《化工原理实验》实验指导书（化学、应用化学、化学工程与工艺、食品科学与工程、环境科学、环境工程、生物工程等专业使用）2005
《化工原理实验》 实验指导书 （化学、应用化学、化学工程与工艺、食品科学与工程、 环境科学、环境工程、生物工程等专业使用） 2005
目录实验须知第一章实验数据的计算与处理第二章实验内容.16实验一雷诺实验，.16实验二柏努利实验.18实验三流体流动阻力多功能实验..20实验四离心泵性能测定.24实验五板框过滤实验..28实验六非均相气固分离实验...32实验七传热实验.34实验八精馏实验..37实验九填料吸收实验45实验十振动筛板萃取实验.49实验十-干燥实验.54实验十二膜分离实验.58第三章实验室用测量仪表..60第一节压力测量..60第二节温度测量.62第三节其他仪表65
目 录 实验须知.3 第一章 实验数据的计算与处理.6 第二章 实验内容.16 实验一 雷诺实验.16 实验二 柏努利实验.18 实验三 流体流动阻力多功能实验.20 实验四 离心泵性能测定.24 实验五 板框过滤实验.28 实验六 非均相气固分离实验.32 实验七 传热实验.34 实验八 精馏实验.37 实验九 填料吸收实验.45 实验十 振动筛板萃取实验.49 实验十一 干燥实验.54 实验十二 膜分离实验.58 第三章 实验室用测量仪表.60 第一节 压力测量.60 第二节 温度测量.62 第三节 其他仪表. 65
第一章实验数据的计算与处理进行化工原理实验，首先遇到的是实验设备的使用问题，其次是测取数据的问题，第一个问题散见于各个实验中。下面介绍带有共性的问题，例如，应该测取哪些数据？如何读取和记录？记录的数据又如何整理、分析为实验结论等等。一、实验中应测取哪些数据1、凡是影响实验结果或者数据整理过程所必需的数据，都必须测取。它包括大气条件、设备有关尺寸、物料性质及操作数据等。2、有些数据不必直接测取，可以从测取的某一数据导出或从手册中查到。例如测出水温后，可查出水的粘度和密度等数据。二、读取和记录数据应注意的问题1、事先必须拟好记录表格，表格应简明要而又符合实验内容的标题名称。2、表格中应注明各项物理量的名称、符号及单位。化工数据中，有的数量很大或很小，如二氧化碳的亨利系数E，用科学记数法表示：20℃时，E=1.42×10[Pa]。当列表时，项目名称写为E×10*8，单位记作[Pa]，而表中数字写为1.42，即E×10-8=1.42[Pa]。也可以如下法表示，项目名称为E，单位记作[×10-*Pa]，表中数字仍为1.42。3、实验时一定要等操作稳定后，才开始读数，条件改变后，要等操作再次稳定后再读数，不稳定情况下所读取的实验数据是不可靠的。4、数据记录必须真实地反映仪表的精确度。一般要记录至仪表上最小分度以下一位数。例如温度计最小刻度为1℃，读出某一温度应为25.5℃，若温度恰好在25℃，也应写为25.0℃，有效数字为三位。5、实验直接测量或计算的结果，该用几位数字表示，是件很重要的事。有人认为数值在小数点后面的位数越多越准确，其错误在于没有弄清小数点的位置与所用测量单位的大小有关，而与测量的准确性无关。例如长度记录为0.314m和314mm，其准确度完全相同。还有人认为，计算结果保留位数越多越准确，其错误在于不了解在一定仪表条件下，所测得数据只能具有一定的准确度，绝不应该过多地保留位数，以致使计算的准确度超过测量仪器的精度。例如传热实验中，蒸汽温度T=120.5℃，空气进、出口温
