1、精選優質文檔-傾情為你奉上化工原理基本實驗3.1 流體流動阻力的測定3.1.1 實驗目的(1) 學習管路阻力損失(hf)、管路摩擦系數()、管件(閥件)局部阻力系數()的測定方法，并通過實驗了解它們的變化規律，鞏固對流體阻力基本理論的認識；(2) 了解與本實驗有關的各種流量測量儀表、壓差測量儀表的結構特點和安裝方式，掌握其測量原理，學會其使用方法。3.1.2 實驗原理實際流體沿直管壁面流過時因粘性引起剪應力，由此產生的阻力損失稱為直管阻力損失。流體流過管件、閥門或突然擴大(縮小)時造成邊界層分離，由此產生的阻力稱為局部阻力。上述兩種阻力的測定原理如下：(1) 直管阻力損失為了測定流體流過長為l

2、、內徑為d的直管的阻力損失，在其兩端安裝一個U形管壓差計。在壓差計的上、下游取壓面1-1與2-2間列伯努利方程： (3-1)對于水平等徑直管，有，所以 (3-2)流體流過直管的壓降由壓差計測定，即 (3-3)于是 (3-4)因為，所以在某一流量下摩擦系數可按下式計算： (3-5)式中：、分別為直管阻力壓差計指示劑及流體的密度；RU形壓差計讀數。根據因次分析，流體在直管內湍流流動時摩擦系數為雷諾準數Re和管子相對粗糙度(/d)的函數，即 (3-6)(2) 局部阻力根據局部阻力系數法，流體流過管件或閥門的阻力損失為 (3-7)式中：、分別為局部阻力壓差計指示劑及流體的密度；U形壓差計讀數。所以，在

3、某一流量下閥件或者管件的局部阻力系數可按下式計算： (3-8)根據式(3-4)(3-8)，實驗的組織方法是：在待測的直管段、管件(如大小頭、90o彎頭等)或者閥門(如閘閥、球閥等)兩端安裝U形管壓差計，在管路下游安裝出口閥，在直管段安裝流量計，再配以溫度計、管件、水槽等部件組成循環管路。3.1.3 實驗裝置與流程本實驗裝置由離心泵、渦輪流量計、水槽、U形壓差計等組成，其流程如圖3-1所示。圖3-1 流體流動阻力實驗裝置1水槽；2離心水泵；3流量計；4溫度計；5閥件或管件；6直管；7底閥；8控制閥；9引水閥；10，11排氣閥；12平衡閥；13總管排氣閥3.1.4 實驗步驟(1) 關閉控制閥，打開

4、2個平衡閥，引水灌泵、放氣，關閉功率表，啟動泵。(2) 排出管路系統的氣體。a. 總管排氣：先將控制閥全開，再關閉，如此反復3次，目的是排走總管中的部分氣體；然后打開總管排氣閥，開啟后再關閉，如此反復3次。b. 引壓管排氣：開啟控制閥，對每個壓差計的2個排氣閥，先同時開啟再同時關閉，共反復3次。c. 壓差計排氣：關閉2個平衡閥，對每個壓差計的2個排氣閥，先同時開啟后同時關閉，共反復3次。注意：在開啟排氣閥時眼睛要注視U型壓差計中的指示劑液面，防止指示劑沖出。(3) 檢驗排氣是否徹底。檢驗方法：將控制閥全開，再全關，觀察U型壓差計讀數，若左右讀數相等，則可判斷系統排氣徹底；若左右讀數不等，則重復

5、步驟(2)。(4) 記錄數據。注意：a. 由于系統的流量采用渦輪流量計計量，其小流量受到結構的限制，所以從大流量做起，實驗數據比較準確。b. 由于Re在充分湍流區時，Re的關系是水平線，所以在大流量時宜少布點；而Re比較小時，Re的關系是曲線，所以小流量時應多布點。(5) 關閉出口閥，關閉功率表開關，停泵，打開平衡閥。3.1.5 注意事項(1) 排氣一定要徹底；(2) 啟動泵前必須關閉引水閥；(3) 引壓管和壓差計排氣時要同時開關排氣閥，注意安全，確保指示劑不從壓差計內沖出；(4)合理安排實驗點。3.1.6 數據記錄表3-1 流體流動阻力測定實驗原始數據記錄表直管長度： m 管徑： mm 指示

6、劑： 閥門或管件類型： 管徑： mm 指示劑： 水溫 ： 序號顯示儀讀數直管阻力壓差計局部阻力壓差計左右左右123456789103.1.7 實驗報告要求(1) 將實驗數據整理成Re數據表，在雙對數坐標紙上繪制Re曲線。(2) 確定管件或閥門的阻力系數。3.1.8 思考題(1) 如何選擇U形壓差計的指示液？(2) 流量調節閥為何安裝在出口處的下端?(3) 為了確定與Re的函數關系要測定那些數據？宜選用什么儀器、儀表來測定？(4) 為什么要進行排氣操作？如何排氣？為什么操作失誤可能將U形壓差計中的水銀沖走？(5) 不同管徑不同水溫下測定的Re數據能否關聯到一條曲線上，為什么?(6) 以水為工作流

