化工原理实验0310资料.docx

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化工原理实验0310资料

化工原理实验讲义

（化学工程与工艺专业）

石河子大学化学化工学院

实验1伯努利实验3

实验2流体阻力测定实验6

实验3流量计标定实验13

实验4离心泵性能测定实验16

实验5过滤实验20

实验6传热综合实验24

实验7填料吸收塔实验33

实验8精馏实验39

实验9液─液萃取实验46

实验10干燥速率曲线测定实验51

实验要求

1．实验前进行实验预习，书写实验预习报告（具体要求见附录1），报告中列出所需要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。

2．实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验若有短缺或不合理应该补全或重做。

结束实验后，指导老师在原始数据表上签字。

3．实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。

检查水源、电源、汽源等是否已确实关断，并将场地打扫干净。

4．实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关的所有人都给低于及格分数线的低分。

5．实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线外，还必须有计算举例。

同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。

6．对实验所测得的数据结果做必要的总结分析、讨论。

实验安排

各班按学号分为A，B两大组，根据安排表进行实验。

进入实验室前每大组自行组合分为四小组（4-5人），每小组确定实验装置编号，根据装置编号预习对应实验流程。

如：

化工0601班－A组－1小组－流体阻力①号装置，2小组－流体阻力②号装置，3小组－流体阻力③号装置，4小组－流体阻力④号装置。

（≤2套的装置，可重复编号）

1．典型单元操作实验内容和地点如下表所示。

实验内容

实验地点

实验1伯努利实验

实验2流体阻力测定实验

实验3离心泵性能测定实验

实验4过滤实验

实验5传热实验

实验6精馏实验

实验7吸收实验

实验8萃取实验

实验9干燥实验

逸夫实验楼101室

逸夫实验楼106室

逸夫实验楼105室

逸夫实验楼106室

逸夫实验楼101室

逸夫实验楼105室

2．化工原理实验教学方法

工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术学科，有其自己的特点和系统。

为了切实加强实验教学环节，将实验课单独设课。

化工原理实验课程工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此在教学过程中，每个实验课内均安排现场预习和实验操作两个单元。

此外，化工原理实验室实行开放制度，学生实验前必须预约。

化工原理实验成绩实行结构成绩制，分为两部分：

（1）平时成绩占50%，包括预习情况、现场提问、实验操作及实验报告等。

（2）期末成绩占50％，期末考试为笔试或操作考试，主要考核学生对工程实验研究方法掌握和应用的程度，包括以下几方面的内容：

实验方法、实验原理、实验设计、实验操作、数据处理、实验分析、工程实践等几方面的内容。

实验1伯努利实验

—、实验目的

了解伯努利方程的实际应用。

二、实验原理及内容

（一）实验原理

在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。

可以列出进口截面

（1）至截面（i）的能量方程式（i=2,3,.....,，n）

（1-1）

选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出

值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压

，从而可得到各截面测管压头和总压头。

（二）实验内容

通过实验确定各截面压头损失及来源。

三、实验装置及流程

实验测试导管的结构尺寸见图1-1中标绘。

图1-1实验导管结构图

实验装置如图1-2所示。

图1-2伯努利方程实验流程示意图

四、实验方法及步骤

1.将低位槽灌有一定数量的自来水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管出口调节阀门而后启动离心泵。

