化工原理实验教材

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1、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，也与管道直径和管型有关，其定义式如下：1.1-1式中： d管子的直径mu流体的速度m/sP流体的密度kg/m 3流体的粘度Pa s三、实验装置雷诺演示实验装

2、置如图 1.1 所示，其中管道直径为 20 mm。J=Ln 3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

3、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

4、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

5、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

6、力系数的测定一、实验目的1学习管路阻力损失（h 0、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、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：工h f =P /P，又因为/ /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

7、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 1m，管道直径为8 mm,相对粗糙度s/d=0.025。图 1.3 阻力系数测定实验装置图四、实验步骤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

8、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(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 12345678910q(l/h)R(cm)U(m/s)Re入2 弯管阻力系数测定实验原始数据记录见下表：序号 12345678910q(l/h)R(cm)U(

9、m/s)Rez3利用公式，带入测得实验数据计算入,z，Re。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A - 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一、实验目的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d0的孔板流量计的流量系数公式为：卩9厂P)gRPoqv=U 0 x A0式中：a流量系数U0流体的速度m/sP0流体的密度kg/m 3Pj指示剂的密度kg/m 3R

10、压差计读数mA0开孔面积m2qv体积流量m 3/h三、实验流程图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200x250 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（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

11、,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 12345678910q(l/h)R(cm)U(m/s)t(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KJ。二、实验原理恒压过滤速率方程为：t q 2qe=+ q k kqe 过滤常数 m 3/m2q 单位过滤面积获得的滤液体积m 3/m2三、实验流程图板框过滤的实验流程图如图 3.1，其中板框过滤面积为 0.

12、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 ma/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

13、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 0.1MPa ，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 q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12345678910H (m)0 (s)K(m

14、2/s)qe(m3/m2)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，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

15、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：Q = KA 叽4-1+4-2卜，_ （爲-（2）-（爲-耳）J 1H匕4-3（2 =堺橄:匚科 一G =堺誠U并（爲爲）4-4式中：qmcmc冷流体的质量流量,kg/st 、 t12冷流体的进、出口温度，CT 、 T12热流体的进、出口温度，C；Cpc一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出气温度计；6进水

16、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 和 T 稳定不变 10 min ，读取原始数据。22五、数据处理及结果分析1 实验原始数据记录见下表：序号 U(m/s) T(C)T(C)t(C)t(C)At(C)K(w/m2 C)1212m12345六、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，进一步地提高冷却水的用量，

17、是否能达到有效强化传热过程的目的？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 12345678910p(pa)q(m3/s)C(cm)t (s)五、思考题1 超

18、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？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结构有什么关系？精馏塔板

19、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 理论板层数 N 实际板层数理论板层数N的求法可用M-T图解法。本实验是使用乙醇一水T二元物系在全回流条件下操作，只需测定塔顶流出液组成 X 和釜液D组成Xw,即可用图解法求得N，实际板层数N为已知，则利用上TP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尊X8lj 4 2图 6.1 全回流精馏塔1-塔斧取样口 2- 蒸馏斧 3-

20、进料指示剂 4- 塔体 5- 冷凝器6- 流量计 7-塔顶取样口 8-不冷凝气排放口 9- 温度计四、实验内容1 熟悉精馏装置的流程和结构，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

21、，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 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12345678910XDXw2 根据实验测定塔顶，塔斧含量做 M-T 图，并求出理论板层数 N 。T 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

22、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一、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、

23、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-qv及n -qv之间的关系，并 以曲线表示离心泵的特性曲线。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：P - P 1 U 2 - U 2He = 21 + h + 21p g2 g其中：P2泵出口压力表的读数，Mpa；P1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；片泵前吸水管的流速，m/s；u2泵后出水管

24、的流速，m/s。3. 轴功率 Pa 的测定 (kw)4.由三相功率表直接测定电机功率。泵的工作点原理图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q,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P、P、Pa。126. 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/

25、h) P (MPa) P2 (MPa)He (m) Pe (w) Pa (w)n123456789101112131415五、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 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。

26、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I一風机：2宇气调“阀：3池分舄搭：JK： 5埴料塔：6畅略7|才液筲：W皎: J兄气调压阀:：10MWU； IIABB 12厳漩：IS吸收倍 U湿式悼濠fit计;】5总陶：I忒过泄紬压WL 1丁一忒讷节岡：IE-水谎覺计I 19压縫计I 20、削一表乐汁1应一甜度计；23-fe 恥 H阮ftilM： 25遞戡比阀：26,加一恣压力阳2很式蛋金阀：舉液址计： 束_婕时:轻一闸西四、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

27、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

28、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。二、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

29、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W 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。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？