7、體測定的Re曲線能否用于計算空氣在直管內的流動阻力，為什么?(7) 兩段管線的管長管徑相對粗糙度及管內流速均相同，一根水平放置，另一根傾斜放置。流體流過這兩段管線的阻力及管子兩端的壓差是否相同，為什么?3.2 離心泵特性曲線的測定3.2.1 實驗目的(1) 了解離心泵的特性；(2) 學習離心泵特性曲線的測定方法；(3) 熟悉離心泵的操作方法和特性曲線的應用；(4) 正確掌握用作圖法處理實驗數據。3.2.2 實驗原理對一定類型的離心泵來說，泵的特性曲線主要是指在一定轉速下，泵的揚程(He)軸功率(Pa)和效率()與流量(qV)之間的關系。因為 （3.9）所以，要測定離心泵的特性曲線，最重要的是測

8、定HeqV關系曲線。由于離心泵的結構和流體本身的非理想性以及流體在流動過程中的種種阻力損失，迄今為止，還沒有人能推導出計算揚程的純理論數學方程式。因此，不能通過理論方法直接獲得HeqV關系曲線。泵的工作點為管路特性曲線和泵特性曲線的交點，改變管路阻力(通過調節閥門開度)可使管路特性曲線上的工作點發生移動，再將一系列移動的工作點的軌跡連接起來，就得到泵的HeqV關系曲線，見圖3-2。 圖3-2 泵的工作點原理圖 圖3-3 泵的結構示意圖在泵的進出口截面(圖3-3)間列機械能衡算式： (3-10)因，故 (3-11)其中 (3-12)由式(3-9）、(3-11)和(3-12)可見，實驗的組織方法是

9、：在泵的進、出口管上分別安裝真空表和壓力表，確定p1和p2；安裝溫度計測量流體溫度，從而確定流體的密度；在電機上安裝功率表計量電機輸入功率Pa；安裝流量計，確定流體的流速u；通過閥門控制流量；除以上儀表外，配上管件、水槽等部件組成循環管路。 3.2.3 實驗裝置與流程本實驗裝置由水槽、離心泵、控制閥、流量計等組成，其流程如圖3-4所示。圖3-4 泵特性曲線實驗裝置1水槽；2離心泵；3控制閥；4真空表；5電功率表； 6壓力表；7溫度計；8渦輪流量計；9底閥；10排氣閥；11引水閥；12排污閥3.2.4 實驗步驟(1) 關閉電功率表開關，關閉控制閥，引水、灌泵，待泵出口壓力穩定后，關閉引水閥，反復

10、開關泵體排氣閥，氣體被排盡后，關閉排氣閥。(2) 啟動泵，接通電功率表。(3) 采集數據。實驗從大流量做起，在最大流量與最小流量(含最大流量與最小流量)之間采集10組以上數據。(4) 實驗結束后，停泵，關閉電功率表開關。3.2.5 注意事項(1) 調節閥門開度后須等待35 min方能讀取數據。(2) 最大流量由管路特性與泵特性共同決定，指控制閥全開時的值。(3) 因離心泵效率極值點會出現在大流量時，所以實驗布點應遵循大流量多布點，小流量少布點的規則。(4) 實驗中若發現流量顯示儀讀數達不到零，則可采用先將控制閥全開，再快速關閉控制閥，使流量顯示儀讀數為零，此讀數可能不久還會上升，仍為正常現象，

11、上升的數據不采集，以零計。此時其余的儀表讀數不隨顯示儀讀數而改變。3.2.6 數據記錄表3-2 離心泵特性曲線的測定實驗數據記錄表水溫： 兩測壓口間的垂直距離： mm泵的吸入口管徑： mm 泵的壓出口管徑： mm序號顯示儀讀數真空表/MPa壓力表/MPa電功率表讀數123456789103.2.7 實驗報告要求(1) 在直角坐標系中繪制離心泵的特性曲線，注意必須說明實驗介質、實驗溫度、泵的類型與轉速。(2) 判斷該泵較為適宜的工作范圍。3.2.8 思考題(1) 啟動離心泵前為什么要先灌水排氣？本實驗裝置中的離心泵在安裝方面有何特點？(2) 啟動離心泵前為什么要先關閉出口閥，待啟動后再逐漸開大？

12、停泵時為什么也要先關閉出口閥？(3) 離心泵的特性曲線是否與連接的管路系統有關？(4) 離心泵的流量增大時，壓力表與真空表的數值將如何變化?為什么？(5) 離心泵的流量是否可以通過泵的出口閥調節，為什么？(6) 在什么情況下會出現“汽蝕”現象？汽蝕現象與氣縛現象有什么區別？(7) 離心泵在其進口管上安裝調節閥門是否合理？為什么？(8) 試分析必須汽蝕余量與泵的安裝高度的區別。(9) 已知某離心泵的必需汽蝕余量(NPSH)r=3.0 m，如果選用密度比水輕的苯作介質，那么必需汽蝕余量如何變化？為什么？3.3 過濾實驗3.3.1實驗目的(1) 了解過濾機的構造流程操作原理，掌握過濾的操作方法；(2

