实验一 流体流动阻力测定实验
实验日期： 2014.11.8 一、 实验目的
1. 测定流体在圆直等径管内流动时的摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系，将测得的λ~Re
曲线与与由经验公式描出的曲线比较；
2. 测定流体在不同流量流经全开闸阀时的局部阻力系数ξ；
二、 基本原理
1. 直管沿程阻力
引起流体机械能损失的原因是静止壁面与粘性流体共同作用产生流体点速度差异。当某流体以一定的流量V i 流经内径为d 的圆直等径管时，管长为l 的管段的流体机械能损失主要体现在该管段两端截面处修正压强的差异上。阻力损失可由直管的上、下游截面列机械能守恒方程求得：
ρ1
m p + 221u = ρ
2
m p + 22
2u +
∑-2
1f h
（2-1）
其中： ∑-21f h = 2
2
u
d l λ ＝5228d lV i πλ （2-2）
μ
πρμ
ρ
d V du R i
ei 4=
=
（2-3） i i m m gR p p )(21ρρ-=- (2-4)
),,f 8)(2
52ρρρρπλi
i
i i
i i R V V l gR d （在一定实验
条件下
====-=
∴ （2-5）
因此，对给定的实验装置，只要测定一系列流量V i 下的R i 及温度数据，即可计算出相应的
雷诺准数i Re 和摩擦系数i λ。
2. 局部阻力
当流体流经某一定开启度的闸阀时,由于流道截面变化,使流体的流线发生改变,形成边界层分离及旋涡,产生局部阻力，该局部阻力同样体现在流体流经闸阀前后修正压强差异上。局部阻力的计算方法有当量长度和局部阻力系数法，其公式如下：
2
22
2u u d l h e f ξλ== （2-6）
ρ
ρρρ
i
i m m f gR p p h )(2
1-=
-=
（2-7）
2
4228)()(2i
i
i i i i V gR d u gR ρρρπρρρξ-=-= （2-8）
三、 实验装置与流程
来自高位水槽的水从进水阀1首先流经光滑管11上游的均压环，均压环分别与光滑管
的倒U 形压差计和1151压差传感器15的一端相连，光滑管11下游的均压环也分别与倒U 形压差计和1151压差传感器的另一端相连。
当球阀3关闭且球阀2开启时，光滑管的水进入粗糙管12，粗糙管上下游的均压环分别同时与粗糙管的倒U 形压差计和1151压差传感器的两端相连。当球阀5关闭时，从粗糙管下来的水流经铂电阻温度传感器18，然后经流量调节阀6及流量计16后，排入地沟。
当球阀2关闭且球阀3打开时，从光滑管来的水就流入装有闸阀4的不锈钢管13，闸阀两端的均压环分别与一倒U 形压差计的两端相连，最后水流经流量计，再排入地沟。
图1—1流体流动阻力测定实验装置图
1、 进水阀
2、
3、5球阀
4、闸阀 6、流量调节阀 7、 8、9、10、11光滑管 12、粗糙管 13、不锈钢管 14、倒U 形差压计(3个) 1
5、1151差压传感器 1
6、转子流量计 1
7、仪表箱 1
8、Pt100温度传感器 1
9、温度计 20、均压环 21、测压导管
手画图
四、 实验步骤与注意事项
（1）排管路中的气泡。
打开阀1、2、3、6，排除管路中的气泡，直至流量计中的水不含气泡为至，然后关闭阀6。
（2）1151压差传感器排气及调零。
排除两个1151压差传感器内气泡时，只要打开压差传感器下面的考克7、8、9、10，当软管内水无气泡时，排气结束，此过程可反复多次，直至无气泡为至。
压差传感器排气结束后，用螺丝刀调节压差传感器背后Z旋扭，使相应的仪表数字显示在0左右，压差传感器即可进入实验状态。
（3）U形压差计内及它们连接管内的气泡的排除。
关闭倒U形压差计上方的放空阀，打开U形压差计下方的排水考克，再打开U形压差计下方与软管相连的左右阀，关闭左右阀中间的平衡阀，直到玻璃管中水不出现气泡，然后关闭U形压差计下方与软管相连的左右阀，打开上方的放空阀和下方的排水考克，令玻璃管内水位下降到适当高度，再打开左右阀中间的平衡阀，倒U形压差计两玻璃管内的水位会相平，否则重复上过排汽过程，直至两玻璃管内的水位相平。
测定光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力、局部阻力的三个倒U形压差计的排气方法相同，再此不再一一介绍。特别注意的是，实验过程不能碰撞玻璃管，以免断裂。
（4）直管阻力的测定。
打开阀2，关闭阀3，调节阀6，流量从2m3 /h开始，分别记录相应的光滑管及粗糙管的倒U形压差计两玻璃管内的指示剂高度差，流量每次增加1 m3/h, 直至最大流量。在测量过程应密切注意转子流量计中的流量变化，因为四套实验装置的水流量会相互干扰。
（5）局部阻力的测定。
关闭阀2，排开阀3，调即阀6，取三个不同的流量，如2、3、4m3/h,记录相应指示剂高度差。水温可在最后测，测一次即可。
五、数据记录及数据处理
实验装置号，测压段管长L＝ m，流体温度℃
光滑管管内径： m，粗糙管管内径： m，局部阻力管内径： m
1．粗糙管和光滑管的直管阻力
计算结果列表
计算举例：装置1：水温20℃，密度998.2kg/m3，粘度100.42×10-5Pas
以表2第一组数据为例。
s
m d V u kg
J P
h f /41.03600)0416.0(14.3244/0983.02.99833.10101325
01.022=???===??=
?=
πρ 324.0)
41.0(2
5.1041
6.00983.02=??==u l d h f λ 45
10695.110
42.1002.99841.00416.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
du
注意：粗糙管和光滑管都要计算
2．局部阻力
计算结果列表
计算举例：以第一组数据为例 kg J P
h f /675.32
.99833.10101325
374.0=??=
?=
ρ
s m d V u /136.23600
)027.0(14.34
.4442
2=???==
π 611.1136
.2675.3222
2
=?=
=
u
h f ξ
实验二 离心泵性能特性曲线测定实验
实验日期： 一、 实验目的
测定恒定转速下某离心泵的流量(V)与扬程(H e )、轴功率(N a )、及效率(η)之间的曲线关系。
二、 基本原理
流体经过离心泵后流体的机械能会增值。离心泵的特性曲线实质上是流体流经离心泵时机械能按一定规律变化的宏观表现形式，其内容是表达在一定转速n 下离心泵的流量V 与其扬程H e 、轴功率Na 和效率η之间的定量关系，这些函数关系目前还无法分别用数学模型进行表达，只能通过实验测定的方法才能得到。 2.1离心泵流量V 的测量
实验时,采用涡轮流量计测量流体在管道内的流量,用智能流量积算仪直接显示出流体流量V 的数值, 其单位为m 3/h.
