化工原理实验1-6.doc

实验一流体流动阻力的测定
实验项目性质：验证性实验
所属课程名称；化工原理实验
实验计划学时3学时
一、实验目的
l了解流体流动阻力的侧定方法；
2测定流体通过水平直管的摩擦系数λ和雷诺准数Re的关系；
3学会压差计及流量计的使用方法。
二、实验内容
1测定一定ε／d下管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系；
2测定流体通过直管时的摩擦阻力。
三、实验原理
流体在管路中流动时由于粘性剪应力和涡流存在，不可避免地要消耗一定机械能其消耗的
机械能称为直管阻力不仅在直管中流动有阻力产生而且在流体通过管件，阀门、弯头管道突
然扩大或缩小时也产生阻力，这种阻力称为局部阻力。
流体在水平均匀直管作定常流动时，由截面1流动到截面2 时阻力损失表现在压强的降低即

影响阻力损失的因素很多，流体性质：密度广，粘度产流动的几何尺寸：管长L、管壁粗糙
度、流动条件、流速U。为了减少实验工作和变量数，能将实验装置用水（或空气）实验的结果具有
普遍指导意义，通常采用因次分析b法，将上述影响因素组合成无因次准数形式即

因此，只要知道λ值就可以计算流体在管道中的流体阻力损失，层流时；湍流时，λ是
雷诺数及管壁相对粗糙度的函数。
通过如图1的实验装置进行有限量的实验得到。
四、实验装置及流程
实验装置，共计四套，每套装置直管部分管径均为d。＝13mm。两侧压点间的距离L= 1800mm。
实验装置流程图图1由离心水泵、控制阀、切断阀、管子、管件、转子、流量计及压差计组成
一个测试系统。
本装置的实验介质水循环使用。
流体流量分别由两个不同量程的转子流量计计量。
本装置用双管压差计测压差凸P，双管压差计设有平衡阀；为排出管道残留气体，在装置最高
处装排气阀，为了排出管道积液，装排液阀，测低流量压差时用倒U形压差计。

五、实验操作要点
1实验前检查泵运转情况及设备，仪表是否完好；
2实验前关闭泵出口阀门，打开压差计平衡阀，防止跑水银；
3实验中注意关闭应切换的阀门，防止流体同时经过两条管路；
4注意排净系统和压差计的气泡；并防上跑水银；
5在进口阀全开的条件下；调节出口阀使流量由小到大，在测定流量范围内，布设8个以上实
验点；
6. 每次流量调节后须经一定的稳定时间（约3－5分钟）方可记录测取各参数；
7调节流量田大到小重复（5）的步骤：
8 停泵前必须先关闭出口阀；
9测试全部结果后，复验压差计两臂指示液面是否相同；如相同证明实验数据可靠。
六、实验报告中实验结果部分的要求
1.在双对数坐标纸上标绘1～Re曲线；
2. 列出实验全部原始数据并举例说明数据处理过程。
七、思考题
1本实验装置入口压力为多少？用柏努力方程来说明。
2. 泵起动和停止为什么关闭出口阀？
3、U形管压差计上装平衡阀有何作用，在什么情况下开平衡阀，又在什么情况下关平衡阀？
4为什么用双对数坐标纸绘／～几曲线？
5如何检查系统中空气是否排净？
6如何校正压差计的零点？
7装置中测试直管段阻力的管子如果由水平改为垂直放置，形管压差计的读数R是否改变？为什
么？
8结束后，如压差计的两臂批示液面有位差、意味什么？