13、) 測定恒壓過濾時的過濾常數K；(3) 測定洗滌速率并驗證最終速率和洗滌速率的關系。3.3.2實驗原理恒壓過濾方程為： (3-13)或 (3-13a)式中： A 過濾面積，m2；K 過濾常數，m2/s；q 單位過濾面積的濾液體積，q=V/A，m3/m2；q11時間所得單位過濾面積的濾液體積，m3/m2；qe 單位過濾面積的虛擬濾液體積，qe=Ve/A，m3/m2；V時間內的濾液體積，m3；Ve 虛擬的濾液體積，它是形成相當于濾布阻力的一層濾餅時應得到的濾液體 積，m3； 過濾時間，s；1 恒壓過濾前的過濾時間，s。對式(3-13a)微分可得 (3-14)上式表明與q成直線關系，其斜率為，截距為

14、。 為了便于實驗測定，用代替。于是，式(3-14)可改寫為 (3-15)已知過濾面積，對待測的物料進行恒壓過濾，測出一系列時刻()的累積濾液體積(V)，并由此算出一系列q()的值，從而得出一組對應的與q之值。與對應的q值應為qm，而qm應是相鄰兩次q的平均值，即 （3.16）然后在直角坐標系中以qm為自變量(橫軸)，以為因變量(縱軸)作一直線；直線斜率為，截距為。由此可求出K和qe。也可將式(3-13a)化為下式進行求解 (3-17)3.3.3實驗裝置與流程(1) 板框過濾裝置()板框過濾裝置由過濾器、調料桶、貯漿罐、貯水桶、量筒等組成，其流程如圖3-5所示。圖3-5 板框過濾實驗裝置1調料桶

15、；2貯漿罐；3過濾器；4濾液計量筒；5貯水桶；6壓縮空氣進口閥；7壓力表將料漿在調料桶內調勻后，放入貯漿罐內，由壓縮空氣將料漿壓入過濾器中，濾液排出量用量筒進行計量，洗滌濾餅時用壓縮空氣將貯水桶中的水壓入過濾器進行洗滌。操作壓力由壓力定值器控制(在老師的指導下調節)。(2) 臥式圓形過濾裝置()臥式圓形過濾裝置由圓形過濾器、貯漿罐、泵、量筒等組成，其流程如圖3-6所示。圖3-6 臥式圓形過濾裝置1貯漿罐；2循環泵；3過濾器；4濾液計量筒；5加料口；6循環閥；7過濾閥；8壓力表；9排污閥將配好的料漿倒入貯漿罐內，由泵將料漿送入過濾器中，濾液排出量用量筒進行計量。3.3.4 實驗步驟(1) 裝置(

16、I)a. 熟悉過濾實驗的裝置與流程，檢查各閥門的啟閉是否正確，然后用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%(質量分率)左右。b. 先濕透濾布，再將它裝于濾框上。安裝時濾布孔要對準過濾器的孔道，表面要拉平整，不起皺紋，板和框的排列順序為：非洗滌板濾框洗滌板濾框。c. 將料漿導入貯漿罐，開啟攪拌機，使料漿濃度均勻。d. 啟動壓縮機，待壓縮機運行正常后，調節空氣減壓閥，將壓力調至指定的工作壓力(減壓閥的壓力一般控制在0.1 MPa)。e. 開啟過濾閥開始過濾，用二只秒表交替記時，記下間隔過濾時間和濾液量，共記錄6組以上數據。f. 如欲在不同的恒定壓力下進行過濾實驗，其料漿濃度大體上維持不變，并重復步驟c

17、、d、e。g. 待濾渣充滿濾框時即可停止過濾(以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準)。h. 若需測定洗滌速度，則可在過濾終了時通入洗滌水，并記錄洗滌水量和時間。i. 實驗完畢，拆卸板框過濾器，將板框過濾器內的濾渣放回調料桶，并清洗過濾器。(2) 裝置()a. 用碳酸鎂和水配制成料漿，其濃度在5%(質量分率)左右，其體積約占貯漿罐的2/3；b. 按正確的順序安裝過濾器；c. 開啟貯漿罐和循環泵的出口閥，開啟循環泵，運行約15 min；d. 關閉循環閥，開啟過濾閥，用二只秒表交替記時，記下間隔過濾時間和濾液量；e. 待濾渣充滿濾框時即可停止過濾(以濾液量顯著減少到一滴一滴地流出為準)；f. 過濾結

