新化工专业实验Word格式.docx

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主反应：

副反应：

在水蒸气存在的条件下，还可能发生下列反应：

此外还有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。

这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降而且极易使催化剂表面结焦进而活性下降。

（1）影响本反应的因素

1）温度的影响

乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0＞O，从平衡常数与温度关系式

可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱氢反应的平衡转化率。

但是温度过高副反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适宜的反应温度为：

540~600℃。

2）压力的影响

乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式

可知，当

时，降低总压P总可使Kn增大，从而增加了反应的平衡转化率，故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。

本实验加入水蒸气的目的是降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。

较适宜的水蒸气用量为：

水：

乙苯=1.5：

1（体积比）或8：

1（摩尔比）。

3）空速的影响

乙苯脱氯反应系统中的平衡副反应和连串副反应，随着接触时间的增加，副反应也增加，苯乙烯的选择性可能下降，适宜的空速与催化剂活性及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6h-1为宜。

（2）催化剂

本实验采用氧化铁系催化剂及其组成：

Fe2O3—CuO—K2O3—CeO2。

三、实验装置及流程

乙苯脱氢制苯乙烯工艺实验流程图

1—乙苯计量管；

2，4—加料泵；

3—水计量管；

5—混合器；

6—汽化器；

7—反应器；

8—电热夹套；

9,11—冷凝器；

10—分离器，12—热电偶

四、实验步骤

（1）反应条件控制

汽化温度300℃，脱氢反应温度540~600℃，水：

1（体积比），相当于乙苯加料0.58mL/min，蒸馏水0.75mL/min（50毫升催化剂）

（2）操作步骤

1）了解并熟悉实验装置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。

2）接通电源，使汽化器、反应器分别逐步升温至预定的温度，同时打开冷却水。

3）分别校正蒸馏水和乙苯的流量（0.75mL/min和0.5mL/min）

4）当汽化器温度达到300℃后，反应器温度达400℃左右开始加入已校正好流量的蒸馏水。

当反应温度升至500℃左右，加入已校正好流量的乙苯，断续升温至540℃使之稳定半小时。

5）反应开始每隔10~20分钟取一次数据，每个温度至少取两个数据，粗产品从分离器中放入量筒内。

然后用分液漏斗分去水层，称出烃层液重量。

6）取少量烃层液样品，用气相色谱分析其组成，并计算出各组分的百分含量。

7）反应结束后，停止加乙苯，反应温度维持在500℃左右，继续通水蒸气，进行催化剂的清焦再生，约半小时后停止通水，并降温。

（3）实验记录及计算

时间

温度/℃

原料流量/（mL/min）

粗产品/g

尾气

汽化器

反应器

乙苯

水

烃层液

水层

始

终

2）粗产品分析结果

反应温度/℃

乙苯加入量/g

粗产品

苯

甲苯

苯乙烯

含量（%）

质量（%）

3）计算结果

乙苯的转化率：

苯乙烯的选择性：

苯乙烯的收率：

五实验结果及讨论

对以上的实验数据进行处理，分别将转化率、选择性及收率对反应温度作出图表，找出最适宜的反应温度区域，并对所得实验结果进行讨论。

（包括曲线图趋势的合理性，误差分析，成败原因等）

G主要符号说明

△

——298K下标准热焓，kJ/mol；

变化；

Kp，K

平衡常数；

α——原料的转化率%；

ni——i组分的物质的量（摩尔）：

S——目的产物的选择性%；

P总——压力，Pa；

Y——目的产物的收率%；

R——气体常数；

RF——消耗的原料量，g；

T——温度，K；

FF——原料加入量，g。

——反应前后物质的量（摩尔）

六、思考题

（1）乙苯脱氢生成苯乙烯反应是吸热还是放热反应？

如何判断？

如果是吸热反应，则反应温度为多少？

实验室是如何来实现的？

工业上又是如何来实现的？

（2）对本反应而言是体积增大还是减小？

加压有利还是减压有利？