实验二流量计的流量校正
实验项目性质；验证性实验
所属课程名称化工原理实验
实验计划学时3学时
一、实验目的
1学会文丘里流量计和孔板流量计的使用方法：
2通过孔板（或文丘里）流量计孔流系数的测定了解孔流系数的变化规律；
3测定并比较文氏管和孔板流量计的永久压强损失。
二实验内容
l测定孔板流量计或文丘里流量计的孔流系数；
2了解孔流系数的变化规律
3测定孔板（或文5里）流量计的永久压强损夭。
三、实验原理
流量计的种类很多，本实验是研究差压式（速度式）流量计的校正，这类差压式流量计是用测定流
体的压差来确定流体流量（或流速）常用的有孔板流量计、文丘里流量计和毕托管等。
实验装置用孔板流量计如同2。a）所示，是在管道法兰向装有一中心开孔的不诱钢板。我们
可以用流体运动规律导出孔板流量计的计算模型对不可压缩流体，其流速可用下式表示

孔流系数C的引入虽然简化了流量计的计算模型 但影响C值的因素很多如流体在管道流
动时的流动状态Re，孔口面积C．与管道面积A的比值；测压方式，孔D形状及加工光洁度，孔板
厚度和管壁粗糙度等，因此z能通过实验测定对测压方式、结构尺寸、加工状况等均已规定的标
孔板。流量系数C0可以表示为：

孔板流量计是一种易于制造，结构简单的测量装置，因此使用广泛，但其主要缺点是能量损失
大，用U管压差计可以测得这个损失（称为永久压强损失），为了减少能量损失可采用文丘里流量计，
如图2（b）所示，其基本原理和孔权流量计一样，但由于流体流经有均匀收缩段和扩大段，流速平
缓，故能量损失少，一般孔板流量计的能量损失百分数在65% 右，文氏流量计的能量损失百分数仅
有15％右。文丘里流量计计算公式如下：

工厂生产的流量计大都是按照标准规范生产的，出厂时一般都在标准状况下（101325Pa，20℃）
以水或空气为介质进行标定，给出流量曲线或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数，然而在使用时，往往所处温度、压强、介质的性质同标定时不同，因此为了测量准确和方便使用，应在现
场进行流量计的校正，既使是已校正过的流量计，由于在长时间使用中被磨损较大，也需要再一次
校正，对于自制的非标准流量计，则必须进行校正，以确定其流量。
流量计的校正有量体法，称重法和基准流量计法，量体法和称重法都是以通过一定时间间隔内
排出的流体体积或质量的测量来实现的，而基准流量计法，则是用一个已被事先校正过而精度级较
高的流量计作为被校流量计的比较基准。
四、实验装置及流程
实验装置共计四套（如图 3，每套在～34x35mm的不锈钢管路上装有文氏管流量计和孔板流量
计，液体计量槽为： 300x600xl000mm，如图3所示实验物料为水。
被校的孔板或文丘里流量计上游必须有30d。－50dlfy的直管段，下游必须大于sd内的直管段。
取压采用角接法用V管压差计测定压差，用进口阀调节流量（或在每个分支管路用入口阀调节
流量）。
五、实验操作要点
1熟悉实验装置及流程，观察倒U型和U压差件与管道的连接及测压接头在管道上的位置。打开
压差计上的平衡阀和放气阀。
2先打开管道上的出口阀门，冉慢慢打开进口阀门，让水流经管道，以排出管道中的气体，关
小出u阀造成管道系统中有较大的压力，使水通过测压导管并经k差计预部流出，以排除测量系统
中的空气。
3空气排尽后，关紧所有压差计上部的放气阀，然后再关紧平衡阀关闭进口阀门 打开倒U
压差计上的放气阀，再打开下部的排水阀。使玻璃管液面降至适当高度，夹紧排水阀和放气阀，再
关紧下部的平衡阀，检查压差计两臂的读数是否相等。否则，表明测压系统中有空气积存，需要重
新排气。
4用进口阀调节流量进行实验，由小流量到大流量，记取3-1og组数据。水的体积流量根据计量
槽中水量的增长和相应的时间确定。
5流量由大到小重复“4”的方法。
6作完实验后；将阀门关闭，检查压差计读数是否为零，若不为零，应分析原因，并考虑是否
要重作。
7实验装置复原、并做实验室内清洁工作。
六、实验报告中实验结果部分的要求
1在半对数坐标纸上作出孔流系统和雷诺准数的关系曲线；
2. 在双对数坐标纸上标绘流量V与压差计读数R的关系曲线。
3计算过孔板、文氏管流量计的压头损失与永久损失百分数。
七、思考题
1为什么速度式流量计安装时，要求前后有一定直管段，
2C。一Re及C。一Re曲线标线时为什么用半对数上标纸？
3单管压差计较U管压差计有什么优点？在使用时应注意什么问题？
4从实验中可以直接得到压差计读数R－－ V的校正曲线，经整理后又可得到C0一RE曲线这两种
方法各有什么优点？