18、束后，將濾餅倒回配料桶，清洗過濾器。3.3.5注意事項(1) 板框過濾裝置a. 應在熟悉閥門、管路系統和板框壓濾機的構造后方能進行操作。b. 通過調節減壓閥開度保持整個過濾過程的壓力穩定。c. 記錄數據之前，要根據過濾面積與量筒體積的大小，選定一個合適的V值(一般取200 mL)。(2) 圓形過濾裝置a. 安裝過濾器時必須做到順序正確，用力均勻。b. 濾布要放平整。3.3.6數據記錄表3-3 過濾實驗數據記錄表過濾面積： m2 濾漿MgCO3的質量分率： %序號時間/s濾液量V/L123456783.3.7實驗報告要求(1) 以累計濾液量q對時間作圖；(2) 以/q對qm作圖求出K、qe，并寫

19、出完整的過濾方程式；(3) 求出洗滌速度，并和最終過濾速率比較。3.3.8思考題(1) 為什么過濾開始時濾液常常有些渾濁，待過濾一段時間后才能澄清？(2) q值取大一點好還是取小一點好？q與哪些因素有關？(3) 濾漿濃度和過濾壓力對K值有何影響？(4) 恒壓過濾時，欲增加過濾速率，可行的措施有哪些？(5) 當操作壓強增加一倍時，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的濾液量，其過濾時間是否應縮短一半？3.4 傳熱實驗3.3.1強制湍流下空氣-水對流給熱系數的測定3.4.1.1 實驗目的(1) 測定套管式換熱器的總傳熱系數K；(2) 測定圓形直管內對流給熱系數，并學會用實驗方法將流體在管內強制對流時的

20、實驗數據整理成包括的準數方程式。3.4.1.2 實驗原理 (1) 測定總傳熱系數K根據傳熱速率方程式，有 (3-18)實驗時，若能測定或確定Q、tm和A，則可測定K。a. 傳熱速率Q本實驗為水與空氣間的換熱，忽略熱損失，根據熱量衡算，有 (3-19)式中：cp c、cp h 分別為水和空氣的定壓比熱容，J/(kg·K)；qmc 、qmh分別為水和空氣的質量流量，kg/s；T1、T2分別為空氣的進、出口溫度，；t1、t2分別為水的進、出口溫度，。傳熱速率Q按空氣的放熱速率計算。空氣的質量流量由下式確定： (3-20)式中：qV 空氣的體積流量，m3/s； 空氣處于流量計前狀態時的密度，

21、kg/m3。空氣的體積流量用轉子流量計測量，空氣的密度可按理想氣體狀態方程計算： (3-21)式中： pa當地大氣壓，Pa；t轉子流量計前空氣的溫度，；R流量計前空氣的表壓，Pa。b. 傳熱平均推動力tm (3-22)c. 傳熱面積A=dL (3-23)式中：L傳熱管長度，m；d傳熱管外徑，m。(2) 測定空氣與管壁間的對流給熱系數在空氣水換熱系統中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數K與空氣、水側的對流給熱系數h、c之間的關系為： (3-24)由于水側的對流給熱系數遠大于空氣側的對流給熱系數，即，故 (3-25)(3) 求與Re的定量關系式由因次分析法可知，流體無相變時管內強制湍流給熱的準

22、數關聯式為 (3-26)或 (3-26a)式中： u空氣的流速，m/s； 定性溫度下空氣的導熱系數，W/(m·K)；定性溫度下空氣的密度，kg/m3；定性溫度下空氣的粘度，Pa·s；A、m、n待定系數及指數。本實驗中，由于空氣被冷卻，取n=0.3，所以式(3-26)可化簡為 (3-27)上式兩邊同時取對數，有 (3-28)在雙對數坐標中以對Re作圖，由直線的斜率與截距之值求取系數A與指數m，進而得到對流給熱系數與Re間的經驗公式。3.4.1.3 實驗裝置與流程本實驗裝置由套管換熱器、風機、電加熱器等組成，其流程見圖3-7。由風機送入風管的空氣經電加熱器加熱后，進入套管換熱器

23、的內管，與套管環隙內的大量水換熱后排至大氣中。圖3-7 空氣-水套管式換熱設備流程圖1風機；2空氣流量調節閥；3空氣轉子流量計；4電加熱器；5套管換熱器；6水流量調節閥；7水轉子流量計；8、9U形壓差計；10溫度計3.4.1.4 實驗步驟(1) 檢查空氣流量調節閥是否全關。(2) 打開冷卻水流量調節閥，調節水的流量至指定值(水的流量大于100 L/h）。(3) 開啟風機，打開空氣流量調節閥，將流量調至最大；開啟兩組電加熱器，待空氣溫度升到設定值(一般為80)后穩定10 min。(4) 保持水的流量不變，從大到小調節空氣的流量，測定68組實驗數據。(5) 數據記錄完畢后，先關電加熱器，后關空氣流