工业上是如何来实现加减压操作的？

本实验采用什么方法？

为什么加入水蒸气可以降低烃分压？

（3）在本实验中你认为有哪几种液体产物生成？

哪几种气体产物生成？

如何分析？

（4）进行反应物料衡算，需要一些什么数据？

如何搜集并进行处理？

停留时间分布实验

实验目的：

1、了解停留时间测定的原理，加深对返混概念的理解。

2、掌握测定某一反应器中物料停留时间分布的方法与计算。

3、可完成多釜串联返混性能测定实验的实验数据测定。

反应釜、电加热箱、恒温水槽、泵、流量计、搅拌电机、温控仪、电导率仪、阀门、管道、不锈钢框架及控制屏。

1、反应釜：

有机玻璃制成，容积1500ml，三釜以串联形式存在，上部留有：

进料口、搅拌电机入口、热电偶插口。

2、泵：

微型泵，流量：

12L/min，扬程：

10m，功率：

90W。

3、恒温水槽：

外形尺寸：

750X180X140；

透明有机玻璃材质。

仅测停留时间时，可以不对其进行加热，在需要测一定温度下进行反应的停留时间时便可以将电加热箱中的水加热至一定温度再由泵输送到恒温水槽。

4、搅拌电机 

型号：

YTCJ-6-4/60，功率6W，转速1350r/min。

其操作板置于控制柜上，转速可在操作板上进行调节。

5、流量计：

LZB-6（6-60L/h）液体转子流量计，观察、控制进料流量。

6、温控仪:

数显温度控制仪表，对釜反应温度的显示及电加热水箱温度的控制。

7、电导率仪：

数字电导率检测仪，0－104mS•cm，测定出口示踪剂的含量，分别安装于各釜出口。

8、各项操作及压力、流量的显示、调节、控制全在控制屏板面进行。

9、框架为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，流程简单、操作方便。

10、外形尺寸：

1500X500X1700mm。

数据采集型（JK-CLDF/Ⅱ）：

配计算机、微机接口和数据处理软件、温度传感器、温度巡检仪、电导率仪。

能在线监测温度、电导率等实验数据。

实验三雷诺实验

1、观察流体在管内流动的两种不同型态。

2、观察滞流状态下管路中流体速度分布状态。

3、测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。

二、实验装置

实验装置如图3.1所示，主要包括有机玻璃水槽、示踪剂盒、示踪剂流出管、细孔喷嘴、玻璃观察管、计量水箱、不锈钢框架。

主要技术参数：

1、有机玻璃水槽：

大于30L。

2、玻璃观察管：

Φ20mm。

3、计量水箱：

容积大于8L。

4、指示液为红墨水或其它颜色鲜艳的液体。

5、框架为不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单,操作方便。

6、外形尺寸：

1200×

450×

1300mm。

图3.1雷诺实验装置

1.水箱及潜水泵2.上水管3.溢流管4.电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8.墨针9.实验管10.调节阀11.接水箱12.量杯13.回水管14.实验桌

三、实验原理

流体在管道中流动，有两种不同的流动状态，其阻力性质也不同。

在实验过程中，保持水箱中的水位恒定，即水头H不变。

如果管路中出口阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均速度

，微启红色水阀门，这时红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前流动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周围的液体混杂，层次分明地在管路中流动。

此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的情况下运动，为层流运动。

如果将出口阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，流体的流动呈临界状态。

如果将出口阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的流动状态为紊流运动。

流体的雷诺数

，根据连续方程：

，

。

流量

用体积法测出，即在

时间内流入计量水箱中流体的体积

，

式中

——管路的横截面积；

——管路直径；

——流体繁荣流速；

——水的运动粘度。

1．准备工作。

将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H不变。

2．缓慢开启阀门7，使玻璃管中水稳定流动，并开启红色阀门9，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。

