能源化工管理工大化工原理实验讲义

20119 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”两个实验，各套实验数据均采用计算机处理，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。20119 第一 实验基础知 第一 学生实验守 第二 实验教学目 第三 实验的特 第四 实验教学内容与方 第五 实验的误差分 第六 实验数据的处 第七 实验各环节要 第二 演示型实 22实验 静力学实 实验 柏努利实 实验 边界层演示实 实验 塔板水力学性质演示实 第三 验证型实 30实验 流体流型的观察与测 实验 流体流动阻力的测 实验 离心泵特性曲线的测 实验四过滤常数的测 实验 传热系数的测 实验 填料吸收塔流体力学性能的测 实验 填料吸收塔体积传质系数的测 实验 板式塔精馏实 实验 干燥实 第四 综合型实 62实验 无机膜分离实 实验 离心泵计算机采集及自动控制实 实验 微粉的粒度分级及粒度测 实验 液-液萃取塔的操作及其传质单元高度的测 实验 流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测 第一 实验基础知第一 学生实验守2456第二 实验教学目第三 实验的特第四 实验教学内容与方实验内 实验地

膜分离实 化工原理实验2053050第五 实验的误差分121级精度仪表，即为：其中：nXiiXmn3随机误差（或称偶然误差过失误差（或称粗大误差1、偶然（随机）当测量次数n→∞f(x)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。现在我们来考虑一下σ值对分布曲线的影响，由式（1－8）可见，数据的均方误差σ愈小，e指数的绝对值就愈大，yx=0y值也就愈大，反之，σx=0y1－2对三图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2若随机误差在－σ～＋σ即误差在的范围内出现的概率为，而超出这个范围的概率则为（φ(t)t1-11-1t3703σ范围，由于在测量中3σ规则。由此认为，的误差已不属于偶然误差，这可能是由于过失3其中：yx为直接测量值。 ΔxΔy其中：σi函数极限误 函数标准误 第六 实验数据的处1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，因此它与测量仪表的精确度有关，在有效数字中只许可包含一位估计数字（末位为估计数字1℃24.520.36℃有效数字是四位，其中第四位是估计值。51.10.0515克都是三位有效数字，15001.5×1041.500×104212.312.3512.412.4512.412.5。62.35℃， 45.2℃。两个量相乘（或相除）的积（或商1—体积流量时间数局部损失读数1—Re×10-λ×10-213mb，便可得到直线的方程表示式：Δy/Δx之比值求得,bb不易从图上读得时可用下式计算：y=bxmY=lgy；B=lgb；X=lgx上式该写成：x、yY=lgyX=lgxm=Δy/Δx=(Y2-Y1)/(X2-X1)=(lgy2-lgy1)/(lgx2-为了避免将每个数据都换算成对数值，可以将坐标的分度值按对数绘制（即双对数坐标xyX=lg1=0，Y=B=lgb,x=1yb。b值亦可用计算方法求出，即在直线上任取一组（x,y）y=bxm方程中，用mb值。即令（xi,yi（i=1,2…n由式℃℃式代入℃r相关系数是用来衡量两个变量线性关系密切程度的一个数量性指标。r1[1][解]1[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am[解 b=lga=- 2第七 实验各环节要化工原理实验包括℃实验预习；℃实验操作；℃测定、记录和数据处理；℃编写等四个主要环节，各个环节的具体要求如下：abc实验装置及流程图（包括实验设备的名称、规格与型号等de3～4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231＇23〃83〃0.1℃22.4℃22.40℃Reλ值，可按以下方法进行。例如，ReReλU型压差计读数测定，则λ4实验的理论依据（实验原理摘要300字为宜。关键词（Key3－8个关键词。结论（结束语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]．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：“．文献书刘晓华，李淞平．螺旋线圈强化管内单相流体传热的研究[J]赵汝溥，管国锋．化工原理[M]．