24、量調節閥，停風機，最后關冷卻水流量調節閥。3.4.1.5 注意事項(1) 調節空氣流量時要做到心中有數，保證空氣流動處于湍流狀態(空氣流量不應低于12 m3/h)。(2) 每改變一次空氣流量，應等到讀數穩定后再測取數據。(3) 合理分布實驗點。3.4.1.6 數據記錄表3-4 空氣-水套管換熱實驗記錄表內管規格： 管長： m 流量計前壓差計所用指示劑：室溫： 當地大氣壓： Pa 序號空氣流量/m3.h-1水流量/m3.h-1流量計前壓差計讀數/cm溫度/空氣進口空氣出口冷水進口冷水出口進風溫度1234563.4.1.7 實驗報告要求(1) 在雙對數坐標系中繪出的關系圖。(2) 整理出空氣在圓管

25、中做強制湍流流動時的對流給熱系數半經驗關聯式。(3) 將實驗得到的半經驗關聯式與公認的關聯式進行比較。3.4.1.8 思考題(1) 為什么本實驗裝置的總傳熱系數近似等于空氣側的對流給熱系數？(2) 空氣的速度和溫度對空氣側的對流給熱系數有何影響？在不同的溫度下，是否會得出不同的準數方程？(3) 換熱器的壓降與空氣流量之間的變化關系如何？(4) 水流量的大小會不會影響實驗結果？(5) 本實驗中壁溫是接近水的平均溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.4.2強制湍流下空氣-蒸汽對數給熱系數的測定3.4.2.1 實驗目的(1) 測定套管式換熱器的總傳熱系數K；(2) 比較圓形光滑管和螺紋管的傳熱效

26、率；(3) 測定圓形直管內對流給熱系數，并學會用實驗方法將流體在管內強制對流時的實驗數據整理成包括的準數方程。3.4.2.2 實驗原理(1) 測定總傳熱系數K根據傳熱速率方程，有 (3-29)實驗時，若能測定或確定Q、tm和A，則可測定K。a.傳熱速率Q本實驗為蒸汽與空氣之間的換熱，忽略熱損失，根據熱量衡算，有 (3-30)式中： cp c空氣的定壓比熱容，J/(kg·K)；qmc 、qmh分別為空氣和蒸汽的質量流量，kg/s；t1、t2分別為空氣的進、出口溫度，。傳熱速率Q按空氣的吸熱速率計算。空氣的質量流量由式(3-31)確定： (3-31)式中：qV 空氣的體積流量，m3/s；

27、 空氣處于流量計前狀態時的密度，kg/m3。空氣的體積流量用轉子流量計測量，空氣的密度可按理想氣體狀態方程計算： (3-32)式中： pa當地大氣壓，Pa；t轉子流量計前空氣的溫度，；R流量計前空氣的表壓，Pa。b. 傳熱平均推動力tm (3-33)c. 傳熱面積A=dL (3-34)式中：L傳熱管長度，m；d傳熱管外徑，m。(2) 測定空氣與管壁之間的對流給熱系數在蒸汽空氣換熱系統中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數K與空氣、蒸汽側的對流給熱系數c、h之間的關系為： (3-35)由于水側的對流給熱系數遠大于空氣側的對流給熱系數，即，故 (3-36)(3) 求與Re的定量關系式由因次分析法

28、可知，流體無相變時管內強制湍流給熱的準數關聯式為 (3-37)或 (3-37a)式中： u空氣的流速，m/s； 定性溫度下空氣的導熱系數，W/(m·K)；定性溫度下空氣的密度，kg/m3；定性溫度下空氣的粘度，kg/(m·s)；A、m、n待定系數及指數。本實驗中，空氣被加熱，取n=0.4，則式(3-37)可化簡為 (3-38)上式兩邊同時取對數，有 (3-39)在雙對數坐標中以對Re作圖，由直線的斜率與截距之值可求取系數A與指數m，進而得到對流給熱系數與Re的經驗公式。3.4.2.3 實驗裝置與流程本實驗裝置由2套套管式換熱器組成，其中一套內管是光滑管，另一套內管是螺紋管。

29、圖3-8所示為其中的一套。圖3-8 蒸汽-空氣套管換熱設備流程圖1離心風機；2空氣流量調節閥；3空氣轉子流量計；4、11壓差計；5溫度計；6套管式換熱器；7蒸汽流量調節閥；8壓力表；9放空閥；10疏水閥由風機送來的空氣經流量調節閥2進入換熱器6的內管，與蒸汽換熱后排空。由蒸汽發生器來的蒸汽經蒸汽流量調節閥7進入換熱器的環隙空間，冷凝液由疏水閥10排出，不凝性氣體經放空閥9放空。3.4.2.4 實驗步驟(1) 打開自動蒸汽發生器的補水閥，依次打開傳熱實驗裝置儀表盤上的總電源開關、儀表開關和鍋爐開關。(2) 打開自動蒸汽發生器儀表盤的電源開關，選擇自動控制，開啟蒸汽發生器水泵開關，打開電加熱器電源

