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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录试验一空气 -水蒸汽对流给热系数测定 2试验二筛板塔精馏试验 11试验三填料塔吸取传质系数的测定 17试验四萃取塔试验 21试验五离心泵特性曲线测定 28试验六干燥速率曲线测定试验 321 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验一 空气 -水蒸汽对流给热系数测定一、试验目的1、 明白间壁式传热元件 ,把握给热系数测定的试验方法；2、 把握给热系数测定的试验数据处理方法；3、 观看水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；4、 明白热电阻测温的方法；5、 明白影响
2、给热系数的因素和强化传热的途径；二、基本原理在工业生产过程中,大量情形下,冷、热流体系通过固体壁面传热元件）进行热量交换,称为间壁式换热；如图 1所示,间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成；达到传热稳固时,有 ；2 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - T1 热流体的进口温度,；T2 热流体的出口温度,；qm2 冷流体的质量流率,kg / s；W / m2.；cp2 冷流体的比热,J / kg . ；t1 冷流体的进口温度,；t2 冷流体的出口温度,；
3、1 热流体与固体壁面的对流传热系数,A1 热流体侧的对流传热面积,m 2； 热流体与固体壁面的对数平均温差,；2 冷流体与固体壁面的对流传热系数,W / m2.；A2 冷流体侧的对流传热面积,m 2； 固体壁面与冷流体的对数平均温差,；K 以传热面积 A 为基准的总给热系数,W / m2.； 冷热流体的对数平均温差,；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式 42）运算, 2）式中： TW1 热流体进口处热流体侧的壁面温度,；TW2 热流体出口处热流体侧的壁面温度,；固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式 43）运算, 3 ）式中： tW1 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度,；tW2 冷流体出口处冷流
4、体侧的壁面温度,；3 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 热、冷流体间的对数平均温差可由式 44）运算, 4 ）当在套管式间壁换热器中,环隙通以水蒸气,内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定试验时,就由式 1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数, 5）2,试验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；试验用紫铜管的长度l、内径 d；和冷流体的质量流量,即可运算2；然而,直接测量固体壁面的温度,特别管内壁的温度,试验技术难度大,而且所测得的数据精确性差,带来较大的试验误差；因
5、此,通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采纳的一种试验争论手段；由式 1）得, 6 ）试验测定、K；、并查取下冷流体对应的、换热面积 A ,即可由上式运算得总给热系数下面通过两种方法来求对流给热系数；1 近似法求算对流给热系数以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为, ； 换热管外侧的污垢热阻,； 换热管内侧的污垢热阻,；用本装置进行试验时,管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百；而管外为蒸汽冷凝,冷凝给热系数 可达 左右,因此冷凝传热热阻 可忽视,同时蒸汽冷凝较为清洁,因此换热管外侧的污垢热阻 也可忽视；试验中的传热元
6、件材料采纳紫铜,导热系数为 383.8,壁厚为 2.5mm,因此换热管壁的导热热阻可忽视；如换热管内侧的污垢热阻也忽视不计,就由式7）得, 8 ）由此可见,被忽视的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小,此法所得的精确性就越高；2 传热准数式求算对流给热系数对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时,传热准数体会式为, ；5 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - d 换热管内径,m； 流体的导热系数,W / m . ；u 流体在管内流淌的平均速度,m / s； 流体的密度, kg / m 3； 流体的粘度,Pa
7、 . s；cp 流体的比热, J / kg .；对于空气在管内强制对流被加热时,可将式 9）改写为, 10 ）令, 11） 12） 13 ） 14）就式 7）可写为, 15 ）当测定管内不同流量下的对流给热系数时,由式14）运算所得的 C值为一常数；管内径d2肯定时,m也为常数；因此,试验时测定不同流量所对应的,由式 4）、 6）、 12）、 13）求取一系列 X、Y值,再在 X Y 图上作图或将所得的X、Y值回来成始终线,该直线的斜率即为m；任一冷流体流量下的给热系数2可用下式求得,6 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 36 页精选学习资料 - - - - -