3．开大出口阀门7，使红色水在玻璃管内的流动呈紊流状态，再逐渐关小出口阀门7，观察玻璃管中出口处的红色水刚刚出现脉动状态但还没有变为层流时，测定此时的流量，计算出下临界流速

重复做三次，即可算出下临界雷诺数。

五、实验数据记录及计算

d=mm水温=℃

实验次数

（m3）

（s）

Q（m3/s）

（m/s）

（m2/s）

1

2

3

下临界雷诺数的计算公式为：

实验四流体阻力实验

一、实验目的

1.学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。

2.测定、对比光滑Dg40（φ45×

2.5mm）、Dg32、Dg20直管、φ18粗糙直管和Dg8光滑管的阻力系数与雷诺数的关系。

3.测定弯头、阀门等局部阻力系数ξ与雷诺数Re之间关系。

4.测量流量计校正系数与雷诺数Re之间关系以及流速的几种测量方法。

5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

实验装置：

JK-LDZ流体流动阻力实验装置，湘潭金凯化工装备技术有限公司

1、光滑管有Dg40、Dg25、Dg20、Dg8，φ18Dg15粗糙管、管长2000mm,测压点距离1500mm。

2、水泵型号为50SGR10-15型管道式离心泵，流量：

10m3/h、扬程：

12m，，转速2800r/min，功率0.75KW。

3、弯头阻力管Dg25。

突扩、突缩，内径分别为25mm变32mm，32mm变22mm。

4、差压测量：

采用ZQ501差压传感器采集信号，电控箱仪表显示，精度:

0.3﹪FS，共六套传感器。

5、流量测量：

涡轮流量计（单位m3/h）、文丘里流量计喉径￠27mm、孔板流量计孔径￠18.5mm。

6、显示仪表；

差压显示采用智能数字显示报警仪，温度显示采用XMZA数显仪表。

三、实验指导

1、实验概述

本实验装置可以测定对比：

Dg40、Dg32、Dg20、Dg8直管、φ18粗糙直管和局部放大局部缩小、弯头、阀门、等阻力系数。

在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。

流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。

流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。

流体在流动系统中作定态流动时，流体在各截面上的流速、密度、压强等物理参数仅随位置而改变而不随时间而变。

2、实验原理

a）直管阻力与局部阻力实验

流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。

而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。

流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。

因此，流动阻力的测定颇为重要。

从流程图可知水从贮槽由泵输入恒位水槽，再流经管道，经计量槽计量后回到水槽，循环利用。

改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。

b）直管阻力磨擦系数λ的测定

直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失hf。

对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

式中：

l—直管长度（m）

d—管内径（m）

ΔP—流体流经直管的压强降（Pa）

u—流体截面平均流速（m/s）

ρ—流体密度（kg/m3）

由式（1-1）可知，欲测定λ，需知道I、d、（P1-P2）、u、ρ等。

1）若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。

2）若测得流量，则由管径可计算流速u。

两测压点间的压降ΔP，可由仪表直接读数。

c）局部阻力系数ζ的测定

局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧

的测压点间列柏努利方程有：

（1-4）

即：

ζ—局部阻力系数

ΔP—局部阻力压强降（Pa）

式（1—4）中ρ、u、ΔP等的测定同直管阻力测定方法。

d）文丘里流量计与孔板流量计

文丘里流量计和孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计。

当流体通过孔板或文丘里时由于流道的缩小，使流速增加，即增加了液体的动能，从而降低了流体的势能，利用压降的变化，可以测量流体的流速，根据柏努利原理，可以得到如下计算公式：

Q――流量计流量，m/s；

――流量系数，无因次；

A――喉管（孔口）的截面积；

ρ――流体密度，kg/m3；

ΔP――压力差，Pa。

文丘里流量计的相关数据：

喉管直径：

27mm流量系数

：

0.99

孔板流量计的相关数据：

孔口直径：

18.5mm流量系数

0.78

其中

不仅与

（孔口与管道截面积比）有关，而且还与孔板的结构形状、加工进度、流体在管内雷诺数、取压方式以及管壁面的粗糙度等诸因素有关，所以只能通过实验测定求得，才能利用公式得出流速、流量。

