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1、化 工 原 理 实 验泉州师范学院化学与生命科学学院化工教研室2008.6目 录绪 论1实验一 伯努利方程实验3实验二 雷诺演示实验6实验三 节流式流量计的校核8实验四 流体流动阻力的测定12实验五 离心泵特性曲线测定17实验六 传热系数的测定20实验七 传热膜系数实验22实验八 二氧化碳吸收实验26实验九 筛板式精馏塔的操作及塔板效率的测定31实验十 填料精馏实验32实验十一 恒压过滤常数测定36实验十二 干燥特性曲线测定实验411绪 论1. 化工原理实验的目的化工原理是化工类专业密切联系化工生产实际,实践性很强的一门技术基础课，化工原理实验则是学习,掌握和应用这门课程必不可少的重要环节。化
2、工原理实验与一般实验不同之处在于它具有明显的工程特点。许多工程上复杂因素的分析，往往不能从理论上计算得到，须依据实验方法解决。通过实验，能达到如下目的：（1）巩固和加深对理论的认识和理解,验证有关化工单元操作的理论。（2）熟悉实验装置的结构,性能和流程,掌握一定的实验技能。（3）通过对实验数据的分析,整理及关联,培养学生编写实验报告,处理一般工程问题和进行科学研究的初步能力。2. 实验要求1认真预习实验讲义、教材的有关原理部分，弄懂实验的大致步骤、主要设备、,实验方法。 2.进入实验室后，详细了解实验装置的结构、工艺流程、仪器、仪表使用方法、实验步骤、数据测取方法。 3实验过程中，认真操作，细
3、心观察，深入思考，以科学的态度填写实验记录。 4对实验中出现的各种现象要加以分析，对测得的实验数据要考虑它们是否合理。 5实验结束后，认真处理数据，并编写项目齐全、整洁、清楚的实验报告。3. 实验注意事项1. 遵守实验室的各项制度,听从指导教师的安排。2. 准时进入实验室,不准吸烟,不准大声喧哗。3. 爱护各种仪器设备,轻拿轻放,不要动用与本实验无关的仪器。4. 对实验中损坏的仪器应及时登记,并报告指导教师,等待处理。5. 格外注意水,电,汽的使用,防止触电及热灼伤发生。6. 保持实验室卫生,实验完毕,一切动用物品应恢复原样。7. 实验数据与记录经指导教师签字后方可离开实验室。4. 实验数据记
4、录与处理 4.1 实验数据的测取及记录 (1)测取数据力求准确，要求实事求是，取实验点原则上应步长一直，以使曲线上的点分布均匀。(2)对于明显不可靠的数据,经分析应予以弃去。(3)测取数据必须满足要求，不得遗漏，如大气压、室温、物料物性、设备尺寸等，必须清晰记录与表格中，以免事后混淆。(4)记事应记在事前准备好的记录中，不应记在活页纸或碎纸片上，不应将实验记录视为草稿，即2便重抄一遍实验记录，也应保存原始记录以备插队。(5)所记录的数据应当是直接读的数据，不应经过计算再记，例如秒表停表时的读数为 1 分 38 秒，应记作 138，而不应记作 98。 4.2 实验数据的整理与标绘 整理数据的目的
5、是将所测的数据用最合适的方法表达出来，以便明显显示出数据之间的关系和变化规律。. 数据处理常用的方法是将计算数据标绘在座标纸上,在化工原理实验中,通常用到的坐标纸有直角坐标纸，半对数坐标纸，双对数坐标纸。4.3 实验误差 实验数据整理以后，呈现出一定的特性规律。应该与理论上的规律加以比较和分析，找出引起误差的原因，这些原因，可能是粗心大意造成的疏忽误差，也可能是设备不完善或仪器系统误差,或者是由于测量本身随机性产生的偶然误差。要求每个学生能够通过自己的实验独立思考，分析，提出自己的见解。5. 实验报告 实验报告应包括下列内容（1）实验目的（2）实验基本原理 （3）实验设备,装置简图,流程图 （
6、4）原始数据表 （5）计算示例(举出一个实验点完整的计算过程 ) （6）计算结果一览表及图 （7）思考题 （8）体会和讨论 实验报告是实验的总结，整理实验结果也是一种基本训练。因此,要求各自独立完成实验报告。实验报告文句力求简明，书写清楚，正确使用标点，图线整齐，插图附在适当位置,并装订成册。实验报中应填写出姓名、班级、实验时间、指导教师姓名及同组人，并在规定时间内交给指导教师批阅。3实验一 伯努利方程实验一、实验目的1通过实验静止和流动的流体中各项压头及其相互转换，验证流体静力学原理和伯努利方程。2通过实测流速的变化与之相应的压头损失的变化，确定两者之间的关系。 （测定文氏管的孔流系数Cv）
7、3观察流体流经收缩、扩大管段时，各截面上静压之关系。二、实验原理流动的流体具有三种机械能：位能、动能和静压能，这三种能量可以相互转化。在没有摩擦损失且不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过的各截面上的机械能总和是相等的；在有摩擦没有外功输入时，任意两截面间机械能的差即为摩擦损失。机械能可用测压管中液柱的高度来表示。取任意两测试点，列出能量衡算式：（1-1）fhPugZPugZ22121式中，Z 1，Z 2两测试点距基准面的高度；u1，u 2两点的流速；两点的阻力损失。fh对于水平测试管，Z 1=Z2，则（1-2 ）fhPu212（1） 有阻力损失情况下，若 u1=u2，则 P24000 时，