8、 - - - - 式种, V 为冷流体进口处流量计读数,为冷流体进口温度下对应的密度；4冷流体物性与温度的关系可从化工原理教材附录查取；三、试验装置与流程1试验装置试验装置如图 2所示；图2 水蒸气空气换热流程图来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器环隙,与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换,冷凝水经疏水器排入地沟；冷空气经孔板流量计进入套管换热器内管装置外；2设备与外表规格1）紫铜管规格：直径 21 2 .5mm,长度 L=1000mm2）外套不锈钢管规格：直径 100 5 mm,长度 L=1000mm 3）压差变送器：BP800 1KPa 4）智能温度、流量显示仪7 / 36 紫铜管
9、）,热交换后排出名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5）压力表规格：00.1MPa四、试验步骤1、关闭蒸汽发生器排污阀,打开进水阀,检查水箱是否储满水,如是,打开电源开关；2、打开掌握台上的总电源开关,蒸汽发生器电源开关,打开外表开关,使外表通电预热；3、打开掌握台上的风机电源开关,让风机工作,同时打开阀 4,让套管换热器里充有肯定量的空气；4、打开阀 1,留意开度适中,开度太大会使换热桶中的蒸汽跑掉,开度太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力增大而导致玻璃管炸裂；5、在做试验前,应将蒸汽发生器到试验装置之间管道中的冷凝水排
10、除,否就夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器；详细排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门 3,打开装置下面的排冷凝水阀门2,让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走,当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀 2,可进行试验；6、刚开头通入蒸汽时,要认真调剂阀3的开度,让蒸汽渐渐流入换热器中,逐步加热,由“ 冷态 ”转变为 “热态 ” ,不得少于 10分钟,以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂；7、当一切预备好后,打开蒸汽进口阀 3,蒸汽压力调到 0.01Mpa,并保持蒸汽压力不变；可通过调剂不凝性气体排除阀以及阀 3开度来实现；）8、手动调剂空气流流量时,可通过调剂空气的进口阀 4,转变冷流体的流量到肯定值,也可
11、通过外表台上的变频器手动调剂旋钮调剂变频器的频率转变流量；在每个流量条件下,均须待热交换过程稳固后方可记录试验数值,一般每个流量下至少应使热交换过程保持 15分钟方为稳固；转变不同流量,记录不同流量下的试验数值；自动档时可通过软件设置变频器的频率转变变频器的频率来转变转速；9、记录 8 10组试验数据,完成试验,关闭蒸汽进口阀3与空气进口阀 4,关闭外表电源、巡检仪电源及电动调剂阀或风机电源；10、 关闭蒸汽发生器；留意事项1、 先打开排冷凝水的阀 1,留意只开肯定的开度,开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉,开的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力增大而玻璃管炸裂；2、 肯定要在套管换热器内管输以肯定量
12、的空气后,方可开启蒸汽阀门,且必需在排除蒸汽管线上原先积存的凝聚水后,方可把蒸汽通入套管换热器中；8 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3、 刚开头通入蒸汽时,要认真调剂阀3的开度,让蒸汽渐渐流入换热器中,逐步加热,由“冷态”转变为 “ 热态 ” ,不得少于 10分钟,以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂；4、 操作过程中,蒸汽压力一般掌握在 填料损坏；0.05MPa表压）以下,否就可能造成玻璃观看孔爆裂和5、 确定各参数时,必需是在稳固传热状态下,随时留意惰性气体的排空和压力表读数的调整；五、试验数据记录
13、空气 水蒸汽换热,孔板流量计测流量l= m, d2= m ,t0= , p0= Pa q ,m3 / s T1,T2,t1,t2,六、试验数据处理依据冷流体进口温度从化工原理教材附录中查取其密度,运算qm2,依据冷流体进出口温度平均值查取密度、粘度、比热容、导热系数、普朗特数,运算、K、 Re、Nu、,并把数据处理结果列表；七、试验报告1、将两种数据处理方法求出的冷流体给热系数值列表比较,运算各点误差,并分析争论；2、冷流体给热系数的准数式：A及m；,以为纵坐标,为横坐标,由试验数据作图拟合曲线方程,确定式中常数3、将两种方法处理试验数据的结果标绘在图上,并进行比较；9 / 36 名师归纳总结
14、 - - - - - - -第 9 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 八、摸索题1、试验中冷流体和蒸汽的流向,对传热成效有何影响 . 2、在运算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一样？它们分别 表示什么位置的密度,应在什么条件下进行运算；3、试验过程中,冷凝水不准时排走,会产生什么影响？如何准时排走冷凝水？假如采纳不同压强的蒸汽进行试验,对 关联式有何影响？10 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验二 筛板塔精馏试验一、试验目的1、明白筛板精馏塔及其附
