并在不凝气排出口有适量的汽<气>体排出,空气流量调节好后,过15分钟,空气出口的温度可基本稳定。6、实验设备流程图五、实验步骤1．实验前的准备、检查工作<1>第一套

向电加热釜加水至液位计上端红线处。第二套:向储水罐中加水至液位计上端处<2>〔第一套

向冰水保温瓶加入适量的冰水。<3>

检查空气流量旁路调节阀是否全开。<4>

检查普通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,启动电加热器开关,开始加热。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,标志着实验可以开始。<2>约加热10分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气人口温度t1比较稳定。<3>调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的流量值<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>。<4>稳定5—8分钟左右可转动各仪表选择开关读数t1、t2、E值。<注意：第1个数据点必须稳定足够的时间>。<5>重复<3>与<4>共做5~6个空气流量值。<6>最小,最大流量值一定要做。<7>整个实验过程中,加热电压可以保持不变,也可随空气流量的变化作适当的调节。3．转换支路,重复步骤<2>的内容,进行强化套管换热器的实验,测定5~6组实验数据。4．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>切断总电源。<4>若需几天后再做实验,则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。六、注意事项1、第一套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,是否全部没在冰水混和物中。2、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,进行下一个实验之前,如果发现水位过低,应及时补给水量。3、必须保证蒸汽上升管线的畅通。既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。4、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。5、电源线的相线,中线不能接错,实验桌铁架一定要接地。6、数字电压表及温度、压差的数字显示仪表的信号输入端不能"开路"。7、调节流量后,应稳定3~8分钟后读取实验数据。七、实验原始数据记录〔普通管、强化管实验原始数据记录表NO.1234567孔板流量计压差<KPa>t1<℃>t2<℃>Tw<mv>Tw<℃>实验原始记录及数据整理表装置编号:1—普通管NO.1234567孔板流量计压差<KPa>t1<℃>ρt1<Kg/m3>一套t2<℃>Tw<mv>Tw<℃>tm<℃>ρm<Kg/m3>λmCpmμm×10000Pr0.4dt<℃>Δtm<℃>Vt1<m3/h>V<m3/h>u<m/s>Q<W>αi<W/m2℃>ReNuNu/Pr0.4注：物性数据保留较多有效位数实验原始记录及数据整理表装置编号:1—强化管NO.1234567孔板流量计压差<KPa>t1<℃>ρt1<Kg/m3>t2<℃>Tw<mv>Tw<℃>tm<℃>ρm<Kg/m3>λmCpmμm×10000Pr0.4dt<℃>Δtm<℃>Vt1<m3/h>V<m3/h>u<m/s>Q<W>ai<W/m2℃>ReNuNu/Pr0.4NuNU0NU/NU0注:物性数据保留较多有效位数八、技术参数第一套表1温度仪表接线表作用仪表接线端作用计算机24V<+>18仪表显示输入端<+>24<->29仪表显示输入端<->1地310<转换开关0>普通管冷进14A/D<1路>411<转换开关1>普通管冷出2A/D<2路>～220V512<转换开关2>强化管冷进15A/D<3路>～220V613<转换开关3>强化管冷出3A/D<4路>714<转换开关4>釜温16A/D<5路>第一套表2热电偶显示仪表接线表作用仪表接线端作用计算机18仪表显示输入端<+>29310<转换开关1>强化管壁温输入<+>411<转换开关0>普通管壁温输入<+>～220V512仪表显示输入端<->1地～220V613普通管壁温输入<+>4A/D<6路>714强化管壁温输入<+>17A/D<7路>九、思考题1．