化工原理实验讲义-徐.

化工原理实验许昌学院化学化工学院化工教研组目录流体流动阻力测定实验 (1)离心泵性能测定 (5)流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定 (7)板式精馏塔的操作及其性能评定 (9)能量转化实验 (15)雷诺实验 (18)气-汽对流传热综合实验 (22)流量计流量的校正实验 (27)填料吸收塔的操作及其Kya的测定 (34)流体流动阻力测定一、实验目的1．了解流体流动阻力的测定原理及方法；2．测定流体流过直管时的摩擦阻力,并确定摩擦系数与雷诺数的关系； 3．测定流体流过管件时的局部阻力,并求出阻力系数；4．了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理、学会正确使用。

二、实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压强损耗。

这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体运动方向改变或因管子大小形状改变所引起的局部阻力。

1．直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。

流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ρρff P P P h ∆=-=21 （1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22u d l h fP f λ==∆ （2）整理（1）（2）两式得22uP l d f∆⋅⋅=ρλ （3） μρ⋅⋅=u d Re （4）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△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。

根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。

2．局部阻力系数ζ的测定流体通过某一管件或阀门的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示。

由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短，引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计，因此动能系数之值可应用伯努利方程由压差计读数求出。

22'u P h ff ζρ=∆=' （5） 2'2u P f∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （6）图1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降'f P ∆ 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3，使ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇ 则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇在a~a ＇之间列柏努利方程式： P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （7） 在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f= △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （8） 联立式（7）和（8），则： 'f P ∆＝2（P b －P b ＇）－（P a －P a ＇）为了实验方便，称（P b －P b ＇）为近点压差，称（P a －P a ＇）为远点压差。

用差压传感器来测量。

三、实验装置图图2 流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18-粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；四、实验步骤1．向储水槽内注水，直到水满为止(有条件最好用蒸馏水，以保持流体清洁) 。

2．大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热10～15分钟，调好数字表的零点。

3．关闭泵的出口阀门，开电源、启动循环水泵开关。

4．打开各阀门，包括测压阀，流量调到最大，排尽管道内空气，以免影响U型管压差计读数。

5．局部阻力测定关闭阀门17和18，测定不同开度下（全开，1/2开，1/3开，1/4开等，开度不同，阻力不同）球形阀的流量及压降。

注意：全开时阻力小，用U型管压差计测量，其余用压力传感器读数。

使用差压变送器，当测量远点压差时，要把通向近点压差的阀门关闭；同样当近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。

记录水温，如有变化，记录初值和结束值，取平均值。

6．光滑管阻力测定⑴将光滑管阀17及测压点9、19全开，其余阀门关闭。

⑵倒U管调零⑶该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量。

⑷差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流量时用倒置∪型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。

0—100L/h范围取10个点；100—700L/h范围取15个点，测每个流量下的压差。

7．粗糙管阻力测定方法同光滑管8．待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。

五、注意的事项1．启动或关闭离心泵之前，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。

2．利用压力传感器测量大流量下△P时，应切断空气—水倒置∪型玻璃管的阀门18、20否则影响测量数值。

3．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。

4．较长时间未做实验，启动离心泵之前应先盘轴转动，否则易烧坏电机。

六、数据记录七、思考题预习报告思考题：1．本次实验在安全方面需要注意哪些问题？2．本实验涉及到哪些测量仪器？如何读数？实验报告思考题：1．本次实验中，使用的倒U型管和压力传感器有哪些相同点？又有何区别？2．本次实验中，管路阀门、转子流量计阀门及离心泵开关，在启动时三者顺序如何？关闭时三者的顺序又如何？离心泵性能测定一、实验目的1．了解离心泵的构造与特性，掌握离心泵的操作方法；2．测定并绘制离心泵在恒定转速下的特性曲线。

二、实验原理离心泵的压头H 、轴功率N 及效率η与流量Q 之间的对应关系，若以曲线H ～Q 、N ～Q 、η～Q 表示，则称为离心泵的特性曲线，可由实验测定。

实验时，在泵出口阀全关至全开的范围内，调节其开度，测得一组流量及对应的压头、轴功率和效率，即可测定并绘制离心泵的特性曲线。

泵的扬程He 有下式计算：f h gp p g u u h He ∑+-+-+=ρ12212202而泵的有效功率Ne 与泵效率η的计算式为：Ne ＝QHe ρg ；η＝Ne/N测定时，流量Q 可用涡轮流量计或孔板流量计来计量。