3、实验流程装置

实验装置外形见图1，结构图见图2，它由水箱、泵、管道以及测量系统组成。

图2实验装置结构图

4、实验操作步骤

a）实验操作前先仔细阅读说明书，然后依次检查实验装置的各个部件，了解其名称与作用，并检查是否正常。

b）向蓄水箱加水，测量并记录实验时的水温，关闭管路上所有阀门包括测压点上的小阀门，待仪器运转正常以后再开启需要测量压差的测压点的小阀门。

c）打开所需实验的测量管路，接通电源，按下电源开关、按下离心泵启动开关启动离心泵，缓慢调节离心泵出口阀门，如果突然开大流量会损坏涡轮流量计，观察并记录实验数据，实验过程中用泵前阀调节流量，但流量不能调节得太小，每调节一次流量待数据稳定以后方可记录。

d）若实验只需测量两至三组管路，可关闭其它管路中测压点的小阀门。

在测量管路压差要注意几点：

差压传感器分高压端和低压端，传感器的H一端为高压端、L为低压端，使用中如果仪表出现负数只需要将两端取压管互换即可。

e）实验过程中可以关闭不需要测量的测压点，只需关闭测压点上的小阀门即可。

这样一只差压传感器就可以测量几组测压点的压差了。

f）实验完毕以后注意断水断电。

四、注意事项

1、注意实验一段时间后须清洗水箱，更换水质，避免污垢过多影响实验现象。

2、做完实验后的水应排入地沟，避免冬天因水温过低而冻裂水管。

3、定期检查各测压点有无漏气现象，更换乳胶管或者用尼绒扎带捆紧乳胶管与测压点和测压管的接口。

五、实验记录及数据处理

1.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。

2.在合适的坐标系上标绘所测得lgλ～lgRe、lgζ～lgRe、lgc～lgR等e关系曲线。

3.根据所标绘的曲线，求本实验条件下lgλ～lgRe、lgζ～lgRe、lgc～lgR关系式，并与理论公式比较。

（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）在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的数据是否能关连在一条曲线上？

离心泵综合实验装置

1、适合于工程流体力学（水力学）教学实验。

2、了解离心泵的结构、特性及操作；

熟悉离心泵的工作原理

3、掌握离心泵主要参数的测定方法，测量一定转速下的离心泵特性曲线。

4、泵串、并联实验

5、泵汽蚀实验

二、主要配置：

离心泵、蓄水箱、文丘里流量计、压力表、压差计、功率表、实验管道、阀门、自循环装置、不锈钢框架。

1、运行环境：

温度0-400C，相对湿度：

≤90%RH，电源：

220V/50Hz，可连续操作

2、离心泵采用20SG2.5-15G型管道离心泵，额定功率：

0.37KW，转速：

2800r/min，吸程：

8m，效率：

34%，流量：

2.5m3/h，扬程：

15m，实验范围宽，能明显出现空化汽蚀现象。

3、压力表采用Y-100型量程为（0-0.6Mpa）

4、文丘里流量计流量：

0～5.5m3/h。

5、蓄水箱：

约70L，不锈钢材质，当停止供水开启灌泵阀时，可使泵运行时出现汽蚀现象。

6、实验所用的流体--水为全循环设计。

7、电控箱，装有开关指示灯、功率表，对其中泵的功率进行显示。

8、其他：

管路、阀门；

整体框架：

不锈钢材质。

1650×

650×

1500mm。

数据采集型（JK-LXB/Ⅱ）：

配计算机、微机接口和数据处理软件、涡轮流量计、变频器、转速表，能在线监测流量、功率、转速等实验数据。