过程工程原理实验指导书

过程工程原理实验讲义

南昌大学化工原理实验室

2011年3月

前 言

《过程工程原理》是化工、制药、高分子、食品、应化等相近专业学科的核心课程，其主要研究内容是以工业生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成若干“单元操作”。《过程工程原理》用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究，强调工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，强调理论与实际的结合，提高学生分析问题、解决问题的能力。

全国高校化工原理课程教学指导委员会第五次会议对工科本科《化工原理》课程实验教学提出了以下指导意见：

1、实验内容在下列实验中至少选做6~7个（流体力学2个，传热1~2个，传质3个），即：直管摩擦系数和局部阻力系数测定；离心泵的操作与性能测定；过滤常数测定；导热系数测定；传热实验；蒸发实验；精馏塔性能实验；吸收系数测定；干燥速率曲线测定；萃取实验及板式塔流体力学性能实验等。

2、每个实验应包含实验预习、实验操作、数据处理和实验报告四个环节。 3、实验教学还包括理论教学、演示教学和实物教学等。 4、实验应单独考核。

本实验指导书系根据上述精神和教育部发布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案（试行）》中有关开设综合性、设计性实验的要求编写的。实验内容包括流体力学实验6个，传热实验3个，传质实验4个,其中综合性实验10。此外，为了加强对学生动手能力和实验技能的训练编写了计算机仿真实验7个。各专业可根据教学计划及教学大纲要求选择实验内容。

限于编者水平和经验，本实验指导书难免有错误和不足之处，恳请批评指正。

编者 2011年3月

目 录

第一部分 演示实验 ......................................... 错误!未定义书签。

实验一 雷诺实验 ....................................... 错误!未定义书签。 实验二 流体流动过程机械能的转换 ........................ 错误!未定义书签。 实验三 喷雾干燥实验 ................................... 错误!未定义书签。 第二部分 综合性设计性实验 ................................. 错误!未定义书签。

实验四 流体管内流动阻力测定 .......................... 错误!未定义书签。 实验五 离心泵特性曲线测定 ............................. 错误!未定义书签。 实验六 流量计校核 ..................................... 错误!未定义书签。 实验七 恒压过滤常数测定 ................................ 错误!未定义书签。 实验八 干燥速率曲线测定 ............................... 错误!未定义书签。 实验九 转盘塔液-液萃取 ................................ 错误!未定义书签。 实验十 膜分离实验 ..................................... 错误!未定义书签。 实验十一 筛板塔精馏操作及效率的测定 ................... 错误!未定义书签。 实验十二 传热综合实验 ................................. 错误!未定义书签。 实验十三 填料塔吸收实验 .............................. 错误!未定义书签。 第三部分 计算机仿真实验 ................................... 错误!未定义书签。

实验十四 管路阻力 ..................................... 错误!未定义书签。 实验十五 离心泵操作 ................................... 错误!未定义书签。 实验十六 流体流动型态的观察 ........................... 错误!未定义书签。 实验十七 柏努利方程演示 ............................... 错误!未定义书签。 实验十八 传热 ......................................... 错误!未定义书签。 实验十九 吸收 ......................................... 错误!未定义书签。 实验二十 精馏 ......................................... 错误!未定义书签。 实验二十一 干燥 ....................................... 错误!未定义书签。 附录 过程工程原理实验中常用数据表 ..................... 错误!未定义书签。 参考资料 ................................................... 错误!未定义书签。

第一部分 演示实验

实验一 雷诺实验

一、实验目的

1、了解管内流体质点的运动方式，认识不同流动形态的特点，掌握判别流型的准则。 2、观察圆直管内流体作层流、过渡流、湍流的流动形态。

二、实验内容

1、以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内的水介质，作层流、过渡流、湍流时的不同流动形态。

2、观察流体水在圆直玻璃管内作层流流动时的速度分布。

三、基本原理

流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow）和湍流（或称紊流，Turbulent flow），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向向前运动外，还作径向脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。

流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：

Re式中：Re —雷诺准数，无因次；

d —管子内径，m；

du （1－1）

u —流体在管内的平均流速，m／s；

—流体密度，kg／m3；

μ—动力粘度；Pa·s。

工程上一般认为，流体在直圆管内流动，Re≤2000时为层流；Re>4000时，圆管内形成湍流；当Re在2000至4000范围时，流体流动处于一种过渡状态，可能是层流，也

可能是湍流，或者二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re数范围为过渡区。层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Rec表示。

式（1－1）表明，对于一定温度下的流体，流体性质（和μ）一定，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。

四、实验装置及流程

实验装置如图1－1所示。主要由玻璃实验导管、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，实验主管路为202mm硬质玻璃管。

1 2 3 4 6 7 8 9 5

图1－1 流体流型装置及流程

1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验导管； 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－储水槽

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，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。

示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮槽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。

五、演示操作

（1）层流流动型态

实验时，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实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。此时，在实验导管的轴线上，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。

六、注意事项

作层流流动时，为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能小。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响试验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。

七、思考题

1、如果红墨水注入管不设在实验管中心，能得到实验预期的结果吗 2、如何计算某一流量下的雷诺数用雷诺数判别流型的标准是什么

实验二 流体流动过程机械能的转换

一、实验目的

1.了解流体在管道中流动情况下，静压能、动能和位能之间相互转换的关系，加深对柏努利方程的理解。

2、了解流体在管道中流动时，流体阻力的表现形式。

二、实验内容

观察流体流动过程中，随着测试管路结构、水平位置及流量的变化，流体的势

能和动能之间的转换变化情况，并找出其规律，以验证柏努利方程。

三、基本原理

工业生产中，流体的输送多在密闭的管道中进行，因此研究流体在管道中的流动是过程工程的重要内容之一。任何运动的流体，都遵守质量守恒定律和能量守恒定律，这是研究流体力学性质的基本出发点。

1.连续性方程

流体在管内稳定流动时的质量守恒形式可用连续性方程表现如下： 1根据平均流速的定义，有

1u1A12u2A2 （2-2）

式中：u— 流速，m/s;

1、2— 管道端面1、2处流体的密度，kg/m；

3

udAudA （2-1）

212 u1、u2— 管道端面1、2处流体的流速，m/s； A1、A2— 管道端面1、2处的截面积，m。

2

即 m1m2 （2-3） 而对均质、不可压缩流体，12常数，则式（2－2）变为

u1A1u2A2 （2-4）

可见，对均质、不可压缩流体，平均流速与流通截面积成反比，即面积越大，流速越小；反之，面积越小，流速越大。

对圆管，Ad/4，d为直径，式（2－4）可转化为

2u1d12u2d22 （2-5）

2．机械能衡算方程

运动的流体除了遵循质量守恒定律以外，还应满足能量守恒定律。依此，在工程上可进一步得到十分重要的机械能衡算方程（柏努利方程）。

对于均质、不可压缩流体，在管路内作稳定流动时，其机械能衡算方程（以单位质量流体为基准）可表示为：

upup z111hez222hf （2-6）

2gg2gg显然，上式中各项均具有高度的量纲，z称为位头，u/2g称为动压头（速度头），

222p/g称为静压头（压力头），he称为外加压头，

关于上述机械能衡算方程的讨论： （1）理想流体的柏努利方程

hf称为压头损失。

无粘性的即没有粘性摩擦损失的流体称为理想流体，理想流体的hf0，若此时又无外加功加入，则机械能衡算方程式（2－6）变为：

upup z111z222 （2-7）

2gg2gg式（2－7）为理想流体的柏努利方程。该式表明，理想流体在流动过程中，总机械能保持不变。

（2）若流体静止，则u0，he0，hf0，于是机械能衡算方程变为

22z1p1pz22 （2-8） gg式（2－8）即为流体静力学方程，可见流体静止状态是流体流动的一种特殊形式。

四、实验装置及流程

图2-1 流体流动过程的机械能转换装置及流程

h1、h2、h3、h4、h5、h6 — 单管压力计

该装置为有机玻璃材料制作的管路系统，通过泵使流体循环流动。管路内径为30mm，节流件变截面处管内径为15mm。单管压力计h1和h2可用于验证变截面连续性方程，单管压力计h1和h3可用于比较流体经节流件后的压头损失，单管压力计h3和h4可用于比较流体经弯头和流量计后的压头损失及位能变化情况，单管压力计h4和h5可用于验证直管段雷诺数与流体阻力系数关系 ，单管压力计h6与h5配合使用，用于测定单管压力计h5处的中心点速度。

五、实验操作

1.先在贮水槽中加满清水，保持管路排水阀、出口阀关闭状态，通过循环泵将水打入高位水槽中，使整个管路中充满水，并保持高位水槽液位一定高度，并观察流体在静止状态时各单管压力计的高度。

2．实验开始前，需先清洗整个管路系统，即先使管内流体流动数分钟，检查阀门、管段有无堵塞或漏水情况，并排除管路中的空气。

3.通过出口阀调节管内流量，注意保持上水槽液位高度稳定（即保证整个系统处于稳定流动状态），并尽可能使转子流量计读数在刻度线上。观察记录各单管压力计读数和

流量值。

4.改变流量，观察各单管压力计读数随流量的变化情况。注意每改变一个流量，需给予系统一定的稳流时间，方可读取数据。

5.结束实验，关闭循环泵，全开出口阀排尽系统内水，之后打开排水阀排空管内沉积段流体。

6．若不经常使用该装置，实验结束后应将贮水槽内水排净，防止尘土沉积堵塞测速管。

六、注意事项

1、不要将泵出口调节阀开启过大，以免水从高位槽冲出和导致高位槽液面不稳定。 2、流量调节阀需缓慢地关小，以免造成流量突然下降，使测压管中的水溢出。 3、实验时必须排除管路系统内的空气泡。

七、思考题

1、流体在管道中流动时涉及到哪些能量

2、观察实验中如何测得某截面上的静压头，又如何得到某截面上的动压头 3、观察各项机械能数值的相对大小，并进行分析讨论。

实验三 喷雾干燥实验

一、实验目的

1、了解喷雾干燥原理、流程及设备； 2、熟悉喷雾干燥的特点及应用范围；

3、了解喷雾干燥的关键部件——雾化器的基本形式及选择原则； 4、了解和掌握湿物料连续喷雾干燥的方法。

二、实验原理

喷雾干燥是将原料液用雾化器分散成雾滴，并与热空气直接接触的一种干燥过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是状物。干燥产品可根据需要，制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。

喷雾干燥过程分为三个基本阶段：料液物的雾化；雾滴和干燥介质接触、混合及流动，即进行干燥；干燥产品与空气分离。

1、料液的雾化 原料液借助于雾化器形成直径10-100μm的雾滴，雾滴与空气直接接触、混合是喷雾干燥独有的特征。雾化的目的是将料液分散为具有很大表面积的雾滴，当其与热空气接触时，雾滴中水分迅速汽化而干燥成粉末或颗粒状产品。

2、雾滴和空气的接触（混合、流动、干燥）是同时进行的热传质过程，即干燥过程。此过程在干燥塔内进行。雾滴和空气的接触方式，混合与流动状态决定于热分布器的结构型式、雾化器在塔内的安装位置及废气排出方式等。本实验的雾滴—空气的流向为并流式。

3、干燥产品与空气分离

喷雾干燥的产品大多都是采用塔底出料，部分细粉夹带在排放的废气中，这些粉末在排放前必须收集下来，以提高产品收率，降低生产成本；排放的废气必须符合环境保护的排放标准，以防止环境污染。

三、设备的主要技术数据

㈠ 喷雾干燥器（玻璃制品）由雾化器、干燥室、产品回收系统、供料及热风系统五部分组成。

喷雾干燥室直径： Φ200×毫米 总高度: 750毫米 喷嘴：气流式

旋风分离器及产品回收瓶

供料泵：蠕动泵YZ1515X

热风系统：旋涡式气泵 型号XGB-12.预热器：电阻丝加热，通过调节电压控制温度。 ㈡ 物料:洗衣粉: ─ 毫米粒径

每次实验用量:100-200克(加水量600毫升左右) ㈢ 附属设备

1．空气流量测定: 转子流量计，LZB-40 4-40 m/h 2．数字温度显示仪：型号：PT-139 规格：（0-550）℃ 3．空气压缩机

3

四、实验流程（如图3-1）

图3-1 喷雾干燥装置及流程

1-空气压缩机;2-风机;3-空气流量调节阀;4-空气转子流量计;5-空气换热器;6-空气进口测温; 7-喷雾器;8-干燥室;9-空气出口测温;10-排空阀;11-旋风分离器;12-进料泵;13-料罐;14-产品回收瓶

实验设备的特点

⒈ 本实验属演示实验。其主要目的是让学生了解和掌握湿物料连续喷雾干燥的原理

方法和操作方法。能定性地观察旋风分离器内，径向上的静压强分布和分离器底部出灰口等处出现负压的情况，引导学生认识出灰口和集尘室密封良好的必要性。

⒉ 主体设备全透明，实验过程中可清晰地观察颗粒的流化状况。选用洗衣粉作物料，使干燥情况更直观、形象。

⒊ 装置小型化，选用新型旋涡气泵，能耗低、噪声小，且便于学生动手操作

五、演示操作

1. 打开电源,利用进料泵先进少量清水观察雾化器喷头出水是否顺畅.

2. 启动鼓风机调节流量在35(M/h)左右,打开加热开关调节电压为130V,后随空气进口温度的升高再适当调节,但电压不要超过200V.

3. 打开压缩机压缩空气备用,在温度逐渐升高时要持续进水,进水量为泵表显示在5—10之间即可,目的防止进料管温度过高后再进料时,料液瞬时汽化反喷出来.

4. 在空气进口温度升到280℃左右时即可将料罐中清水换成洗衣粉悬乳液，正式进物料(进料量为进料泵表显示的13—16之间),同时打开压缩机的出气阀释放压缩的气体进入喷嘴，使物料在喷出时瞬时雾化,并蒸发掉水分形成细小的粉粒,由旋风分离器分离出来.在三角瓶中回收.(空气进口的温度一般定为300℃).

5. 实验结束后,先将电压调到零再关闭加热开关,将进料换成清水持续进水5分钟后关闭,目的是为了防止残留的物料在进料管中凝结,堵塞喷口.

6. 在干燥器表面不热时,利用进料泵大量进水(即进料泵表显示最大直100),同时通入压缩气体,使水雾化并凝结在干燥器上形成水流以达到清洗干燥器的目的.同时打开干燥器底端的放空阀排掉污水.