2.逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口调节阀为全开位置。

3.流体稳定后读取A、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。

4.关小导管出口调节阀重复步骤。

5.分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结果。

6.关闭离心泵，实验结束。

五、注意事项

1．不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。

2．当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当

开大泵出口调节阀。

3．导管出口调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管外。

4．注意排除实验导管内的空气泡。

5．离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。

六、报告内容

1．实验数据记录

实验导管出口开度位置（mmH2O柱）

A截面

B截面

C截面

D截面

静压头

冲压头

静压头

冲压头

静压头

冲压头

静压头

冲压头

半开标尺读数

以D截面为0基准面读数

2．任取一截面进行冲压头的分析（冲压头为静压头与动压头之和）；

3．A、B截面间静压头的分析；

4．C、D截面间静压头的分析：

5．任取一截面进行压头损失的计算。

七、思考题

1．分析各个截面压头损失的来源。

2．如果没有压头损失，则观察到的实验现象是什么？

八、附录

主要设备技术参数

1．不锈钢离心泵WB50/025型

2．高位槽525×345×190材料有机玻璃

3．低位槽550×480×400材料不锈钢

实验2流体阻力测定实验

一、实验目的

⒈学习直管摩擦阻力

、直管摩擦系数

的测定方法。

⒉掌握直管摩擦系数

与雷诺数

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、实验原理及内容

（一）实验原理

直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即

，对一定的相对粗糙度而言，

。

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：

（1-1）

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）

（1-2）

整理（1-1）（1-2）两式得

（1-3）

（1-4）

式中：

管径，

；

直管阻力引起的压强降，

；

管长，

；

流速，

；

流体的密度，

；

流体的粘度，N·s/m2。

在实验装置中，直管段管长

和管径d都已固定。

若水温一定，则水的密度

和粘度

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

与流速

（流量

）之间的关系。

根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数

，用式（1-4）计算对应的

，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出

与

的关系曲线。

（二）实验步骤

1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数。

2.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。

3.在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。

三、实验装置及流程

（装置一）1、2号

图2-1流动过程综合实验流程示意图

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-压差传感变送器；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-倒置U型管；28,30-倒U型管排水阀；29,31-倒U型管平衡阀

水泵2将水箱1中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计22、23测量流量，然后送入被测直管段（光滑管及粗糙管）测量流体流动阻力，经回流管流回水箱1。

被测直管段流体流动阻力

可根据其数值大小分别采用压差变送器12或空气—水倒置Ｕ型管27来测量。

（装置二）3、4号

图2-2流体力学综合实验装置流程示意图

1-转子流量计；2-流量调节阀；3-直管阻力测量管；7-离心泵；8-压力表；9-真空表；10-流量调节阀；

11-文丘里流量计；12-压力变送器；13-显示仪；14-功率表；15-频率计；16-水箱；17-涡轮流量计

水泵7将储水槽16中的水抽出，送入实验系统，经玻璃转子流量计1测量流量，然后送入被测直管段3测量流体流动阻力，经回流管流回储水槽16。

被测直管段3流体流动阻力ΔP可根据其数值大小分别采用变送器4或空气—水倒置Ｕ型管来测量。

四、实验方法及步骤

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，观察数字仪表的初始值并记录后即可启动泵做实验。

3.光滑管阻力测定：

⑴关闭粗糙管阀，将光滑管阀全开，在流量为零条件下，打开通向倒置U型管的进水阀，检查导压管内是否有气泡存在。

若倒置U型管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡。

倒置U型管的示意图参见图1-3，具体排气泡的操作过程如下：

开大转子流量计调节阀，使倒置U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，则按照下述过程进行检验：

将转子流量计调节阀关闭，同时关闭倒U管两进水阀11，慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀21，缓慢打开倒U管出水阀3、4，使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差为零。

然后关闭放空阀21，开启倒U管两进水阀11，此时两柱液面高度差应为零，若不为零，说明系统内仍然有气泡，需继续进行排气泡操作，直至气泡赶净为止才可进行后续实验。

图1-3导压系统示意图

3,4-排水阀；8-粗糙管测压回水阀；9-光滑管测压回水阀；11-U型管进水阀；

12-直管压力传感器；20-粗糙管测压进水阀；21-U型管放空阀；22-U型管

⑵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。

⑶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。

应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取15～20组数据。

4.粗糙管阻力测定：

关闭光滑管阀，将粗糙管阀全开，从小流量到最大流量，测取15~20组数据（同光滑管阻力测定过程）。

5.测取水箱水温。

待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。

五、注意事项

1.利用压力传感器测大流量下压差ΔP时，应切断空气一水倒置U型管两进水阀门否则影响测量数值。

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。

3.若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。

4.该装置应良好地接地。

5.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、报告内容

1.将实验数据和数据整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据为例写出详细计算过程。

2.在合适的坐标系下标绘光滑直管和粗糙直管

关系曲线。

3.根据所标绘的

关系曲线，求本实验条件下光滑直管层流区的

关系式，并于理论公式比较，分析误差。

七、思考题

1.本实验用水为工作介质做出的

曲线，对其它流体能否使用？

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?

