化工原理实验教材.docx

1、化工原理实验教材雷诺演示实验一、 实验目的1观察流体流动时的不同流动型态2观察层流状态下管路中流体的速度分布状态3熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算4测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数二、 实验原理流体在流动过程中由三种不同的流动型态， 即层流、过渡流和湍流。主要取决于流体流动时雷诺数 Re的大小，当Re大于4000时为 湍流，小于2000时为层流，介于两者之间为过渡流。影响流体流动 型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管三、实验装置雷诺演示实验装置如图1.1所示，其中管道直径为20 mm图1.1雷诺演示实验装置图1 有机玻璃水槽；2 玻璃观察管； 3 指试

2、液；4 , 5 阀门；6 转子流量计四、实验步骤1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。2打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀调节红色指示液，消去原有的残余色。3打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。4打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大），观察指示液 流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合 时流量计的读数。5重复上述实验35次，计算Re临界平均值。6关闭阀1、11,使观察玻璃管6内的水停止流动。再开阀1,让指 示液流出12 cm后关闭1,再慢慢打开阀9,使管内流体作层 流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。7关闭阀1、进水阀，打开

3、全开阀9排尽存水，并清理实验现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表:序号123456q( l/h)U(m/s)Re2利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值， 并与理论临界值 比较，分析误差原因。六、思考题1雷诺数的物理意义是什么？2有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速 低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在 什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？柏努利方程演示实验一、 实验目的1掌握流体流动中各种能量或压头的定义及其相互转化关系，加深 对柏努利方程式的理解。2观察静压头、位压头、动压头相互转换的规律。二、 基本原理不可压缩流体在管内

4、作稳定流动时，由于管路条件的变化，会 引起流动过程中三种机械能（位能、动能、静压能）的相应改变及相 互转换。对理想流体在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等， 但能量之和是守恒的。对于实际流体，由于存在内摩擦，流体在流东 时总有一部分机械能损耗。以上机械能均可用测压管中的液柱高度 表示。当测压孔正对流体流动方向时测压管中的液柱高度为动压头和 静压头之和，测压孔处流体的位压头由测压孔的几何高度确定。三、实验装置图柏努利方程实验装置如图1.2所示。图1.2柏努利方程实验装置图1 高位水槽；2 玻璃管；3 测压管；4 循环水槽；5 阀门；6 循环水泵四、 实验步骤1检查装置阀位是否正常。2开动电

5、机，启动泵。3阀5开度一定时，转动测压手柄，观察各测压管内液位高度有无 变化。4观察各测压管内液位高度是否相同。5关闭所有阀门，停机。五、 思考题1关闭阀5时，旋转各测压管的手柄，液位高度有无变化？这一现 象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？2关闭阀5时，各测压管内液位高度是否相同，为什么？3阀5开度一定时，转动测压手柄，各测压管内液位高度有何变化？ 变化的液位表示什么？流体流动阻力系数的测定一、 实验目的1学习管路阻力损失（h f ）、管路摩擦系数（入）、管件局部阻力 系数（Z的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对 流体阻力基本理论的认识。2 了解与本实验有关的各种流量测量仪表

6、、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；3学习对数坐标纸的用法。二、 实验原理由于流体粘性的存在，流体在流动的过程中会发生流体间的摩擦， 从而导致阻力损失。根据柏努利方程，对于直管而言，其路阻力损失 为：刀h f = P / p ,又因为 P / p有如下表达式：式中：d管子的直径mu流体的速度m/sp流体的密度kg/m 3l管道的长度m入 阻力系数通过上述表达式可以求得直管的阻力系数 入，对于弯管而言，用Z代替(入?l/d)即可。三、实验流程图流体流动阻力系数测定实验流 程图如1.3 ,其中直管长度为1 m管道直径为8 mm,相对粗糙度e /d=0.025。四、实

7、验步骤1关闭控制阀，打开二个平衡阀，引水、灌泵排气 ，启动泵。2系统排气(1)总管排气：先将控制阀开足，然后再关闭，重复三次，目的为了使总管中的部分气体被排走，然后打开总管排气阀，开足后再关闭，重复三遍。(2)引压管排气：依次分别对4个放气阀，开、关重复三次。(3)压差计排气：关闭二个平衡阀，依次分别打开4个放气阀，此 时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升，防止指示剂 冲出，开、关重复三次。3该系统的流量计量采用转子流量计，由于 Re在充分湍流区时，入Re的关系是水平线，所以在大流量时少布点，而 Re在比较小时，入Re的关系是曲线，所以小流量时多布点。调流量计， 流量从小到大改变十次(