2.2 离心泵扬程He 的测定与计算
扬程是由离心泵的进口1截面至离心泵的出口2截面每牛顿流体机械能的增值，即
g
u Z g p H g u Z g p e 222
2
222111+
+=+++ρρ (2-1) 当离心泵的进、出管管径相同，且压力表和真空表的安装高度差可忽略不计时，由式（2-1）
可导出离心泵扬程的计算公式：
g
p p g p p H e ρρ真
表1212+=-= (2-2) 由式（2-2）可知，只要分别测出压力表和真空表的数值表2p 和真1p ，就可计算出泵的扬程
H e （m ）。
2.3 离心泵轴功率a N 的计算
用智能流量积算仪直接显示出泵的轴功率a N (W)。 2.4离心泵效率的计算
效率η数值大小是流体经过离心泵时的水力效率v η、容积效率h η和机械效率M η三者共同作用的结果。泵的效率计算公式如下： a
e
a e M h v N gVH N N ρηηηη==
??= （2-4） 2.5 离心泵的比例定律
对同一台离心泵，在转速n 与n ’时的特性曲线的等效点间存在下列关系：
i
i
i n n V V '=' 2)(i
ei ei n n H H '=' (2-5)
3)(n
n N N ai ai
'
=' 比例定律式（2-5）适用的条件是泵的转速变化只能在%20±内，且转速变化前后泵的效率相等，即i i ηη='。
三、 实验装置与流程
离心泵正常工作时，水由底阀○1进入离心泵的叶轮，获得机械能后离开泵壳，经出口阀○8、旁路○9或出口阀○8、电动调节阀○2流入出水管，途经涡轮流量计○1，水最后流入循环水箱。
图1-2 离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图
图1-3离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图
手画图
四、实验步骤与注意事项
1. 灌泵. 首先给离心泵灌泵。轻轻打开真空表旁的自来水水阀，注意，千万不能开大，否则会损坏真空表。当泵壳上的塑料放空管有水溢出时，说明泵壳内充满了水，可关闭自来水水阀。
2. 开启电源. 依次打开总电源开关、仪表电源开关，把水泵电源放在“直接”位置，此时水泵停止，按钮“红灯”亮。“转速测量仪”显示值、“温度压力巡检仪”显示值及“智能流量积算仪”显示值都为零。
3. 启动离心泵. 按水泵启动按钮绿键，打开电动调节阀电源，按“流量自动调节仪”的向上键∧至100，表示电动调节阀处于最大流量，待“智能流量积算仪”、“温度压力巡检仪”、“转速测量仪”显示值稳定后，记录下转速n、水温t、压力表读数P2表、真空表读数P1真、流量读数V；同时在马达天平上添加砝码使测功臂尖头与固定准星对齐，记录下砝码的总千克数P。然后按向下键∨，依次降低电动调节阀的流量，分别记录下相应的有关实验数据。实验测定结束后，按水泵停止按钮红键，关闭电动调节阀电源、水泵电源、仪表电源，总电源仍处于开启状态。
4. 启动计算机，进入化工原理实验软件库，处理实验数据，如三条性能曲线规律性不好，须重做实验。
五、数据记录及数据处理
实验装置号，流体温度℃
图上要有试验点，不能仅有线
计算结果列两张表，n 平均以前的V ,H,N,η列一张表, n 平均以后的V ,H,N,η列一张表，用n 平均以后的V ,H,N,η作图
所测装置为3号：ξ＝83.3，t=15℃，ρ水=998.9kg/m 3 计算举例：以第一组数据为例 s m V /0012.03=, W N 4.687=
m G P P H 51.209
.99881.9195.0006.0'
1'2=?+=-=ρ
351.042
.6870012
.0511.209810=??==
N g HV ρη 2936=-
n
s m n n V V /00119.02957
29360012.03''
=?==
M n n H H 22.20)2957
2936(5.20)(2
2''
=?==
ω9.672)2957
2936(42.687)(3
3''
=?==n n N N
351.0'==ηη 实验五 对流给热系数测定实验
实验日期： 一、实验目的
1. 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制
对流给热系数αi 。
2. 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。
二、基本原理
1. 串联传热过程 冷流体（空气或水）与热流体水蒸汽通过套管换热器的内管管壁发生热量交换的过程可分为三步：
○
1套管环隙内的水蒸汽通过冷凝给热将热量传给圆直水平管的外壁面； ○
2热量从圆直水平管的外壁面以热传导的方式传至内壁面； ○
3内壁面通过对流给热的方式将热量传给冷流体。 在实验中，水蒸汽走套管换热器的环隙通道，冷流体走套管换热器的内管管内，当冷、热流体间的传热达到稳定状态后，根据传热的三个过程、牛顿冷却定律及冷流体得到的热量，可以计算出冷热流体的给热系数（以上是实验原理）。
（以下是计算方法）传热计算公式如下：
Q=α0A 0( T –T w )m = αi A i ( t w –t)m =V c ρc C pc (t 2-t 1) (2-1) 由（1）式可得：
m
w pc c c T T A t t C V )()(0120--=
ρα (2-2)
m
w i pc c c i t t A t t C V )()(12--=
ρα (2-3)
式（2）中，( T –T w )为水蒸汽温度与内管外壁面温度之差， 式（3）中，( t w –t)为内管内壁面温度与冷流体温度之差。由于热流体温度T 、内管外壁温T w 、冷流体温度t 及内管内壁温t w 均沿内管管长不断发生变化，因此，温差( T –T w ) 和( t w –t)也随管长发生变化，在用牛顿冷却定律算传热速率Q 时，温差应分别取进口（1）与出口（2）处两端温差的对数平均值( T –T w )m 和( t w –t)m ，方法如下：
221
12211ln )()()(w W W w w
T T T T T T T T T T -----=- （2-4）
2
21
12211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----=
- （2-5）
当套管换热器的内管壁较薄且管壁导热性能优良（即λ值较大）时，管壁热阻可以忽略不计，可近似认为管壁内、外表面温度相等，即T w1=t w1, T w2=t w2。
因此，只要测出冷流体的流量V c 、进出口温度t 1和t 2、水蒸汽进出口温度T 1和T 2、内管壁温T w1和Tw 2，根据定性温度查出冷流体的物性ρc 和C pc ，再计算出内管的内、外表面积A i 和A 0，根据公式(2)和(3)就可计算出水蒸汽的冷凝给热系数α0及冷流体的对流给热系数αi 。
2. 给热系数的经验公式
Nusselt 求得纯净蒸汽在水平圆管外表面膜状冷凝平均给热系数的半经验公式：
25
.00320)(13.1?