15、属设备的基本结构,把握精馏过程的基本操作方法；2、学会判定系统达到稳固的方法,把握测定塔顶、塔釜溶液浓度的试验方法；3、学会精馏塔效率、单板效率的测定方法；4、明白回流比、进料热状况对精馏塔分别效率的影响；5、观看精馏塔中各板的温度变化；二、试验内容1、测定全回流时精馏塔全塔效率和单板效率；2、测定部分回流状态下全塔效率；三、试验原理、方法和手段1、全塔效率 ET 全塔效率又称总板效率,是指达到指定分别成效所需理论板数与实际板数的比值,即 1）式中, N T 完成肯定分别任务所需的理论塔板 数,包括蒸馏釜；N P完成肯定分别任务所需的实际塔板 数,本装置 NP10；全塔效率简洁地反映了整个塔内
16、塔板的平均 效率,说明白塔板结构、物性系数、操作状况对塔分别才能的影响；对于塔内所需理论塔板数NT,可由已知的双组分物系平稳关系,以及试验图 1 塔板气液流向示意中测得的塔顶、塔釜出液的组成,回流比R 和热状况 q 等,用图解法求得；2单板效率 EM单板效率又称莫弗里板效率,如图1 所示,是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比；11 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按气相组成变化表示的单板效率为 2）按液相组成变化表示的单板效率为 3）式中, yn、yn+
17、1离开第 n、n+1 块塔板的气相组成,摩尔分数；x n-1、xn离开第 n-1、 n 块塔板的液相组成,摩尔分数；yn*与 x n成平稳的气相组成,摩尔分数；xn*与 yn成平稳的液相组成,摩尔分数；3 图解法求理论塔板数NTM T 法,其原理与逐板运算法图解法又称麦卡勃蒂列 的点 c,连接 a、c 作出精馏段操作线；D. 由进料热状况求出 q 线的斜率 q/q-1）,过点 f 作出 q 线交精馏段操作线于点 d；E. 连接点 d、b 作出提馏段操作线；F. 从点 a 开头在平稳线和精馏段操作线之间画阶梯,当梯级跨过点 d 时,就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯,直至梯级跨过点 b 为止；
18、G. 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数 包含再沸器）,跨过点 d 的那块板就是加料板,其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数；图3 部分回流时理论板数的确定四、试验装置与流程本试验装置的主体设备是筛板精馏塔,配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、加料泵和一些测量、掌握外表；如图 4 所示；本试验料液为乙醇溶液,由进料泵输送进入塔内,釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升,经与各板上的液体传质后,进入盘管式换热器管程,壳层的乙醇蒸汽全部冷凝成液体,再从集液器流出,一部分作为回流液从塔顶流入塔内,另一部分作为产品馏出,进入产品贮罐；残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐；13 / 36 名
19、师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图4 精馏塔工艺流程简图A,加热釜； B,筛板精馏塔；C,塔顶冷凝器；D,原料预热器；E,进料泵；F,冷凝水转子流量计；G,塔顶回流液转子流量计；H,塔顶产品转子流量计； I,塔釜出口残液转子流量计；J,原料进料转子流量计；K,冷凝水来源；L,来自原料储罐；M ,去釜液储罐；N,去塔顶产品储罐筛板塔主要结构参数：塔内径 D 68mm,厚度 2mm,塔节 76 4,塔板数 N 24块,板间距 HT100mm；加料位置由下向上起数第 3 块和第 5 块；降液管采纳弓形,齿形堰,堰长 5
20、6mm,堰高 7.3mm,齿深 4.6mm,齿数 9 个；降液管底隙 4.5mm；筛孔直径 d01.5mm,正三角形排列,孔间距 t 5mm,开孔数为 74 个；塔釜为内电加热式,加热功率2.5kW,有效容积为 10L；塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式；单板取样为自下而上第 1块和第 24 块,斜向上为液相取样口,水平管为气相取样口；五、试验步骤本试验的主要操作步骤如下：1全回流的料液加入釜中,至釜容积的2/3 处；14 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2） 检查各阀门位置,启动电加热管电源,使塔釜温
21、度缓慢上升；3） 打开冷凝器的冷却水,使其全回流；4） 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳固后,并且可从视镜中观看到塔板上显现正常的鼓泡状态；此时,整个精馏塔已经达到稳固状态；分别取塔顶浓度xD 和塔釜浓度x W,并以注射器从两块塔板取样,一并送色谱分析仪分析；2 部分回流1）在储料罐中配制肯定浓度的酒精- 水溶液 约 2030%）；2）待塔全回流操作稳固时,打开进料阀,调剂进料量至适当的流量； 4）当塔顶、塔内温度读数稳固后即可取样；3取样与分析 1） 进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出；2） 塔板取样用注射器从所测定的塔板中渐渐抽出,取 析；六、试验结果处理1 l 左右直接气相色谱进样分1.