8、概数)并依次读取压差计读数。4重复实验步骤3,观测压差计读数随流量计读数的变化规律的一 致性。5结束实验，清理实验现场。五、数据处理及结果分析1直管阻力系数测定实验原始数据记录见下表：序号 123456789 10q(l/h)R(cm)U(mRe入2弯管阻力系数测定实验原始数据记录见下表:序号 123456789 10q(l/h)R(cm)U(mRez3利用公式，带入测得实验数据计算 入，Z Reb并绘制入Re曲 线。六、思考题1对于直管而言，垂直和水平安装所测得的阻力损失是否相等？为 什么？2不同管径、不同水温下测定的 入-Re数据能否关联到一条曲 线上，为什么？孔板流量计流量系数的测定、实

9、验目的1 了解测定孔板流量计流量系数a的仪器结构，工作原理。2学会流量计系数a的测定方法，分析a和Re间的变化规律。 3掌握流量计的流量校核方法。二、实验原理测定孔径为do的孔板流量计的流量系数公式为：式中： a流量系数U0流体的速度m/sP0流体的密度kg/m 3P指示剂的密度kg/m 3R压差计读数mA0开孔面积m2qv体积流量m 3/h三、实验流程图qv = U o Ao流体孔板流量计流量系数实验流 程图如1.4，其中孔板开孔直径 为8 mm计量槽单筒容积为25L，截面尺寸为200 x 250 mm四、实验内容1关闭所有阀，打开电源，启动离心泵。2打开控U型压差计的调节阀，逐渐调至最大（

10、注意防止指示液冲出）。持续5 min左右，以排除管道内的气体。3逐渐关小压差计的调节阀，观察指示液上升的最大高度。4调流量计，流量从小到大改变十次（概数）并依次读取压差计读 数。5重复实验步骤4,观测压差计读数随流量计读数的变化规律的一 致性。6关闭离心泵出口阀，关闭离心泵及电源开关。结束实验，清理实验现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表:序号 123456789 10q(l/h)R(cm)U(mt(s)Rea2利用公式，带入测得实验数据计算 a。并绘制aRe曲线。六、思考题1假定管道的直接恒定，分析流量系数a随雷诺数Re的变化规律。过滤常数的测定实验一、 实验目的1 了解板框

11、过滤机的基本结构，流程，操作原理。掌握过滤的操作 方法。2测定恒压过滤常数K,qe。二、 实验原理恒压过滤速率方程为：_ q . 2qeq k k板框过滤的实验流程图如图3.1，其中板框过滤面积为0.01m2。 过滤介质为帆布。由Z-0.036微型空气压缩机提供压力，其排气量为 0.036 m/h、压力为0.7Mpa、功率为0.75Kw、转速为1200rpm 气体 容积为30L。图3.1板框过滤实验装置图四、实验步骤1熟悉过滤实验的装置与流程，检查各阀门的启闭是否正常。2用水浸湿滤布，装于滤框上。安装时滤布孔要对准滤机孔道，表 面要拉平整，不起皱纹，板和框的排列顺序必须正确。3打开压力容器上的

12、排气阀和进水阀，往配料槽内加水至一半（观 测控制屏）后关闭进水阀，同时关闭排气阀。加入适量碳酸钙，其浓度控制在5%(质量百分率)左右。开动搅拌机，使滤浆浓 度均匀。4打开压力容器的进气阀，启动压缩机。待压缩机运行正常后，调 节空气减压阀，一般减压阀的压力控制在 O.IMPa，并保持压力 稳定，使系统在此压力下进行恒压过滤。5当压力恒定，过滤开始并记录数据。每收集一定量的滤液记一次 时间，启动秒表的同时，记下量筒中滤液的体积。当量筒中滤液 体积每增加一个Aq值时，记下秒表的时间，重复操作，取8 10组数据即可。6当滤液一滴一滴缓慢流出时，表示滤渣已充满框，过滤阶段可告 结束。7实验完毕，拆卸板框