3

第二部分 综合性设计性实验

实验四 流体管内流动阻力测定

一、实验目的

⒈学习直管摩擦阻力hf、摩擦系数的测定方法；了解测定的工程意义。 ⒉掌握摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度⒊掌握局部阻力系数的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。

⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

之间的关系及其变化规律。 d二、实验内容

⒈ 测定直管内流体流动的阻力和摩擦系数。 ⒉ 测定直管内流体流动的摩擦系数线。

⒊ 在本实验压差测量范围内，测量阀门的局部阻力系数。

与雷诺数Re和相对粗糙度

之间的关系曲d三、实验原理

⒈ 摩擦系数与雷诺数Re关系的测定

流体在管道内流动时，由于流体的粘性剪应力作用和涡流的影响会产生流动阻力。流体在水平等径直管内流动的阻力大小，与管长l、管径d、管壁粗糟度ε及流体流速u、黏度和密度有关，即：

hf =  （4-1）

以及 pf(d,l,u,,,) （4-2） 对于管内层流流动，理论上可导出

phf = 它与

p32lu （4-3） 2d无关，且与实验数据吻合。对于管内湍流流动，式（4-2）中几个参数与p的关

系复杂，只能依赖实验测定和关联。采用因次分析方法，整理式（4-2）的参数，可组成以下的无因次数群关系式：

参照范宁（Fanning）公式

hfu2F(dul,,) （4-4） ddlu2 hf （4-5）

d2可将式（4-4）改写为

hf(Re,比较式（4-5）和式（4-6）可得：

(Re,) （4-7）

lu2) （4-6） dd2d由式（4-5）可知，只要知道值，就能计算任一（牛顿型）流体在任一直管中的阻力损失。而式（4-7）的，是雷诺数Re和管壁相对粗糙度

的函数，要确定它们之间的关d系，只要用水作物系，在实验规模的装置中，进行有限的实验即可得到。

对于光滑管，也就是管壁粗糙度﹤层流底层厚度b的管，由于管壁的粗糙峰埋在层流底层中，

对流动阻力不产生影响，因此，对于光滑管： d '(Re) （4-8）

湍流时的粗糙管和光滑管的由理论导出的计算式与实际相差较大，实用中仍然采用实验测定并整理绘制的(Re,)关系图。

d本实验分别测定光滑管，以及特定

值的粗糙管，求其loglogRe的关系曲线。d方法是：（1）测定流量qv——算出u和Re；（2）测定直管的p——按式（4-5）和式（4-1）算出值。（3）将Re和绘于双对数坐标纸上。

⒉ 局部阻力系数的测定

u2 h （4-9） f22pf 2 （4-10）

u式中：局部阻力系数，无因次； p'f局部阻力引起的压强降，Pa；

'p'fh'f局部阻力引起的能量损失，J／kg。

图4-1 局部阻力测量取压口布置图

局部阻力引起的压强降pf 可用下面的方法测量：在一根等直径的直管段上，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4-1，使 ab＝bc ； a＇b＇＝b＇c＇ 则 △Pf，a b ＝△Pf，bc ； △Pf，a＇b＇= △Pf，b＇c＇ 在a~a＇之间列柏努利方程式： Pa－Pa＇=2△Pf，a b+2△Pf，a＇b＇+pf

''

（4-11）

在b~b＇之间列柏努利方程式： Pb－Pb＇ = △Pf，bc+△Pf，b＇c＇+pf

= △Pf，a b+△Pf，a＇b＇+pf （4-12） 联立式(4-11)和(4-12)，则：

pf＝2(Pb－Pb＇)－(Pa－Pa＇)

为了实验方便，称(Pb－Pb＇)为近点压差，称(Pa－Pa＇)为远点压差。用差压传感器来测量。

'''四、实验装置

⒈ 本实验共有三套装置，实验装置流程如图4-2所示。

在图4-2中， 测定光滑管摩擦系数选择流程：A→B（C→D）→E→F→G→H→I→W→X； 测定粗糙管摩擦系数选择流程：A→B（C→D）→E→F→J→K→L→M→I→W→X；（C→D）为流量小于2 m/h 时的流程。

3

⒉ 流量测量：在图4-2中由转子流量计和涡轮流量计测量。 ⒊ 直管段压强降的测量：差压变送器或倒置U形管直接测取压差值。

压差1压差2流量温度压差2流量温度红绿红黄绿黄图4-2 流动过程实验装置流程图（1）-离心泵 （2）-大流量调节阀 （3）-小流量调节阀 （4）、（5）、（15）、（22）-球阀 （6）、（11）-光滑管取压阀 图4-2 流动过程实验装置流程图（7）、（12）-粗糙管取压阀 （8）、（9）、（13）、（14）-局部阻力取压阀 （10）、（16）、（24）、（26）-排气罐（17）、（25）-压差传感器 （18）、（20）、（21）-倒置U形管压差计调节阀 （19）-倒置U形管压差计 （1）-离心泵 （2）-大流量调节阀 （3）-小流量调节阀 （4）、（5）、（15）、（22）-球阀 （6）、（11）-光滑管取压阀 （23）、（27）-大管径光滑管取压阀 （28）、（29）-排空阀 （30）-涡轮流量计 （31）、（32）、（33）、（34）-数显表（7）、（12）-粗糙管取压阀 （8）、（9）、（13）、（14）-局部阻力取压阀 （10）、（16）、（24）、（26）-排气罐（35）、（36）、（37）-按钮开关 （38）、（39）-转子流量计 （40）-水槽 （17）、（25）-压差传感器 （18）、（20）、（21）-倒置U形管压差计调节阀 （19）-倒置U形管压差计 （23）、（27）-大管径光滑管取压阀 （28）、（29）-排空阀 （30）-涡轮流量计 （31）、（32）、（33）、（34）-数显表五、操作方法 （35）、（36）、（37）-按钮开关 （38）、（39）-转子流量计 （40）-水槽 ⒈ 按下电源的绿色按钮，通电预热数字显示仪表，记录差压数字表的初始值，关闭流量调节阀⑵⑶，启动离心泵。

⒉ 光滑管阻力测定：

(1) 关闭阀（5）、（15）、（22），将阀（4）全开。

(2) 在流量为零条件下，旋开取压阀（6）、（11）和倒置U形管左右旋钮（20）、（21），检查导压管内是否有气泡存在。若倒置U形管内液柱高度差不为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。操作方法如下：

开大流量调节阀（2），使倒置U形管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净，将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U形管上部的放空阀（19），使液柱降至零

点上下时马上关闭，管内形成气—水柱；此时管内液柱高度差应为零。

(3) 通过阀（2）、（3）调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量。 (4) 直管段的压差：小流量时用倒置∪形管压差计测量，大流量时用差压数字表测量。应在最大流量和最小流量之间进行实验，一般测取12～15组数据，建议流量读数在40L／h之内，不少于4个点，以便得到层流状态下的λ—Re关系。在能用倒置∪形管测压差时，尽量不用差压数字表测压差。

(5) 阀（15）局部阻力测量：在最大流量时，直管段压差测量完后，将阀（15）半开，再读取相应差压数字表的压差数据。

3． 粗糙管阻力测定：

(1) 关闭阀（4），全开阀（5），逐渐调大流量调节阀⑵，赶出导压管内气泡。 (2) 通过阀⑵⑶调节流量。根据流量大小选择大、小量程的转子流量计测量，从小流量到最大流量，一般测取10~15组数据。

4． 在水箱中测取水温。

5． 待数据测量完毕,关闭流量调节阀，核实差压数字表初始值，继续其它实验或切断电源。

六、注意事项

⒈ 启动离心泵之前，以及从光滑管阻力测量过渡到其它测量之前，都必须检查所有流量调节阀是否关闭。

⒉ 测数据时则必须关闭所有的平衡阀，并且在用差压数字表测量时，必须关闭通倒置U形管的阀门，防止形成并联管路。

七、实验数据表： （水温t= ℃）

光滑管阻力 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 流量（m/h） 3粗糙管阻力 流量（m/h） 3局部阻力 流量 （m/h） 3压差压差p(Pa) p(Pa) 近点压差 远点压差 p(Pa) p(Pa) 10 11 12 13 14 八、数据整理表

 kg/m3,  光滑管L= m, d= m

粗糙管L= m, d= m

光滑管阻力 序号 流速uRe （m/s） 粗糙管阻力 局部阻力 压差pf’ Re (Pa)  流速uRe （m/s）  流速u（m/s）  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

九、报告内容

⒈ 将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。 ⒉ 在双对数坐标系上标绘光滑直管和粗糙直管λ—Re 关系曲线。

⒊ 根据所标绘的λ—Re曲线，求本实验条件下滞流区的λ—Re关系式，并与理式比较。

⒋思考题：

（1）试从本讲义式（4-3）导出层流时/Re。

（2）本实验用水为工作介质做出的λ一Re曲线，对其它流体能否使用为什么 （3）本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到△Pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同为什么

（4） 为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测量直管段的压差何时用变送器何时用倒置U形管操作时要注意什么

十、设备主要参数

1. 被测光滑直管段：管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管 被测粗糙直管段：管径 d— (m) 管长 L—(m) 材料: 不锈钢管 2. 被测局部阻力直管段：管径 d—(m) 管长 L—(m) 材料：不锈钢管 3. 压力传感器：

型号：LXWY 测量范围：200 KPa 4. 直流数字电压表：

型号：PZ139 测量范围：0～200 KPa 5. 离心泵：

型号：WB70/055 流量：8(m／h) 扬程：12(m) 电机功率：550(W) 6.玻璃转子流量计：

型 号 LZB—40 LZB—10

测量范围 100～1000(L／h) 10～100(L／h) 精 度 3

实验五 离心泵特性曲线测定

一、实验目的

1. 熟悉离心泵的操作方法。

2. 掌握离心泵特性曲线测定方法，加深对离心泵性能的了解。 3. 掌握管路特性曲线的测定方法及离心泵工作点的确定方法。

二、实验内容

1. 测定IS型离心泵在一定转速下，H（扬程）、P（轴功率）、（效率）与qv（流量）之间的泵特性曲线。

2. 测定该泵在不同转速下，H（扬程）、P（轴功率）、（效率）与qv（流量）之间的比率关系，验证泵的比例定律。

3. 依据现有实验条件，自行设计管路特性曲线测定方法和实验步骤。

三、实验原理

（一）离心泵特性曲线

离心泵是最常见的液体输送设备。在一定的型号和转速下，离心泵的扬程H、轴功率

P及效率 均随流量qv而改变。通常通过实验测出H—qv、P—qv及 η—qv关系，并用曲

线表示之，称为泵的特性曲线。泵特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。泵特性曲线的具体测定方法如下：

⒈ H的测定：

在泵的吸入口和压出口之间列柏努利方程

p出u2出p入u2入 z入Hz出Hf入出 （5-1）

g2gg2g上式中Hf入出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，因所选的两截面很接近泵体，与式（5-1）中其它项比较，Hf入出值很小，故可忽略。同时，实验的离心泵d入=d出，因而u入=u出。取式中p出=p大+p出（表），而p入=p大-p入（真），则式（5-1）可简化为

 H(z出z入）p出(表）p入（真）g （5-2）

式中：(z出z入） ——压力表与真空表之间的垂直距离，m； H——扬程，m；

p大——大气压， Pa ；

p出（表）——泵出口压力表读数，Pa ；

p入（真）——泵入口真空表读数（真空度），Pa ； u出—— 排出管内水的流速，m/s； u入—— 吸入管内水的流速，m/s； ρ —— 水的密度，kg/m； g —— 重力加速度，s；

Hf入出——泵进出口之间的管道阻力损失，m。

本实验中(z出z入）=，将测得的p出（表）和p入（真）的值代入（5-2）式即可求得H的值。 ⒉ P的测定：

功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于本实验中泵与电动机为直联式，传动效率可视为，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即：

泵的轴功率P＝电动机的输出功率， W。

电动机的输出功率＝电动机的输入功率（即功率表读数）×电动机的效率。W。 泵的轴功率P＝功率表的读数×电动机效率，W。 本实验装置的电机效率为85%。 ⒊ 的测定

式中：— 泵的效率； P— 泵的轴功率，W； Pe— 泵的有效功率，W； H— 泵的压头，m； qv— 泵的流量，m/s； ρ— 水的密度，kg/m； g — s 。

2

3

3

23

PegqvH (5-3) PP（二）比例定律验证

离心泵的特性曲线是在一定的转速下测定的，通过变频器调节三相电机的转速，可以作多种转速下的特性曲线，由此掌握转速变化时对特性曲线的影响。当泵转速n1变为n2，变化幅度≤±20%时，视流体离开叶轮的速度三角形相似，效率也不变，因而就有以下的比率关系，实验中可予以验证：

qv2n2HnPn 2(2)2 2(2)3 qv1n1H1n1Pn11式中：qv2、H2、P2——转速为n2时泵的性能；

qv1、H1、P1——转速为n1时泵的性能。

（三）管路特性曲线的测定及离心泵工作点的确定。

由流程图选择一特定管路系统，被输送的液体要求离心泵供给的压头H可由管段的两截面间的伯努里方程求得，即

pu2HzHf (5-4)

g2g对特定的管路系统，△z+△p/2g为固定值，△u/2g由选择管段截面而定，管路系统压头损失为

2

Hflle28(4)qv （5-5） 25gdd3

式中 qv——管路中液体流量，m/s； d ——管子内径，m；

lle——管路中的直管长度与局部阻力的当量长度之和，m； ——局部阻力系数； ——摩擦系数。

对于一定的管路系统，d、l、le及均为定值。是Re的函数，当Re较大时，随Re的变化很小，可视为常数，其值由管路的相对粗糙度查表获得。

实验步骤由学生自行设计完成。

四、实验装置

该实验装置流程图见图5-1所示。 1. 本实验共有四套装置；

2. 流量测量：用转子流量计或标准涡轮流量计测量； 3. 泵的进出口压强测定：用真空表和压强表测量； 4. 电动机输入功率：用功率表测量； 5. 温度：用温度表测定。

图5-1 离心泵特性曲线测定流程图底阀、2-自动引水器、3、7、8、11、13、16、18、19、20、23-控制阀、9-转子流量计、4-真空表、5-离心泵、6-压力表、10-控制柜、12-文丘里、14-压差变送器、15-孔板流量计、17-涡轮、21-计量槽、22-液位计、24-水槽、25-温度计、26-压差传感器平衡阀、27-排气阀、28、孔板控制阀、29文丘里控制阀