22、 将塔顶、塔底温度和组成,以及各流量计读数等原始数据列表；原始数据工程全回流状态部分回流状态塔顶温度 / 塔底温度 / 进料温度 / 回流液温度 / 塔顶乙醇含量塔底乙醇含量进料乙醇含量第一块塔板乙 xn-1 醇含量x n 第十块塔板乙 xn-1 醇含量x n15 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 塔塔塔进回123456789塔塔底底流加底加料液点点点点点点点点点板釜热温热温温温温温温温温温温温状压电度电度度度度度度度度度度度态强流/ 压/ / A V 2. 按全回流和部分回流分别用图解法运算理论板数；
23、3. 运算全塔效率和单板效率；4. 分析并争论试验过程中观看到的现象；5. 其他说明 1）塔顶放空阀肯定要打开,否就简洁因塔内压力过大导致危急； H OL - 液相总传质单元高度,m； N OL - 液相总传质单元数,无因次；X 2、X1- 塔顶、塔底液相中溶质的摩尔比；Y 1- 塔底气相中溶质的摩尔比；m- 相平稳常数2. 测定方法17 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1）空气流量和水流量的测定介质量程范畴条件标定条件5Pa 标定介质空气010 m3/h 空气20 1.013310CO 20100
24、L/h CO25Pa 20 1.013310水01.2 m3/h 水20 1.0133105Pa 和塔径 D 100mm；3）测定塔顶和塔底气相组成；,Pa,依据液相温度由附录查得；P 总压, Pa,取 1atm；四、试验条件1.装置流程123412来自 CO2钢96108111319瓶1420 1715571618 去地沟图1 吸取装置流程图1水箱；4喷淋头； 5风机； 6气体混合罐；2水泵；3涡轮番量计；7排污阀； 8孔板流量计；9压力表； 10进塔气体取样阀；11U形差压计； 12填料； 13液体再分布本试验装置流程如图 1所示：由自来水源来的水进入水箱,经泵,涡轮番量计测流量,18 /
25、 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 送入填料塔塔顶,经喷头喷淋在填料顶层；由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二 氧化碳 转子流量计测定其流量）混合后,一起进入气体混合罐；混合罐上部有混合气测 量口,自动或手动,与气相色谱相连,通过六通阀、定量管,进入气相色谱进行二氧化碳 的含量测定；气体主管路上装有孔板流量计,测定其混合气体的流量,然后再直接进入塔 底,与水在塔内进行逆流接触,进行质量和热量传递；由塔顶出来的尾气放空,且有两个 测量口,或者自动或者手动连接气相色谱进行尾气中二氧化碳含量的测定；由于本试验
26、为 低浓度气体的吸取,所以热量交换可略,整个试验过程看成是等温操作；2. 主要设备1）吸取塔：高效填料塔,塔径 2000 100mm,塔内装有金属丝网规整填料,填料层总高度mm.；塔顶有液体初始分布器,塔中部有液体再分布器,塔底部有栅板式填料支承装置；填料塔底部有液封装置,以防止气体泄漏；2）填料规格和特性：金属丝网规整填料：型号 JWB700Y ,规格 100 100 mm,比表面积 700m 2/m 3；3）二氧化碳转子流量计；4）空气风机；5）二氧化碳钢瓶；6）气相色谱仪分析；五、试验步骤与留意事项1）熟识试验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器的结构、原理、使用方法及其留意事项；）打开混合
27、罐底部排空阀,排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；）打开外表电源开关及空气压缩机电源开关,进行外表自检；）开启进水阀门,让水进入填料塔润湿填料,电脑在线调剂水的流量,使其流量稳固 在某一试验值；留意塔底液封掌握；）启动风机,打开 CO2钢瓶总阀,并缓慢调剂钢瓶的减压阀 留意减压阀的开关方向与 一般阀门的开关阀门的方向相反,顺时针为开,逆时针为关）,使其压力稳固在 0.10.2MP a左右；19 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - ）认真调剂风机出口阀门的开度 原始数据列表；吸取传质系数测定试验原始数据表 填料塔