13、压滤机，将板框压滤机内的滤渣放回 调桨桶，清洗过滤器。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表：序号 1 23456789 10H (m)0 (s)2K (m /s )3 2qe(m /m )2利用上述过滤方程，带入实验数据计算 K, q的值。求其平均值; 另外，以0 /q为纵坐标，q为横坐标绘制曲线。该曲线的斜率为 1/ K,截距为2q e / K，从而求得过滤常数的值。并比较两种方 法所得结果是否一致？六、思考题1为什么过滤开始时滤液常常有些混浊，待过滤一段时间后才能澄 清？2滤浆浓度和过滤压力对 K值有何影响？3恒压过滤时，欲增加过滤速率，可行的措施有哪些？4当操作压力增加一倍时，

14、其K值是否也增加一倍？要得到同样的 滤液量，其过滤时间是否应缩短一半？传热系数的测定一、 实验目的1熟悉传热实验的实验方案及实验流程设计。2 了解换热器的基本结构及其操作方法。3掌握热量衡算与传热系数K及对流传热系数a的测定方法。4 了解强化传热的途径及措施5学会传热过程的调节方法。二、 实验原理根据传热速率方程有：4-1式中:qmc冷流体的质量流量，kg/st1、t2冷流体的进、出口温度，cT、T2Cpc热流体的进、出口温度，c；冷流体的平均定压比热容， J/kg C三、实验装置图列管式换热设备流程图如4.1所示B图4.1列管式换热设备流程图1气源；2气量阀；3气体流量计；4进气温度计；5出

15、气温度计；6进水温度计；7换热器；8出水温度计；9水流量计；10 水调节阀；11 调压器；12气体加热器四、实验步骤1打开冷却水流量计阀门；2在启动风机前关闭空气流量计阀门，然后依次打开空气流量计阀 门、打开加热电源，使加热电压调至 60 V。加热电压不能过高， 保持空气进口温度小于100 C,以免换热器的密封垫圈烧焦。3待t 2和T2稳定不变10 min ，读取原始数据。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表:2序号 U(m/s) Ti(C) T2( C) ti(C) t2(C) tm( C) K(w/mC)12345六、思考题1影响总传热系数 K的因素有哪些？2在本实验条件下，进一

16、步地提高冷却水的用量，是否能达到有效强化传热过程的目的？超滤膜分离实验一、 实验目的1熟悉超滤膜分离实验的流程和过滤原理。2 了解超滤的操作方法，观察超滤过程 。二、 实验原理超滤是利用一种半透膜作为障碍层， 允许部分组分通过，而截留 其他组分进行分离的一种手段。三、 实验装置四、 实验内容1配料。2检查出口阀是否关闭，搅拌料浆。3启动泵，打开出口阀，开始过滤。4改变压力，观察不同压力对超滤的影响。5配置不同浓度的悬浮液进行超滤，观察悬浮液浓度对超滤的影响。6关闭泵，结束实验。清理实验现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表：序号 1 23456789 10P(pa)q(m3/s)

17、C(cm)t(s)五、思考题1超滤有什么特点？2超滤的适用物系是什么？3超滤分离的机理是什么？旋风分离器实验一、 实验目的1观察含碳粉尘的空气在旋风分离器内的运动，了解旋风分离器的 除尘原理。二、 实验流程图 三、实验内容1清除整个除尘体系的灰尘2封好旋风分离器底部灰斗 3启动风机。4向抽吸器中加入一定粒径范围的煤灰，并随气体进入旋风分离器5调节不同的风速，观察旋风分离器的除尘效果。6调整旋风分离器底部灰斗密封度来观察旋风分离器的除尘效果。7调节煤灰的粒径范围，再次观察旋风分离器的除尘效果。8关机并清除整个除尘体系的灰尘。四、思考题1旋风分离器的底部灰斗为何要密封？2旋风分离器的分离效率与它的