实验三离心泵特性曲线的测定
实验项目性质：验证性实验
所属课程名称：化工原理实验
实验计划学时：3学时
一、实验目的
1熟悉离心泵的操作, 了解离心泵的结构的特性；
（2）学习单级离心泵特性曲线的测定方法。
二、实验内容
1送液能力Qe 的测定；
（2）有效压头He 的测定；
3）电机功率N的测定；
（4）离心泵效率的测定。
（5）测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线。
三、实验原理
泵是输送液体的机械，在选用泵时，一般总是根据生产要求的扬程和流量，参照泵的特性来决定，
对一定类型的泵来说，泵的特性主要是指一定转速下，系的流Q扬程He效率n、功率Ne。和吸上
高度Hs 等。

当假定液体为理想液体，叶片无限多，定常流动时，可推导出扬程的理论计算公式。对于后弯
叶片流量和理论扬程的关系如图4所示，实际上由于叶片是有限的；扬程只能达到第二条线，且实
际流体在流动中摩擦以及各种局部阻力而引起损失，从第二条线减去这些损失，就得到第三条线，
另外流量变化阿引起冲击损失，此一损失在某一流量时为零，即图中4点，将此损失减去，即可得
到泵实际扬程He显然以上讨论的损失是难以计算的，对每一台泵的特性必须用试验方法求得，实验
时泵的进出口管上装有真空表和压力表，根据真空表和压力表读数可计算扬程，其计算式为：

四、实验装置及流程
装置（如图5由循环水槽、被测试高心泵、进出口管路及文丘里流量计；控制阀门及真空表和压
力表组成的一个循环回路。进D管径d．＝50mm，出口管径d = 40mm。
用功率表直接测电机输入功率（k W）：用水银压差计的压差高度该数查图得流量；用真主表、压
力表测泵进出口压强，用温度计测水温。

五、实验操作要点
1首先检查设备、仪表及各种用具是否完好；盘泵看是否转动灵活；打开U型管压差计上的
平衡夹和放水夹。
2引水灌泵，然后关闭泵出口阀，再启动泵（意启动泵前必须关闭出口阀）。
3在适宜量下排净U彩管压差计内的空气。
4调节出口阀在高效率区范围内合理分割流量进行布点（14-16个点），由离心泵出口阀调节流量
由小到大然后由大变小重复测二遍。
5注意每次凋节流量稳定后方能读取各参数，特别注意不要忘记流量为零时的各有关参数。
6停泵前注意先关闭出口阀。
六、实验报告中实验结果的要求
1写出所测定离心泵类型和规格、设备编号及泵，性能有关的参数（原始记录表格）。
2始出高心泵特性实验结果（结果表格），并标绘出曲线图，注明实验条件指出适宜的范围和最
适宜的操作点。
3将实验结果和制造厂家给出数值做比较。
4自编计算机程序，处理实验数据（选作）。
七、思考题
1.从实验数据分析为什么在出口阀关闭情况下启动泵。
2. 离心京启动前为什么先引水灌泵如果已经引水灌了B但离心泵还是打不上水来（或水量很
小），可能是什么原因。
3.离心泵调节流量方法一般用出口阀，这种方法有何优缺点？其它类型了行吗？还有其它方法没
有？
4正常工作的离心泵，进D管上设阀门是否合理？为什么？
5理论上分析，用实验泵输送密度为1200kg／m’）盐水与输送20t水（忽略粘度影响）在相同体积
量下；你认为压头是否变化？功率是否变化？同一温度下吸上高度是否变化？
6在测定离心泵各参数时，从小到大与从大到小各参数有什么变化？为什么？
7为什么流量越大，入口处真空表的读数越大，出D处压力表的读数越小？