北京：化学工业出版社，1999.7（Topic（Author（Abstract文献的格式，具体可参考国家标准：GB7713－87《科学技术报告、学位论文和学术论文的GB7714－87第二 演示型实实验 静力学实一 实验目的与要二 实验装置示意图 流体静力学实验装置三、2、90A4、5、6、7、8＃4＃5差压计读数 [ 柱＃6差压计读数 [ 柱＃7差压计读数 [ 柱＃8差压计读数 [ 柱B4、5、6、7、8＃4差压计读数 [ 柱＃5差压计读数 [ 柱＃6差压计读数 [ 柱＃7差压计读数 [ 柱＃8差压计读数 [ 柱09四 计算与讨测压强时，槽中压强P 测真空度时，槽中真空度 4、586399就不流水了，实验 柏努利实2u1=u2,P2<P1Σhf=0u1=u2,P2=P1。若u1>u2,p1<p2u1=u2=0时，p1=p2。2－21 2 将阀7、3半开，观察并记录各个测压管的高度，并思考A、EB、D两管中，C、D 实验 边界层演示实一、二 实验装置及原式中：n代表气体折光率，ρ2－3边界层演示装置2－4aa点上原来已有背景的投入光再加上偏折光重叠，这样a点特别明亮，无数环状亮点所组成的图形就反映出边界层的形状。反之，原投射点-b三、问题与讨论实验 塔板水力学性质演示实一、二 实验装图 塔板水力学演示装置三 实验操作的基本步第三 验证型实实验 流体流型的观察与测12Re3雷诺（Reynolds）u外，还Re<2000~2300时为层流，Re>4000时为湍流，2000<Re<4000时为过渡区，在此区间流型du仅为流量的函数。对于流体水来说,ρμ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。20001600

1－1123567ReRe临界值，并分析和比较两种情况下的实验结果。1234实验 流体流动阻力的测λRe之间的关系；25Δpf的因素有：流体性质：密度ρ和粘度μ；dlε；u；Δpf=f(d,u,ρ,μ,l, (2-(2-若实验设备已定，(2-2)hf (2-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)hf (2-所以 (2-即 (2-式中λ(2-6)式可知，λRe及管壁的相对粗糙度ε/d有关。若流体为层(2-UU型管压差计，计算公式请自行推导；实2-1。(2-u，由(2-7)ζa、实验流程图（2-1-光滑管，2-粗糙管，3-层流管，4-管内径管内径90°122步骤。3Re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。先将控制阀开至最大，F0.3kPaFFF14～16个点。5c）或(L/h)(流a、实验流程图（2-自动测量阻力实验装置具有在线操作功能，2-2-2 管内径测量段长度UUλ～ReuλξReduρ/μAuAλ～Rec1、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23、如何检测管路中的空气已经被排除干净4λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用5、在不同设备上(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实验 离心泵特性曲线的测(H)、轴功率(P)(η)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3-11-12-2+z1++H +z2 (3-H□H (3-式中 h0—表示泵出口和进口间的位差ρ—流体密度，kg/m3g—重力加速度p1、p2—u1、u2—泵的有效功率(Pe)和效率(η)分别由下面（3-3）和(3-4)(3-(3-P由式(3-3)和(3-4)（3-（3-（3-（3-(3-2)p1和p2ρ；由功率表计量电机输入功率，由电a3-13-1。3-1112～16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布一个实验点，以后实验数34c3-2水温 a40cmh0=0.2m。13、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（vp1p2P电nt0）23-2c、实验数据记录（3-3离心泵原始数据3-3装置号 ，离心泵型号 ，额定流量 ，额定扬程 ，额功率 ，流体温度 泵进口压力p1p2Pn′=2900r/m(转每分钟)对应1234568Heqv实验四过滤常数的测定12、测定在恒压操作时的过滤常数K，qe，τe31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：式中：V——A——τ——VK——m2/s；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r——滤饼的比阻，m-μ——v——获得单位体积滤液所形成的滤饼，m3/m3Δτ/Δqq(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2qe/KKqe。