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、附录

（一）主要设备技术参数

①②号装置技术参数

1．流体阻力

（1）被测直管段：

光滑管:

管径d—0.008（m）管长L—1.71（m）材料：

不锈钢

粗糙管:

管径d—0.010（m）管长L—1.71（m）材料：

不锈钢

（2）玻璃转子流量计：

LZB—25型：

测量范围100~1000L/h，精度1.5级

LZB—10型：

测量范围10~100L/h，精度2.5级

（3）压差传感器：

型号：

LXWY，测量范围：

200kPa

（4）数显表：

型号：

501，测量范围：

0~200kPa

（5）离心泵：

型号：

WB70/055，流量：

20~200L/h，扬程：

19~13.5m，

电机功率：

550W，电流：

1.35A，电压：

380V

2.流量计性能

文丘里流量计，文丘里喉径：

0.020m，实验管路管径：

0.043m，

3.离心泵性能

（1）离心泵：

型号WB70/055，流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w，电机效率为60%

（2）真空表：

用于泵吸入口真空度的测量。

表盘直径100mm，测量范围-0.1~0MPa，精度1.5级，真空表测压位置管内径d1=0.025m

（3）压力表：

用于泵出口压力的测量。

表盘直径100mm，测量范围0~0.25MPa，精度1.5级，压强表测压位置管内径d2=0.025m

（4）流量计（涡轮流量计）：

精度0.5级

（5）功率表：

型号501，精度1.0级

（6）两测压口之间距离，即真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.38m

4.管路特性

变频器：

型号N2-401-H，规格：

0~50Hz

③④号装置技术参数

1．流体阻力：

（1）被测直管段：

管径d—0.00790（m），管长L—1.600（m），材料：

不锈钢

（2）玻璃转子流量计：

LZB—25型：

测量范围100~1000L/h，精度1.5级

LZB—10型：

测量范围10~100L/h，精度2.5级

（3）压差传感器：

型号：

LXWY，测量范围：

200kPa

（4）数显表：

型号：

PD139,测量范围0~200kPa

（5）离心泵：

型号：

WB70/055，流量：

20~200L/h，扬程：

19~13.5m，

电机功率：

550W，电流：

1.35A，电压：

380V

2．流量计性能

文丘里流量计，文丘里喉径：

0.025m，实验管路管径：

0.043m

3．离心泵性能

（1）离心泵：

流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w

（2）真空表测压位置管内径d1=0.025m

（3）压强表测压位置管内径d2=0.025m

（4）真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.18m

（5）电机效率为60%

4．流量测量：

③号装置：

涡轮流量计仪表常数为77.054S/L，精度0.5级；

④号装置：

涡轮流量计仪表常数为78.584S/L，精度0.5级；

5．功率测量（功率表）：

型号PS-139，精度1.0级

6．泵吸入口真空度的测量（真空表）

表盘直径100mm，测量范围-0.1~0MPa，精度1.5级

7．泵出口压力的测量（压力表）

表盘直径100mm，测量范围0~0.25MPa，精度1.5级

8．管路特性：

变频器：

型号N2-401-H，规格0~50Hz

（二）物性参数

表2-1水密度及粘度随温度变化表

温度t

/℃

密度ρ

/（g/mL）

黏度η

/（10-3Pa·s）

0.9997

1.3097

0.9995

0.99924

0.999099

1.1447

0.99894

0.9986

0.998203

1.0087

0.99777

0.9973

0.997044

0.8949

0.99678

0.99623

实验3流量计标定实验

一、实验目的

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C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。

4、学习合理选择坐标系的方法。

二、实验原理及内容

（一）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：

（10-1）

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。

（二）实验内容

1、通过实验室的实物，了解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（文丘里流量计）的流量标定曲线。

