化工原理实验指导书化工原理教研室2014年编制
化工原理实验指导书 化工原理教研室 2014 年编制
化工原理实验指导书目录实验一流动过程综合实验3实验二过滤实验10.14实验三传热实验（水-水蒸汽、空气-水蒸汽给热系数测定和传热综合实验）14传热实验一水-水蒸汽给热系数测定.19传热实验二空气-水蒸汽给热系数测定传热实验三传热综合（空气和水蒸汽）实验22实验四吸收与解吸综合实验.28实验五精馅实验33.38实验六萃取实验（填料萃取塔、振动筛板萃取塔）.38萃取实验一填料萃取塔萃取实验二振动筛板萃取塔43实验七干燥实验（洞道干燥、流化床干燥）47干燥实验一洞道干燥47干燥实验二流化床干燥512
化工原理实验指导书 2 目 录 实验一 流动过程综合实验 . 3 实验二 过滤实验. 10 实验三 传热实验（水-水蒸汽、空气-水蒸汽给热系数测定和传热综合实验）. 14 传热实验一 水-水蒸汽给热系数测定 . 14 传热实验二 空气-水蒸汽给热系数测定. 19 传热实验三 传热综合（空气和水蒸汽）实验. 22 实验四 吸收与解吸综合实验. 28 实验五 精馏实验. 33 实验六 萃取实验 （填料萃取塔、振动筛板萃取塔）. 38 萃取实验一 填料萃取塔. 38 萃取实验二 振动筛板萃取塔. 43 实验七 干燥实验（洞道干燥、流化床干燥）. 47 干燥实验一 洞道干燥. 47 干燥实验二 流化床干燥. 51
化工原理实验指导书实验一 流动过程综合实验1实验自的（1）掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。（2）识别组成管路的各种管件、阀门的结构、使用方法和性能，（3）学习压差计、流量计的使用方法。（4）学习光滑直管和粗糙直管的摩擦系数与雷诺准数Re的测量方法，并验证流体处于不同流动类型时的与Re二者间的关系。（5）测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数。（6）分别测定文丘里流量计流量标定曲线（流量-压差关系）及流量系数和雷诺数之间的关系曲线（C-Re关系）。（7）了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，掌握离心泵管路特性曲线的测定方法，加深对离心泵性能的理解。2基本原理2.1直管摩擦系数a与雷诺数Re的测定对于不可压缩流体在水平等直径直管内作定态流动，根据伯努利方程有：h==x(1.1)pa2（1.1）式中：h一压头损失，J/kg；L一两测压点间直管长度，m；d一直管内径，m；入一摩擦阻力系数；u一流体流速，m/s；△Pf一直管阻力引起的压降，N/m2p—流体密度，kg/m3。将（1.1）式经适当变形，可以得到摩擦系数的表达式，即：a=2dxP(1.2)Lpu雷诺准数定义式如下：Re=dup(1.3)L（1.2）式中：μ—流体粘度，Pa.s。在管壁粗糙度、管长和管径一定的条件下，本实验将选择水作为流体，通过改变水的流量，并测得不同流量下的△Pr值，连同L、d、u和p（对一定流体来说，p和μ都是温度的函数，可以根据流体的种类及温度从手册中查出）一同带入式3
化工原理实验指导书 3 实验一 流动过程综合实验 1 实验目的 （1）掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 （2）识别组成管路的各种管件、阀门的结构、使用方法和性能。 （3）学习压差计、流量计的使用方法。 （4）学习光滑直管和粗糙直管的摩擦系数与雷诺准数 Re 的测量方法，并 验证流体处于不同流动类型时的与 Re 二者间的关系。 （5）测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数ξ。 （6）分别测定文丘里流量计流量标定曲线（流量-压差关系）及流量系数和 雷诺数之间的关系曲线（C-Re 关系）。 （7）了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，掌握 离心泵管路特性曲线的测定方法，加深对离心泵性能的理解。 2 基本原理 2.1 直管摩擦系数与雷诺数 Re 的测定 对于不可压缩流体在水平等直径直管内作定态流动，根据伯努利方程有： 2 f f 2 P L u h d = = （1.1） （1.1）式中：hf—压头损失，J/kg；L—两测压点间直管长度，m；d—直管内 径，m；λ—摩擦阻力系数；u—流体流速，m/s；ΔPf—直管阻力引起的压降，N/m2； ρ—流体密度，kg/m3。 将（1.1）式经适当变形，可以得到摩擦系数的表达式，即： f 2 2d P L u = （1.2） 雷诺准数定义式如下： du Re = （1.3） （1.2）式中：µ—流体粘度，Pa.s。 在管壁粗糙度、管长和管径一定的条件下，本实验将选择水作为流体，通过 改变水的流量，并测得不同流量下的ΔPf值，连同L、d、u和ρ（对一定流体来说， ρ和μ都是温度的函数，可以根据流体的种类及温度从手册中查出）一同带入式
化工原理实验指导书（1.2）和（1.3），将能够分别求出不同流量下的直管摩擦系数入和雷诺准数Re，从而整理出入与Re的关系并绘制二者关系曲线。2.2测定局部阻力系数（1）局部阻力系数的测定。局部阻力损失的计算方法有两种，即局部阻力系数法和当量长度法。其中，局部阻力系数法假定局部阻力损失与流体动能成正比，即：h==(1.4)2P（1.4）式中：ht一局部阻力引起的能量损失，J/kg；△P/一局部阻力引起的压强降，Pa；p一流体密度，kg/m3；一局部阻力系数，无因次；u一流体流速，m/s.将（1.4）适当整理后，有：(1.5)局部阻力引起的压强降△Pt可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a'和b-b'，见图 1-1。APAPr,abXAPt.'APr,beAP.b'ir771bCrb'caa图1.1局部阻力测量取压口布置图对于开口位置，有：(1.6)ab=bc;a'b'=b'c'那么，对于ab，bc，ab'和b'c之间的压降关系有：(1.7)APab=Pge:APrab=APgbe对于区间a~a'，有：(1.8)P-P,=2NP,ab +2AP,aw +P对于区间b~b，有：(1.9)P-P=AP,e+APebe +AP,=APea+AP.as +AP4