五、操作方法

1. 根据实验选择管路流程A-B-C-D-E-F-G-H-K-O-P-Q-R，关闭其它管路阀门； 2. 开启所选择管路流程中的所有阀门后，关闭流量调节阀20、球阀8； 3. 开启离心泵电源按钮；

4. 在变频器上设定离心泵转速后按RUN键启动离心泵；

5. 缓慢开启阀门8直至全开，然后开启流量调节阀20，反复开关流量调节阀20排气直到转子流量计看不到有气泡；

6. 实验顺序从大到小，即将调节阀门20开至流量计读数最大时，作为第一组实验数据，共采集16组数据；前七组数据按流量显示仪读数每下降约h布一个实验点，以后

实验数据布点约降1m/h；

7. 记录各流量下的压力表、真空表及功率表读数。

8. 改变转速，记录不同转速下，各流量下的压力表、真空表及功率表读数。 9. 实验结束后，关闭电源。

3

六、注意事项

⒈ 启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭。 ⒉ 自动引水器顶部阀门不得打开。

七、报告内容

⒈ 将实验数据和计算结果列在数据表格中，并以一组数据进行计算举例。 ⒉ 在合适的坐标系上标绘离心泵的特性曲线和管路特性曲线，并确定相应条件下的泵工作点，在图上标出离心泵的各种性能（泵的型号、转速）。

3．回答下列思考题：

⑴ 试分析实验数据，随着泵出口流量调节阀开度的增大，泵入口真空表读数是减少还是增加，泵出口压强表读数是减少还是增加。为什么

⑵ 本实验中，为了得到较好的实验结果，实验流量范围下限应尽量小，上限应尽量的大。为什么

⑶ 离心泵的流量，为什么可以通过出口阀来调节往复泵的流量是否也可采用同样的方法来调节。为什么

实验数据表 n= 实验序号 1 2 3 4 5 6 流量qv m/h 3功率表读数w 压力表读数真空表读数轴功率扬程H, m MPa MPa P,W 效率，%

八、设备主要参数

设备号 项目 两取压口垂直高度差 mm 离心泵入口管径 mm 离心泵出口管径 mm 离心泵型号 离心泵转速 r/min 功率 W 电机效率 扬程 m 流量 m/h 31、2、3、4 200 40 40 ISW40-125(I) 2900 1500 85% 20 16

实验六 流量计校核

一、实验目的

⒈ 了解几种常用流量计的构造、工作原理和主要特点。 ⒉ 掌握流量计的标定方法。

⒊ 了解节流式流量计流量系数C随雷诺数Re的变化规律，流量系数C的确定方法。 ⒋ 学习合理选择坐标系的方法。

二、实验内容

⒈ 了解孔板、 文丘里、转子流量计及涡轮流量计的构造及工作原理。

⒉ 测定节流式流量计（孔板或文丘里）的流量标定曲线。 ⒊ 测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。

三、实验原理

流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量的关系为：

VsCA02(P上P下)3

（6-1）

式中：VS—被测流体(水)的体积流量，m/s； C— 流量系数，无因次； A0—流量计节流孔截面积，m；

2

P上P下—流量计上、下游两取压口之间的压强差，Pa ； —被测流体(水)的密度，kg／m 。

3

用计量槽和秒表来测量流量VS。对应于每一个流量VS在压差计上都有一对应的压差读数△P，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。同时用上式整理数据可进一步得到C—Re关系曲线。

又知Redu44Vs103 （6-2） dd43

ddu式中ρ—— 被测流体在相应温度下的密度（kg/m）

μ—— 被测流体在相应温度下的粘度[PaS] d—— 测试管内径，接文丘里管的d内=

接孔板的管内径d=

根据实验测得的数据，整理C-Re表，并在单对数座标上（Re取对数座标）绘图，便可得到C-Re曲线。

四、实验装置

⒈ 实验流程及装置如图6-1，根据选定的需要矫正的流量计，选择管路走向，确定该流量计的校核实验流程。

⒉ 流量测定：用计量槽作为标准流量计测量流量。 ⒊ 压差测量：用差压变送器直接读取。 4. 温度测量：用温度计直接测量。

图6-1 流量计校核流程图底阀、2-自动引水器、3、7、8、11、13、16、18、19、20、23-控制阀、9-转子流量计、4-真空表、5-离心泵、6-压力表、10-控制柜、12-文丘里、14-压差变送器、15-孔板流量计、17-涡轮、21-计量槽、22-液位计、24-水槽、25-温度计、26-压差传感器平衡阀、27-排气阀、28、孔板控制阀、29文丘里控制阀

五、操作方法:

1. 选定校核流量计，如孔板流量计

15，确定流程为

A-B-C-D-E-K-J-I-M-N-O-P-S-T-U-V，开启选定流程中的所有阀门；

2. 关闭其他旁路所有阀门； 3. 关闭阀门19、20；

4. 按下电源和离心泵按钮；

5. 设定变频器转速后，按RUN启动离心泵； 6. 反复开关阀门20排气；

7. 关闭阀门20，开启孔板流量计控制阀28和平衡阀26反复排气；

8. 测定数据时，关闭阀门23，调节阀门19，读孔板流量计压差显示值，用秒表计时，测量计量槽单位时间水的体积量，整个实验测取8~10组数据。从最大流量做起，每对应一个阀门开度，用体积法测定流量，同时记录压差读数，并记录水温。

六、注意事项

⒈ 启动离心泵之前，必须检查所有流量调节阀是否关闭， ⒉ 测数据时必须关闭流量计平衡阀26。

七、报告内容

⒈ 将实验数据和整理结果列在数据表格中，并以其中一组数据计算举例。 ⒉ 在合适的坐标系上，标绘节流式流量计的流量VS与压差△P的关系曲线（即流量标定曲线）、流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。

3．将有关原始数据，实验数据及计算结果列成表格。

4．在方格坐标纸上绘制△P -Vs曲线，在单对数坐标纸上绘制C-Re曲线。 5.思考题

（1）．系统为什么要排气 (2)．C与哪些因素有关

(3)．比较孔板流量计和文丘里流量计的优缺点

(4)．实验管路及导压管中如果积存有空气，为什么要排除

八、截流式流量计主要参数

孔板孔径：；文丘里管喉径：；主管道直径：。 实验数据表 温度： 实验序号 流量m/h 3压差△P MPa 实验七 恒压过滤常数测定

一、实验目的

1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。 2. 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。 3. 学会测定过滤常数K、qe及压缩性指数s的方法。 4. 了解过滤压力对过滤速率的影响。

二、实验内容

1、掌握恒压过滤常数K和单位过滤面积当量滤液量qe的测定方法，加深对K、qe的概念及影响因素的理解。

2、学习滤饼的压缩性指标s和物料常数r的测定方法。

二、基本原理

过滤是以多孔物质为介质来截留悬浮液中的固体颗粒，并让液体通过，以达到固、液分离的一种操作过程。过滤操作的本质，是流体通过固体颗粒层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。

过滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p、滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等。

过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动，基本上处在层流流动范围内，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，并寻求滤液量与时间的瞬时关系，因而可得过滤速度的计算式如下：

udVdqApAp （7-1） AddrVVer'VVess其中： rrop，及r'ro'p （7-2）

式中：u —过滤速度，m/s；

V —通过过滤介质的（积累）滤液量，m3； A —过滤面积，m2；

τ —过滤时间，s；

q —通过单位面积过滤介质的（积累）滤液量，m3/m2； △p —过滤压差（表压）Pa ； s —滤渣压缩性系数； μ—滤液的粘度，； r —滤渣体积比阻，1/m2；

 —单位滤液体积的滤渣体积，m3滤渣/m3滤液；

Ve —过滤介质的当量滤液体积，m3； r —滤渣质量比阻，m/kg；

 —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m；

3

ro,ro'p1时，滤渣的体积比阻和质量比阻。

令：

K于是式（7-1）可改写为：

2p （7-3）

rdVKA2 （7-4） d2(VVe)式中：K—常数，由物料特性及过滤压差决定，m/s。

对于一定的悬浮液和温度，,一定；当恒压过滤时，r和△p也是定值。因而恒压过滤时式（7-3）的K值为常数，此时可将式（7-4）分离变量积分，整理得：

2VVeVeVVedVVe1KA20d （7-5）

2即 V22VVeKA2 （7-6）

2或 q2qqeK （7-7）

（7-7）式中的K、qe称为过滤常数，他们必须在生产上所要求得物料和过滤压力下，由实验室模拟实验求出，为此，可将式（7-7）写成：

q12qqe （7-8） KK式（7-8）表明，在坐标纸上，以q为纵坐标，q为横坐标绘出一条直线，

1 K2截距： Iqe

K12于是可求得 K,ms

SKIIqe,m3

22S斜率： S用不同的恒压过滤压差△p，可测得不同的K值，将K值代入式（7-3），可求出对应的r，将式（7-2）两边取对数，可得：

lgrslgplgro

（7-9）

再在双对数坐标纸上，将r~p数据描点，可得直线，其截距为r。，斜率即为s。 在使用式（7-3）求r时，要用到，的计算公式如下： （7-10）

式中：w—悬浮液中固体质量分数，kg固体/kg悬浮液； ,P—滤液和固体颗粒的密度。

w/P

w/P(1w)/三、实验装置与流程

本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程如图（7-1）所示。

CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽上排空管中排出。

板框压虑机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积 ，框数2个。 空气压缩机规格型号：风量min，最大气压（表压）。

出口进水出口出口图7-1 恒压过滤流程图1-清洗罐； 2-排气阀； 3-安全阀； 4-压力料槽 ；5-手柄； 6-板框压滤机； 7-清液出口阀； 8-清洗液进口阀； 9-气路阀； 10-进料阀； 11-压力表； 12-切换阀；13-止回阀； 14-量筒； 15-微调阀； 16-气阀； 17-配料槽出口阀； 18-配料槽； 19-配料槽进气阀； 20-空压机 ；21-滤－洗切换阀。

四、实验步骤

1．实验准备

配料：在配料罐内配制含CaCO310％～30％（m %）的水悬浮液，碳酸钙事先由天平称重，水位高度按标尺示意，筒身直径35cm。配置时，应将配料罐底部阀门关闭。

搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使CaCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。

设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为、和（出厂已设定，每个间隔压力大于。若欲作以上压力过滤，需调节压力罐安全阀）。设定定值调节阀时，压力罐泄压阀可略开。

装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布。（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先

慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。

灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜2/3高度左右。灌清水时，应将安全阀处的泄压阀打开。

灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜1/2~1/3处，关闭进料阀门。 2．过滤过程

鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。

过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前料液进口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表指示过滤压力，清液出口流出滤液。

对于基本型，每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次△V取800ml左右。记录相应的过滤时间△τ。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。

量筒交换接滤液时不要流失滤液。等量筒内滤液静止后读出△V值。（注意：△V约800ml时替换量筒，这时量筒内滤液量并非正好800ml。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒），此外，要熟练双秒表轮流读数的方法；对于数字型，由于透过液已基本澄清，故可视作密度等同于水，则可以带通讯的电子天平读取对应计算机计时器下的瞬时重量的方法来确定过滤速度。

每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。 3．清洗过程

关闭板框过滤的进出阀门。将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态。 打开清洗液进入板框的进出阀门（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）。此时，压力表指示清洗压力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比相同压力下过滤速度小很多。

清洗液流动约1min，可观察混浊变化判断结束。一般物料可不进行清洗过程。结束清洗过程，也是关闭清洗液进出板框的阀门，关闭定值调节阀后进气阀门。 4．实验结束

先关闭空压机电源，关闭空压机出口球阀。 打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。 冲洗滤框、滤板，滤布不要折，应当用刷子刷洗。

将压力罐内物料反压到配料罐内备下次实验使用，或将该二罐物料直接排空后用清

水冲洗。

五、数据处理

数据表 P1 MPa 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 (s) V(ml) q(m3/m2) (s) q(m3/m2) K1 qe1 r1 数据表 P2 MPa 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 (s) V(ml) q(m3/m2) (s) q(m3/m2) K2 qe2 r2 数据表 P3 MPa 序号 1 2 3 4 5 6 (s) V(ml) q(m3/m2) (s) q(m3/m2) K3 qe3 r3 7 8 六、实验报告

1. 由恒压过滤实验数据用

q~q在直角坐标上绘图求过滤常数K、qe。

2. 用5种不同过滤压力p下求出的K，算出5个对应的r值。在双对数坐标纸上用p~r作图，求出滤渣压缩性系数S，及P1时的滤渣体积比阻。

3. 实验结果分析与讨论。

七、思考题

1. 板框过滤机的优缺点是什么适用于什么场合 2. 板框压滤机的操作分哪几个阶段

3. 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清

4. 影响过滤速率的主要因素有哪些当你在某一恒压下所测得的K、qe值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化

实验八 干燥速率曲线测定

一、实验目的

⒈ 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 ⒉ 学习物料含水量的测定方法。

⒊ 加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。 ⒋ 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。 ⒌ 学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。

二、实验内容

⒈ 每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。

⒉ 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流给热系数。

三、实验原理

当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。

第一个阶段为恒速干燥阶段。在此过程中时，由于整个物料的含水量较大，所汽化的是物料的非结合水分，物料表面的水汽分压与同温度下的水蒸汽压相等，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。

第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界含水量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。

恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。

恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速阶段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。

⒈ 干燥曲线和干燥速率曲线的测定

干燥过程的机理复杂，至今研究尚不充分，干燥速度的数据主要依靠试验。实验中记录不同时间下湿物料的质量G，直到物料质量不再变化为止。物料中最后所含水分即为平衡水分X。再将物料进一步烘干，得到绝干物料质量GC。物料中的瞬间含水量为

