化工單元操作實訓講義

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1、 （能源化工行業(yè)）化工 單元操作實訓講義 化工單元操作實訓講義 李薇高永利王宏王舜平合編 主審：化工原理教研室 目錄 實訓壹流體流動類型和雷諾準數(shù)的測定 3 實訓二流體機械能的轉化 6 實訓三流體流動阻力的測定 10 實訓四離心泵性能曲線的測定 17 實訓五傳熱 22 實訓六精

2、微 30 實訓七吸收系數(shù)的測定 35 實訓壹流體流動類型和雷諾準數(shù)的測定 壹、實訓目的 1 、觀察流體在管內流動的倆種不同流動類型； 2、測定臨界雷諾準數(shù)； 3、觀察流體在管內層流流動時的速度分布； 4、熟悉雷諾準數(shù)和流動類型的關系； 5、了解溢流裝置的結構和作用，熟悉轉子流量計的流量校正方法。 二、基本原理 流體有倆種不同的流動類型， 層流 （又稱滯流 ）和湍流 （又稱紊流 ）。 層流流動時， 流體質點作平行于管軸線方向的直線運動。湍流流動時，流體質點除沿管軸 線方向作主體流動外，仍在各個方向上作劇烈的隨機運動。雷諾準數(shù)能夠判 斷流動類型，若流體在圓管內流動，則

3、雷諾準數(shù) Re 可用下式表示： Re=du / 壹般認為 Re<2000 時，流動為層流， Re>4000 時，流動為湍流， Re 在倆者 之間時，有時為層流，有時為湍流，和環(huán)境有關。 對于壹定溫度的某液體 （ 和 壹定 ）， 在特定的圓管內 （d 壹定 ）流動時， 雷諾準 數(shù)僅是流速的函數(shù)。當流速較小時 （雷諾準數(shù)也較小 ） ，染色液在管內沿軸線 方向成壹條清晰的細直線， 為層流流動。 隨流速增大， 染色細線呈現(xiàn)波浪形， 有較清晰的輪廓。當流速增至某壹值以后，染色液體壹進入玻璃管內即和水 完全混合， 為湍流流動。 據此能夠觀察流體在管內流動的倆種不同流動類型， 測定臨界雷諾

4、準數(shù)。 三、實訓裝置及流程 實訓裝置由高位槽 （槽內有溢流和穩(wěn)流裝置 ） 、圓形玻璃管、轉子流量計、染 色液系統(tǒng)和調節(jié)閥等組成。實驗介質為水，染色液為墨水。實驗時水由高位 槽流入垂直玻璃管 6，經流量調節(jié)閥和轉子流量計后，排入下水道，水量由 流量調節(jié)閥控制。墨水由墨水瓶經墨水調節(jié)閥和墨水排出針頭流入玻璃管， 用墨水調節(jié)閥調節(jié)墨水量。實訓時應避免壹切震動影響，才能獲得滿意的實 訓結果。實訓裝置如圖 1 圖1 四、實訓步驟 1 、打開上水閥，為高位槽注水且保持有溢流； 2、檢查轉子流量計是否正常； 3 、慢慢打開流量調節(jié)閥，使水緩緩流過玻璃管。 （開始時流量宜小 ） ；

5、4、打開墨水調節(jié)閥，調節(jié)墨水流速和水的流速基本壹致。如果墨水不成壹 條細直線，用流量調節(jié)閥調節(jié)流量，使墨水成壹條細直線。觀察流動狀況， 記錄觀察到的現(xiàn)象和轉子流量計的讀數(shù)； 5、緩慢增加水的流量，分別記錄當細直線微動、細直線開始呈波浪形前進、 細直線螺旋前進、 細直線斷裂產生旋渦且混合、 墨水和主流混合均勻 （墨水線 的輪廓消失 ）時所觀察到的現(xiàn)象和轉子流量計的讀數(shù)； 6、逐漸關小流量調節(jié)閥，重復之上步驟，分別記錄觀察到的現(xiàn)象和轉子流 量計的讀數(shù)； 7、關閉流量調節(jié)閥，打開墨水調節(jié)閥，向玻璃管中靜止的水里注入墨水， 使玻璃管上部的水染上顏色。慢慢打開流量調節(jié)閥，控制流量，使水