?
?
???-=w s t t d g μγλρα （2-6）
式（6）中，蒸汽冷凝潜热γ为饱和蒸汽温度t s 下的数据，壁温t w 取进、出口壁温的平均值(t w1+ t w2)/2，冷凝液物性ρ、λ、μ取液膜温度(t s +t w )/2下的数值。因此，只要测出套管换热器内管的外径d 0, 就可算出蒸汽冷凝给热系数α0。
对低粘度的液体在圆形直管内的呈湍流流动且被加热时，其对流给热系数可采用Dittus-Boelter 关联式：
4
.08
.0023.0?
??
?
?????
? ??=λμμρλαp i i i C u d d （2-7） 式（7）中的冷流体的物性λ、μ、ρ、C p 为冷流体在管内进、出口温度的算术平均值（t 1+t 2）
/2所对应的数据，流速u 为冷流体体积V c 流量除以管内径d i 计算的截面积。
三、实验装置与流程
水蒸汽自蒸汽发生器○2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝
水由阀○
9、阀○8排入水沟。 冷流体水或来自由变频器○12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○4或电动调节阀○5、涡轮流量计○13、水或空气流量调节阀○10进入套管换热器的内管，被加热后排入下水道或放空。
图1—6 水蒸气～水（或空气）对流给热系数测定实验流程图
1、水泵或旋涡气泵
2、蒸气发生器
3、
4、旁路阀
5、电动调节阀
6、蒸汽总阀
7、蒸气调节阀
8、
9、冷凝水排放阀10、水或空气流量调节阀11、惰性气体排放阀
手画图
四、实验步骤与注意事项
4.1 空气~水蒸汽系统
1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。
2. 启动旋涡气泵○1, 调节手动调节阀○10使风量最大。
3.排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小阀○8，注意阀○8不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。
4. 调节蒸汽压力。打开阀○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热，控制蒸汽压力稳定在0.02MPa, 不要超过0.05MPa，否则蒸汽不够用。
5. 分别测定不同流量下所对应的温度。当控制面板上的巡检仪显示的11个温度、压力数据及智能流量积算仪上显示的空气流量稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、压力、流量数据。然后再调节阀○6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。
6. 实验结束后，关闭蒸汽阀○7和阀○6，关闭仪表电源及总电源。
4.2 水~水蒸汽系统
操作步骤、方法基本上同空气~水蒸汽体系一样，只是冷流体由空气改为冷水，实验点仍然取3个。
五、数据记录及数据处理
实验装置号，体系，蒸汽压力 MPa
管长L= 1.01 m ，内管管径： φ16×1.5mm
所测实验装置为1号：水蒸气～水体系，蒸汽压力P ＝0.03Mpa ，T ＝18℃ 计算举例：以第一组数据为例 水阀全开时的流量为：V ’＝0.35l/s 定性温度t m =(t 1+t 2)/2=18℃
18℃时查附录可得水的物性参数：
c p =4.185×103J/kgK ρ=998.2kg/m 3 t
s =100℃ λ=59.362×10-2W/mK μ=106.442×10-5Pas r=2205.2kJ/kg T W =( T W1+ T W2 + T W3)/3=86.814℃ t w =( t W1+ t W2 + t W3)/3=82.211℃
34.13ln )
()()(2121=-----=-w
w w w m T T T T T T T T Tw T
02
.64ln )
()()(2
2112211=-----=
-t t t t t t t t t t w w w w m w 紫铜管规格：直径φ16×1.5mm ，长度L=1010mm A i =πdl=3.14×(0.016-0.0015×2)×1.01=0.04123m 2 A 0=πdl=3.14×0.016×1.01=0.05074m 2
3.26524)()
(0120=--=
m
P Tw T A t t C V ρα
2.6802)()
(i 12=--=
m
w P i t t A t t C V ρα
管内、管外给热系数的理论值：
在水平管外，蒸汽冷凝给热系数（膜状冷凝）的半经验式： 定性温度t m =(t s +t m )/2 5.12239)(725.04
/10320=?=t
d r g μλρα
流体在直管内强制对流时的给热系数的半经验式： 定性温度t m =(t 1+t 2)/2=18℃
1.7939)()4(023.0Pr Re 023.04
.08.04.08.0===λμμπρλλαp i i i i c d V d d
计算管内、管外给热系数的误差：
实验七 精馏实验
实验日期： 一、实验目的
1．掌握全回流时板式精馏塔的的全塔效率、单板效率及填料精馏塔等板高度的测定方法。 2．熟悉精馏塔的基本结构及流程。
二、基本原理
蒸馏单元操作是一种分离液体混合物常用的有效方法，其依据是液体中各组分间挥发度的差异。它在石油化工、轻工、医药等行业有着广泛的用途。在化工生产中，我们把含有多次部分汽化与冷凝且有回流的蒸馏操作称为精馏。本实验采用乙醇—水体系，在全回流状态下测定板式精馏塔的全塔效率E T 、单板效率E M 及填料精馏塔的等板高度HETP 。 1 全塔效率E T
板式精馏塔的全塔效率定义为完成一定的分离任务所需的理论塔板数N T 与实际塔板数N P 之比。在实际生产中，每块塔板上的汽液接触状况及分离效率均不相同，因此全塔效率只是反映塔内全部塔板的平均分离效率，计算公式如下：
E T =N T /N P （1） 当板式精馏塔处于全回流稳定状态时，取塔顶产品样分析得塔顶产品中轻组份摩尔分率X D ，取塔底产品样分析得塔底产品中轻组份摩尔分率X W ，用M.T.作图法求出N T ，而实际
塔板数已知N P =16，把N T 代入（1）式即可求出全塔效率E T 。 2 单板效率E m
全塔效率只是反映了塔内全部塔板的平均效率，所以有时也叫总板效率，但它不能反映具体每一块塔板的效率。单板效率有两种表示方法，一种是经过某塔板的气相浓度变化来表示的单板效率，称之为默弗里气相单板效率E mV ，计算公式如下：
1
*1
++--=
n n n n mV y y y y E (2)
式（1）中y n 为离开第n 块板的汽相组成，y n+1为离开第(n+1)块板的汽相组成，y n *为与离开第n 块板液相组成x n 呈平衡的汽相组成，以上汽、液相浓度的单位均为摩尔分率。因此，只要测出x n 、y n 、y n+1，通过平衡关系由x n 计算出y n *，则根据式（1）就可计算默弗里气相单板效率E mV 。
单板效率的另一种表示方法为经过某块塔板液相浓度的变化，称之为液相默弗里单板效率，用E mL 来表示，计算公式如下：
*
11n
n n
n mL x x x x E --=
-- （3）
式（2）中，x n-1为离开第n-1板的液相组成，x n 为离开第n 板的液相组成，x n *为与离开第n 板汽相组成y n 呈平衡关系的液相组成，以上汽、液相浓度的单位均为摩尔分率。因此，只要测出x n-1、x n 、y n ，通过平衡关系由y n 计算出x n *，则根据式（2）就可计算默弗里液相单板效率E mL 。
3 填料塔等板高度HETP
填料塔的等板高度HETP 是指与一块理论塔板的分离效果相当的填料层高度。HETP 的大小取决于填料的种类、材质与尺寸，还与塔设备的结构、尺寸、被分离体系的物性及塔操作条件等因素有关。等板高度的计算公式如下：
HETP=H/N T （4）