XGGc （8-1） Gc将物料含水量X对干燥时间作图，可得到该物料在恒定空气状态下的干燥曲线。从此图可直接读出在恒定条件下将物料干燥至某一含水量所需的时间。图中曲线：经不长时间的调整后，随干燥时间呈直线关系减小，这一段

dX常数，也即是等速阶段。d直线关系减小到某一临界点后，减少的速度变慢，这就是进入降速阶段。临界点的物料含水量XC，称临界含水量。

若将上述干燥曲线换算成干燥速率U与物料含水量X进行标绘，即得干燥速率曲线。干燥速率的定义是单位时间单位干燥表面积汽化的水分质量

U2

GCdX2

(kg/ms) （8-2） Sd式中,S—干燥面积，m。实验时先测得GC和S，计算出GC/S；再在干燥曲线中取不同时间间隔下，物料含水量的减少量X。用X/代替dX/d代入式（8-2）中，可得对应的U值。与U值相对应的X，则是采用代入式（8-2）时的X间隔的平均值X，即， [XiXi1Xi;X(Xi1Xi)/2]。 2．恒速阶段中空气与物料表面之间对流给热系数的测定 恒速阶段

dX常数，因而恒速阶段的干燥速率UC可从式（8-2）写成 dUCGCdXG(X1XC)GC(X1XC)CSdS(01)S1

（8-3）

式中，1—恒速阶段的干燥时间，s；X1—恒速阶段起始时的物料含水量。

恒速阶段物料表面温度为空气的湿球温度tw，物料汽化水分带出的热量，依赖空气传给物料表面，在空气状态恒定、绝热汽化的条件下，空气传给物料表面的热量与水汽化带走的热相等，并以Q表示。因此，恒速阶段的干燥速率也可按传热关系写成

UCQ(ttw) （8-4） SrwrwUCrw （8-5）

(ttw)2

2

因此，恒速阶段空气对物料表面的对流给热系数由式（8-4）可写出

式中：—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流给热系数，W/（m·℃）； Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m·s）； tw—干燥器内空气的湿球温度，℃； t—干燥器内空气的干球温度，℃； rw—tw℃下水的气化热，J/ kg。 3、干燥器内空气实际体积流量的计算

干燥器内空气实际流量Vt，可通过孔板流量计求出的空气流量Vto，按下式换算求得

VtVto3

273t （8-6）

273to式中：Vt—干燥器内空气实际流量m/s；

Vto—孔板流量计求出的空气流量，m3/s；

to—孔板流量计孔板处的空气温度，℃；

t—干燥器内空气的温度，℃。

式（8-5）中的Vto由孔板流量计测出差压P，按下式求得

VtoCoAo其中 Ao2P4 （8-7）

do2 （8-8）

2

式中：Ao—孔板开孔面积，m;

Co—孔板流量计的流量系数，； do—孔板开孔直径，；

P—孔板上下游两侧压力差，Pa；

—孔板流量计处to时空气的密度，kg/m3。

四、实验装置

干燥器类型：洞道式

洞道截面积： × =

加热功率：500w—1500w； 空气流量：1-5m/min； 干燥温度：40--120℃ 重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度级；

干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度级。

3

图8-1 洞道干燥实验流程示意图

1.

中压风机；2.孔板流量计；3. 空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥物料；6.加热器；7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排出阀；11.废气循环阀；12.新鲜空气进气阀；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表；15.进口温度显示仪表；16.流量压差显示仪表；

17.重量显示仪表；18.压力变送器。

五、操作方法

⒈ 将干燥物料（帆布）放入水中浸湿，向湿球温度湿度计的附加蓄水池内，补充适量的水，使池内水面上升至适当位置。

⒉ 调节送风机吸入口的蝶阀12到全开的位置后启动风机。

⒊ 用废气排出阀10和废气循环阀11调节到指定的流量后，开启加热电源。在智能仪表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。

⒋ 在空气温度、流量稳定的条件下，用重量传感器测定支架的重量并记录下来。 ⒌ 把充分浸湿的干燥物料（帆布）5固定在重量传感器4上并与气流平行放置。 ⒍ 在稳定的条件下，记录干燥时间每隔2分钟干燥物料减轻的重量。直至干燥物料

的重量不再明显减轻为止。

⒎ 变空气流量或温度，重复上述实验。

⒏ 关闭加热电源，待干球温度降至常温后关闭风机电源和总电源。 ⒐ 实验完毕，一切复原。

六、注意事项

⒈ 重量传感器的量程为（0--200克），精度较高。在放置干燥物料时务必要轻拿轻放，以免损坏仪器。

⒉ 干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故。 ⒊ 干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。 ⒋ 实验中不要改变智能仪表的设置。

七、实验数据表

表1 干燥实验装置实验原始及整理数据表

空气孔板流量计差压读数：P= Pa 流量计处空气温度：to= ℃ 干球温度：t= ℃ 湿球温度：tw= ℃ 框架重量：Go= g 绝干物料量：GC= g 干燥面积S= m 洞道截面积： m 22干燥速率 序累计时间 总重量 干基含水量 平均含水量 4U×10 [kg/号 （分） GT（g） X（kg/kg） XAV（kg/kg） 2（s·m）] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 rw J/kg UC Kg/m 3 w/m℃ 2XC Kg/kg 八、报告内容

⒈ 根据实验结果绘制出干燥曲线、干燥速率曲线，并确定恒定干燥速率、临界含水量、平衡含水量。

2．计算出恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。 ⒊ 试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。

九、干燥曲线和干燥速率曲线

图8-2 干燥曲线图

图8-3 干燥速率曲线

十、实验结果与分析

⒈ 试分析在其它条件不变的情况下，随空气温度增加，恒速段干燥速度 ；临界含水量 ； 。结果与理论分析是否一致 ，为什么

⒉ 在恒速干燥阶段，的经验计算值（用14.3G0.8,G—kg/ms）与的实测

2

值之间的误差是 。

⒊ 试分析在实验装置中，将废气全部循环可能出现什么后果

实验九 转盘塔液-液萃取

一、实验目的

1.了解转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程。

2.观察转盘转速变化时，萃取塔内轻、重两相流动状况，了解萃取操作的主要影响因素，研究萃取操作条件对萃取过程的影响。

3.掌握每米萃取高度的传质单元数NOR、传质单元高度HOR和萃取率的测定方法。

二、基本原理

萃取是分离和提纯物质的重要单元操作之一，是利用混合物中各个组分在外加溶剂中的溶解度的差异而实现分离的单元操作。使用转盘塔进行液－液萃取操作时，两种液体在塔内作逆流流动，其中一相液体作为分散相，以液滴形式通过另一种连续相液体，两种液相的浓度则在设备内作微分式的连续变化，并依靠密度差在塔的两端实现两液相间的分离。当轻相作为分散相时，相界面出现在塔的上端；反之，当重相作为分散相时，则相界面出现在塔的下端。

1.传质单元法的计算

计算微分逆流萃取塔的塔高，主要采取传质单元法。即以传质单元数和传质单元高度来表征，传质单元数表示过程分离程度的难易，传质单元高度表示设备传质性能的好坏。

HHORNOR （9-1） 式中，H－萃取塔的有效接触高度，m；

HOR－以萃余相为基准的总传质单元高度，m； NOR－以萃余相为基准的总传质单元数，无因次。

按定义，NOR计算式为

NOR式中，xF－原料液的组成，kgA/kgS；

xFxRdx （9-2）

xx*xR－萃余相的组成，kgA/kgS；

x －塔内某截面处萃余相的组成，kgA/kgS；

x*－塔内某截面处与萃取相平衡时的萃余相组成，kgA/kgS。

当萃余相浓度较低时，平衡曲线近似为过原点的直线，操作线也简化为直线处理，如图6－1所示。

图9－1萃取平均推动力计算示意图 积分式（9－2）得

NORxFxR （9-3） xm式中，xm为传质过程的平均推动力，在操作线、平衡线作直线近似的条件下为

xm(xFx*)(xR0)(xFyE/k)xR （9-4）

(xFx*)(xFyE/k)lnln(xR0)xR式中，k－分配系数，例如对于本实验的煤油苯甲酸相－水相，k＝；

yE－萃取相的组成，kgA/kgS。

对于xF、xR和yE，分别在实验中通过取样滴定分析而得，yE也可通过如下的物

料衡算而得

FSER

FxFS0EyERxR（9-5）

式中，F－原料液流量，kg/h；

S－萃取剂流量，kg/h；

E－萃取相流量，kg/h； R－萃余相流量，kg/h。

对稀溶液的萃取过程，因为FR,SE，所以有

yEF(xFxR) （9-6）

S本实验中，取F/S＝1/1（质量流量比），则式（15－6）简化为

yExFxR （9-7）

2.萃取率的计算

萃取率为被萃取剂萃取的组分A的量与原料液中组分A的量之比 FxFRxRFxF （9-8）

对稀溶液的萃取过程，因为FR，所以有

3.组成浓度的测定

xFxRxF （9-9）

对于煤油苯甲酸相－水相体系，采用酸碱中和滴定的方法测定进料液组成xF、萃余液组成xR和萃取液组成yE，即苯甲酸的质量分率，具体步骤如下：

(1)用移液管量取待测样品25ml，加1－2滴溴百里酚兰指示剂； (2)用KOH-CH3OH溶液滴定至终点，则所测浓度为

xNV122 （9-10）

250.8式中：N－KOH-CH3OH溶液的当量浓度，N/ml；

V －滴定用去的KOH-CH3OH溶液体积量，ml。

苯甲酸的分子量为122 g/mol，煤油密度为 g/ml，样品量为25ml。 (3) 萃取相组成yE也可按式（9－7）计算得到。

三、实验装置与流程

3 4 5 2 6 7 1 10 9 11 8 图9-2萃取流程示意图 1—轻相槽，2—萃余相（回收槽），3—电动搅拌器，4—电器控制箱，5—萃取塔， 6—水流量计，7—重相槽，8—磁力水泵，9—煤油流量计，10—煤油泵，11－萃取相导出

本装置操作时应先在萃取塔5内灌满连续相——水，然后开启分散相——煤油（含有饱和苯甲酸），待分散相在塔顶凝聚一定厚度的液层后，通过连续相的∏管闸阀调节两相的界面于一定高度，对于本装置采用的实验物料体系，凝聚是在塔的上端中进行（塔的下端也设有凝聚段）。本装置外加能量的输入，可通过直流调速器调节电动搅拌器的中心轴的转速。

四、实验步骤

1. 将煤油配制成含苯甲酸的混合物（配制成饱和或近饱和），然后把它灌入轻相槽内。（注意：勿直接在槽内配置饱和溶液，防止固体颗粒堵塞煤油输送泵的入口。）

2. 接通水管，将水灌入重相槽7内，用磁力泵将水送入萃取塔5内。（注意：磁力泵切不可空载运行。）

3. 通过调节转速控制外加能量的大小（即电动搅拌器的转速），在操作时转速逐步加大，中间会跨越一个临界转速（共振点），一般实验转速可取500rpm。

4. 水在萃取塔内搅拌流动，并连续运行5min后，开启分散相——煤路，调节水和煤油两相的体积流量一般在20～40L/h范围内，根据实验要求将两相的质量流量比调节为1:1。（注：在进行数据计算时，对煤油转子流量计9测得的数据要校正，即煤油的实际流量应为V校1000V测，其中V测为煤油流量计上的显示值。） 8005. 待分散相-煤油在塔顶凝聚一定厚度的液层后，再通过连续相-水的出口管路中Π形管上的阀门开度来调节两相界面高度，操作中应维持上集液板中两相界面的恒定。

6. 通过改变电动搅拌器转速分别测取萃取效率η或总传质单元高度HOR，从而判断外加能量对萃取过程的影响。

7. 取样分析。采用酸碱中和滴定的方法测定进料液组成xF、萃余液组成xR和萃取液组成yE，即苯甲酸的质量分率，具体步骤如下：

(1)用移液管量取待测样品25ml，加1－2滴溴百里酚兰指示剂； (2)用KOH-CH3OH溶液滴定至终点，则所测浓度为

xNV122 （9-11）

250.8式中, N－KOH-CH3OH溶液的当量浓度，N/ml；

V －滴定用去的KOH-CH3OH溶液体积量，ml。

苯甲酸的分子量为122 g/mol，煤油密度为 g/ml，样品量为25ml。 (3) 萃取相组成yE可按式（9-7）计算得到。

五、实验报告

1. 测定不同转速下的萃取效率，总传质单元高度HOR。 2. 以煤油为分散相，水为连续相，进行萃取过程的操作。 实验数据纪录：氢氧化钾的当量浓度NKOH ＝ N/ml

编号 1 2 3 原 料 F L/h 溶 剂 S L/h 转 速 n F ΔVF mL(KOH) R ΔVR mL(KOH) S ΔVs mL(KOH) 4 数据处理 编 号 转速 n 1 2 3 4 萃余 相浓度 xR 萃取 相浓度 yE 平 均 推动力 Δxm 传 质 单元数 NOR 传质单元高度 HOR 效 率 η 六、思考题

1．分析比较萃取实验装置与吸收、精馏实验装置的异同点

2．本萃取实验装置的转盘转速是如何调节和测量的从实验结果分析转盘转速变化对萃取传质系数与萃取率的影响。

3．测定原料液、萃取相、萃余相的组成可用哪些方法采用中和滴定法时，标准碱为什么选用KOH－CH3OH溶液，而不选用KOH－H2O溶液

实验十 膜分离实验

一、实验目的

1. 了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。 2. 掌握EM、UF、RO和NF的适用范围和对象。

二、实验原理

1．微滤（EM）

微滤膜的微孔直径为μm，当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径>μm的悬浮颗粒物质就被截流在膜的一面，粒径<μm的悬浮颗粒物质与水分子一起透过微滤膜排出。从而达到分离水体中部分悬浮颗粒物质的目的。

实验采用含有少量悬浮颗粒物质的水进行实验，通过测定进水和出水的浊度来表示微滤膜的处理效果。 2. 超滤（UF）

超滤膜的微孔直径在10nm—μm，截流分子量在2—5万，范围根据需要进行选择。当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定量颗粒物质的溶液时，粒径>膜孔径的颗粒物质就被截流在膜的一面。为了防止被截流下来的颗粒物质越来越多而堵塞滤膜，往往采用动态过滤的方法进行超滤，即在进行超滤的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截流物，以保持超滤膜表面始终具有良好的通透性。因此，超滤膜设备的出水有二股，一股为透过液（淡水），一股为截流物液（浓水）。

参见下面的示意图：

图10-1超滤（UF）示意图

超滤膜可以截流溶液中的细菌、病毒、热源、蛋白质、胶体、大分子有机物等等。 实验采用含有少量染料物质的水进行实验，通过测定进水、“淡水”和“浓水”的色度变化来表示超滤膜的处理效果。 3. 反渗透（RO）

反渗透膜的孔径在—1nm之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用，克服渗透膜

的渗透压，使溶液中水分子逆方向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而达到去除溶液中大部分离子的目的。