6、作層流 流動，觀察層流時流體在管道橫截面上各點的速度變化 （速度分布）； 8、測量且記錄玻璃管的內直徑和水的溫度，根據水溫查出水的密度和粘度。 五、數(shù)據記錄和結果處理 玻璃管的內直徑： mm;水溫： C； 水的密度： kg/m3;水的粘度： Pa.S。 序 號 讀數(shù) 流量 V[m3/ S] 流速 u[m/S ] 雷諾準數(shù) Re 現(xiàn)象觀察記錄 由Re判斷的 流動類型

7、 下臨界雷諾準數(shù)Rec= ;上臨界雷諾準數(shù) Rec= 。 結果分析： 六、思考題 1、不同的流動類型對流體流動和輸送過程、 傳熱過程和傳質過程有何影響？ 研究流動類型對設計管路有何意義？ 2、能否只用流速的大小判斷流動類型？為什么？影響流動類型的因素有哪 些？ 3、雷諾準數(shù)為什么能判斷流動類型？如何判斷？ 4、流量由大到小操作過程中，穩(wěn)定細直線剛剛恢復時的 Re和流量由小到大 操作過程中的細直線微動前的 Re相同嗎？如偏差較大，試分析其原因。 實訓二流體機械能的變化 壹、實訓目的 1、加深

8、對流體的各種機械能相互轉化概念的理解； 2、觀察流體流經非等徑、非水平管路時，各截面上靜壓頭之變化； 3、測定管路某截面的最大流速； 4、了解流體靜止的條件； 5、理解流體流動阻力的表現(xiàn) （理解沿程阻力）。 二、基本原理 1、液體在管路中作穩(wěn)定流動時，由于流通截面積的變化致使各截面上的流 速不同，而引起相應的靜壓頭之變化，其關系可由柏努利方程式描述，即 +Z1++He=+Z2++Hf 對于水平非等徑無泵玻璃管路，當管段較短時，阻力很小，能夠忽略，則上 式變?yōu)?+=+ 因此，由于流通截面積的變化引起流速的變化，致使部分靜壓頭轉換為動壓 頭或部分動壓頭轉換為靜壓頭，它的變化可由測

9、壓管中液柱高度表示出來。 對于等徑不水平玻璃管路，當管段較短時，阻力很小，能夠忽略，則上式變 為 +Z1=+Z2 因此，由于位置高度的變化引起位壓頭的變化，致使部分位壓頭轉換為靜壓 頭，它的變化也可由測壓管中液柱高度表示出來。 2、當流體靜止時，流速為零，則柏努利方程變?yōu)? +Z1=+Z2 即靜止流體內部各截面的靜壓頭和位壓頭之和為常數(shù)，是流體靜止的條件。 3、當流量壹定時，某截面的活動測壓頭的測壓孔方向變化，會引起測壓管 內液柱高度的變化。當測壓孔的開孔方向和流動方向垂直時，測壓管內液柱 高度即為測壓孔處液體的靜壓頭，測壓孔開孔方向轉為正對流體流動方向 時，測壓管內液位上升，此時，

10、測壓管內液柱高度表示測壓孔處液體的靜壓 頭和動壓頭之和 （即沖壓頭 ），液位升高值就是測壓孔處的動壓頭，即： H= ；則 u= （注意 H 的單位） 據此能夠測定測壓孔處流速或最大流速。 4、實際流體有粘性，流動時會產生內摩擦力，將機械能轉變?yōu)闊崮埽顾? 平等徑直管內流體的靜壓頭不斷下降。 三、實訓裝置及流程 實訓裝置由高位槽 （有穩(wěn)流和溢流裝置 ）、玻璃管路、測壓管、活動測壓頭、 水槽、流量調節(jié)閥和循環(huán)水泵等組成。實訓介質為水。活動測壓頭的小管底 端封閉，側身開有小孔，小孔中心在管子軸線上。轉動測壓頭可分別測定靜 壓頭或沖壓頭。玻璃管路安裝四根測壓管，水槽中的水由循環(huán)水泵