式（4）中H 为填料层高度1.0m, N T 为全回流或部分回流时的理论板数。本实验在全回流状态下测定塔顶产品轻组分含量X D 和塔底产品轻组分含量X W ，用M.T.图解法求出填料塔在全回流状态下的理论板数N T ，或在部分回流下测定进料中轻组分含量X F 、进料温度T F ,、塔顶产品中轻组分含量X D 、回流比R 及塔底产品轻组分含量X W ，用M.T.图解法就可求出部分回流时的理论板数N T 。把H 和两种状态下的N T 代入公式（4），即可算出全回流和部分回流状态下的HETP 。
三、实验装置与流程
冷却水经转子流量计○12计量后进入全凝器○1的底部，然后从上部流出。由塔釜○5产生的蒸汽穿过塔内的塔板或填料层后到达塔顶，蒸汽全凝后变成冷凝液经集液器的侧线管流入回
流比控制器○2，一部分冷凝液回流进塔，一部分冷凝液作为塔顶产品去贮槽2。原料从贮槽○6由进料泵○7输送至塔的侧线进料口。塔釜液体量较多时，电磁阀○10会启动工作，釜液就会自动由塔釜进入贮槽○9。
本实验装置有筛板塔和填料塔两种类型，它们的特征数据如下：
1．不锈钢筛板塔
塔内径D内＝66mm，塔板数N P＝16块，板间距H T＝71mm。塔板孔径1.0mm，孔数72个，开孔率4.5%。塔釜液体加热采用电加热，塔顶冷凝器为列管换热器。供料采用LMI 电磁微量计量泵进料。筛板精馏塔实验装置如图1－11所示。
图1－11 筛板精馏塔流程图
2. 不锈钢填料塔
塔内径D内＝68mm，塔内填料层高度Z＝1.0m（乱堆），填料为不锈钢σ环散装填料，尺寸6mm×6mm，比表面积440m2/m3，空隙率0.7 m3/m3，堆积密度700kg/m3，填料因子1500 m-1，填料层支承栅板开孔率75％。塔底电加热，加热功率2.5kw。塔顶冷凝器为盘管换热器。供料采用LMI电磁微量计量泵进料。筛板精馏塔实验装置如图1－12所示。
图1－12 填料精馏塔流程图
3．仪表控制板
图1－13 仪表控制板
手画图
四、实验步骤与注意事项
1．配制乙醇质量百分数为20%的乙醇水溶液。配制后，从加料漏斗○4加入塔釜，液位处于玻璃液位计的2/3高度处，并打开塔顶放空阀。注意，釜液位不能过低，否则电加热器会烧坏。
2．调节冷却水流量。调节冷却水进口阀，使水流量稳定在500L/h左右。
3．接通电源。接通控制面板上的仪表电源，接通塔釜电加热器电源，手动调节电压，刚开始加热电压可高些如200~220V，等塔釜温度稳定在九十几度也即釜温接近泡点时，电压降至100~120V左右，注意加热电压不能太高，否则会出现淹塔现象。
4取样分析．当全回流出现并稳定20分钟后，此时塔顶温度、塔釜温度及各测温点的温度
不再发生变化，全回流处于稳定状态，从○3取样口取塔顶产品样送色谱分析室分析乙醇含量X D，从○8取样口取塔釜产品样送色谱分析室分析乙醇含量X W。
据记录及数据处理
实验装置号，
实验数据：
= 93.07% ( 质量分数)；
全回流塔顶X
D
塔顶X
= 1.634% (质量分数)
W
冷凝水量＝ L/h
回流量＝ L/h
塔顶温度＝℃
塔釜温度＝℃
实验结果：
= ；
N
t
E = 或HETP =
比：
X D＝**%（摩尔百分比）
X W＝***%（摩尔百分比）
用图解法求得理论板数N T。
本实验的4号不锈钢筛板塔的实际塔板数N P＝***块，则全
塔效率E P＝N T/N P
本实验的2、3号填料塔的填料层高度H＝***m，则等板高度HEPT
＝H/N T
化工原理实验报告 Prepared on 22 November 2020
实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）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（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 （m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面积求得） (m/s)
1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位差可 知） （Pa ） 对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 222121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图 泵额定流量为10L/min,扬程为8m,输入功率为80W. 实验管：内径15mm 。 四、实验操作步骤与注意事项 1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。 2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。 3、打开阀5，观察测压管水头和总水头的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。 4、将流量控制阀开到一定大小，观察并记录各测压点平行与垂直流体流动方向的液位差△h 1…△h 4。要注意其变化情况。继续开大流量调节阀，测压孔正对水流方向，观察并记录各测压管中液位差△h 1…△h 4。 5、实验完毕停泵，将原始数据整理。 实验二 离心泵性能曲线测定 一、实验目的 1. 了解离心泵的构造和操作方法 2. 学习和掌握离心泵特性曲线的测定方法
1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制 （5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。
2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。 3、离心泵特性曲线测定 1、关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机。 2、离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。 3、用出口阀门调解流量而不用崩前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 4、当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。 5、不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的准确性 6、本题是研究密度对离心泵有关性能参数的影响。由离心泵的基本方程简化式可以看出离心泵的压头，流量、效率均与液体的密度无关，但泵的轴功率随流体密度增大而增大即：密度增大N增大，又因为其它因素不变的情况下Hg↓而安装高度减小。 4、流体流动阻力的测定 1、是的，因为由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线圈。 2、在流动测定中气体在管路中，对流动的压力测量产生偏差，在实验中一定要排出气体，让流体在管路中流动，这样流体的流动测定才能准确。当流出的液体无气泡是就可以证明空气已经排干净了。
化工原理实验报告
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实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系,加深对柏努利方程式的理解。 ２、观察各项能量(或压头)随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时,由于管路条件（如位置高低、管径大小等)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(机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦,流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体,任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔(即测压孔）与水流方向垂直时,测压管内液柱高度(位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中: 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 (ｍ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截 面积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力(可由Ｕ型压差计的液位 差可知) （Pa ） 对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图