4－1Δτ/Δqq2s两边取对数 KΔp的关系在双对数坐标上标绘是一条直线，斜率为（1-s，由此可计算出sΔp～KKK、Δpk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- 板框压滤机过滤流程示意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；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；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；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。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123压力差时间体积时间时间K实验 传热系数的测1Kα2α3如果实验设备保温良好,系统的热损失可忽略不计, ρ——流体的密度，m3/kgA— qv——流体的体积流量,m3/s Ts——水蒸气的温度 ti、to——冷流体的进、出口温度——传热对数平均温度差Q ，m2tαNu=CRem m,C。可得Dittus－Boeiter关联式 n=0.4（流体被加热）5.1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。℃123五、数据处理1、原始数据记录表温度 PTtt实验 填料吸收塔流体力学性能的测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U型压差计测量。6.1 实验数据记值实际流量计前表压计前温度填料层实验 填料吸收塔体积传质系数的测二、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h——填料层高度，m；GB——Y1、Y2——进出塔气体浓度，kmolNH3/kmol℃Ym——Vo 式 T1、P1——T2、P2——式 A——塔的截面积V0，NH3 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； 式流量计测得的空气体积（标准态）Y2。 V02＝V2P2T0/P0T2,mlV2——T2、P2三、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100mmф12mm*12mm*1.3mm或矩鞍打开旁路阀，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%（体积百分比（30分钟左右34 湿式流六．若进塔气体的操作条件不变（流量与浓度实验 板式塔精馏实123FxF=DxD+严重的液沫夹带现象严重的漏液现象的汽液平衡关系，通过实验测得的塔顶产品组成xD、料液组成xF、进料热状态q、残液组成四、实验装置

81n板的组成8－2实验装置为一小型筛板塔，共有15（16）层筛板，板上开有28个，塔径D0=50mm=100mm,h=10mm,塔体部分上中下各装有一玻璃段，用以观察塔板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）2KW型调压器控制点加热量，亦即塔内上升蒸汽量。塔顶和釜底的温度用铂电阻温度指示仪记录。15%~20%(用酒精比重计测)2/315～30min后，由塔顶取样管和塔底取样口1ml左右10~20%（１）（２）2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热（３）N-实验 干燥实123U式中：U—干燥速率，kg/m2.sS—Δτ—GC—ΔXΔτ将干燥曲线（9－1）UX间的关系，并进行绘制即可得干燥速率曲线（9－2。图9－1干燥曲 图9－2干燥速率曲