为了防止被截流下来的其他离子越积越多而堵塞RO膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截流物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，反渗透设备的出水也有二股，一股为透过液（淡水），一股为截流物液（浓水）。

实验采用自来水进行实验，用在线电导仪测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，表示反渗透膜的处理效果。 4. 纳滤（NF）

纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤技术是从反渗透技术中派生出来的一种膜分离技术，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为，纳滤膜存在着纳米级的细孔，可以截留95％的最小分子约为1nm的物质。

纳滤膜的特点在于：较低的反渗透压和较高的膜通透性，因此，可以节能；通过纳滤膜的反渗透作用，可以去除多价的离子，保留部分低价的对人体有益的矿物离子。

为了防止被截流下来的其他离子越积越多而堵塞NF膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截流物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，纳滤设备的出水也有二股，一股为透过液（淡水），一股为截流物液（浓水）。

实验直接采用自来水进行实验，用在线电导仪来测定进水、“淡水”和“浓水”的电导率变化，来表示纳滤膜的处理效果。可以采用原子吸收仪或其他的化学方法来测定反渗透出水与纳滤膜出水中的单价离子，二者加以比较，就可以知道纳滤膜出水中保留了比反渗透出水中更多的有益矿物离子。

下面是四种膜材料的技术参数，供参考：

名称 微滤膜（EM） 型号 ZDS-20 规格 尼龙、1M/60T/使用期 截流孔径μm 聚砜（PS）材料 截流分子量2-3万 处理量:600L/h/ 浓水流量：占总流量15-20% 天 浓水流量：占总流量20-50% 2 M/天 浓水流量：占总流量20-50% 2产地 杭州翠西水处理设备有限公司 天津天方膜分离工程有限公司 美国陶氏公司 美国海德能公司 超滤膜（UF） ZCA-4021 反渗透膜（RO） 纳滤膜（NF） LP-4040 ESNAI-4040 三、实验流程与设备

1、膜分离实验设备

整套实验设备的四个单元共同安装在一个支架上，由微滤单元和反渗透单元组成设备的1/2，超滤单元和纳滤单元组成设备另外的1/2。

（1）微滤单元和反渗透单元

图10-2 EM和RO单元工艺流程图

（2）超滤单元和纳滤单元

图10-3 UF和NF单元工艺流程图

四、实验方法

（一）根据上述的工艺流程图结合实际的实验设备，仔细了解设备的管路连接、流通方向、取水样的位置，各个阀门的控制功能，各个压力表所指示的位置，电气控制箱中各控制开关所控制的对象，各显示仪表所对应的检测点。

（二）实验用水的准备 1. 微滤实验用水的准备

取白陶土（高岭土，化学纯试剂）100克，分批放入一个大一些的玻璃碾钵中，向土中倒入少许的水，将土和成泥浆状态，用玻璃碾棒碾磨白陶土10分钟后倒入一个10公斤的塑料桶中，如此几次碾磨所有的白陶土，全部倒入塑料桶中。向塑料桶中加入自来水至4/5处，用搅棍充分搅拌，自然沉淀3小时,此时可以看到液体的上层为淡乳白色的悬浮液层。

将自来水放入设备进水箱4/5处，用烧杯轻轻舀取塑料桶上层淡乳白色的悬浮液倒入进水箱，边倒边用搅棍搅拌，只要看到水中出现很淡的浊度就可以了。

2. 反渗透实验用水的准备

进行反渗透实验之前，必须将水箱中（进水箱、出水箱）的水放光，洗干净。打开进水箱、出水箱之间的连通阀门，向水箱中放满自来水即可。

3. 超滤实验用水的准备

向进水箱中放满自来水，往自来水中滴入几滴红墨水，用搅棍搅拌，只要出现很淡的色度就可以了。

4. 纳滤实验用水的准备

纳滤实验用水的准备与反渗透实验用水的准备完全一样，只要采用自来水就可以了。 （三）过滤 1. 微滤

微滤实验的目的是检验微滤膜对液体中超细悬浮颗粒物的截流效果，采用浊度计或分光光度计来测定实验进水和微滤出水的浊度，以浊度来计算悬浮颗粒物的去除率。

如果实验室不具备浊度计和分光光度计，则可以采用目视稀释倍数比浊法来测定进水、出水中的悬浮固体物的浊度变化情况（非标准分析方法），具体的方法如下：

（1）材料的准备

①准备3支50ml的具塞比色管和一个带反光镜的比色架（每个实验小组一套），其中一支管中放入纯净水（蒸馏水）至刻度作为对照管，其他二支管分别用于实验进水和微滤出水的比浊；

②准备500ml三角烧瓶2个，用于放置进水样和出水样； ③准备10ml刻度移液管2支； ④准备100ml和500ml量筒各1个。

（2）进行稀释倍数比浊法测定

①用500ml三角烧瓶分别取微滤实验的进水样和出水样。

②用10ml刻度移液管取进水样10ml，注入500ml量筒中，缓缓向量筒中加入纯净水（蒸馏水）进行稀释，边加边进行摇匀，观察水样的浊度已经不明显时，将此稀释的水样倒入一支比色管中至刻度，盖上玻璃塞，摇匀液体，拿去玻璃塞，将比色管插入比色架中与对照管相临的位置。将比色架放在光线好的地方，用眼睛从管口向下观察，并且与对照管进行对比。如果样品管内的液体与对照管相比还存在明显的浊度差异，则将样品管内的液体倒回量筒内，并继续进行稀释。如此反复，直至水样被稀释至接近于对照管的透明度时，稀释结束，将比色管中的水样倒回量筒内，观察500ml量筒内的液面刻度，计算进水样被稀释的倍数。

③将出水样直接倒入另一比色管内至刻度，与对照管进行对比，如果出水样还存在浊度，则取10ml出水样注入100ml量筒中，按照上述的稀释方法进行稀释，直至水样被稀释至接近于对照管的透明度时，稀释结束，观察100ml量筒内的液面刻度，计算出水样被稀释的倍数。

④浊度去除率的计算

浊度去除率进水样的稀释倍数-出水样的稀释倍数100%

进水样的稀释倍数由于本实验设备的单位时间处理量较大，为了节省实验用水，延长设备的使用寿命，建议实验时的处理流量小一些。

2.反渗透

反渗透实验的目的是检验反渗透膜对正负离子的截留效果，因此，可以从在线电导仪上得到数据来了解离子的截流情况。反渗透膜的淡水电导率应远低于浓水的电导率，浓水的电导率应略大于进水的电导率。

由于电导率值近似正比于离子浓度，因此反渗透膜对离子的截留率计算就可以近似于：

（进水样的电导率-出水样的电导率）离子截留率100%

进水样的电导率由于进行反渗透实验时进水箱、出水箱之间是连通的，加之本实验设备的单位时间处理量较大，因此，实验时的进水流量可以开得大一些。

3. 超滤

超滤实验的目的是检验超滤膜对液体中大分子物质的截流效果，通过测定实验进水和超滤膜淡水、浓水的色度，以色度来表示染料大分子的去除率。

可以采用稀释倍数比色法来测定实验进水和超滤膜淡水、浓水的色度。

具体的分析方法与分析过程与上面介绍的稀释倍数比浊法一样，只不过在进行目视比色时，在比色管的底部垫一块白色的磁砖进行对照比色。

色度去除率的计算

（进水样的稀释倍数-出水样的稀释倍数）色度去除率100%

进水样的稀释倍数4.纳滤

纳滤实验的目的是检验纳滤膜对正负离子的截留作用，因此，可以从在线电导仪上得到数据来了解离子的截留情况。纳滤膜的淡水电导率应远低于进水的电导率，浓水的电导率应略大于进水的电导率。

纳滤膜对离子的截留率计算与上述反渗透实验的截留率计算一样。

在具有原子吸收分光光度计的实验条件下，可以测定反渗透实验出水与纳滤实验出水中的一价离子浓度，二者比较后可以判断二种膜的不同特性。

由于进行纳滤实验时进水箱、出水箱之间是连通的，加之本实验设备的单位时间处理量较大，因此，实验时的进水流量可以开得大一些。

三、实验报告

1、 计算去除率，并对应流量作图； 2、 计算渗透通量，并对应流量作图。 记录实验数据 实验项目 进水 进水浊度 （稀释倍数） 进水色度 （稀释倍数） 进水电导率 反渗透实验 进水电导率 纳滤实验 浓水 淡水 去除率 备注 微滤实验 淡水浊度 浊度去除（稀释倍数） 率% 超滤实验 浓水色度 淡水色度 色度 （稀释倍数） （稀释倍数） 去除率% 浓水电导率 浓水电导率 淡水电导率 淡水电导率 离子 去除率% 离子 去除率% 四、思考题

1、试述4种膜分离方法的异同及适用条件。

2、阅读参考文献，回答什么是浓差极化有什么害处有哪些消除的方法 3、提高料液的温度进行超滤会有什么影响 4、比较反渗透与超滤的优缺点。 附录：膜分离设备操作注意事项

本装置是一套集初级滤器、微孔滤器、超滤器、钠滤器和反渗透与一体的综合实验装置。它能进行过滤实验、浓缩分离实验、钠滤实验和反渗透除盐分离实验等。

本装置分两部分组装。其中在装置的右面，装配有粗滤器、微孔滤膜器和反渗透膜器。它们由增压泵、高压泵组成一个系列；在装置的左面，装配有粗滤器、超滤膜器和钠滤膜器。同样它们由增压泵、高压泵组成一个系列。

在实验过程中，两套装置既可单独使用、也可同时使用。

△注意！因为超滤膜、钠滤膜和反渗透膜对进水的浊度有着严格的要求，所以用作实验的料液的浊度严格控制在＜1º。并且在每次使用前，必须首先将水箱清洗干净。

（一）、微孔滤膜和反渗透膜的操作（装置右侧部分）（图10-2） 1、微孔滤膜的实验。

做实验前，首先在水箱内装满做实验的料液。装置的进水箱和回流水箱中间用橡皮塞封闭，为防止进水箱缺水，可拔出橡皮塞，使其进、出水在循环状态下工作。

在装置的右侧，对照《工艺流程图》理顺管道走向，找出和《工艺流程图》相对应的阀门。打开增压泵的进水阀1、出水阀2和阀门3，注意：这时的阀门4一定要关闭。

在电器箱上，打开反渗透增压泵的电源（如右图）。通过调节增压泵出水阀2，使微孔滤器进水压力在左右或其出水流量在h左右。通过测量其进水和出水的浊度，来评价微孔滤膜的过滤效果。

2、反渗透膜的实验

反渗透膜主要用于除去清洁水中的含盐量。 在水箱内，首先将前面做实验的水放光，反复清洗进水箱和回流水箱。然后往水箱内加满实验用清洁水。为防止进水箱缺水，可拔出橡皮塞，使其进、出水在循环状态下工作。

对照图10-2，打开增压泵的进水阀1、出水阀

2、高压泵进、出水阀门4、5及反渗透浓水阀6。注意：这时的阀门3一定要关闭。

在电器箱上，首先打开反渗透增压泵的电源，等反渗透浓水有水流出并排完空气（从浓水流量计观察）后，开启反渗透高压泵的电源。这时，缓慢关小高压泵出水阀5和反渗透浓水阀6，使反渗透进水压力在（最高不得超过），浓水流量在600L/H左右，最后通过关小增压泵出水阀2，使增压泵的出水压力在左右。因为阀门5和阀门6的调节不容易掌握、并且十分重要，所以在上述两阀门调节好的情况下，一般不再调节，这样才能稳定反渗透膜的进水条件便于实验。

正常运行10分钟后，可直接读出反渗透进水、产品水（产水）和浓水的电导率值，它们的一组数据可评价反渗透膜的除盐性能。

△注意！因为这一系列可做微孔滤膜和反渗透膜两种实验。首先要明确你要做哪种实验，然后开启相对应支路上的阀门（3或4），关闭另一支路上的阀门（4或3）。两只阀门只能一只处于开启的状态。

△注意！若在做微孔滤膜实验时，只需开启增压泵，这时绝不得开启高压泵的电源（水泵在无水的状态下运转，将很快损坏该水泵）。

（二）、超滤膜和钠滤膜的操作方法（装置左侧部分，图10-3） 1、超滤膜的实验

同前面一样，做实验前，首先在水箱内装满做实验的料液。为防止进水箱缺水，可拔出橡皮塞，使其进、出水在循环状态下工作。

在装置的左侧，对照图10-3理顺管道走向，找出和图10-3相对应的阀门。打开增压泵的进水阀7、出水阀8、超滤进水阀门9和超滤浓水阀12。其他阀门关闭，尤其关闭另一支路上的阀门10。

在电器箱上，打开钠滤增压泵的电源（如上图）。通过调节增压泵出水阀8、超滤进水阀9和浓水阀12，使超滤器进水压力在左右或其浓水流量在500L/h左右。通过测量其进水和出水的有机物含量，来评价超滤膜的性能。

2、钠滤膜的实验

钠滤膜主要用于除去水中的高价电解质（如Ga、Mg等）。

在水箱内，首先将前面做实验的水放光，反复清洗进水箱和回流水箱。然后往两水箱内加满实验用水。为防止进水箱缺水，可拔出橡皮塞，使其进、出水在循环状态下工作。

对照图10-3，打开增压泵的进水阀7、出水阀8、高压泵进、出水阀门10、11及钠滤浓水阀13。注意：这时的阀门9一定要关闭。

2+

2+

在电器箱上，首先打开钠滤增压泵的电源，等钠滤浓水有水流出并排完空气（从浓水流量计观察）后，开启钠滤高压泵的电源。这时，缓慢关小高压泵出水阀11和钠滤浓水阀13，使钠滤膜的进水压力在（最高不得超过），浓水流量在600L/H左右，最后通过关小增压泵出水阀2，使增压泵的出水压力在左右。因为阀门11和阀门13的调节不容易掌握、并且十分重要，所以在上述两阀门调节好的情况下，一般不在调节，这样才能稳定反渗透膜的进水条件便于实验。

正常运行10分钟后，可直接读出钠滤器进水、产品水（产水）和浓水的电导率值，它们的一组数据可评价钠滤膜的除盐性能。

△注意！因为这一系列可做超滤膜和钠滤膜两种实验。首先要明确你要做哪种实验，然后开启相对应支路上的阀门（9或10），关闭另一支路上的阀门（10或9）。两只阀门只能一只处于开启的状态。