轴功率N 可用马达－天平式测功器或功率来表测量。

同样，固定离心泵出口阀开度，改变泵的频率从而改变泵的转速，测得一组流量及对应的压头、轴功率和效率，即可测定并绘制管路的特性曲线。

三、实验装置图图1 离心泵性能测定实验流程示意图1-离心泵；2-水箱;3-进水阀；4-入口真空表；5-出口压力表； 6-智能流量调节阀；7-涡轮流量计；8-温度计；9-放水阀；水泵1将水槽2内的水输送到实验系统，用流量调节阀6调节流量，流体经涡轮流量计7计量后，流回储水槽。

四、操作步骤1．熟悉实验装置及仪器仪表等设备，做好启动泵前的准备工作；将泵盘车数转，关闭泵出口阀。

2．全开泵进口阀，待泵内灌满水后启动离心泵，并逐渐打开离心泵出口阀以调节流量。

在操作过程稳定条件下，在流量为零和最大值之间，进行20次测定。

在每次测定流量时，应同时记录流量计、温度、真空计、压力表、功率测定器示值。

3．固定出口阀的开度，改变泵的频率，在0和50HZ间进行20次测定。

4．数据取全后，先关闭泵出口阀，再停泵。

五、实验注意事项1．该装置电路采用五线三相制配电，实验设备应良好地接地。

2．使用变频调速器时要注意FWD指示灯亮，切忌按REV指示灯亮，电机反转。

3．开关离心泵前要管出口阀门。

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。

六、数据记录表二、管路特性曲线测定实验数据记录七、思考题1．离心泵开启前，为什么要先灌水排气？2．启动泵前，为什么要先关闭出口阀，待启动后再逐渐开大？而停泵时也要先关闭出口阀。

3．离心泵的特性曲线是否与连结的管路系统有关？4．离心泵的流量可由泵出口阀调节，为什么？流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定一、实验目的1．掌握测定物料干燥速率曲线的工程意义；2．熟悉实验干燥设备的流程、工作及实验组织方法；3．了解影响干燥速率曲线的因素。

二、实验原理干燥原理是利用加热的方法使水分或其它溶剂从湿物料中汽化，除去固体物料中湿分的操作。

干燥的目的是使物料便于运输、贮藏、保质和加工利用。

本实验的干燥过程属于对流干燥，干燥曲线和干燥速率曲线的关系：含水率C ：单位干物料G c 中所带的水分量W 定义： C= －cG W（kg 水／kg 干） （1） 含水率随时间的变化作图，见图1：图1 干燥曲线图干燥过程分为三个阶段：Ⅰ.物料预热阶段； Ⅱ.恒速干燥阶段； Ⅲ.降速干燥阶段。

干燥速率N A 的定义表示：单位干物料在单位时间内所汽化的水量 即：N A ＇= －τd G dWc (kg 水／kg 干．s) (2)对(1)式求导得： dW ＝－G c dC (3) 所以， N A ＇= －τd G dW c = －τd dC(4)也就是说，在干燥曲线图中含水率随时间变化曲线上的任何一点切线的斜率值即为干燥速率值，将这些斜率的变化值对应于含水率作图即为干燥速率曲线图，见图2。

每隔一段时间读取湿物料的重量，然后将湿物料重减去干物料的重，从而就测得了C与τ的关系。

三、实验装置图四、实验步骤1．在实验操作前从加水斗加入220~300ml水2．按下变频器RUN，通过旁路阀10调节流量至14－18m3/h任何一恒定值。

3．待加入的水充分均匀地分散在硅胶表面后，打开加热开关。

4．仔细观察进口温度与床层温度的变化，待床层温度升至39℃，即开始取第一个样品，此时的时间设定为0。

5．按照原始数据的时间间隔取样，总共采集14组数据。

五、实验注意事项1．加入水后待硅胶吹散后再打开加热开关。

2．开始两个数据间隔时间较短，提前做好充分的准备采样。

六、数据记录七、思考题1．定干燥速度曲线的意义何在？2．分析影响干燥速率的因素有哪些？如何提高干燥速率？两个阶段分别说明理由。

3．为什么说：同一个物料土干燥速率增加，则临界含水量增大；在一定干燥条件下，物料愈厚，则临界含水量愈高？4．为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后再开电热器？板式精馏塔的操作及其性能评定一、实验目的1．了解板式塔的结构及精馏流程2．理论联系实际，掌握精馏塔的操作二、实验原理在板式精馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降。