在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？2．分析实验中影响传热系数K的主要因素是什么?3．取一组数据为例计算全过程。实验六填料塔流体力学特性实验一、实验目的使混合气〔如氨——空气混合气与液体溶剂〔如水接触。气体中的某些组分〔如氨溶解于液体,于是可溶气〔溶质与不溶气得以分离。这一操作称为"吸收",吸收是化工、轻工、环保中常用操作之一。本实验装置为一小型氨吸收填料塔,通过观察和实验可达到如下目的：1、了解填料塔的构造、流程及操作2、了解填料塔的流体力学性能。3、学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。4、掌握以Y为推动力的总体积吸收系数KYa的测定方法。二、实验内容1、选择液相流量,在该液相流量下于最小和最大气体流量之间选择不同的值测定塔的压降,得到塔压降与空塔气速的关系,确定出液泛气速。2、固定液相流量和入塔混合气氨的浓度,在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量,分别测量塔的传质能力〔传质单元数和回收率和传质效率〔传质单元高度和总体积吸收系数。三、实验原理1流体力学性能压强降是塔设计中的重要参数,气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与塔内气、液相流量有关。不同喷淋量下填料层的压强降ΔP与空塔气速u的关系如下图所示：ΔP,ΔP,kPa图1填料层的ΔP/z～u关系当无液体喷淋即喷淋量L0=0时,在对数坐标纸上,干填料的ΔP～u的关系是直线,如图中的直线0。当有一定的喷淋量时,在对数坐标纸上以u为横坐标,ΔP/z为纵坐标,标绘ΔP/z~u的关系曲线,此曲线为一折线,并存在两个转折点,下转折点称为"载点",上转折点称为"泛点"。这两个转折点将ΔP～u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。2传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数,而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备〔填料类型与尺寸,吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。本实验所用的空气—氨混合气体中氨的浓度很低〔摩尔比为0.02,所得吸收液的浓度也不高。吸收过程为低浓度吸收,气—液平衡关系服从亨利定律,可用方程式Yж=mX表示。又因是常压操作,相平衡常数m值仅是温度的函数。一般,生产上要求吸收过程的吸收率尽可能高。吸收率为：吸收率：η=式中:V——混合气中不溶气<惰性气>之量<Kmol/h>;Ya、Yb——吸收前、后混合气中溶质与不溶气之比<Kmol溶质/Kmol不溶气>Y与y或P之间关系为Y=Y=对于低浓度吸收体系,Y≈y,X≈x。溶质的吸收率为：η=⑴NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式进行计算 〔6-1-1 〔6-1-2 〔6-1-3 〔6-1-4 〔6-1-5式中：Z—填料层的高度,m；HOG—气相总传质单元高度,m；NOG—气相总传质单元数,无因次；Y1、Y2—进、出口气体中溶质组分的摩尔比,；Ym—所测填料层两端面上气相总对数平均推动力的值；Y2、Y1—分别为填料层上、下两端面上气相推动力；Y1=Y1-Y1※=Y1-mX1；Y2=Y2-Y2※=Y2-mX2X2、X1—进、出口液体中溶质组分的摩尔比,；m—相平衡常数,无因次；KYa—气相总体积吸收系数,kmol/〔m3·h；V—空气的摩尔流率,kmol/h；Ω—填料塔截面积,m2；。η—混合气中氨被吸收的百分率〔吸收率,无因次。⑵操作条件下液体喷淋密度的计算 〔6-1-6最小喷淋密度经验值为0.2m3/〔m2·h⑶相平衡常数m的确定。本实验为低浓度吸收,当操作温度压力一定时,m为常数。液相浓度在5％以下时,系统的相平衡常数与温度的关系如下：温度/℃01020253040m0.2930.5020.7780.9341.2501.938四、数据处理1、干填料塔流体力学性能测定〔干填料时由U形管压差计读得ΔP,计算单位填料层高度上的压降ΔP/Z,塔中空气流速<空塔气速>为 U=因为空气流量计处温度不是20℃,需要对读数进行校正,空气实际体积流量Vn为：第一套装置空气实际流量 <m3/h>第二套装置空气实际流量 <m3/h>在对数坐标纸上以ｕ为横坐标,ΔP/Z为纵标坐图,标绘ΔP/Z~ｕ关系曲线。