8、圆管内已形成湍流；当 Re 在 2000 至 4000 范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一 Re 数范围为过渡区。式（21）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。三、实验装置及流程实验装置如图 21 所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为 mm 硬质玻璃。 20实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，
9、开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。7示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头) 位于试验导管人口的轴线部位。注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动。 1 2 6 3 7 4 8 9 5 四、演示操作（1）层流流动型态 试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后记录主体流体的流量
10、。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。 （2）湍流流动型态缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。图 21 流体流型演示实验1红墨水储槽； 2溢流稳压槽； 3实验管； 4转子流量计；5循环泵； 6上水管； 7溢流回水管； 8调节阀； 9
11、储水槽8实验三 节流式流量计的校核、 实验目的1. 熟悉孔板流量计的构造、性能及安装方法。2. 掌握流量计的标定方法之一容量法。3. 测定孔板流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。、 基本原理对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定，建立流量刻度标尺（如转子流量计） 、给出孔流系数（如涡轮流量计） 、给出校正曲线（如孔板流量计） 。使用者在使用时，如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同，就需要根据现场情况，对流量计进行标定。孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的，而流体通过收缩口的压力降则随流量大小而变，据此来测量流量，因此，称其为变压头流量计。而另一类流量计中，当流体
12、通过时，压力降不变，但收缩口面积却随流量而改变，故称这类流量计为变截面流量计，此类的典型代表是转子流量计。2.1 孔板流量计的校核孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一，本实验采用自制的孔板流量计测定液体流量，用容量法进行标定，同时测定孔流系数与雷诺准数的关系。孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图3-1 所示。若管路直径为 d1，孔板锐孔直径为 d0，流体流经孔板前后所形成的缩脉直径为 d2，流体的密度为 ，则根据柏努利方程，在界面 1、2 处有： 212up （3-1）
13、或 （3-2）/由于缩脉处位置随流速而变化，截面积 又难以指导，而孔板孔径的面积 是已知的，因此，2A0A用孔板孔径处流速 来替代上式中的 ，又考虑这种替代带来的误差以及实际流体局部阻力造成的能0uu量损失，故需用系数 C 加以校正。式（ 32）改写为图3-1 孔板流量计921/uCp （3-3）对于不可压缩流体，根据连续性方程可知 ，代入式（3-3 ）并整理可得01Au（3-4）0012/()puA令 （3-5）0201()C则式（3-4）简化为 （3-6 ）0/up根据 和 即可计算出流体的体积流量：0uA（3-7）/200ACV或 （3-/)(igRu8）式中： 流体的体积流量， m3/s；VU 形压差计的读数， m；R压差计中指示液密度，kg/m 3；i孔流系数，无因次；0C由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数 Re 所决定，具体数值由实验测定。当孔径与管径之比为一定值时，Re 超过某个数值后， 接近于常数。一般工业上定型的流量计，就0C是规定在 为定值的流动条件下使用。 值范围一般为 0.6-0.7。0C0孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上游长度至少应为 10d1，下游为5d2。孔板流量计构造简单，制造和安装都