实验四 气体传热膜系数测定
实验项目性质：综合性实验
所属课程名称：化工原理实验
实验计划学时：4学时
一、实验目的
1掌握传热膜系数的测定方法；
2通过实验掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数A和指数m、n的方法；
3通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上
强化传热的措施。
二、实验内容
1规定空气在圆形光滑水平面管内强制对流的传热膜系数；
2用实验数据确定Nu，Re及Pr的关系；
3管内加入强化传热元件，确定Nu，Re及Pr的关系。
三、基本原理
对流传热的核心问题是求算传热膜系数当流体无相交时对流传热准数关联式的一般形式为：

对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故

本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即
取n= 04（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：

在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方
程中，则可得到系数A，即：

用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归 可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。
对于方程的关联，首先要有N u、Re、Pr的数据组。其准数定义武分别为；

实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）
计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数。值进而算得Nu准
数值。
牛顿冷却定律：

四、实验装置及流程装置说明
该装置为套管换热器（见图1），空气走内管，蒸汽走环隙，外营IK”玻璃管，内管为425。Zmm
紫铜管．有效长度为125m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻（Ptl00）测量，测壁温的两支铂
电阻用导热绝缘胶固定在管外壁孔板流量计的压差通过压里传感器转换为电信号自表头显示，其单
位为kPa。孔板流量计的孔径d= 20mm。蒸汽发生器的加热功率为1500w（额定电压220V）。

五、实验操作要点：
实验开始前，失熟悉配电箱各按钮与设备的对应关系，以使正确开启按钮；
l检查蒸汽发生器中水位。使液位保持在1／2一2／3；
2. 打开总电源开关及仪表开关；
3实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，接通蒸汽发生器的加热电源，打开排放不凝气阀门（有点开度即可）；
4待蒸汽产生后，开启风机（风机阀门不要长时间关闭），将空气流量控制在某定值。待进口温度、壁温稳定后，记录进出口温度、壁温和压差读数。改变空气流量（8一10次），重复实验，记录数据；
5强化传热．在上述实验完成后，将强化元件插入铜管中，再改变空气流量（45次）并记录数据；
6实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。
六、实验报告中实验结果部分的要求

七、思考题：
1空气管路中为什么装旁路阀？空气流量如何调节，
2. 不凝气体存在对传热过程有何影响？如何解决？
3．实验壁温应靠近蒸汽还是靠近空气温度为什么？
4实验中有哪些因素影响实验的稳定性？
5影响传热膜系数a的因素有哪些？为什么控制蒸汽压力？

实验五过滤常数的测定
实验项目性质：验证性实验
所属课程名称：化工原理实验
实验计划学时：3学时
一、实验目的
l掌握过滤问题的简化工程处理方法
2学习t滤方程式中过滤常数的测定方法；
3了解过滤设备的构造及掌握操作方法；
4了解操作条件对过滤速度的影响。
二、实验内容
测定恒压操作条件下过滤常数k，q及洗涤速度。
三、实验原理
过滤是借一种能将固体物截留而让液体通过的多孔介质，将固体物从液体或气体中分离出来的
过程。因此过滤在本质上是流体通过团体颗粒层的流动，所以不同的是这个固体颗粒层的厚度是随
着过滤过程的进行不断增加。因此在不变情况下，过滤速度不断降低。过滤速度u的定义是单位时
间过滤面积内通过滤介质的滤液量。即
：
可以预测，在恒定压立下，过滤速度与过滤时间之间有如图所示的关系，单位面积的累计滤液量q和s 的关系有如图所示。
影响过滤速度的主要因素除介质两端 压力差（凸p），滤饼厚度外，尚有滤饼．悬浮液含有固体粒
子的液体）性质意汗液温度、过滤介质的、阻力等，故难以用严格的流体力学方法处理。
比较过滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速率即为流体经过固定床的表观速度U。同
时液体由细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围。
因此，可利用流体通过固定床压降的简化数学模型，寻求滤液量q与时间6的关系，在低雷诺
数的层流区，可用康采尼（Kozeny）的计算式，即：