△注意！若在做超滤滤膜实验时，只需开启增压泵，这时绝不得开启高压泵的电源（水泵在无水的状态下运转，将很快损坏该水泵）。

实验十一 筛板塔精馏操作及效率的测定

一、实验目的

⒈ 了解筛板精馏塔的结构和操作。

⒉ 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。

二、实验内容

1．研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。 2．测定精馏塔在全回流条件下，稳定操作后的全塔理论板数和总板效率。 3．测定精馏塔在某一回流比下，稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。

三、实验原理

对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成、进料热状况、操作回流比、塔顶馏出液组成及塔底釜液组成，可求出该塔的理论板数NT。按照式（11-1）可以得到总板效率ET，其中NP为实际塔板数。 ETNT100% (11-1) NP部分回流时，进料热状况参数的计算式为

qCpm(tBPtF)rmrm (11-2)

式中：tF ——进料温度，℃。

tBP——进料的泡点温度，℃。

Cpm——进料液体在平均温度（tF + tP）/ 2下的比热，kJ/（kmol．℃）。 rm——进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol。

Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/（kmol．℃） (11-3) rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol (11-4)

式中：

Cp1，Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，kJ/（kg．℃）。 r1，r2——分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg。

M1，M2——分别为纯组份1和组份2的摩尔质量，kg/kmol。

x1，x2——分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。

四、实验装置的流程

实验装置流程示意图如图11-1所示。采用的实验物系：乙醇/正丙醇。 质量浓度与折光指数的关系（30℃）：

w58.8442.61nD （11-5）

式中：w—质量分率；nD—折光指数

图11-1筛板精馏装置流程图

1-原料液罐，2-进料泵，3-预热器，4-单板取样口，5-精馏塔，6-冷凝器，7-电磁线圈， 8-回流比控制器，9-塔顶取样口，10-塔顶产品储罐，11-塔釜产品储罐，12-控制阀，

13-加热器，14-塔釜取样口，15-加热器，16-液面计，17-转子流量计

五、实验步骤

1. 实验前准备工作

将阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调整运行到所需的温度（30℃），并记下这个温度。配制一定浓度的乙醇/正丙醇混合液，然后加到进料槽中。在精馏塔釜中加入其容积2/3的乙醇/正丙醇混合液。

2. 全回流操作

向塔顶冷凝器6通入冷却水，接通塔釜加热器电源，设定加热功率进行加热。当塔釜中液体开始沸腾时，注意观察塔内气液接触状况，当塔顶有液体回流后，适当调整加热功率，使塔内维持正常的操作状态。进行全回流操作至塔顶温度保持恒定5分钟后，在塔顶和塔釜分别取样，用阿贝折光仪测量样品浓度。阿贝折光仪的使用方法见本实验附录。

⒊ 部分回流操作

将进料转子流量计调至流量为～2 L/h，打开回流比控制器调至回流比为4，同时接收塔顶流出液和塔低残液。待塔内操作正常且塔顶温度稳定10分钟以上，塔顶、塔底出液量不变表明塔内操作达到稳定，此时分别测取塔顶、塔底、进料的浓度，并记录进料温度。

⒋ 检查数据合理后，停止加料并将将加热电压调为零，关闭回流比调节器开关。根据物系的t-x-y 关系，确定部分回流下进料的泡点温度。

⒌ 实验结束后，停止加热，待塔釜温度冷却至室温后，关闭冷却水，一切复原，并打扫实验室卫生，将实验室水电切断后，方能离开实验室。

六、注意事项

⒈ 本实验过程中要特别注意安全，实验所用物系是易燃物品，操作过程中避免洒落以免发生危险。

⒉ 本实验加热时应注意加热千万别过快，以免发生爆沸(过冷沸腾)使釜液从塔顶冲出，若遇此现象应立即断电，重新加料到指定冷液面，再缓慢升电压，重新操作。升温和正常操作中釜的电功率不能过大。

⒊ 开车时必须先接通冷却水，方能进行塔釜加热，停车时则反之。

⒋ 使用阿贝折光仪测浓度时，一定要按给出的质量百分浓度——折光指数关系曲线的标定温度的要求控制折光仪的测量温度，使所测温度与标定时的温度相同。在读取折光指数时，一定要同时记录其测量温度。（折光仪使用方法见其说明书）。

七、实验数据表

表1 精馏实验数据表

实验装置： 实际塔板数： 物系： 全回流：R = ∞ 塔顶温度： 部分回流：R = 进料量： 塔顶温度： 进料温度： 泡点温度： 塔顶组成 折光指数n 质量分率w 摩尔分率x 塔釜组成 塔顶组成 塔釜组成 进料组成 全塔效率ET

全塔效率ET' 八、报告内容

（一） 全回流下理论板数和总板效率 （二）部分回流下的理论板数和总板效率 （三）计算举例：

⒈ 全回流下理论板数和总板效率 ⑴ 塔顶、塔釜的质量分率： ⑵ 塔顶、塔釜的摩尔分率： ⑶ 理论板数： ⑷ 总板效率：

⒉ 部分回流下的理论板数和总板效率 ⑴ 塔顶、塔釜、进料的质量分率： ⑵ 塔顶、塔釜、进料的摩尔分率 ⑶ Cpm 、rm的计算

⑷ 进料热状况q ⑸ q线方程

⑹ 精馏段、提馏段操作线方程 ⑺ 理论板数： (8) 总板效率：

九、图解法求理论板数

图11-2 图解法求全回流条件下的理论塔板数

图11-3 图解法求全回流条件下的理论塔板数

十、实验结果与分析

1. 实验结果表明，当回流比由4增加到∞时，塔顶产品的浓度 ，塔顶产品的产量 。这对与化工设计和生产中回流比的选择有什么指导意义

2. 如何判断精馏塔的操作是否已经稳定

3. R=4与R→∞时的ET与ET'是否相等哪个大为什么

十一、附录

（一）常压下乙醇——正丙醇汽液平衡数据 t/℃ x/ 摩尔分率 0 y/ 摩尔分率 0

（二）阿贝折光仪的使用方法

1. 了解浓度——折光指数标定曲线的标定温度。

2. 观察超级恒温水浴的触点温度计的设定温度是否在曲线的标定温度附近。若不是，则需调整至标定温度。

3. 启动超级恒温水浴，待恒温后，观察阿贝折光仪测量室的温度是否正好等于曲线的标定温度。若否，则应适当调节超级恒温水浴的触点温度计，使阿贝折光仪测量室的温度正好等于曲线的标定温度。

4. 用折光仪测定无水乙醇的折光指数，看折光仪的“零点”是否正确。 5. 测定某物质的折光指数的步骤如下：

⑴ 测量折光指数时，放置待测液体的薄片状空间可称为“样品室”。测量之前应用镜头纸将样品室的上下磨砂玻璃表面擦拭干净，以免留有其它物质影响测定的精确度。

⑵ 在样品室关闭且锁紧手柄的挂钩刚好挂上的状态下，用医用注射器将待测的液体从样品室侧面的小孔注入样品室内，然后立即旋转样品室的锁紧钮，将样品室锁紧（锁紧即可，但不要用力过大）。

⑶ 调节样品室下方和竖置大圆盘侧面的反光镜，使两镜筒内的视场明亮。

⑷ 从目镜中可看到刻度的镜筒叫“读数镜筒”（左），另一个叫“望远镜筒”（右）。先估计一下样品的折光指数数值的大概范围，然后转动竖置大圆盘下方侧面的手轮，将刻度调至样品折光指数数值的附近。

⑸ 转动目镜底部侧面的手轮，使望远镜筒视场中除黑白两色外无其他颜色。在旋转竖置大圆盘下方侧面的手轮，将视场中黑白分界线调至斜十字线的中心（如附图11-4所示）。

(6) 读数镜筒中看到的右列刻度读数则为待测物质的折光指数数值ND（如附图11-5所示）。

根据读得的折光指数数值ND，按式（11-5）求出该样品的质量分率。

6. 要注意保持折光仪的清洁，严禁污染光学零件，必要时可用干净的镜头纸或脱脂棉轻轻地擦拭。如光学零件表面有油垢，可用脱脂棉蘸少许洁净的汽油轻轻地擦拭。

附图11-4 附图11-5

实验十二 传热综合实验

一、实验目的

⒈ 通过管间水蒸气对管内空气的普通套管换热器换热的实验研究，掌握管内对流给热系数i测定的实验数据处理的线性回归分析方法，确定关联式Nu=中常数A、m的值。

⒉ 通过套管内管内插有螺旋线圈的强化的水蒸气对空气换热的实验研究，测定相应数据和确定Nu的值；并求出强化比Nu/Nu。

''二、实验内容与要求

实验内容与实验12-1 实验12-2 ① 测定6个不同流速下强化套管换热器的对流① 测定6个不同流速下普通套管换热器的对流给热系数i。 ② 对i的实验数据用绘图法进给热系数i，（每个流量与实验12-1中尽量相同）。 ②在双对数坐标上作普通套管NuRe图和强化套管的NuRe图。 '③ 在图上读出6个Re下的比值Nui/Nui，求''行线性回归，求关联式Nu=中常数要A、m的值。 求 出平均强化比Nu/Nu。 '三、实验原理

实验12-1 普通套管换热器给热系数及其准数关联式的测定

⒈ 对流给热系数i的测定

对流给热系数i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定

iQi （12-1） tmiSi2

式中：i—管内流体对流给热系数，W/(m·℃)； Qi—管内传热速率，W； Si—管内换热面积，m2；

tmi—内壁面与流体间的温差，℃。 tmi由下式确定：

tmitwti1ti2 （12-2） 2式中：ti1，ti2 —冷流体的入口、出口温度，℃；

tw — 沿管长L的内壁面平均温度，℃；

因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故近似认为内壁面的平均温度等于外壁面平均温度TW。所以，实验中内壁面平均温度tw取外壁所测的平均TW的值。

管内换热面积：

Si式中：di—内管管内径，；

diLi （12-3）

Li—传热管测量段的实际长度，1m。

由热量衡算式：

Qi其中质量流量qmi由下式求得：

qmiqmicpi(ti2ti1) （12-4）

Vmimi3600 （12-5）

3

式（12-4）和（12-5）中：Vmi—冷流体在套管内的平均体积流量，m / h； cpi—管内冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； mi—管内冷流体的密度，kg /m。

3

Vmi可由下式换算而得

VmiVt1(tmi273)(ti1273) （12-6）

式（12-6）中，Vt1—流量计所在的温度（ti1）下测得的空气流量，而tmi管内流体的进、出口平均温度，也是管内流体的定性温度。

ti1ti2，为2 因此，实验中只要测量ti1、ti2、tw、Vt1值，再算出tmi值，而用tmi查得mi和CPi后，便可用相应的各值代入式（12-6）、（12-5）、（12-4）求出Qi；代入式（12-2）求出tmi；再结合式（12-3）求出的Si，最后代入式（12-1）中求得i值。实验中每调节一个Vt1值，可求出对应的一个i值。

⒉ 圆形直管内对流给热系数关联式中比例系数和指数的回归求取

影响的因素很多，实验证明，对于湍流给热，影响的主要物理量是

f(l,u,,,,CP) （12-7）

采用因次分析法将式（12-7）中各变量组成无因次数群间的关系，可使实验时的变量减少，从而减少实验次数。因次分析法对式（12-7）可组成以下的无因次数群关系

ludCPf(,) （12-8） 或改写为

ab NuARePr （12-9）

在圆形管内给热时，式（12-8）中取di为定性长度l，则努塞尔特数Nu雷诺数Reidi；midiumimim；PrCPimiim。其中mi和mi分别为管内流体的黏度（）和导热

i系数(w/m.℃)，它们和上述CPi和mi一样，均为管内流体定性温度下的物理量。当查表求取而表中温度与tmi不符时，用内插法从表中查取。而Re中的umi已由式（12-6）求得。

经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

a0.4 NuARePr （12-10）

Vmi0.785di，其中Vmi这样通过实验确定不同流量下的Re与Nu，然后用线性回归方法确定A和a的值。

实验12-2、强化套管换热器给热系数、准数关联式及强化比的测定

强化传热能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。并与普通裸管内管的传热效果进行比较。

螺旋线圈的结构图如图12-3所示，螺旋线圈由直径1mm的钢丝按40mm节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体主要呈旋流，节流强度较弱，所以阻力增加不大。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值以及管壁粗糙度为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。

图12-3 螺旋线圈强化管内部结构

在本实验中，采用与上述相同的方法确定不同流量下强化套管换热器的（流量从大至小做6点）。在双对数坐标上，绘出普通套管换热器及强化套管换热器的

与

关系线。并在同一图上，读出6个

与

值

关系直线，以下强化管的强化比

，并将6个强化比取平均值。

四、实验装置

图12-4 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1-普通套管换热器；2-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3-蒸汽发生器；4-旋涡气泵；5-旁路调节阀；6-涡轮流量计；7-风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；8、9-空气支路控制阀；10、11-蒸汽支路控制阀；12、13-蒸汽放空口；14-蒸汽上升主管路；15-加水口；16-放水口；17-液位计；18-冷凝液回流口

实验主要的测量仪表和主要设备： ⑴ 空气流量的测量

采用涡轮流量计直接读取流量。

⑵ 温度的测量

实验采用Cu50铜电阻测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—光滑管进口温度；2—光滑管出口温度；3—强化管进口温度；4—强化管出口温度；5— 管壁温度）。

⑶ 电加热釜：

是产生水蒸汽的装置,使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),•内装有一支的螺旋形电热器,当水温为30℃时,用200伏电压加热,约25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。

五、操作方法

⒈ 实验前的准备工作：向电加热釜加水至液位计上端红线处，检查空气流量旁路调节阀5是否全开。

⒉ 接通电源总闸，打开加热电源开关，设定加热电压，开始加热。

⒊ 关闭通向强化套管的阀门11，打开通向简单套管的阀门10，当简单套管换热器的放空口12有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要关闭阀门8，打开阀门9。在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气冒出。

⒋ 启动风机后用放空阀5来调节流量，调好某一流量稳定5-10分钟后，分别测量空气的流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，测量不少于6组数据。

⒌ 做完简单套管换热器的数据后，要进行强化管换热器实验。先打开蒸汽支路阀11，全部打开空气旁路阀5，关闭蒸汽支路阀10，关闭空气支路阀9，打开空气支路阀8，进行强化管传热实验。实验方法同步骤4。