9－11220分钟，干湿球温度计不再变化后，34（0.2克，记录下湿物料质量与之相对应的时间，5120℃1~2五、实验数据记录质量时间时间间隔123第四 综合型实实验 无机膜分离实1234、掌握表征膜分离性能参数（膜通量、截留率、粒径分离效率等）5由压力推动的膜过程的显著特征是溶剂为连续相而溶质浓度相对较低，在压力（推动力）的作用下，溶剂和部分溶质分子或颗粒通过膜，而另一些分子或颗粒则被截留。截留程度取决（Orverseosmoise，超滤（utrafiltrtion，微滤（microfltration，纳滤（nanofiltraion。1（浓缩物通常原料混合物、截留物及透过物为液体或气体，有时可在膜的透过物一侧加入一个清扫流体以帮助移除透过物。半透膜可以是薄的无孔聚合物膜，也可以是多孔聚合物、陶瓷或金属材料的薄膜。1－1①截留率 指料液中分离前后被分离物质的截留百分数c1、c2表示料液主体和透过液中被分离物质（如盐、微粒和大分子等）②透过速率（膜通量）J 指单位时间、单位膜面积上的透过物量，常用的单位为kmol•m-2•s-1或m3•m-2•s-1。由于操作过程中膜的压密、堵塞等原因，膜的透过率将随时间减少。 m——（在膜管内流动的实际流体流速，料浆浓度、温度、酸碱性（pH值）℃℃固体颗粒的粒径分离效率若对悬浮液中的固体颗粒进行分离，粒径大于膜孔径的固无机陶瓷膜微滤设备--α-Al2O350nm0.2μm、0.8μm0.1m21－21V2、V4、V5、V7、V9V1、V6、V8在开启V30.3—0.7Mpa。2℃℃注意：开泵前必须再次检查是否阀门均处于正确位置，防止出现“空转”或“打闷泵”情℃℃V3、V8℃℃运行结束后打开阀V1、V2、V4、V5、V7、V9℃清洗设备，打开阀V3，V8℃℃3 33，将“自动/手动”开关打向自动，即可实现自动反冲。 4511CaCO3（TiO2）悬浆体系（CaCO3体系或其他待分离物系如中药水提液、工业废水等，膜管为19通道不对称ZrO2微滤无机陶瓷膜（膜面积0.1m22改变操作条件如膜管孔径，操作压差，膜面流速，料浆浓度、温度、酸碱性（pH值）等O3（1％NOO3（O2O3（O2在膜表面附着力不强，所以清洗方法选用清水清洗加压缩空气反冲方式即可。在膜装置料桶中加入蒸馏水或者去离子水，进行清洗实验，记录膜通量，与清水通量进行对比，看看清洗对膜通量的恢复程度。如对其他实际分离物系，需在实验前通过文献调研，选择合适的清洗方案，获指导教师认可后，才能进行实际的膜分离实验。否则，清洗方法不确定就进行膜分离实验，膜管污染得不到及时清洗，时间长了会损坏膜管。3J~tR膜清洗方法、膜性能表征方法及所需仪器仪表等，预习报告经指导老师检查后合格才允许进入实际实验；12pH34实验 离心泵计算机采集及自动控制实一、实验目的二、实验原理一个完整的微型计算机采集和控制系统由硬件和软件组成。硬件一般包括计算机、标准外1为一个典型的计算机自动控制系统。事先将被控对象的状态设定值和数学模型输入计算机，然后，计算机（最基本的是执行实现控制规律的算法并与设定值比较，对偏差按控制规律求调整值，通过执行机构控制被控对象。其最终目的是使偏差接近于“0”。这类控制系统称为闭路循环控制系统，是目前使用最广泛的计算机控制系统。图1并送给计算机进行处理。由于所测量的被控对象的信号参数往往是非电性质的，例如温度、压力、流量、位置等到。因此，在测量时，必须先把这些非电量信号转变为相应的电信号。传感器就是执行这一任务的器件。传感器输出的电信号通常为模拟形式的直流电压和模拟形式的直图2图3（b）计算机采集数据（手动－人工调节流量计算机过程控制实验（自动调节流量实验 微粉的粒度分级及粒度测一、实验目的掌握沉降速度的概念；掌握斯托克斯沉降公式的应用——所以精确测量它们的粒径是困难的。不规则形状的颗粒，它的粒径是测量方向的函数，而且还是测量物理方法的函数。这表明：在不同条件下，用不同方法测量，其结果是不同的。颗粒粒度的测定方法有很多种，有筛分法、沉降法、激光法、小孔通过法和吸附法等，下面仅介绍沉降法和激光法。 ρs——颗粒的密度，kg/m3;ρh——颗粒下沉的距离，mthmmμm 从式（3－3）Kρsρμ有关，而沉降介ρμ都随沉降介质的温度而变化。1。散射光的传播方向将与主光θθ的大小与颗粒的大1I1I211所示的光束中的适当的位置上放置一个富氏透镜，在该富氏透镜的后焦平面上放置一组2所示295％～99.5%1图3（1）测量范围：0.1-重复性误差：＜3%（D50的偏差测定时间：1-3分钟/样品浓度：10-60（遮光率数值（D50电源：AC220V50HZ635nm,128g816g。再取84g30分钟内保持稳定。分散需要外加能量。称取一定量（2～4g）的试10~15ml沉降液（注：沉降液必须根据试样的种类选择，自定），滴入3～43010～15min沉降液粘度的测 采用旋转粘度计测定或由相关手册查得100cm处的刻度线平齐。循环通水，（4）表 沉降管法粒度测定结果记录测定温度 500ml250ml用激光粒度仪进行粒度测试前要先将样品与介质混合配置成悬浮液，介质的作用是使样品团聚等物理变化；不与样品发生化学反应；透明纯净无杂质。最常用的有蒸馏水和乙醇。（3）500ml介质。5