2、湿填料塔流体力学性能测定在一定的液体喷林密度下进行试验,测定液体在塔截面上的喷林密度,其他试验测定数据和数据处理的方法及要求与干填料塔流体力学性能测定时相同。喷淋密度U=3、传质实验〔1空气实际流量第一套装置空气实际流量 〔m3/h第二套装置空气实际流量 〔m3/h〔2氨气实际流量为：〔m3/ha>塔底气相浓度Y1=<kmol氨气/kmol空气>注意空气流量、氨气流量的单位相同.；b>塔顶气相浓度Y2=<kmol氨气/kmol空气>式中:MH2SO4滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度,mol/l；VH2SO4滴定时所消耗标准硫酸溶液的体积,L；V量气管滴定时量气管中的体积变化值,L；T量操作条件下量气管中的绝对温度,K；T0标准状态时绝对温度,T0=273.2K；22.4气体在标准情况下的常数,22.4L／molc>塔底液相浓度X1=<kmol氨气/kmol水>式中:VNH3为滴定所准确吸取的塔底流出液的体积,ml；MH2SO4滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度,mol/l；VH2SO4滴定所用标准硫酸溶液的体积,ml；d>求△Ym平衡浓度：Y1*＝mX1平衡浓度：Y2*＝mX2ΔY1=Y1-Y1*ΔY2=Y2-Y2*平均浓度差ΔYm=<△Y1-△Y2>/㏑<△Y1/△Y2>〔kmol氨气/kmol空气气相总传质单元数NoG=<Y1-Y2>/△Ym气相总传质单元高度〔m空气的摩尔流量<kmol/s>塔的横截面积<m2>气相总体积吸收系数〔kmol/<m3．S>〕回收率五、设备主要技术数据:1、设备参数:<1>鼓风机：XGB型漩涡气泵；型号2；最大压力1176Kpa；最大流量75m3/h。<2>填料塔：材质为硼酸玻璃管,内装10×10×1.5瓷拉西环,填料层高度Z=0.4m,填料塔内径D=0.075m<3>液氨瓶一个2、流量测量:<1>空气转子流量计:型号:LZB25流量范围:2.5-25m3/h精度:2.5%<2>水转子流量计:型号:LZB6流量范围:6-60L/h精度:2.5%3/h精度:2.5%六、吸收实验流程示意图1、第一套实验流程示意图实验流程示意图：空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用U形管压差计13测定。2、第二套实验流程示意图见下图图1填料吸收塔实验流程示意图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七、试验方法及操作1、测量干填料层〔ΔP/Z－ｕ关系曲线：先全开调节阀2,后启动鼓风机。用阀2调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降ΔP<第二套装置还要读取对应的空气流量压强降>、转子流量计读数和流量计处空气温度。然后在对数坐标纸上以空塔气速ｕ为横坐标,以单位高度的压降ΔP/Z为纵坐标,标绘干填料层〔ΔP/Z－ｕ关系曲线。2、测量某喷淋量下填料层〔ΔP/Z－ｕ关系曲线：当水喷淋量为40L/h时,用上面相同方法读取填料层压降ΔP、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。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为40L/h下的〔ΔP/Z－ｕ曲线,确定液泛气速并与观察的液泛气速比较。3、传质实验1吸收过程<1>、选择适宜的空气流量和水流量〔建议水流量为30L/h根据空气流量计算出进塔的氨气流量使混合气体中氨组分为0.02－0.03左右摩尔比。<2>、先调节好空气流量和水流量,打开氨气瓶总阀8,用氨转子流量计调节氨流量,使其达到需要值,在空气、氨气和水的流量不变条件下,操作一定时间,系统基本稳定后,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加大或减少空气流量,相应地改变氨流量,使混合气体中氨的浓度与第一次实验相同,水流量与第一次实验也应相同,重复上述操作,测定有关数据。〔4实验完毕后,关闭进水阀门,关闭风机,并将所有仪器复原。2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的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。b、用移液管向吸收瓶内装入5ml浓度为0.005M左右的硫酸并加入1－2滴甲基红指示液。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。塔顶尾气滴定至少进行2次,并取2次滴定量气管内体积读数的平均值用于计算。d、用下式计算尾气浓度Y2因为氨与硫酸中和反应式为：2NH3+H2SO4=<NH4>2SO4所以要达到化学计量点<滴定终点>时,被滴定的摩尔数nNH3、滴定剂的摩尔数nH2SO4之比为：nNH3：nH2SO4=2：1nNH3=nH2SO4=2MH2SO4·VH2SO4Y2