可由上述方程计算过滤设备，在过滤条件一定时过滤一定滤液量时所需要的时间，或者在过滤
时间、地滤条件一定时为了完成一定生产任务；所需要析过滤设备尺寸。
在用实验方法测定过滤常数k qe时，需将上述方程变换成如下形式：

四、实验装置及流程
本实验装置系由配料桶、供料泵、板框过滤器滤液计量筒以及空气压缩机等组成，其流程如
图1所示。

五、实验操作要点
1实验碳酸钙（CaCO3 ）粉末配制成滤浆，其量约占配料桶一半左右，配制浓度约在10％（质量）
左右，用供料泵使用其循环搅匀，并可防止产中沉淀。
2滤布在上装置之前要用水先浸湿。
3配料桶内通入压缩空气进行搅拌，以防止滤液沉淀,并作为流浆过滤时加压之用配料桶内
的压力，可由空压机加以调节（一般压强调节在0.05MPa左右）。
4实验操作压强，一般可视配制的滤浆浓度选定，压强选得太高过程进行太快，来不及读数，
若选得太低实验时间就增加，一般在上述浓度时约可选0.1Mpa 左右。
5实验初始阶段不是恒压操作，而是接近恒速操作.因此可采用两只停表交替计时，记下时间
和滤液量，并确定恒压开始时间of，和相应滤液量ql
6当滤液量很少，滤渣己充满框后，过滤阶段可结束。
7若需洗涤或要求洗涤速度，可通人洗涤水并记下洗涤水量和时间。
8若需吹十滤饼则通入压缩空气。
六、实验报告中实验结果部分的要求
l列表记录实验结果；

3用最小二乘法处理数据并求出k、qe。
七、思考题
1为什么过滤开始时，滤液常常有一人混浊 ，过一定时期才转清？
2滤浆浓度和过滤压强对k值有同影响，
3过滤压强增加一倍后得到同一滤液量所需的时问是否也减少一半？为什么？

实验六精馏塔效率的测定
实验项目性质；验证性实验
所属课程名称：化工原理实验
实验计划学时：3学时
一、实验目的
1了解精馏装置的基本流程、设备及操作方法；
2学习精馏塔全培效率及个别塔板效率测定方法；
3理解回流比温度，蒸汽压力等对精馏塔性能的影响，观察塔内流体流动的现象及传质现象。
二、实验内容
1 测定指定条件下，实验用连续精馏塔的全塔效率，部分同学可增加测定塔的单板效率内容；
2研究回流比改变对培性能的影响
3对10%-5％（％）并在规定时间内完成200mL的塔顶馏出液采出量。
三、实验原理
精馏是将混合液加热至沸腾，所产生的蒸汽气相与塔顶回流液在塔内逆流接触，经过在塔板上
多次进行易挥发组份剖分气化难挥发组分部分冷凝的过程，发生了热量与质量的传递。从而使混合
液达到分离的目的。

理论塔板NT二元物系，如果己知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料组成；进料状态、回流
比、塔顶组成、釜派组成，则可求出该塔的理论板数NT。
1、单极效率EM
单板效率EM即气相（液相）经过一层塔板的组成变化的比值。若以气相组成变化表示：