2017化工课程设计心得体会范文 2017化工课程设计心得体会范文一 化工原理课程设计是综合运用化工原理及相关基础知识的实践性教学环节。设计过程中指导教师指引学生在设计过程中既要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法。 本次化工原理课程设计历时两周，是上大学以来第一次独立的工业化设计。从老师以及学长那里了解到化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法;学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧;掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形;在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。由于第一次接触课程设计，起初心里充满了新鲜感和期待，因为自我认为在大学里学到的东西终于可以加以实践了。可是当老师把任务书发到手里是却是一头雾水，完全不知所措。可是在这短短的三周里，从开始的一无所知，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。我的课程设计题目是苯――氯苯筛板式精馏塔设计图。在开始时，我们不知道如何下手，虽然有课程设计书作为参
考，但其书上的计算步骤与我们自己的计算步骤有少许差异，在这些差异面前，我们显得有些不知所措，通过查阅《化工原理》，《化工工艺设计手册》，《物理化学》，《化工原理课程设计》等书籍，以及在网上搜索到的理论和经验数据。我们慢慢地找到了符合自己的实验数据。并逐渐建立了自己的模版和计算过程。在这三周中给我印象最深的是我们这些“非泡点一族”在计算进料热状况参数q时，没有任何参考模板，完全靠自己捉摸思考。起初大家都是不知所措，待冷静下来，我们仔细结合上课老师讲的内容，一步一步的讨论演算，经大家一下午的不懈努力，终于把q算出来了。还有就是我们在设计换热器部分，在试差的过程中，我们大部分人都是经历了几乎一天多的时间才选出了合适的换热器型号，现在还清楚的记得我试差成功后那激动的心情，因为我尝到了自己在付出很多后那种成功的喜悦，因为这些都是我们的“血泪史”的见证哈。 在此感谢我们的杜治平老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次课程设计的细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢同组的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。 2017化工课程设计心得体会范文二
北 京 化 工 大 学 实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 2011.04.24 班 级： 化工0801 姓 名： 王晓 同 组 人：丁大鹏,王平,王海玮 装置型号： 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气-液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的1.2-2.0倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E e N E N 式中 E —总板效率； N —理论板数（不包括塔釜）； Ne —实际板数。
化工原理实验课课后习 题答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
流体流动阻力的测定 1.如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。 行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验 3.进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门为什么答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。 4．待测截止阀接近出水管口，即使在最大流量下，其引压管内的气体也不能完全排出。试分析原因，应该采取何种措施？答：待截止阀接近进水口，截止阀对水有一个阻力，若流量越大，突然缩小直至流回截止阀，阻力就会最大，致使引压管内气体很难排出。改进措施是让截止阀与引压阀管之间的距离稍微大些。5．测压孔的大小和位置，测压导管的粗细和长短对实验有无影响为什么答：由公式2p可知，在一定u下，突然扩大ξ，Δp增大，则压差计读数变大；2u?反之，突然缩小ξ，例如：使ξ＝，Δp减小，则压差计读数变小。 6．试解释突然扩大、突然缩小的压差计读数在实验过程中有什么不同现象？答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。 7.不同管径、不同水温下测定的～Re曲线数据能否关联到同一曲线答：hf与很多值有关，Re是其中之一，而λ是为了研究hf而引入的一个常数，所以它也和很多量有关，不能单单取决于Re，而在Re在一定范围内的时候，其他的变量对于λ处于一个相对较差的位置，可以认为λ与Re关系统一。正如Re在3×103～105范围内，λ与Re的关系遵循Blasius关系式，即λ= 8．在～Re曲线中，本实验装置所测Re在一定范围内变化，如何增大或减小Re的变化范围答：Redu，d为直管内径，m；u为流体平均速度，m/s；为流体的平均密度,kg/m3；s。为流体的平均黏度，Pa · 8．本实验以水作为介质，作出～Re曲线，对其他流体是否适用为什么答：可以使用，因为在湍流区内λ=f（Re， ）。说明在影响λ的因素中并不包含流体d本身的特性，即说明用什么流体与-Re无关，所以只要是牛顿型流体，在相同管路中以同样的速度流动，就满足同一个-Re关系。 9．影响?值测量准确度的因素有哪些答：2dp，d为直管内径，m；为流体的平均密度,kg/m3；u为流体平均速2u度，m/s；p为两测压点之间的压强差，Pa。△p=p1-p2，p1为上游测压截面的压强，Pa；p2为下游测压截面的压强，Pa 离心泵特性曲线的测定 1.为什么启动离心泵前要先灌泵如果灌水排气后泵仍启动不起来，你认为可能是什么原因 答：离心泵若在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。 2．为什么启动离心泵时要关出口调节阀和功率表开关启动离心泵后若出口阀不开，出口处压力表的读数是否会一直上升，为什么答：关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机。当泵不被损坏时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响造成的。 3．什么情况下会出现气蚀现象？答：金属表面受到压力大、频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状破坏。4．