⒍ 实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。

六、注意事项

⒈ 检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

⒉ 必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大而从进水管处喷出。

⒊ 必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。

⒋ 调节流量后，应至少稳定5~10分钟后读取实验数据。

⒌ 实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。

七、实验数据表

表1 简单套管换热器数据

设备装置号： 传热管内径： 传热管有效长度： 冷流体： 热流体： 空气流量读数Vt1（m/h） 31 2 3 4 5 6 空气入口温度ti1（℃） 空气出口温度ti2（℃） 壁温tw（℃） 平均温差 tmitwti1ti2（℃） 2 空气平均温度 tmiti1ti2（℃） 23 空气在入口处流量Vt1（m/h） 空气平均流量 VtmVt1TmiTi1（m/h） 3 空气平均流速utm (m/s) tm（kg/m3） 空气在 平均温度时 tm（W/m.℃） 的物性 tm（） Cpi（kJ/kg.℃） 空气得到的热量 Q（W） 空气侧对流给热系数 i（W/m2·℃） Re Nu Nu

(Pr0.4) 表2 强化套管换热器数据

设备装置号： 传热管内径： 传热管有效长度： 冷流体： 热流体： 1 2 3 4 5 6 3空气流量读数Vt1（m/h） 空气入口温度ti1（℃） 空气出口温度ti2（℃） 壁温tw（℃） 管内平均温差 tmitwtmiti1ti2（℃） 2 空气平均温度 ti1ti2（℃） 23空气在入口处流量Vt1（m/h） 空气平均流量 VtmVt1TmiTi1（m/h） 33 空气平均流速utm (m/s) tm（kg/m） tm（Pas） 空气在 平均温度时 tm（W/mC） 的物性 Cpi（KJ/kgC） 空气得到的热量 Q（W） 空气侧对流给热系数 i（W/m2·℃） Re Nu Nu(Pr0.4)Nu' Nu'/Nu 平均的Nu/Nu '八、报告内容

1、原始数据表、整理数据表、准数关联式的双对数坐标回归图、结果，并以其中一组数据的计算举例。

2、在同一双对数坐标系中绘制光滑管和强化管的Re~Nu的关系图，并计算强化比。 3、对实验结果进行分析与讨论。

十、实验结果分析 ⒈ 由实验结果得出，随着冷流体流速的增加，管内对流给热系数

i 。

⒉ 准数关联式Nu0.023Re0.8Pr0.4使用时要求Re 。

⒊ 对于蒸汽—空气换热系统来说，总传热系数K接近 的对流给热系数 ⒋ 如果测量总传热系数K，需要测量哪些量

实验十三 填料塔吸收实验

一、实验目的

（1） （2） （3） （4）

了解填料吸收塔的基本流程和设备结构；

掌握气相总体积吸收系数KYa及HOG的测定方法； 了解气体流速与压强降的关系、观察液泛现象；

了解气相流量的改变对气相总体积吸收系数KYa和回收率ηA的影响。

二、实验任务

（1） 测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液

泛气速。

（2） 测定规定操作条件下的气相总体积吸收系数；以及气相流量的改变对气相

总体积吸收系数KY a、回收率ηA、传质单元高度HOG的影响；

三、实验原理

1、填料塔流体力学特性

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，必须知道它的压强降大小。而确定吸收塔的气、液负荷时，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重要内容。

不同喷淋量下的填料层的压强降Δp与空塔气速u的关系如图一所示：

图13-1 填料层的Δp～u关系

当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的Δp～u的关系是直线，如图中的直线0，其斜率约为~。当有一定的喷淋量时，气流在湿填料孔隙所受阻力增大而压降则增大，且

Δp～u的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点a称为“载点”，上转折点b称为“泛点”。这两个转折点将Δp～u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。液泛发生时（b点以上），Δp急剧增大，气流大量夹带走液体，甚至液体受阻而不能正常向下流动。

实验用空气和水进行。在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止。但必须注意，不要使气速过分超过泛点，避免冲跑和冲破填料。

2、气相总体积吸收系数KYa的测定

填料吸收塔吸收过程的影响因素复杂，对不同的物系和不同的填料，吸收系数各不相同，不可能有一个通用的计算公式。工程上常对现有同类型的生产设备或中间实验设备，在实验室中进行吸收系数的实验测定，作为放大设计之用，所以很有必要学习吸收系数的测试方法，并可巩固有关的知识内容。

本实验的传质部分是在装有10mm×10mm乱堆瓷拉西环填料的填料塔中用水吸收空气——氨混合气体中的氨。混合气体中氨的浓度很低，吸收过程可视为低浓度气体吸收，根据填料层高度的计算公式为：

ZHOGNOG式中：Z——填料层高度[m]

YYG12 （13-1） KYaYmHOG——传质单元高度[m] NOG——传质单元数

G——惰性气体流量（由空气转子流量计测量）[kmol/h]

2

KY——气相总吸收系数[kmol/m·h]

23

a——单位体积填料层所提供的有效接触表面积m/m

2

Ω——填料塔横截面积[m]

Y1——填料塔底气相浓度，kmol氨/kmol空气 Y2——填料塔顶气相浓度，kmol氨/kmol空气

Ym——以气相浓度差为推动力的平均推动力，kmol氨/kmol空气

影响a值的因素有很多，要直接测出它很困难，实验研究中常把它与吸收系数一并测定。两者的乘积称为体积吸收系数。则上式可以写为

ZHOGNOGY1Y2 （13-2）

KYaYmG3

式中：KYa——气相总体积吸收系数[kmol/m·h]

KYaGY1Y2 （13-3） ZYm测定时，将等式右边各项测出，KYa即可求得。

(Y1Y1)(Y2Y2)其中 Ym （13-4） (YY)ln11(Y2Y2)Y Y1 Y Y2 Y* Y*=f(X) B P T X-X Y- Y **o 图13-2 平衡线与操作线组合的Y-X图

Y表示与液相浓度X平衡的气相浓度，下标1、2分别代表塔底和塔顶。 同时可以得出吸收的回收率

A*

X2 X X1 X *X Y1Y2 （13-5） Y1有关平衡数据通过查氨气的平衡溶解度图得到。

1.41.21平衡常数（m）0.80.60.40.200510图13-3 NH3--H2O系统平衡常数m--温度t之间关系1520温度（t）253035

四、实验装置

⒈ 实验主要设备与仪器

图13-4 填料吸收塔实验装置流程图

1-鼓风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度计、5-液封管、6-吸收液取样口、 7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调节阀、13-U型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度计、20-吸

收液温度计、21-空气进入流量计处U形压差计

⒉ 设备参数

(1) 鼓风机： XGB型旋涡气泵，最大压力1176KPa，最大流量75m／h ；

(2) 填料塔：玻璃，内装φ10×10瓷拉西环，填料层高度Z＝~，填料塔内径 D＝； ⒊ 流量测量：

(1) 空气转子流量计: 型号LZB-25，流量范围: ─25m／h ，精度级 (2) 水转子流量计： 型号LZB-6， 流量范围: 6─60L／h， 精度级 (3) 氨转子流量计： 型号LZB-6， 流量范围: ─／h，精度级 ⒋ 浓度测量：塔底吸收液浓度分析可采用滴定分析 塔顶尾气浓度分析采用吸收瓶、量气管、水准瓶测定 ⒌ 温度测量：Cu50电阻，温度范围0～150℃，精度等级级

实验流程示意图见图四,空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,•经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,•氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其

3

3

流量由阀10调节,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。•在吸入塔顶尾气之前,预先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。

吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用U形管压差计13测定。

五、实验方法

1. 测量干填料层(△p／Z)～u关系曲线

先全开调节阀 2，后启动鼓风机，用阀 2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△p、转子流量计读数和流量计处空气温度（取10组数据左右），然后在双对数坐标纸上以空塔气速 u为横坐标，以单位高度的压降△p／Z为纵坐标，标绘干填料层(△p／Z)～u关系曲线。

2. 测量某喷淋量下填料层(△p／Z)～u关系曲线

将水流量调节为40L／h，调节空气流量，用上面相同方法读取填料层压降△p、转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象,一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。发生液泛后仍需缓慢增加气速，再测2-3组数据。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为40L／h下(△p／Z)～u•关系曲线, 从(△p／Z)～u关系曲线上确定液泛气速，并与观察的液泛气速相比较。 ⒊ 传质性能测定

⑴ 固定水流量为30L／h，选择适宜的空气流量，根据空气流量和温度及压力，予算出进塔的氨气流量，以使混合气体中氨的浓度在摩尔比左右。

(2) 调节好空气流量和水流量后，打开氨气瓶总阀，用氨自动减压阀调节氨流量,使其达到需要值，在空气、氨气和水流量不变的条件下操作一定时间，待过程基本稳定后,•记录各流量计读数和温度，记录塔底排出液的温度，并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。

(3)尾气分析方法:

a.排出两个量气管内空气，使其中水面达到最上端的刻度线零点处，并关闭三通旋塞。

b.用移液管向吸收瓶内装入5mL浓度为Ｍ左右的硫酸并加入1─2滴甲基橙指示液。 c.将水准瓶移至下方的实验架上,缓慢地旋转三通旋塞,让塔顶尾气通过吸收瓶,旋塞的开度不宜过大,以能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。

从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液体的颜色,•中和反应达到终点时

立即关闭三通旋塞,•在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条件下读取量气管内空气的体积。

若某量气管内已充满空气，但吸收瓶内未达到终点，可关闭对应的三通旋塞，读取该量气管内的空气体积，同时启用另一个量气管，继续让尾气通过吸收瓶。

d. 尾气浓度Y2的计算方法参见（13-9）式 ⑷ 塔底吸收液的分析方法

a 用锥型瓶接取吸收液样品一瓶、并加盖。

b 用移液管取塔底溶液10mL置于另一个锥型瓶中，加入2滴指示剂（甲基橙）。 c 将浓度较高的硫酸置于酸滴定管内，用以滴定锥型瓶中塔底溶液至终点。 d X1的计算方法参见（13-10）、（13-11）式

e 加大或减少空气流量，相应地改变氨流量，使混合气体中氨的浓度与第一次实验时相同，水流量与第一次实验也应相同，重复上述操作，测定有关数据。

⒋ 实验完毕后，关闭旋涡气泵、真空泵、进水阀门等仪器设备的电源，并将所有仪器复原。

注意事项

⒈ 开启氨瓶总阀前，要先关闭氨自动减压阀和氨流量调节阀。开启时开度不宜过大。 ⒉ 启动鼓风机前,务必先全开放空阀2。

⒊ 做传质实验时，水流量不能超过规定范围，否则尾气的氨浓度极低，给尾气分析带来麻烦。

⒋ 两次传质实验所用的氨气浓度必须一样。

六、 实验数据及数据处理方法：

一、塔底进料气相浓度Y1的测定 1、空气流量

标准状态的空气流量q0计算：

q0q1T0p0p1p2 （13-6） TT123

式中：q1——标定状态下的空气流量，[m/h]；

T1、P1——标定状态下空气的温度和压强，[kPa]；

T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，[kPa]； T2、P2——实际测定状态下的空气温度和压强[kPa]。 2、氨气流量

计算： 标准状态的氨气流量q0q1q0T0p001p1p2 （13-7）

02TT123

——氨气流量计示值，[m/h]； 式中：q101——标准状态下空气的密度，[kg/m3]； 02——标准状态下氨气的密度，[kg/m3]。

3、计算Y1：

Y1q0 （13-8） q0二、塔顶进料气相浓度Y2的测定

Y22MH2SO4VH2SO422.4TV量气管0T测量 （13-9）

式中 MH2SO4——硫酸溶液的摩尔浓度，molH2SO4/ L溶液；

VH2SO4——硫酸溶液的体积， L；

V量气管、T量气管——分别为量气管测出的空气总体积（L）、操作温度（K）；

T0——标准状态下的绝对温度，273K。 三、塔底液相浓度X1的测定

MNH32MH2SO4VH2SO4VNH3 （13-10）

式中：MH2SO4——硫酸溶液的体积摩尔浓度，mol溶质/ L溶液；

VH2SO4——硫酸溶液的体积， L；

VNH3——塔底吸收液的体积， L；

X1四、相平衡常数m的确定

nNH3MNH3VNH3 （13-11）

1000nH2O18已根据氨——水系统测定了相关相平衡常数与温度之间的关系图，见图13-3供查阅。

五、作操作线

YYL12 （13-12） GX1X2由尾气分析装置测得Y2 值、X1 值，X2=0，已计算出Y1值，由上式作出操作线。 六、作平衡线

因为过程为低浓度吸收，故平衡线关系为：

Y*mX （13-13）

式中：Y*——气相平衡时的摩尔比

X——液相摩尔比

m——相平衡常数，量纲为一。

七、计算气相平均浓度差Ym

YmY1Y2 lnY1Y2其中 Y1Y1Y1 Y2Y2Y2

由图二 平衡线与操作线组合的Y-X图可得Y1、Y2数据八、计算气相总传质单元数NOG

NY1Y2OGY m九、计算气相总传质单元高度HOG

HZOGN OG十、计算空气通过塔的摩尔流量

Gq022.4T0T 十一、计算气相总体积吸收系数KYa

KGYaHOG 十二、计算回收率η

Y1Y2Y 1（13-14） （13-15） （13-16） （13-17） （13-18）

（13-19） 七、 实验记录及处理表

表1 干填料时△P/z～u的数据

装置编号： 填料种类： 填料层高度： 塔径： 液体流量：0 序 号 空气流量空气流量计填料层 处温度 压强降 计读数 3℃ mmH2O m/h 空气流量单位高度填实际空气 计处压强料层压强降 流量 3降mmH2O mmH2O/m m/h 空塔 气速 m/s 表2 某一喷淋量时的△P/z～u的数据 液体流量： 空气流单位高度空气流量填料层 空气流量实际空气 序 量计处填料层压空塔气速 操作 计读数 压强降 计处压强流量 温度 强降 m/s 现象 号 33m/h mmH2O 降mmH2O m/h ℃ mmH2O/m 表3 填料吸收塔传质实验数据表 装置编号： 填料种类： 填料层高度： 塔径： 吸收剂： 气体混合物： 空气转子流量计读数 m / h 3 空气流量计处温度 ℃ 3空气实际体积流量 m／h 3氨转子流量计读数 m／h 氨流量计处 温度 ℃ 3氨气实际体积流量 m／h 水流量 L / h 测尾气用硫酸浓度Ｍ mol／L 测尾气用硫酸体积 ｍL 量气管内空气总体积 ｍL 量气管内空气温度 ℃ 滴定塔底吸收液用硫酸浓度Ｍ mol／L 滴定塔底吸收液用硫酸体积 ｍL 样品体积 ｍL 塔底液相温度 ℃ 相平衡常数ｍ 塔底气相浓度Ｙ1 kmol氨／kmol空气 塔顶气相浓度Ｙ2 kmol氨／kmol空气 塔底液相浓度Ｘ1 kmol氨／kmol水 *Ｙ1 kmol氨／kmol空气 平均浓度差 △Ｙm kmol氨／kmol空气 气相总传质单元数NOG 气相总传质单元高度HOG ｍ 空气的摩尔流量G kmol／h 3气相总体积吸收系数KYa kmol氨／(m .h) 回收率A 八、实验结果与分析