第一章 实验数据的计算与处理 进行化工原理实验，首先遇到的是实验设备的使用问题，其次是测取数据的问题， 第一个问题散见于各个实验中。下面介绍带有共性的问题，例如，应该测取哪些数据？ 如何读取和记录？记录的数据又如何整理、分析为实验结论等等。 一、实验中应测取哪些数据 1、凡是影响实验结果或者数据整理过程所必需的数据，都必须测取。它包括大气 条件、设备有关尺寸、物料性质及操作数据等。 2、有些数据不必直接测取，可以从测取的某一数据导出或从手册中查到。例如测 出水温后，可查出水的粘度和密度等数据。 二、读取和记录数据应注意的问题 1、事先必须拟好记录表格，表格应简明扼要而又符合实验内容的标题名称。 2、表格中应注明各项物理量的名称、符号及单位。化工数据中，有的数量很大或 很小，如二氧化碳的亨利系数E，用科学记数法表示：20℃时，E=1.42×10-8[Pa]。当列 表时，项目名称写为E×10-8，单位记作[Pa]，而表中数字写为 1.42，即E×10-8=1.42[Pa]。 也可以如下法表示，项目名称为E，单位记作[×10-8Pa]，表中数字仍为 1.42。 3、实验时一定要等操作稳定后，才开始读数，条件改变后，要等操作再次稳定后 再读数，不稳定情况下所读取的实验数据是不可靠的。 4、数据记录必须真实地反映仪表的精确度。一般要记录至仪表上最小分度以下一 位数。例如温度计最小刻度为 1℃，读出某一温度应为 25.5℃，若温度恰好在 25℃，也 应写为 25.0℃，有效数字为三位。 5、实验直接测量或计算的结果，该用几位数字表示，是件很重要的事。有人认为 数值在小数点后面的位数越多越准确，其错误在于没有弄清小数点的位置与所用测量单 位的大小有关，而与测量的准确性无关。例如长度记录为 0.314m和 314mm，其准确度 完全相同。还有人认为，计算结果保留位数越多越准确，其错误在于不了解在一定仪表 条件下，所测得数据只能具有一定的准确度，绝不应该过多地保留位数，以致使计算的 准确度超过测量仪器的精度。例如传热实验中，蒸汽温度T=120.5℃，空气进、出口温
度为24.4℃和79.7℃，则对数平均温度差△tm=64.6℃。若保留位数过多，写作△tm=64.55℃，则超出了温度计的测量精度，是不科学的。三、实验数据的处理记录下的原始数据通常要进行运算，或以列表法表示，或以图示法表示，或以经验公式表示。因此，取得实验数据后，还要正确地处理这些数据，才能获得应有的结果。1、数据的运算（1）在计算中应注意有效数字和单位换算。（2）数据运算中应采用常数归纳法，即计算公式中的许多常数归纳为一个常数对待。例如管路计算中，由于流量改变而导致雷诺准数的改变，因为Re=dp,u= ,故Re= 44pVs= B.Vs.u"?rdμ4计算时先求出B值，依次代入Vs，即可求出相应的Re值。2、数据处理（1）列表法利用列表法表达实验数据时，表头栏目应写明所测物理量名称、符号、单位，自变量选择时最好能使其数值依次等量递增。（2）图示法利用图示法表示实验数据有许多优点。首先它能清楚地显示所研究对象的变化规律与特点，如极大、极小、转折点、周期性等。其次可利用足够光滑的曲线，作图解微分和图解积分。第三可通过适当地坐标变换，求出经验方程式。图示法在化学工程实验数据整理中具有特殊重要的地位。下面将列专题介绍。（3）经验公式法实验数据用经验公式表达，使实验规律更加定量化。经验公式本身是客观规律的一种近似描述，是进一步探讨的线索和依据。建立经验方程式的基本步骤如下：①将实验测定的数据加以整理与校正。②选出自变量和因变量，并绘出曲线。③由曲线的形状，根据解析几何的知识，判断曲线的类型