式中符号说明见试验原理部分.3塔底吸收液的分析方法:a、当尾气分析吸收瓶达终点后,即用锥形瓶接取塔底吸收液样品,约200ml并加盖。b、用移液管吸取塔底溶液10ml置于另一个锥形瓶中,加水50ml,加入2滴甲基红指示剂。c、将浓度约为0.05mol的硫酸置于酸滴定管内,用以滴定锥形瓶中的塔底溶液至终点。塔底吸收液的滴定分析至少进行2次,并取2次滴定时所消耗硫酸体积的平均值用于计算。八、注意事项：〔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在进行平行滴定时,必须保持系统中各流量稳定。九、附表1、试验原始数据及计算结果表干填料时〔△P/Z——u关系测定表1干填料时〔△P/Z——u关系测定L=0；填料层高度Z=0.4m；塔径D=0.075m序号填料层压强降mmH2O对应空气流量压强降mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m空气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度℃对应空气流量m3/h空塔气速m/s塔内操作现象123456789101112<2>喷淋量为L时：△P/Z~u关系测定表2湿填料时〔△P/Z——u关系测定L=40L/h填料层高度Z=0.4m塔径D=0.075m序号填料层压强降mmH2O对应空气流量压强降mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m空气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度℃对应空气流量m3/h空塔气速m/s塔内操作现象123456789101112〔3传质实验数据：表3填料吸收塔传质实验数据表被吸收的气体混合物：空气＋氨气；吸收剂：水；填料种类：瓷拉西环；填料尺寸：10×10×1.5mm；填料层高度：0.4m；塔内径：75mm实验项目单位12空气流量空气转子流量计读数m3/h转子流量计处空气温度℃流量计处空气的体积流量m3/h氨气流量氨转子流量计读数m3/h转子流量计处氨温度℃流量计处氨的体积流量m3/h水流量水转子流量计读数L/h水温度℃水流量L/h塔顶Y2的测定测定用硫酸的浓度Mmol/l测定用硫酸的体积ml滴定时量气管内空气的总体积ml量气管内空气的温度℃塔底X1测定滴定用硫酸的浓度mol/l滴定用硫酸的体积ml样品的体积ml塔底液相的温度℃4实验计算结果表实验项目单位12塔底气相浓度Y1Kmol氨/kmol空气塔顶气相浓度Y2Kmol氨/kmol空气塔底液相浓度X1Kmol氨/kmol水相平衡常数mY1*Kmol氨/kmol空气平均浓度差△YmKmol氨/kmol空气气相总传质单元数NOG气相总传质单元高度HOGm空气的摩尔流量VKmol/h气相总体积吸收系数KYaKmol氨/<m3×h>回收率η％九、报告内容⒈将实验数据整理在数据表中,并用其中一组数据写出计算全过程。⒉将Δp～u的关系在双对数坐标纸上表示出来。十、思考题1、流体通过干填料压降与湿填料压降有什么异同？2、填料吸收塔当提高气体流量时,对X1、Y1有何影响？3、气体温度与吸收剂温度不同时,应按哪个温度计算相平衡常数？实验七二元汽液相平衡数据测定一.实验目的：1.掌握二元物系气液相平衡数据测量方法。2.练习操作实验设备。二.实验内容：测定乙醇─正丙醇系统气液平衡〔t-x-y和〔x-y关系曲线三、实验装置：平衡釜〔如图一所示物系<乙醇─正丙醇>纯度：分析纯；乙醇沸点：78.3℃；正丙醇沸点：97.2℃。折光指数与溶液浓度的关系见表1。表7-1温度─折光指数─液相组成之间的关系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.599025℃1.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37051.368030℃1.38091.37961.37841.37591.37551.37121.36901.366835℃1.