28、直径 mm,填料高度 mm,操作压力 kPa,填料型号序号气体流量气温CO 2流量水流量水温进塔气体浓度 a1 出塔气体浓度 a2 m3/h m3/h 质量分率质量分率L/h 2）列出试验结果与运算示例；七、其他说明）固定好操作点后,应随时留意调整以保持各量不变；）在填料塔操作条件转变后,需要有较长的稳固时间,肯定要等到稳固以后方能读取 有关数据；3）由于 CO2在水中的溶解度很小,因此,在分析组成时肯定要认真认真,这是做好本实 验的关键；4）本试验采纳 “准现场教案法 ”,详见： 葛业君 .化工原理试验 “ 准现场 ”教案法探究与实践 J,广州化工, 2022, 3811）八、摸索题1本试验
29、中,为什么塔底要有液封？2. 为什么二氧化碳吸取过程属于液膜掌握？3当气体温度和液体温度不同时,应用什么温度运算亨利系数？20 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验四萃取塔试验一、试验目的明白往复筛板萃取塔的结构；把握萃取塔性能的测定方法；明白萃取塔传质效率的强化方法；二、试验内容 观看不同往复频率时,塔内液滴变化情形和流淌状态；固定两相流量,测定不同往复频率时萃取塔的传质单元数、传质单元高度及总传质系数；三、试验原理往复筛板萃取塔是将如干层筛板按肯定间距固定在中心轴上,由塔顶的传动机构驱动 而作往复
30、运动；往复筛板萃取塔的效率与塔板的往复频率亲密相关；当振幅肯定时,在不 发生乳化和液泛的前提下,萃取效率随频率增加而提高；萃取塔的分别效率可以用传质单元高度或理论级当量高度表示；影响往复筛板萃取塔分别效率的因素主要有塔的结构尺寸、轻重两相的流量及往复频率和振幅等；对肯定的 试验设备 几何尺寸肯定,类型肯定）,在两相流量固定条件下,往复频率增加,传质单 元高度降低,塔的分别才能增加；对几何尺寸肯定的往复筛板萃取塔来说,在两相流量固 定条件下,从较低的往复频率开头增加时,传质单元高度降低,往复频率增加到某值时,传质单元将降到最低值,如连续增加往复频率,将会使传质单元高度反而增加,即塔的分 离才能下
31、降；本试验以水为萃取剂,从煤油中萃取苯甲酸,苯甲酸在煤油中的浓度约为 0.2%质量）；水相为萃取相 用字母 E表示,在本试验中又称连续相、重相）,煤油相为萃余相 用 字母 R表示,在本试验中又称分散相）；在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取 相；萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之；考虑水与煤油是完全不互溶的,且苯甲酸在两相中的浓度都很低,可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化； 按萃取相运算的传质单元数 运算公式为：21 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 与操作线可求得-Y E关
32、系；再进行图解积分或用辛普森积分可求得 NOE； 按萃取相运算的传质单元高度 7-2 ）式中： H萃取塔的有效高度,m；按萃取相运算的传质单元高度,m； 按萃取相运算的体积总传质系数 送入塔内；当塔内水面快上升到重相入23 / 36 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 36 页精选学习资料 - - - - - - - - - 口与轻相出口间中点时,将水流量调至指定值流量调至指定值,也可加 入其它类型的非离子型表面活性剂,并猛烈地摇动滴定至终点； 试验完毕后,关闭两相流量计,并将调压器调至零,切断电源；滴定分析过的煤 油应集中存放回收；洗净分析仪器,一切复原,保持试验台面的干净；留意事项