⒈ 由实验结果得出，在其它条件不变时，增大混合气体的流量，

NOG ， HOG ， KYa ，

A 。

⒉ 从(△P／Z)～u 关系曲线中确定的液泛气速与实际观测的结果是否一致

九、思考题

1、测定填料塔的液体力学特性有何意义

2、从实验数据分析水吸收氨是气膜控制还是液膜控制，或是两者兼有之

3、要强化水对氨的吸收，可采取哪些措施并分析可能产生什么结果

对数坐标图

第三部分 计算机仿真实验

实验十四 管路阻力

本实验内容有二项，一是测定水平直管的摩擦系数与雷诺数的关系；其二是测定90度标准弯头的局部阻力系数，参看仿真流程图。

（一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键人LOSS回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进人仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作接回车键又回到主菜单。操作代码如下：

l——表示泵灌水阀V1 3——表示泵排水阀V3

2——表示泵进水阀V2 4——压差计与管路连接阀V4 6——压差计连接阀V6 8——泵电源开头

5——压差计进气排水阔V5 7——压差计进气排水阀V7 0——返回

注：实验中流量计为涡轮流量计，其示值为频率HZ。 实验流程图下方，显示控制点的操作代码。 （二）仿真实验步骤

1、离心泵的排气灌水操作：关闭泵进口阀V2，打开出口阀V3，打开灌水阔V1。（阀红色时表示打开，无色时表示关闭）。再关闭灌水阔V1和出口阀V3，灌水完毕。

2、启动水泵，选8并按↑键即泵启动。 3、全开进水阀V2，使V2开度至100％。 4、适度打开出口阀V3（不宜过小）。

5、压差计排气灌水操作；打开V4阀，打开V5阀，接着关闭V5；打出V6和V7，关闭V7。

6、打开泵排水阀V3至某一值。

7、按R键读取第一组数据（包括管路流量和两压差计的读数）。 8、重复6—7项操作，记录10组左右数据（数据点宜前疏后密）。 9、关闭出口问V3。

10、停泵，退出。

注：操作中，按一下F，或L，可加快或减缓调节流量的速率。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

实验十五 离心泵操作

本实验仿真可测定离心泵三条特性曲线和演示泵的汽蚀现象。 （一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键人PUMP回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进人仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作接回车键又回到主菜单。操作代码如下：

l——表示灌水阀V1 3——表示泵排水阀V3 5——天平进码操作

2

2——表示泵进水阀V2 4——泵电源开关

0——返回（退出仿真操作）

注：本实验中，泵出口压力表示值为Kgf/cm，泵进口真空表示值为mmHg，转速为rpm，涡轮流量计示值为频率H7（按公式换算流量）。实验流程图下方，显示控制点的操作代码。

（二）仿真实验步骤

1、离心泵的排气灌水操作；关闭泵进口阀V2，打开出口阀V3，打开灌水阀V1。（阀红色时表示打开，无色时表示关闭）。再关闭灌水阔V1和出口阀V3，灌水完毕。

2、启动水泵，选4并按↑键即泵启动。 3、全开进水分V2，使V2开度至100％。

4、调整天平进码，使其平衡：按↑键添加防码，按↓键减少据码。

5、按R或W键，读取泵流量为0时第一组数据（包括流量，泵进、出口压强，泵转速和测功仪所加的破码数据等）。

6、打开泵排水阀V3至某一值，重新调整天平进码使其平衡。 7、按R键读取第二组数据。

8、重复6—7项操作，记录10组左右数据。 以上为泵性能曲线测定实验操作。

9、汽蚀现象演示操作：调整出口阀V3，使涡轮流量计显示在100左右。逐步关小进水阀V2，并开大出口阀V3，保持流量显示在100左右，当发生汽蚀现象时，泵发出不同的噪音，流量突然下降，然后开大V2。

10、关闭排水问。 11、停泵，退出。

注：操作中，按一下F，或L，可加快或减缓调节流量或砝码的速率。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

实验十六 流体流动型态的观察

（一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键人FLUID回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进人仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作接回车键又回到主菜单。操作代码如下：

l——自来水进水阀V1 3——实验管流量调节阀V3 5——活动管

注：实验中流量计为转子流量计。 （二）仿真实验步骤 l、打开自来水进水阀V1。

2、待高位槽水满后，打开流量调节阀V3，使流量保持较低。

3、打开墨水阀V2，此时可观察到墨水随水流动的形状为一直线，即滞流。 4、按R键记录数据。

5、逐步调大调节阀V3，并观察墨水形状，按R键记录数据。 6、重复5项操作，观察到层流和湍流的流动型态，记录若干组数据。 7、关闭墨水阔V2。 8、关闭阀V3和V1，退出。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

2——墨水流量调节阀V2 4——排水阀V4 0——返回

实验十七 柏努利方程演示

（一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键人BLL回车，出现音乐、实验题等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进人仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作按回车键又回到主菜单。操作代码如下：

l——表示水泵开关K1 2——水流量调节阀V1 3——测压管方位调节 0——返回

（二）仿真实验步骤

1、启动水泵：即按数字1键，再按↑键。

2、待高位槽水满后，打开流量调节阀V1，使流量保持较低。

3、逐步开大调节阀V1，此时可观察到测压管高度随水流量增大而降低。 4、改变测压管之测压孔与水流方向的方位角，观察测压管中水位变化。 5、关闭V1阀；断开电源开关K1，退出。 （三）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

实验十八 传热

本实验是测定空气在圆形直管中作强制湍流时的对流传热关联式。 （一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键入HEAT回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进入仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作接回车键又回到主菜单。操作代码如下：

1——表示风机开关K1

2——表示热电偶测温观察转换开关 4——空气流量调节阀V2。 0——返回

3——表示换热器排水阀V1 5——加热蒸汽调节阀V3

注：实验中流量计为孔板流量计，其示值为MM水柱，温度示值为毫伏。实验流程图下方，显示各控制点的操作代码。

（二）仿真实验步骤

l、打开风机开关K1，即选1操作，按↑键。 2、开启空气调节阀V2。

3、打开蒸汽调节阀V3，使压强表显至－cm左右。

4、打开换热器排气阀V1片刻以排除不凝性气体，然后关闭V1。

5、调V2至某一开度（不宜过小），当各点温度稳定后，按R键记录第一组数据（包括空气流量、空气进出口温度、空气压强、蒸汽温度、壁温等数据）。

6、重复5项操作，记录7组左右数据。 7、关闭蒸汽阀V3。 8、关闭风机开关K1，退出。

注：操作中，按一下F，或L，可加快或减缓调节流量的速率。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

2

实验十九 吸收

（一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键人ABSO回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明、即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作按回车键又回到主菜单。操作代码如下：

l——表示风机开关K1 3——表示氨气量调节阀V2 5——自来水流量调节间V6 0—一返回

注：实验中流量计为转子流量计。实验流程图下方，显示各控制点的操作代码。 （二）仿真实验步骤

1、打开自来水调节阀V6，即选5操作；按↑或↓键，使喷淋量显示在60至90左右。 2、全开风机旁通阀V3。 3、启动风机。

4、逐渐关闭旁通阀V3。至发生液泛为止，液泛时喷洒器下端出现横条液体波纹，以上是液泛现象操作。

5、调整旁通阀V3至某一开度，使空气流量计显示在20左右。 6、打开氨瓶阀门V1。

7、调整氨气调节阀V2至氨气流量计示值为至左右。

8将1毫升含有红色指示剂的硫酸倒人吸收器内（此步自动完成）。 9、打开通往吸收器的旋塞V7。

10、当吸收液硫酸由红色转变为黄色时,立即关闭旋塞V7并按R键记录数据。 11、关闭氨气阀门V1和V2。 12、关闭风机。

13、关闭喷淋水量调节阀V6，退出。

注：操作中，按一下F，或L，可加快或减缓调节流量的速率。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

2——表示氨气瓶总阀门V1 4——空气流量调节阀V3 6—一尾气采样阀V7

实验二十 精馏

（一）常规操作和操作代码

进入仿真软件目录下，键人DIST回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单。选择相应代码进行操作。每完成一项操作按回车键又回到主菜单。操作代可以下：

l——表示进料泵P1 3——表示回流阀V2 5——残液排放阀V4 7——排气阀V6

9——塔釜加热开关K2 a——塔釜加热开关K3 （二）仿真实验步骤

1、开启进料泵（即按1键，再按↑键，回车）。 2、打开进料阀V1

3、待塔釜料液淹过加热棒后，打开电源开关K1、K2和K3以加热料液。 4、打开排气阀V6，打开冷却水进口阀V5和回流阀V2。 5、当进料达塔釜约4/5时停止加料，此时进行全回流。

6、当塔顶温度指示约为78－80℃和塔釜温度为100－104℃并保持基本不变时，打开产品阀V3，调整约在2至升，回流量约在3至5升。

7、打开进料阀V1调整至6－升。

8．若塔釜料液上升则打开残液问V4，并调整产品、进料、回流量各参数以保持物料平衡。

9、当操作稳定时，可检测浓度（即按b键，其浓度值为摩尔分率）。 10、当浓度不变时按R键，读取数据。

11、关闭产品间、加热电源、进料阀、残液阀、冷却水阀和回流阀。 12、退出。

（三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

2——表示进料阀V1 4——产品阀V3 6—一冷却水进口阀V5 8—一塔釜加热开关K1 0———返回 b—一浓度检测

实验二十一 干燥

（一）常规操作和操作代码

进人仿真软件目录下，键入DRY回车，出现音乐、实验题目等时，连续回车或按空格键直到仿真操作选择菜单，选1即进仿真操作。屏幕出现实验装置图，图形下方显示实验各控制点的操作说明，即仿真操作主菜单，选择相应代码进行操作。每完成一项操作按回车键又回到主菜单。操作代码如下：

1——表示电源开关K1 3——干燥温度控制调整 6——空气量调节阀V1 8——空气循环量调节阀V3 0——返回

b——干燥试样（纸板）操作

2—一表示电源开关K2 5——天平砝码操作 7——旁路阀V2 9——电源总开关 a——湿球温度计灌水操作 c——秒表控制操作

注：实验中流量计为孔板流量计。按C则进人秒表控制操作。 （二）仿真实验步骤

l、给湿球温度计加水（即按a键，再按↑键，回车）。 2、打一阀蝶V2和V3。

3、打开电源开关K（即按数字9键，再按↑键）。 4、关闭VZ和V3。

5、打开电加热器开关K；、KZ、K3以加热空气。

6、调整温控器设定干燥温度使其指示约为75℃（可在70－75℃）。 7、当干燥温度t；升至70℃－75℃时关闭一个加热器K2或K3。 8．调整蝶阀V1，使孔板流量计（压差计）示值为60左右。 9、挂上湿纸板试样（即按b键，再按↑键，回车）。

10、调整天平砝码使物料重在90至130克左右，即按5键，再按↑或↓键，使天平最上行显示在以上范围值。第二行数字表示所加砝码比物料重或轻的克数，使其值稍轻些即负值。

11、进人秒表控制操作，待天平平衡时启动秒表1（即按C键进人秒表控制点，再按数字1键），然后按R键记录初始干燥状态数据，回车。

12、将天平砝码减少3克，又进人秒表控制操作。

13、待天平平衡时停秒表1，并同时启动秒表2，按R键，记录一组数据。 14、将秒表1复零，接回车，再减去天平砝码3克，又进人秒表控制操作。

15、待天平平衡时停秒表2并同时启动秒表1和按R键记录另一组数据。 16、秒表2复零，接回车键，再减去天平砝码3克。

17、重复第13至16步操作，至干燥出现降速阶段以后若干组数据。 18、关闭加热电源K1、K2、K3和电源开关K，退出。 （三）实验数据处理操作

参看仿真操作一般规则中的数据处理操作。 （四）实验知识测评操作

参看仿真操作一般规则中的实验知识测评操作。

附录 化工原理实验中常用数据表

附表一 乙醇——水溶液汽液平衡数据（常压）

液体组成 质量% 分子% 蒸汽组成 质量% 分子% 液体组成 质量% 分子% 蒸汽组成 质量% 分子% 附表二 乙醇——水混合物的热焓量

液相中乙醇的重量百分数a% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 泡点温度t[℃] 100 露泡点温度t[℃] 100 溶液的气潜热化γ溶[KJ/kg] 蒸汽的热焓量I[KJ/kg] 1319 溶液的热焓量i[KJ/kg] 附表三 10℃-70℃乙醇——水溶液的密度kg/m3

质量 温 度℃ 10 990 980 970 950 940 910 0 870 840 800 20 980 970 960 950 930 910 880 860 830 790 30 980 960 950 930 910 880 860 830 810 780 40 970 960 940 920 900 870 860 830 800 770 50 970 950 930 910 0 870 880 820 790 760 60 960 940 930 900 880 860 830 810 780 750 70 960 920 910 0 870 850 820 800 770 750 附表四 乙醇——水溶液的比热Cp KJ/kg·℃

温 度 ℃ 0 30 50 70 90 Cp 乙 醇 重 量 %

参考资料

（1）谭天恩，《化工原理》，化学工业出版社。 （2）陈同芸，《化工原理实验》，华东理工大学出版社。 （3）《化工原理实验》，浙江大学化工原理实验室。 （4）张金利等，《化工原理实验》，天津大学出版社。 （5）伍钦等，《化工原理实验》，华南理工大学出版社。 （6）陈敏恒等，《化工原理》，化学工业出版社。 （7）上海化工学院等，《化学工程》，化学工业出版社。