度为 24.4℃和 79.7℃，则对数平均温度差△tm=64.6℃。若保留位数过多，写作 △tm=64.55℃，则超出了温度计的测量精度，是不科学的。 三、实验数据的处理 记录下的原始数据通常要进行运算，或以列表法表示，或以图示法表示，或以经验 公式表示。因此，取得实验数据后，还要正确地处理这些数据，才能获得应有的结果。 1、数据的运算 （1）在计算中应注意有效数字和单位换算。 （2）数据运算中应采用常数归纳法，即计算公式中的许多常数归纳为一个常数对 待。例如管路计算中，由于流量改变而导致雷诺准数的改变，因为 μ duρ Re = , 2 4 d Vs u π = ,故 VsB d Vs •== μπ 4ρ Re 。 计算时先求出B值，依次代入VS，即可求出相应的Re值。 2、数据处理 （1）列表法 利用列表法表达实验数据时，表头栏目应写明所测物理量名称、符号、单位，自变 量选择时最好能使其数值依次等量递增。 （2）图示法 利用图示法表示实验数据有许多优点。首先它能清楚地显示所研究对象的变化规 律与特点，如极大、极小、转折点、周期性等。其次可利用足够光滑的曲线，作图解微 分和图解积分。第三可通过适当地坐标变换，求出经验方程式。图示法在化学工程实验 数据整理中具有特殊重要的地位。下面将列专题介绍。 （3）经验公式法 实验数据用经验公式表达，使实验规律更加定量化。经验公式本身是客观规律的一 种近似描述，是进一步探讨的线索和依据。 建立经验方程式的基本步骤如下： ①将实验测定的数据加以整理与校正。 ②选出自变量和因变量，并绘出曲线。 ③由曲线的形状，根据解析几何的知识，判断曲线的类型
确定公式的形式，并将曲线通过改变坐标方法，变换成直线关系。常见例子如表1所示。③用图解法或解析法来决定经验公式中的常数。表 1坐标变换示例表变换方程式直线化后的方程Y=lgy, X=lgxY=axbY=bx+lgaY=lgy, X=xY=abxY=lgbx+lgaY=aebxY= Iny, X=xY=bx+lnaY=ea+bxY=bx+aY=lny, X=x1Y =a+bxY=bx+aY =,X=xYxY=-a+bxY-=,X=xY=bx+ay【示例1】在蒸汽一空气换热实验中，要将给热系数a与管内流速u的关系，整理成如下形式：ad = A.(dupy即Nu=AR"元A式中：a，管壁对空气的给热系数，W/（m2.k）；入，空气的导热系数，W/（m.K）；d，管内径，m；u，空气流速，m/sP，空气密度.kg/mμ，空气粘度，kg/(m.s);Nu，努塞尔特准数；Re，雷诺准数；A、n，经验公式的系数。数据记录如表2所示
④确定公式的形式，并将曲线通过改变坐标方法，变换成直线关系。常见例子如表 1 所示。 ⑤用图解法或解析法来决定经验公式中的常数。 表 1 坐标变换示例表 方 程 式 变 换 直线化后的方程 Y=axb Y=abx Y=aebx Y=ea+bx + bxa =Υ 1 bxa x + =Υ Y=lgy, X=lgx Y=lgy, X=x Y= lny, X=x Y=lny, X=x xX Y Y , == 1 xX y x , ==Υ Y=bx+lga Y=lgbx+lga Y=bx+lna Y=bx+a Y=bx+a Y=bx+a 【示例 1】在蒸汽—空气换热实验中，要将给热系数 a 与管内流速 u 的关系，整理成如 下形式： du n A ad )( μ ρ λ •= 即 n = ARNu e 式中：a，管壁对空气的给热系数，W/（m 2 .K）； λ，空气的导热系数，W/（m.K）； d，管内径，m； u，空气流速，m/s ρ，空气密度,kg/m3 ; μ，空气粘度，kg/(m.s)； Nu，努塞尔特准数； Re，雷诺准数； A、n，经验公式的系数。 数据记录如表 2 所示