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.3650<续表1>0.64450.71010.79830.84420.90640.95091.00025℃1.36071.36581.36401.36281.36181.36061.358930℃1.36571.36401.36201.36071.35931.35841.357435℃1.36341.36201.36001.35901.35731.36531.3551对30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也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为折光仪读数<折光指数>。由质量分率求摩尔分率<ＸA>：乙醇分子量ＭA＝46；正丙醇分子量ＭB＝60。图7-1气液平衡实验装置流程示意图四.实验方法及步骤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<例如30℃>。测温管内倒入甘油,将标准温度计插入套管中。配制一定浓度<体积浓度10％左右>的乙醇─正丙醇混合液<总容量50毫升>,然后倒入平衡釜中。打开冷凝器冷却水,接通电源调节电位器缓慢加热,冷凝回流液控制在每秒2-3滴。稳定回流20分钟,以建立平衡状态。达到平衡时停止加热,用微量注射器分别取两相样品用阿贝折光仪分析其组成。从釜中取出6毫升液体后,在补充6毫升的乙醇溶液,重新建立平衡。实验测12~13组数据。所加溶液视上一次的平衡温度定,以免实验数据点分布不均。检查数据合理后,停止加料并将加热电压调为零。停止加热后10分钟,关闭冷却水,一切复原。五.使用本实验设备应注意事项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．本实验设备加热功率由电位器来调解,固在加热时应注意加热千万别过快,以免发生爆沸<过冷沸腾>,使液体从平衡釜冲出,若遇此现象应立即断电。3．开车时先开冷却水,再向平衡釜供热;停车时则反之。4．测浓度用折光仪读取折光指数,一定要同时记其测量温度,并按给定的折光指数─质量百分浓度─测量温度关系<见表1>测定有关数据。六.实验数据表2、实验数据表序号123456平衡温度℃液相折光指数气相折光指数液相质量分数气相质量分数液相摩尔分数气相摩尔分数序号78910111213平衡温度℃液相折光指数气相折光指数液相质量分数气相质量分数液相摩尔分数气相摩尔分数绘制〔t-x-y和〔x-y关系曲线七、思考题1、在汽液相达到平衡时,其沸点随外压的改变是如何变化的？2、在连续测定法实验中,样品的加入量应十分精确吗？为什么？3、试分析哪些因素是本实验的误差主要来源？实验八精馏塔性能实验一、实验目的⒈了解板式精馏塔的基本构造、精馏设备流程及各个部分的作用,观察精馏塔工作时塔板上的水力状况。⒉学习精馏塔性能参数的测量方法,并掌握其影响因素。二、实验内容⒈测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后的全塔理论板数和总板效率。⒉测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后的相邻两块板的单板效率。3.测定精馏塔在某一回流比下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。三、实验原理对于二元物系,如已知其汽液平衡数据,则根据精馏塔的原料液组成,进料热状况,操作回流比及塔顶馏出液组成,塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT。按照式〔8-1可以得到总板效率ET,其中NP为实际塔板数。<8-1>部分回流时,进料热状况参数的计算式为<8-2>式中：tF—进料温度,℃。tBP—进料的泡点温度,℃。Cpm—进料液体的平均摩尔热容,kJ/〔kmol．℃。rm—进料液体的平均摩尔汽化潜热,kJ/kmol。Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2,kJ/〔kmol．℃<8-3>rm=r1M1x1+r2M2x2,kJ/kmol<8-4>式中：Cp1,Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度〔tF+