化工原理实验指导书 4 （1.2）和（1.3），将能够分别求出不同流量下的直管摩擦系数λ和雷诺准数Re， 从而整理出λ与Re的关系并绘制二者关系曲线。 2.2 测定局部阻力系数 （1）局部阻力系数ξ的测定。 局部阻力损失的计算方法有两种，即局部阻力系数法和当量长度法。其中， 局部阻力系数法假定局部阻力损失与流体动能成正比，即： ' 2 f f 2 P u h = = （1.4） （1.4）式中：hf'—局部阻力引起的能量损失，J/kg；ΔPf'—局部阻力引起的 压强降，Pa；ρ—流体密度，kg/m3；ξ—局部阻力系数，无因次； u—流体流速， m/s。 将（1.4）适当整理后，有： ' f 2 2 P u = （1.5） 局部阻力引起的压强降 ΔPf'可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直 管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口 a-a'和 b-b'，见 图 1-1。 图 1.1 局部阻力测量取压口布置图 对于开口位置，有： ab=bc ； a'b'=b'c' （1.6） 那么，对于 ab，bc，a'b'和 b'c'之间的压降关系有： P P f, ab f, bc = ； P P f, a'b' f, b'c' = （1.7） 对于区间 a~a'，有： ' ' ' ' a a f, ab f f, a b P P P P P - =2 +2 + （1.8） 对于区间 b~b'，有： ' ' ' ' ' ' ' b b f, bc f f, ab f f, b c f, a b P P P P P P P P - = + + + = + （1.9）
化工原理实验指导书联立式（1.8）和（1.9），则有：(1.10)AP =2(P-P)-(P-P,)为了实验方便，（Pb-Pb'）称之为近点压差，（Pa-Pa）称之为远点压差，其具体数值用差压传感器测定。2.3流量计性能测定流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：[2(P-P)(1.11)V, = CA.p（1.11）式中：V一被测流体（水）的体积流量，m3/s；C一流量系数，无因次；A0o一流量计节流孔截面积，m?；（P上-P下）一流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa；p一被测流体(水)的密度，kg/m。用涡轮流量计作为标准流量计来测定流量Vs，每一个流量在压差计上都有一对应的读数，将压差计读数△P和流量V，绘制成一条曲线，即流量标定曲线，同时利用上式整理数据可进一步得到C一Re关系曲线。2.4离心泵性能的测定2.4.1H的测定针对泵的吸入口和排出口之间列伯努利方程：Z++袋+H=Za+++Haca(1.12)pg2gpg2g（1.12）式中：Z—位压头，m；u一流体速度，m/s；p一流体密度，kg/m2；P一压强H一总压头（扬程），m；Hf入-由一泵的吸入口和排出口之间管路内的流体流动阻力。根据（1.12）可以获得离心泵总压头H：H=(zu-Z)+血=+=+Ha-a(1.13)2gpg与伯努利方程中其它项比较，Hf入-出值很小，故可以忽略，于是（1.13）简化为：H=(Z届-Z)+鱼-P，遍-(1.14)2gpg5
化工原理实验指导书 5 联立式（1.8）和（1.9），则有： ' ' ' f b b a a = − P P P P P 2( - ) ( - ) （1.10） 为了实验方便，（Pb-Pb'）称之为近点压差，（Pa-Pa'）称之为远点压差，其具 体数值用差压传感器测定。 2.3 流量计性能测定 流体通过节流式流量计时在上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的 关系为： s 0 2( ) P P V CA − = 上 下 （1.11） （1.11）式中：Vs—被测流体（水）的体积流量，m3 /s；C—流量系数，无因 次；A0—流量计节流孔截面积，m2；（P 上-P 下）—流量计上、下游两取压口之间 的压强差，Pa；ρ—被测流体(水)的密度，kg/m3。 用涡轮流量计作为标准流量计来测定流量 Vs，每一个流量在压差计上都有 一对应的读数，将压差计读数△P 和流量 Vs 绘制成一条曲线，即流量标定曲线， 同时利用上式整理数据可进一步得到 C—Re 关系曲线。 2.4 离心泵性能的测定 2.4.1 H 的测定 针对泵的吸入口和排出口之间列伯努利方程： 2 2 f 2 2 P u P u Z H Z H g g g g − + + + = + + + 入 入 出 出 入 出 入 出 （1.12） （1.12）式中：Z—位压头，m；u—流体速度，m/s；ρ—流体密度，kg/m3； P—压强；H—总压头（扬程），m；Hf 入-出—泵的吸入口和排出口之间管路内的流 体流动阻力。 根据（1.12）可以获得离心泵总压头 H： ( ) 2 2 f 2 P P u u H Z Z H g g − − − = − + + + 出 入 出 入 出 入 入 出 （1.13） 与伯努利方程中其它项比较，Hf 入-出值很小，故可以忽略，于是（1.13）简化 为： ( ) 2 2 2 P P u u H Z Z g g − − = − + + 出 入 出 入 出 入 （1.14）