为什么泵的流量改变可通过出口阀的调节来达到是否还有其他方法来调节流量答：用出口阀门调节流量而不用泵前阀门调节流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频装置，很好用的。 5．正常工作的离心泵，在其进口管线上设阀门是否合理为什么答：合理，主要就是检修，否则可以不用阀门。 6．为什么在离心泵吸入管路上安装底阀？ 答：为便于使泵内充满液体，在吸入管底部安装带吸滤网的底阀，底阀为止逆阀，滤网是为了防止固体物质进入泵内而损坏叶轮的叶片或妨碍泵的正常操作。 7．测定离心泵的特性曲线为什么要保持转速的恒定？答：离心泵的特性曲线是在一定转速n下测定的，当n改变时，泵的流量Q、扬程H及功率P也相应改变。对同一型号泵、同一种液体，在效率η不变的条件下，Q、H、P随n的变化关系如下式所示 见课本81页当泵的转速变化小于20%时，效率基本不变。8．为什么流量越大，入口真空表读数越大而出口压力表读数越小？答：据离心泵的特征曲线，出口阀门开大后，泵的流速增加，扬程降低，故出口压力降低；进口管道的流速增加，进口管的阻力降增加，故真空度增加，真空计读数增加。 过滤实验 1.为什么过滤开始时，滤液常有些混浊，经过一段时间后滤液才转清？答：因为刚开始的时候滤布没有固体附着，所以空隙较大，浑浊液会通过滤布，从而滤液是浑浊的。当一段时间后，待过滤液体中的固体会填满滤布上的空隙从而使固体颗粒不能通过滤布，此时的液体就会变得清澈。
篇一：化工原理实验报告吸收实验 姓名 专业月实验内容吸收实验指导教师 一、实验名称： 吸收实验 二、实验目的： 1.学习填料塔的操作； 2. 测定填料塔体积吸收系数kya. 三、实验原理： 对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。 （一）、空塔气速与填料层压降关系 气体通过填料层压降△p与填料特性及气、液流量大小等有关，常通过实验测定。 若以空塔气速uo[m/s]为横坐标，单位填料层压降?p[mmh20/m]为纵坐标，在z ?p~uo关系z双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。当液体喷淋量l0=0时，可知 为一直线，其斜率约1.0—2，当喷淋量为l1时，?p~uo为一折线，若喷淋量越大，z ?p值较小时为恒持z折线位置越向左移动，图中l2＞l1。每条折线分为三个区段， 液区，?p?p?p~uo关系曲线斜率与干塔的相同。值为中间时叫截液区，~uo曲zzz ?p值较大时叫液泛区，z线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点a。 姓名 专业月实验内容指导教师?p~uo曲线斜率大于10，截液区与液泛区之间的转折点叫泛点b。在液泛区塔已z 无法操作。塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间，此时塔效率最高。 图2-2-7-1 填料塔层的?p~uo关系图 z 图2-2-7-2 吸收塔物料衡算 （二）、吸收系数与吸收效率 本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收姓名 专业月实验内容指导教师平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。其吸收速率方程可用下式表示： na?kya???h??ym（1）式中：na——被吸收的氨量[kmolnh3/h]；?——塔的截面积[m2] h——填料层高度[m] ?ym——气相对数平均推动力 kya——气相体积吸收系数[kmolnh3/m3·h] 被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2）： na?v(y1?y2)?l(x1?x2) （2）式中：v——空气的流量[kmol空气/h] l——吸收剂（水）的流量[kmolh20/h] y1——塔底气相浓度[kmolnh3/kmol空气] y2——塔顶气相浓度[kmolnh3/kmol空气] x1，x2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolnh3/kmolh20] 由式（1）和式（2）联解得： kya?v(y1?y2)（3） ??h??ym 为求得kya必须先求出y1、y2和?ym之值。 1、y1值的计算：
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
北京化工大学 实验报告 精馏实验 一、摘要 精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下及部分回流状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏、板式塔、理论板数、总板效率、单板效率 二、实验目的 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上气- 液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、实验原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔 板上实现多次接触，进行传热和传质，使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则
需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是 一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取用最小回流比的倍。在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1）总板效率E N e 式中E —总板效率；N—理论板数（不包括塔釜）；Ne —实际板数。 2）单板效率E ml E x n 1 x n E ml * x n 1 x n* 式中E ml—以液相浓度表示的单板效率； x n，x n-1—第n 块板的和第（n-1 ）块板得液相浓度； x n*—与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因素。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，已评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中电加热器的电压，塔板上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电加热器表面的温度将发生变化，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数也加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知 Q A t m
化工原理实验习题答案 Prepared on 22 November 2020
1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封液封高度如何计算 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力. 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量 为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一