2部分回流理论塔板的确定

3全回流理论板的确定

4精馏塔的操作
精馏培操作主要是指如何选择回流比，加热蒸汽压力（加热量）和进料状况等，为了使向学能够理
解和正确操作精馏塔，下面简单说明几个问题。
①回流比回流比的大小对精馏塔的尺寸影响很大，对已有的精馏塔回流比的改变当然就不会
影响塔径、塔板数，而是影响产品浓度、产品产量、塔板效率及加热量等，操作时必须找出适宜的
回流比，另外最小回流比如何确定也应注意。
②进料组成变化对操作的影响
若进料组成由而变化到而
其中X1＜X2。而见图3（a）精馏段的培板较原来的要多，对一定精馏塔板，显然分离程度要差，塔
顶纯度下降。
反之；分析方法也一样。
③进料量变化的影响
当进料量减少，而产品量D未减，残液量一般由液面计控制，据物料平衡必然造成＊＊D＞ F＊，WX＿
使塔顶纯度下降，反之，也可用同样方法分析。
④进料温度变化对操作的影响
进料温度的影响反映在q线对过程的影响；参考教材有关部分。
5灵敏板
对于物料不平衡物料变化）和分离能力不够造成产品不合格，可以早期通过灵敏板温度的变化
得到预测。

灵敏板是指一个正常操作的精馏塔，当受到外界干扰（如进料组成、进料量、或回流比变化），全
塔各板上的组成将发生变化，由此而引起全塔温度分布产生相应变化，而在这变化中在塔的某些塔
板上反映最迅速灵敏称为灵敏板。因此，有可能测量温度的方法予侧塔内组成，尤其是塔顶馏出
液组成变化一般情况下，灵敏板在进料口附近，灵敏板还与产品组成看美。图3（a）时全塔温度变
化的情况。

从图4看出回流比减少采出率增大塔内温度上升而产品质量上要看塔顶温度，塔顶温度
又滞后于灵敏板温度，这样我们就可以通过灵敏板温度变化预先改变操作，保证产品质量。
四、实验装置及流程
实验装置及流程见图5精馏装置一般由精馏塔（塔釜、塔身塔顶冷凝器加料系统、产品 贮槽
回流系统及测量仪表组成。
本装置采用的精馏塔为筛板塔，塔内径d=50mm；
塔板Np=15块板间距H＝100ml。，开孔率th= 5％，降液管管径O14。2塔釜以2支1.5KW电热棒
加热，其中一支带加热，而另一支通过自耦变压器，可在0-15KW范围内调节塔顶为盘管式冷凝
器，蒸汽在管外冷凝冷凝液至分配器，一部分回流至塔内一部l产品，料液由原料槽输液泵供
给。经转子流量计入塔内。

五、实验操作要点
1预先配制（或检查）塔釜内和料液槽内的水一酒精溶液的浓度并保证釜内液在达到预定标准
线，料液槽组成一般在1o-25%（m%）。
2预热后。要及时开启塔顶冷凝器的冷却水阀；当预热沸腾后；注意控制加热量；
3开车后要用上升蒸汽排出塔内不凝气体（打开塔顶顶排气阀）（为什么？）
4全回流操作时，注意建立稳定汽液两相接触状况；
5部分回流操作时，要预先选择好回流比和加料口位置；
6随时注意釜内压强、灵敏板温度，塔顶温度等操作参数的变化，随时加以调节。
7取样必须在稳定操作时进行同时取样；取样数量要能保证测试仪器最低用量。
8部分回流操作时必须使进料、出料量基本平衡釜底残液出料量调节时，应维持釜内液面
不变。
9调节转子流量计时要慢；
六、实验报告及实验结果的要求
1.给出全回流和部分回流的全塔效率及单板效率；图解法求理论塔板）
2给出一定时间，一定塔顶组成要求；得到的产品量。
七、思考题
1精馏塔操作中；塔釜压力为什么是一个重要参数，塔釜压力与哪些因素有关？
2板式塔气液两相的流动特点是什么？
3操作中增加口流比的方法是什么？能否采用减少塔顶出科星D的方法？
4.精馏塔在操作过程中，由于塔顶粟出率太大而造成产品不合格、恢复正常最快，最有效的方
法是什么？
5本实验中、进料状况为冷态进料，进料太大时为什么会出现塔顶既没有回流也没有出料现
象，应如何调节？
6在部分回流时如何选择一个合适的回流比和进料口位置的？
7精馏塔为什么设两个进口管？