18、结构有什么关系？精馏塔板效率的测定一、 实验目的1 了解精馏装置的基本流程及筛板精馏塔的结构，熟悉精馏操作方 法。2测定全回流条件下总板效率。二、 实验原理衡量板式精馏塔分离性能，一般用总板效率 E表示：式中：E 总板效率 N t 理论板层数 N p 实际板层数理论板层数Nt的求法可用M-T图解法。本实验是使用乙醇-水 二元物系在全回流条件下操作，只需测定塔顶流出液组成 XD和釜液组成Xw,即可用图解法求得Nt,实际板层数N P为已知，则利用上 述公式可求塔效率E 。三、实验流程图精馏实验设备流程图如6.1所示，其中实际板层数N p为13图6.1全回流精馏塔四、实验内容1熟悉精馏装置的流程和结

19、构，以及所需的控制仪器表盘的布置情 况，检查蒸馏釜中料液量是否适当，釜内液面高度控制在液面计 的2/3 左右。2检查电源并接通电源，加热 釜液。用调压器调节加热功率（电 流以46A为宜），注意观察塔顶和塔 釜的温度变化，塔顶 第一块板上开始有回流时，打开冷却水，冷却水用量以能将蒸汽 全凝为宜。3打开塔顶放空阀8排出不凝性气体，塔板上鼓泡正常、温度稳定 即表明操作稳定。可开始取样，每隔 20min取一次样并作分析。4取样前先用少量试样冲洗锥形瓶，取样后将锥形瓶口用插有温度 计的塞子塞严，用流水将样品间接冷却至 20 C。再用气相色谱 分析塔顶塔斧样品的含量。一般取样二次（塔顶、塔 釜各一次）。5

20、以上步骤经教师检查无误后，加大电流至 7.5A左右，观察塔内 的液泛情况。然后将电流缓慢减小，观察漏液现象。最后将电流 减小至零，切断电源，待塔内无回流时关闭冷却水，清理现场。五、数据处理及结果分析1实验原始数据记录见下表：序号12345678910XXw2根据实验测定塔顶，塔斧含量做 M-T图，并求出理论板层数Nt 再求得板效率E。六、思考题1什么是全回流，全回流时的操作特征是什么？如何测定全回流时 的总板效率？2影响板式塔效率的因素有哪些？3进料量对塔板层数有无影响？为什么？4回流温度对塔的操作有何影响？离心泵特性曲线的测定、实验目的1.了解离心泵的结构和特性；2.学习离心泵特性曲线的测定

21、方法；3.熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用;4.正确掌握作图法处理实验数据。二、实验原理对一定类型的泵来说，泵的特性曲线主要是指在一定转速下， 泵 的扬程、功率和效率与流量之间的关系。由于离心泵的结构和流体本 身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失， 至今为止，还没有人能推导出计算扬程的纯理论数学方程式。 因此，本实验采用最基本的直接测定法，对泵的特性曲线用实验测得，离心泵的主要性能参数有流量qv、扬程He、效率n和轴功率Pa, 通过实验测出在一定转速下的 He-qv、Pa-cv及n -qv之间的关系，并 以曲线表示一一离心泵的特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条 件和选用离心泵的

22、重要依据。1.流量qv的测定(m3/h)用出口阀调节离心泵的流量qv,以流量计测定qv。2.扬程He的测定(m)扬程He指泵对单位重量的流体所提供的有效能量。根据柏努利方程：其中：P2泵出口压力表的读数，Mpa;Pi 泵入口真空表的读数，Mpa;h 压力表与真空表两侧压截面的垂直距离， m;ui 泵前吸水管的流速，m/s;U2 泵后出水管的流速，m/s。3.轴功率Pa的测定（kw） 由三相功率表直接测定电机功率。4.效率n的测定三、 实验步骤1.了解设备，熟悉流程及所使用的仪表。2.检查整个实验装置是否能正常使用。3.关闭电功率表开关，关闭调节阀，打开引水阀，反复开、关泵体 放气阀，气体被排尽

23、后，关闭放气阀。4.启动泵，关闭引水阀，接通电功率表。5.用出口调节阀调节qv,将qv以从小到大的实验顺序依次测取15组实 验数据，即：流动稳定后，测取Pi、R、Pa。6.实验完毕，关闭泵的出口阀，停泵。四、 实验数据处理1.纪录、整理原始数据。2.计算实验结果，以表格的形式示出。3.以坐标纸手绘离心泵的特性曲线。qv (m3/h) Pi (MPa) P2 (MPa) He (m) Pe (w) Pa (w)123456789101112131415五、思考题1.离心泵启动前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安 装上有何特点？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