30、，開三組電加熱器。(3) 待產生蒸汽后調節蒸汽流量調節閥至一額定蒸汽壓(一般為0.1 MPa)，再打開疏水閥。(4) 啟動風機，調節空氣流量從大到小，測定68組數據。(5) 實驗結束后，先關蒸汽發生器的電源，再打開套管環隙的排氣閥進行排氣，最后停風機，清理現場。3.4.2.5 注意事項(1) 調節空氣流量時要做到心中有數，保證空氣流動處于湍流狀態，其流量不應低于12 m3/h。(2) 每改變一次空氣流量，應等到讀數穩定后再測取數據。(3) 實驗中空氣流量間隔應適宜，以保證數據點分布均勻。(4) 在操作過程中間隔打開放氣閥，以排除不凝性氣體。3.4.2.6 數據記錄表3-5 蒸汽-空氣套管換熱實

31、驗記錄表內管規格： 管長： m 流量計前壓差計所用指示劑：室溫： 當地大氣壓： Pa 序號空氣流量/m3.h-1流量計前壓差計讀數/cm溫度/空氣進口空氣出口蒸汽123456783.4.2.7 實驗報告要求(1) 在雙對數坐標系中繪出的關系圖。(2) 整理出空氣在圓管中做強制湍流流動時的對流給熱系數半經驗關聯式。(3) 將實驗得到的半經驗關聯式與公認的關聯式進行比較。3.4.2.8 思考題(1) 為什么本實驗裝置的總傳熱系數近似等于空氣側的對流給熱系數？(2) 如果環隙間飽和蒸汽的壓強發生變化，那么管內空氣側對流給熱系數的測量是否會受到影響？(3) 空氣的速度和溫度對空氣側的對流給熱系數有何影

32、響？在不同的溫度下，是否會得出不同的準數關聯式？(4) 當空氣流速增大時空氣離開換熱器的溫度將升高還是降低？為什么？(5) 本實驗中空氣和蒸汽的流向對傳熱效果有什么影響？要不要考慮它們的相對流動方向？(6) 本實驗中壁溫是接近蒸汽的溫度，還是接近空氣的平均溫度？為什么？3.5 氨吸收實驗3.5.1 實驗目的(1) 了解填料吸收裝置的基本流程及設備結構；(2) 掌握總體積傳質系數的測定方法，了解單膜控制過程的特點；3.5.2 實驗原理要決定填料塔的塔高，總傳質系數是有待確定的參量，而實驗測定是其來源之一，另外在測定生產中塔的性能時，也需要測定總傳質系數。在吸收過程為單膜控制時，單膜傳質系數近似等

33、于總傳質系數，因而可用總傳質系數的測定，代替單膜傳質系數的測定，從而可建立單膜傳質系數的實驗關系式。由于填料的有效氣液接觸面積的值很難直接測定，常將它與傳質系數的乘積如、視為一體，作為一個完整的物理量來看待，這個乘積稱為“體積傳質系數”。當吸收溶液的濃度小于10%時，氣液平衡關系服從亨利定律，則氣相總體積傳質系數為 (3-40)式中 h填料層高度，m；y1、y2分別為入塔氣與尾氣中氨的摩爾分數；G單位塔截面的混合氣體的摩爾流量，kmol/(m2·h)；氣相平均推動力；填料的氣相總體積傳質系數，kmol/(m3·h)。3.5.3 實驗裝置與流程本實驗裝置如圖3-9所示。圖3-

34、9 吸收裝置流程圖1填料吸收塔；2噴頭；3填料；4柵板；5風機；6旁路調節閥；7空氣緩沖罐；8空氣轉子流量計；9,15溫度計；10,17,28表壓計；11氨瓶；12鋼瓶壓力表；13氨壓力表；14氨緩沖罐；16氨流量調節閥；18氨氣轉子流量計；19尾氣調壓閥；20取樣管；21穩壓瓶；22旋塞；23吸收盒；24濕式氣體流量計；25水流量調節閥；26水轉子流量計；27液封；29壓差計由葉氏鼓風機5輸送的空氣進入緩沖罐7，經轉子流量計8后與從液氨鋼瓶減壓后經轉子流量計18的氨氣混合，進入吸收塔1的底部，在塔內與水進行傳質后，從塔頂排出。吸收劑水經轉子流量計26至噴頭2入塔。吸收液經塔底U形管27排出，

35、尾氣組成用氣體分析器(或氣相色譜儀)測定；空氣、氨氣和水的流量由轉子流量計測定；空氣、氨氣塔頂混合氣的壓強以及填料層壓降，分別由各自的液柱壓差計測定，空氣或水的溫度由溫度計顯示。3.5.4 實驗步驟(1) 確定操作條件，包括被吸收溶質流量、空氣量及噴淋量等。(2) 準備好尾氣分析器，尾氣分析器由吸收盒和濕式氣體流量計組成。用少許蒸餾水洗凈吸收盒后，用移液管移取1mL的一定濃度稀硫酸加入吸收盒，然后加入少量蒸餾水至刻度線處，再滴入12滴甲基紅指示劑，最后將吸收盒連入尾氣分析管路。(3) 全開旁通閥，啟動風機，通過調節旁通閥來控制空氣流量。(4) 在教師指導下，開啟氨氣系統。第一步，放松減壓閥的彈