3、测定节流式流量计雷诺数Re和流量系数C的关系。

三、实验装置及流程

实验装置及流程图参见实验二中图2-1、图2-2。

四、实验方法及步骤

方法一：

新装置图见实验二中图2-1（①、②号实验装置）

⒈向储水槽内注入蒸馏水。

检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭（应关闭）。

⒉启动离心泵，缓慢打开调节阀18至全开，用倒U型管进行赶气泡操作（参见实验二）。

待系统内流体稳定，进行完赶气泡操作，即系统内已没有气体，将倒U型管所有阀门关闭，方可测取数据。

⒊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10～15组数据，同时记录表盘文丘里流量计的压差和流量读数，并记录水温。

⒋实验结束后，关闭流量调节阀，停泵，切断电源。

方法二：

旧装置图见实验二中图2-2（③、④号实验装置）

1.检查流量调节阀10，压力表8的开关及真空表9的开关是否关闭（应关闭）。

2.启动离心泵，缓慢打开调节阀10至全开。

待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

3.用阀10调节流量，测取数据的顺序可从最大流量至0，或反之，测取10～15组数据，每次测量同时记录表盘文丘里流量计的压差和流量读数，并记录水温。

4.实验结束，关闭调节阀，停泵，切断电源。

五、注意事项

1.启动心泵之前，关闭压力表和真空表的开关以免损坏压强表，并检查所有流量调节阀是否关闭。

2.测取数据时，应将回流阀全开。

3.在实验过程中每调节一个流量之后应待流量和压差的数据稳定以后方可记录数据。

4.若较长时间内不做实验，放掉系统内及储水槽内的水。

六、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在合适的坐标系上，标绘流量Vs和压差△P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C和雷诺数Re的关系曲线。

七、思考题

1、实验管路中如果积存有空气，为什么要排除?

2、U管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？

3、在所学过的流量计中，哪些属于节流式流量计？

哪些属于变截面流量计？

4、用转子流量计作为标准流量计来测量流量VS，有无测量误差？

为什么？

八、附录

（一）设备主要技术数据

1、流量计性能

流量测量：

文丘里流量计文丘里喉径：

0.020m

涡轮流量计精度0.5级

实验管路管径：

0.043m，

2、离心泵性能

（1）离心泵型号：

WB70/055

流量Q=4m3/h，扬程H=8m，轴功率N=168w，电机效率为60%

（2）真空表用于泵吸入口真空度的测量

表盘真径-100mm测量范围-0.1-0MPa精度1.5级

测压位置管内径d1=0.025m

（3）压强表用于泵出口压力的测量

表盘直径-100mm测量范围0-0.25MPa精度1.5级

测压位置管内径d2=0.025m

（4）流量计涡轮流量计精度0.5级

（5）功率表型号501精度1.0级

（6）两测压口之间距离：

真空表与压强表测压口之间的垂直距离h0=0.38m

实验4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。

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、实验原理及内容

（一）实验原理

1.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用泵的重要依据。

泵特性曲线的具体测定方法如下：

离心泵性能的测定：

①流量VS的计算：

涡轮流量计的仪表常数K

（3-1）

②H的测定：

在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程

（3-2）

（3-3）

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，与柏努力方程中其它项比较，

值很小，故可忽略。

于是上式变为：

（3-4）

将测得的

和

的值以及计算所得的

代入上式即可求得H的值勤。

③N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。

④

的测定

（3-5）

（3-6）

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

2.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。

（二）实验内容

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）、（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、实验装置及流程

实验装置及流程图参见实验二中图2-1、图2-2。

四、实验方法及步骤

方法一：

新装置图见实验二中图2-1

（一）流量计、离心泵性能的测定

1.向储水槽内注入蒸馏水。

检查流量调节阀18，压力表4的开关及真空表3的开关是否关闭（应关闭）。

2.启动离心泵，缓慢打开调节阀18至全开，进行赶气泡操作。

待系统内流体稳定，即系统内已没有气体，打开压力表和真空表的开关，方可测取数据。

3.用阀18调节流量，从流量为

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