（4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。 3.答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。在外管 最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.答：靠近蒸气温度因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 5. 答：基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故 (ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。 3、离心泵特性曲线测定 1、关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门意味着扬程极小，这意味着电机功率极大，会烧坏电机。 2、离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。
化工原理实验报告-离心泵试验
化工原理 实 验 报 告 班级： XXXXXX 指导老师： XXX 小组： XXX
组员：XXX XXX XXX XXX 实验时间： X年X月X日 目录 一、摘要 (2) 二、实验目的及任务 (3) 三、基本原理 (3) 1.泵的扬程He (4) 2.泵的有效功率和效率 (4) 四、实验装置和流程 (5) 五、操作要点 (6) 六、实验数据记录与处理 (7) 1.泵的扬程与流量关系曲线的测定（H e~Q） (7) 2.泵的轴功率与流量关系曲线的测定（N轴~Q） (8) 3.泵的总效率与流量关系曲线的测定（η~Q） (10)
4.计算示例 (13) （1）泵的扬程与流量关系曲线的测定（H e~Q） (13) （2）泵的轴功率与流量关系曲线的测定（N 轴~Q） (13) （3）泵的总效率与流量关系曲线的测定（η~Q） (13) 七、实验结果及分析 (14) 八、误差分析 (15) 九、思考题 (16) 实验二离心泵性能试验 一、摘要 本实验以水为工作流体，使用WB70/055型离心泵实验装置。通过调节阀门改变流量，测得不同流量下离心泵的各项性能参数，流量通过涡轮流量计测量。实验中直接测量量有P真空表、P压力表、电机功率N电、水流量Q、水温℃。根据上述测量量来计算泵的扬程He、泵的有效功率Ne、泵的总效率η。从而绘制He-Q、N e-Q和η-Q三条曲线即泵的特性曲线图,并根据此图求出泵的最佳操作
范围。 关键词：离心泵特性曲线 二、实验目的及任务 ①了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法。 ②测定离心泵的扬程与流量关系曲线。 ③测定离心泵的轴功率与流量关系曲线。 ④测定离心泵的总效率与流量关系曲线。 ⑤综合测定离心泵在恒定转速下的特性曲线，并确定泵的最佳工作范围。 三、基本原理 离心泵的性能参数取决于泵的内部结构、叶轮形式及转速。其中理论压头与流量的关系，可通过对泵内液体质点运动的理论分析得到。由于流体流经泵时，不可避免地会遇到各种阻力，产生能量损失，诸如摩擦损失、环流损失等，因此，实际压头比理论压头笑，且难以通过计算求得，因此通常采用实验方法，直接测定其参数间的关系，并将测出的He-Q、N-Q和η-Q三条曲线称为离心泵的特性曲线。另外，曲线也可以求出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。
化工原理实验心得体会 这个学期我们学习了《化工原理》这门课，在学习了部分理论知识后，我们进入了实验室，开始学习《化工原理实验》并分组进行了实验。和前几个学期类似，大家先要进行实验的预习，在了解和熟悉实验的要求和操作的基础上，然后在老师提问检查每一组各位组员对实验过程的预习程度后，对各位组员的预习情况进行点评，并指出其中的不足和缺漏。然后在指导老师的悉心讲解后，对实验有一个新的、更全面的认识后进行实验。通过动手实验，我更加深刻的理解了化工原理课上老师讲解的知识，增强了动手能力，对理论知识有了形象化的认识。 本学期我们共学习了五个实验，分别是： 实验一、离心泵的特性曲线实验； 实验二、流体流动阻力的测定； 实验三、空气—蒸汽对流传热系数的测定； 实验四、恒压过滤常数的测定； 实验五、填料塔的精馏实验， 通过对实验的学习并亲手操作，我掌握了许多知识。 这几个实验中我印象最深刻的是恒压过滤常数的测定，实验以生活中常见的碳酸钙的水浆液位测定原料。这个实验和空气—蒸汽对流传热系数的测定实验一起分组进行。老师讲解完实验原
理并强调了注意事项后，我们开始实验。我们小组先进行了恒压 过滤常数测定实验，首先我们对两个小组的成员进行了各项职责 的分配分别是：两位同学负责碳酸钙水浆液的搅拌和回收，由一 位同学负责数据的采集和记录的工作。每个三分钟记录床层温度 一次，取样一次，并由同组同学进行含水量的测定，由两位同学 负责装好板框，最后分别由其他两位同学负责压力阀的控制和滤 液进口阀、滤液出口阀的控制。这样一来整个实验的分工工作就 已经完成了。实验过程中，我们互相配合，进行的很顺利。但是 在第一次实验时由于我们的粗心大意，我们将四块滤板中的一块 方向装反了，使得我们第一次采集的数据无效了，因此指导老师 还对我们实验时的粗心大意进行了严厉的批评教育，这些批评教 育使我们牢记在这是一个教训，实验中细心认真完成每一步，我 们的动手能力才会在这个过程中得到提升。 在这一个学期短暂的实验学习过程中，使我们重新认识了在 大学学习生活中，在实验过程中一个实验者的认真预习和摈弃粗 心大意，认真、谨慎的进行好每一步的操作、合理的分工协同工 作对于一个实验的成败与否是至关重要的。或许在将来生活工作 中也一样，俗话说得好，所谓“细节决定成败”。一个做事粗心 大意，做事前从不做准备的人不管他将来从事什么样的工作都无 法取得好的成绩，因为在他的心理或许压根就没有重视过自己所 从事的事情或者是行业。俗话说“机遇永远是给有准备的人的”。 化工原理实验的任务主要是了解一些典型化工设备的原理和
实验报告 课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 叶向群 成绩：__________________ 实验名称：吸收实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定 1 实验目的： 1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作； 1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空气塔气速； 1.3 测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线； 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a 。 2 实验装置： 2.1 本实验的装置流程图如图1： 专业： 姓名： 学号： 日期：2015.12.26 地点：教十2109
2.2物系：水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，他们的流量分别通过转子流量计。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。 3 基本原理： 实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。校正方法如下：
3.2 体积吸收系数的测定 3.2.1相平衡常数m 对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系为： 相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下： 式中：E—亨利系数，Pa P—系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa 亨利系数E与温度T的关系为： lg E= 11.468-1922 / T 式中：T—液相温度（实验中取塔底液相温度），K。 根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p，即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常数m。 3.2.2 体积吸收常数 体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y≈y、X≈x。 3.2.3被吸收的氨气量,可由物料衡算 (X1-X2) 式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h；