36、簧，使減壓閥處于關閉狀態，再打開氨氣瓶上的截止閥，此時氨氣瓶處的壓力表應有示值；第二步，先關好氨氣轉子流量計前的調節閥，再緩緩壓緊減壓閥的彈簧，使閥門打開，調節減壓閥開度使減壓閥低壓側壓力表示值為0.040.06MPa；第三步，開啟氨氣流量調節閥，調節氨氣流量，使塔底混合氣中氨濃度在5左右，并維持恒定。注意：氨氣流量調節閥不宜開得過快，以防流量計前的壓差計中水銀被沖掉。(5) 待操作穩定后記錄有關數據。(6) 尾氣分析操作。打開玻璃旋塞之前，先記錄濕式空氣流量計的初示值，然后開啟玻璃旋塞，讓尾氣通過吸收盒。當吸收液的顏色由紅變黃時，立即關閉玻璃旋塞，讀取濕示空氣流量計的終示值。注意：旋塞開度應

37、適當，使氣泡均勻上升，以免硫酸被氣泡帶走，造成反應不完全。(7) 保持水的噴淋量不變，改變空氣流量(混合氣體濃度仍在5左右)按同樣步驟測定Ky，也可保持空氣流量不變，改變噴淋量，測定Ky。(8) 操作完成后，依次關閉氨氣系統、空氣系統和供水系統。3.5.5 實驗記錄表3-6 氨吸收實驗數據記錄表填料種類： 填料層高度： m填料規格： 塔內徑：m大氣壓強： 參 數項 目空氣流量流量計前表壓/Pa(mmHg)空氣溫度/流量計示值/m3·h-1氨氣流量流量計前表壓/Pa(mmHg)氨氣溫度/流量計示值/m3·h-1氨氣含純氨百分率/%水流量水的溫度/流量計示值/L·h-

38、1尾氣流量H2SO4濃度 mol/LH2SO4體積/mL尾氣體積/L塔壓強塔頂表壓/Pa(mmH2O)填料層壓降/Pa(mmH2O)3.5.6 數據處理(1) 計算空氣流量為了求空氣的摩爾流量，應先按下式將空氣在實驗條件下的體積流量換算為標準狀態下的體積流量V0。 (3-41) 式中：T0、p0分別為標準狀態下空氣的溫度和壓強，T0=273 K，p0=101 330 Pa；T1、p1分別為標定狀態下空氣的溫度和壓強，T1=293 K，p1=101 330 Pa；T2、p2分別為使用狀態下空氣的溫度和壓強，kPa；V0 標準狀態下的空氣流量，m3/h；V2使用狀態下的空氣流量，m3/h；(2)

39、計算被測溶質氨氣的流量 (3-42)式中：標準狀態下被測溶質的流量，m3/h；使用狀態下被測溶質的流量，m3/h；標準狀態下空氣的密度，/m3，=1.2928/m3；操作狀態下空氣的密度，/m3，對純度為98%的氨氣，=0.7810/m3。(3) 計算入塔氣體通過塔截面的摩爾流量 (3-43) 式中: D填料塔的內徑，m； G空氣的摩爾流率，kmol/(m2·h)(4) 計算y1、y2 (3-44) (3-45)式中：cs 硫酸的摩爾濃度，mol/L； p0 標準狀態下的壓力，p0=101.33 kPa；pm 當地平均大氣壓，kPa；T0 標準狀態下空氣的溫度，K；T2 使用狀態下空

40、氣的溫度，K；濕式流量計讀數，L；Vs 硫酸體積，L；(5) 計算 (3-46)式中: 與液相中溶質成平衡的氣相溶質摩爾分數，下標“1”、“2”分別表示塔底和塔頂位置。a. 平衡濃度的計算 (3-47) (3-48)式中: E亨利系數，Pa；p，Pa；x溶液中氨的摩爾分數；m相平衡常數。 氨水濃度在5%以下時E與t的關系見表3-7。表3-7 氨水濃度在5%以下時E與t的關系t/01020253040E/Pa29 69050 86878 83595 960126 660196 380b. 吸收液濃度的計算因為 因系用純水吸收,，故 (3-49)式中:L水的摩爾流率，kmol/(m2·h

41、)； x1塔底溶液的摩爾分數。(6) 計算 (3-50)3.5.7實驗報告要求(1) 將原始數據列表；(2) 計算總體積傳質系數；(3) 給出實驗計算結果與計算過程。3.5.8思考題(1)葉式風機為什么要用旁通閥調節流量？(2) 根據實驗數據分析用水吸收氨的過程是氣膜控制還是液膜控制？(3) 在填料吸收塔塔底為什么必須有液封裝置？液封裝置是如何設計的？(4) 要提高氨水濃度(不改變進氣濃度)有什么方法？又會帶來什么問題？(5) 溶劑量和氣體量的變化對傳質系數有什么影響？y2如何變化(從推動力和阻力兩方面分析其原因)？(6) 試計算實驗條件下填料塔的實際液氣比是最小液氣比的多少倍？(7) 工業上