24、 泵时，也要先关闭出口阀？3.离心泵的特性曲线是否与连接的管路系统有关？4什么情况下会出现“汽蚀”现象？吸收实验一、实验目的1.了解填料吸收装置的基本流程及设备结构;2.了解单膜控制过程的特点；3.学会使用阿贝折射仪。二、 实验原理填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。计算填料塔的需用 动力时，必须知道压降的大小。而确定吸收塔的气、液负载量时，则 必须了解液泛的规律，所以测量流体力学性能是吸收实验的一项内 容。三、 实验装置与流程吸收装置流程图Ik机；m卒4也”脚=3油井厲!is； j转ratiitE ka料塔；ms； 丁一I（液？b k头】 疋气调爪阀】0丿FUR样许 1 II植厲柚；12

25、4；： 1114!总啊： 16-水过淀饨门一狀调“洙I 忒说秋计* im 计】20, 21-JKil j 4漏嗖计：n-娅 札 gj_吐帳幌l 2址瞇压阀！ 26. 口一血k力瓦 工缓冲塀：19睨式空全屜】如一转子波就计： 31&Fkih J2闸阀四、实验步骤1.开动空气系统。开动时要全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶 氏风机，否则风机一开动，系统内气速突然上升可能碰坏空气转 子流量计。风机启动后再通过关小旁通阀的方同样道理，实验完 毕要停机时，也要全开旁通阀，等转子转速降下来后再停机。如 果突然停机，气流突然停止，转子就会猛然摔下，打坏流量计。2.慢慢加大气速至液泛，然后回复到预定气速再进行

26、正式测定，目的是使填料全面润湿一次。3.确定操作条件，包括被吸收溶质流量、空气量及喷淋量等。4.全开旁通阀，启动风机，通过调节旁通阀来控制空气流量。5.在教师指导下，开启丙酮系统。先关好转子流量计前的调节阀， 再开丙酮流量调节阀，注意不宜开得过快，调节丙酮流量，并维 持恒定。6.保持水的喷淋量不变， 改变空气流量 （混合气体浓度仍在 5左右） 利用阿贝折射仪测定吸收液的折射率 a，也可保持空气量不变， 改变喷淋量，测定测定吸收液的折射率 a。7.操作完成后，应按顺序（关闭时的顺序和开启时的顺序正好相反） 关闭丙酮系统、空气系统和供水系统。五、思考题1.叶式风机为什么要用旁通阀调节流量？2.在填

27、料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？流化干燥器一、实验目的1.了解流化干燥器的流程及工作原理；2.了解影响干燥速率的因素。、实验原理干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料， 使湿物料中的水分 汽化分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，其过程比较复杂。 目前仍依靠实验测定物料的干燥速率曲线， 并物料在恒定干燥条件下的干燥过程分为三个阶段。物料在预热阶段，其表面的温度很快接近 于热空气的湿球温度tw。随后，进入恒速阶段，此时物料表面温度tw 维持不变，干燥速率不变。降速阶段，物料表面已无液态水存在，由 于物料内部的扩散速速率小于物料表面水分的汽化速率， 干燥速率会逐渐降低，直

28、至达到平衡含水量时，干燥速率降至零为止。干燥速率 是指单位时间从被干燥物料的单位汽化表面积上所汽化的水分量。三、实验装置与流程固体流态化实验装置如图1所示。1 一砸风分輛器；2二錐床：3差压计：4一转子流量计：5凤机；右一电加热器四、实验步骤1.全开旁通阀，然后启动风机。2.缓慢调节风量使床中颗粒层处于良好的流化状态。3.通电预热空气至所需温度，并使之维持恒定。4.空气流量和温度恒定时，每隔0.5分钟观察固体物料的变化。5.实验进行到物料温度升高，即硅胶变蓝时停止。6.实验停止步骤：调节变压器使电加热器的电流、电压为零，再切 断电源，待气体温度下降后，全开旁路阀关闭气体进口阀，停止 送风，停罗茨鼓风机。五、思考题1. 气体通过颗粒床层时，可观察到那些现象？为什么？2. 为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后再通电加热？3.流化干燥器为何能强化干燥？4.流体床的特征是什么？在工程上有何应用？