化工原理实验思考题(填空与简答) 一、填空题： 1.孔板流量计的C~Re关系曲线应在单对数坐标纸上标绘。 2.孔板流量计的V S ~ R关系曲线在双对数坐标上应为_直线—。 3.直管摩擦阻力测定实验是测定入与Re的关系，在双对数坐标纸上标绘。 4.单相流动阻力测定实验是测定直管阻力和局部阻力。 5.启动离心泵时应关闭出口阀和功率开关。 6.流量增大时离心泵入口真空度增大出口压强将减小。 7 .在精馏塔实验中，开始升温操作时的第一项工作应该是开循环冷却水。 8.在精馏实验中，判断精馏塔的操作是否稳定的方法是塔顶温度稳定 9.在传热实验中随着空气流量增加其进出口温度差的变化趋势：_进出口温差随空气流量增加而减小。 10.在传热实验中将热电偶冷端放在冰水中的理由是减小测量误差。 11.萃取实验中_水_为连续相，煤油为分散相。 12.萃取实验中水的出口浓度的计算公式为C E1=V R(C R1-C R2)/V E。 13.干燥过程可分为等速干燥和降速干燥。 14.干燥实验的主要目的之一是 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法 。 15.过滤实验采用悬浮液的浓度为5% ,其过滤介质为帆布。 16.过滤实验的主要内容测定某一压强下的过滤常数。
17.在双对数坐标系上求取斜率的方法为：需用对数值来求算，或者直接用 尺子在坐标纸上量取线段长度求取。 18.在实验结束后，关闭手动电气调节仪表的顺序一般为：先将手动旋钮旋 至零位，再关闭电源 19.实验结束后应清扫现场卫生，合格后方可离开。 20.在做实验报告时，对于实验数据处理有一个特别要求就是：要有一组数据处理的计 算示例。 21.在阻力实验中，两截面上静压强的差采用倒U形压差计测定。 22.实验数据中各变量的关系可表示为表格，图形和公式. 23.影响流体流动型态的因素有流体的流速、粘度、温度、尺寸、形状等. 24.用饱和水蒸汽加热冷空气的传热实验，试提出三个强化传热的方案（1）增加 空气流速（2）在空气一侧加装翅片（3）定期排放不凝气体。 25.在精馏实验数据处理中需要确定进料的热状况参数q值，实验中需要测定 进料量、进料温度、进料浓度等。 26.干燥实验操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器，以防烧坏加热丝。 27.在本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，正常操作维持在0.005mPa 如果达到0.008?0.01mPa可能出现液泛，应减少加热电流（或停止加热），将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。 28.流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互
化工原理下册预习题 1、吸收过程是依据以下差异进行物质间的分离 A、挥发度 B、溶解度 C、沸点 D、露点 E、饱和蒸汽压 2、吸收过程的三大操作要素是： A、x2，L，T B、L,x2 ,G C、L,G,T D、L,y1,x2 E、G,，y1，x2 X2,L,T 分别为吸收剂的进口浓度，流量，温度；y1,G分别为被处理气体的进口浓度、流量 3、填料吸收塔操作中，若吸收剂流量小于最小喷淋密度，则： A、不能操作 B、严重液泛 C、无法传质 D、填料不能全部被润湿 E、不能达到高的吸收率 4、填料吸液泛的原因及现象为： A、气量或液量过大 B、吸收剂或气体的温度过高 C、液泛时无法达到高的分离要求 D、液泛时塔釜压强急剧下降 E、液泛时塔釜压强急剧下降上升 5、对于液膜控制的吸收过程，有效提高传质速率的措施是： A、降低吸收剂温度T B、提高吸收剂温度T C、提高吸收剂流量L D、减小吸收剂的进口浓度x2 E、提高被处理气体流量G 6、某吸收操作，x2=0.1，L/mG=10,且回收率=95%，若要进一步提高吸收率，有效的措施是： A、提高吸收剂流量L B、降低吸收剂温度T C、降低吸收剂的进口浓度x2 D、更换高效填料 E、提高填料层高度
1、二元精馏塔稳定生产的基本条件是： A、必须满足全塔物料衡算 B、必须有合适的回流比 C、必须使塔釜的加热量恒定不变 D、塔内汽液负荷必须适当 E、必须满足轻组分物料衡算 2、板式精馏塔操作中造成严重漏液的原因是： A、塔釜加热量过大 B、回流量过小 C、塔釜加热量过小 D、进料量过小 E、堰上液层高度太低 3、板式精馏塔操作中造成溢流液泛的原因是： A、塔釜加热量过大 B、回流量过小 C、进料量太小 D、塔内下降液量过小 E、某块塔板的降液管被堵塞 4、在冷液进料的板式精馏塔操作中，造成精馏段干板，提馏段液泛的原因是： A、回流量过小 B、进料量过大 C、塔釜加热量过小 D、塔釜加热量过大 E、塔釜出料量太小 5、在精馏塔操作中，发现灵敏板温度突跃上升，且xd下降,xw下降, 应采取的措施是： A、D/F一定，关小塔釜加热量 B、D/F一定，开大塔釜加热量 C、R一定，增大塔顶出料量 D、R一定，减小塔顶出料量 E、D/F，R都不变，减小进料量 6、在精馏塔操作中，若xd下降而xw上升，应采取的措施是： A、D一定，增大塔釜加热量 B、D/一定，减小塔釜加热量 C、加热量一定，增大塔顶出料量 D、加热量一定，减小塔顶出料量 E、增大塔顶全凝器的冷却水流量 7、以下描述的现象中属于“液泛”的是： A、在高气速下液滴被气体从一层塔板带到上一层塔板;
中南大学考试试卷（A ） 2012 -- 2012 学年 2 学期 时间60分钟 化工原理实验 课程 48 学时 2 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 化工10级总分100分，占总评成绩 50 % 班级___________姓名__________ 学号_________ 成绩 一、多选题(共60分，每小题2分，正确的在最后页答题卡中填写T,错误的打F 。例如A,B,C,D 只有BC 正确，则在相应题号中填写FTTF, A,B,C,D 只有D 正确，则在相应题号中填写FFFT)1、柏努利实验中，测压管的测压孔正对水流方向时所出的液位高度表示该点的FFTF A . 动压头； B . 静压头；C . 动压头与静压头之和；D . 动压头、静压头、损失压头之和。2、当管径相同而两侧压孔方向也相同时,两测压管之间所测得液位差表示 FFTT A . 两截面之间的动压头之差; B . 两截面之间的静压头之差。C . 两截面之间的压强差; D . 两截面之间的损失压头。3、当管子放置角度或水流方向改变而流速不变时,其能量损失 FFT A . 增大；B . 减少； C . 不变。 4、U 型压差计可直接测出如下各值:TF A . 表压、真空度、压强差。 B. 表压、真空度、压强差和绝对压。 5、用量筒和秒表测定体积流量中,所算出的流速是 TFF A . 平均流速； B . 点流速；C . 最大点速度。 6、蒸馏操作能将混合液中组分分离的主要依据是:TFT A . 各组分的沸点不同； B . 各组分的含量不同； C . 各组分的挥发度不同 7、全回流操作的特点有TTT A . F = O, D = 0, W = 0； B . 在一定分离要求下N T 最少； C . 操作线和对角线重合； 8、本实验能否达到98% (质量)的塔顶乙醇产品?FTFT A . 若进料组成大于95.57%,塔顶不能可达到98% 以上 B . 若进料组成大于95.57%,塔釜可达到98% 以上 C . 若进料组成小于95.57%,塔顶可达到98% 以上 D . 若进料组成小于95.57%,塔顶不能达到98% 以上 9、冷料回流对精馏操作的影响为FTF 规范与