42、，吸收在低溫加壓下進行，而解吸在高溫、常壓下進行，為什么？(8) 填料塔的結構有何特點？3.6精餾實驗3.6.1 全回流精餾實驗3.6.1.1實驗目的(1) 熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實驗的操作方法。(2) 了解篩板精餾塔的結構，觀察塔板上的氣液接觸狀況。(3) 測定全回流時精餾塔的全塔效率(或單板效率)。3.6.1.2實驗原理精餾塔是分離均相混合物的重要設備。一般用全塔效率衡量板式精餾塔的分離性能。全塔效率的定義為： (3-51) 式中：E總板效率；NT理論板層數；NP實際板層數。理論板層數NT可用M-T圖解法求解。由式(3-51)可見，要測定精餾塔的全塔效率，關鍵是確定理論塔板數。要求出

43、全回流操作時特定分離要求的理論塔板數，必須確定物系的相平衡關系和塔頂、塔釜產品組成。本實驗的物系為乙醇水二元混合物，常壓下該物系的氣液相平衡數據可從文獻查取，所以本實驗的主要工作是測定塔頂流出液組成xD和釜液組成xw。若相鄰兩塊塔板設有液體取樣口，則可通過測定液相組成xn-1和xn測定第n塊板在全回流時的單板效率EmL。 (3-52)因全回流時，操作線方程為 (3-53)上兩式中：xn-1離開第n-1板的液相中易揮發組分的摩爾分數； xn 離開第n板的液相中易揮發組分的摩爾分數；yn 離開第n板的氣相中易揮發組分的摩爾分數；與yn成平衡的液相摩爾分數。3.6.1.3實驗裝置與流程實驗裝置為一小

44、型篩板精餾塔,見圖3-10。圖3-10 全回流精餾塔1塔釜取樣口；2蒸餾釜；3料液液位計；4加料口；5，10溫度計；6塔體；7冷凝器；8塔頂取樣口；9不凝氣排放閥；11水轉子流量計原料液在蒸餾釜2中被加熱汽化進入塔體6，與回流液在塔板上進行熱、質交換后進入塔頂冷凝器7，冷凝為液體后，又全部回流到塔內。3.6.1.4實驗步驟(1) 熟悉精餾裝置的流程和結構，以及所需的控制儀器表盤的布置情況。(2) 檢查蒸餾釜中料液量是否適當。釜內液面高度控制在液面計的2/3左右。(3) 接通電源，用調壓器調節加熱器的功率(控制電流為34A)加熱釜液。當塔板上有冷凝液時，打開塔頂冷凝器的冷卻水調節閥，冷卻水的量以

45、能將蒸汽全部冷凝為宜。(4) 打開塔頂不凝氣排放排出不凝性氣體。(5)當操作穩定(指塔板上鼓泡正常、塔釜與塔頂溫度穩定)時，準備取樣。(6) 取樣前先用少量試樣沖洗燒瓶，取樣后用插有溫度計的塞子塞嚴燒瓶口，用流水間接冷卻樣品至20，再用比重天平測量樣品的相對密度，一般取樣二次(塔頂、塔釜各一次)。(7) 以上步驟經教師檢查無誤后，加大電流至5A左右，觀察塔內的液泛現象；然后將電流緩慢減小，觀察漏液現象；最后將電流減小至零，切斷電源，待塔內無回流液時關閉冷卻水閥門，清理現場。若精餾塔塔板上設有液體取樣口，在操作穩定后，取樣分析相鄰兩板液體組成xn和xn-1，再按公式(3-52)計算單板效率。3.

46、6.1.5注意事項(1) 塔頂、塔釜產品樣品需同時取樣。(2) 樣品采集量約占燒瓶體積的2/3。(3) 用插有溫度計的塞子塞嚴錐形瓶口時要觀察溫度計的量程。用于測量塔釜樣品的溫度計量程宜為100或以上，以避免炸裂溫度計。(4) 使用比重天平測量樣品的相對密度時要注意：a. 測錘不能碰量筒壁；b. 測錘必須全部浸沒于液體中； c. 同一規格的砝碼只能用一個。3.6.1.6數據記錄表3-8 全回流精餾實驗數據記錄表塔內徑： mm 板間距： mm 操作方法釜液組成餾出液組成實際塔板數NT密度/·m-3xW密度/·m-3xD3.1.6.7實驗報告要求(1) 在直角坐標體系中繪制x-y圖，用圖解法求理論板數；(2) 求出全塔效率(或單板效率)。3.6.1.8思考題(1) 什么是全回流，全回流時的操作特征是什么？在生產中有什么實際意義？如何測定全回流時板式塔的全塔效率？(2) 如何判斷塔的操作已達到穩定？影響精餾操作穩定的因素有哪些？(3) 影響全塔效率的因素有哪些？(4) 進料量對理論塔板數有無影響？為什么？(5) 回流溫度對塔的操作有何影響？(6) 板式塔有