11、打入高位 槽，流入玻璃管，用流量調節(jié)閥調節(jié)流量。實訓裝置如圖 2 圖2 四、實訓步驟 1 、為高位槽注水 關閉流量調節(jié)閥 A ，啟動循環(huán)水泵，排除管路和測壓管中的氣泡，調節(jié)上水 閥 B 的開度使高位槽液面穩(wěn)定且有溢流； 2 、 在流量調節(jié)閥 A 關閉時 （管中流體靜止 ） ， 觀察且記錄各測壓管中的液柱高 度 H ，旋轉活動測壓頭，觀察各測壓管中的液柱高度有無變化； 3、打開流量調節(jié)閥 A 、保持較小流量，旋轉活動測壓頭，使測壓孔正對水 流方向，觀察且記錄各測壓管中的液柱高度 H＇ ； 4 、保證測壓孔正對流動方向，開大流量調節(jié)閥 A ，觀察各測壓管中的液柱 高度的變化，

12、記錄各測壓管中的液柱高度 H ＂； 5 、 保持流量調節(jié)閥 A 的開度 （流量和步驟 4 相同 ）， 旋轉活動測壓頭， 使測壓 孔和水流方向垂直，觀察各測壓管中的液柱高度的變化，記錄各測壓管中的 液柱高度 H”’ ； 4和步驟5的流量（流量相同），可測量倆次取平 6、用量筒和秒表，測量步驟 均值。 五、數(shù)據記錄和結果處理 1、壓頭測量 d1 = d4= mm; d2= mm;水溫: mm; d3= C 序 號 液柱高 代號 壓 頭測 量值 [mm] 備注 閥A狀態(tài)和測壓孔方向 測壓點1 測壓點2 測壓點3 測壓點4 1 H

13、 閥關、先垂直后旋轉 2 Hz 閥開、正對水流 3 H" 閥再升大、正對水流 4 H" 閥不變、和水流垂直 2、流量、流速的測量和計算 序 號 秒表 讀數(shù)[S] 里簡，體 積[mm3] 平均體積 流量[m3/S] 測量 占 八、、 平均流速 [m/s]（1） 點速度 [m/s] 平均流速 [m/s]（2） 1 點2 2 點3 注：平均流速（1）按體積平均流量計算； 點速度按測量出的動壓頭計算； 平均流速（2）根據點速度計算。

14、 結果分析： 六、思考題 1、閥A全關時，各測壓管中液位是否在同壹水平面上？為什么？液位高度 2、閥A打開后，流體開始流動，什么地方供給能量？ 和測壓孔的方向有無關系？為什么點 4的液柱高度比點 3的大壹些? 3、為什么H>H，？為什么距高位槽越遠， （H —H，）的差值越大？這壹差 值的物理意義是什么？ 4、為什么隨流速增大，測壓管中液位下降？ 5、2點和1、3、5點所測得的是否壹致？為什么？ 實訓三流體流動阻力的測定 壹、實訓目的 1、熟悉流體流經直管和管件、閥件時的阻力損失的測定方法； 2、掌握摩擦系數(shù)（摩擦因數(shù)）和阻力系數(shù)的測定方法，了解摩擦系數(shù)和雷諾準

15、數(shù)和相對粗糙度關系圖（Moody圖）的繪制方法； 3、學會壓差計和流量計的使用方法； 4、認識管路中各個管件、閥件且了解其作用。 二、基本原理 流體在管路中流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可避免地要消耗壹 些機械能。流體在直管中流動而損失的機械能稱直管阻力，流體流經管件、 閥件等局部障礙造成流動方向和流通面積的突變而損失的機械能稱局部阻 力。根據柏努利方程式 Hf=Z1-Z2++ 當流體在等徑水平直管作定常流動時，由截面 1 流到截面 2 時的阻力損失表 當下壓強的降低，即 Hf= 只要測出倆截面的壓強差 （P1-P2）,就可確定直管阻力。 根據直管阻力計算公式

16、 Hf= 于是 入= 從上式得之，只要測得流體在壹定長度、壹定管徑、壹定流速下流動時的直 管阻力，即可確定摩擦系數(shù)。 摩擦系數(shù)僅是雷諾準數(shù)和相對粗糙度的函數(shù)，確定它們的關系只要用水作物 系，在實驗裝置中進行有限量的實驗即可得到。本實訓測定光滑管的摩擦系 數(shù)和雷諾準數(shù)的關系且畫出關系曲線。 根據局部阻力的計算公式 Hf= 只要測定出流速和流體流經管件或閥件產生的壓強降，即可確定阻力系數(shù)。 三、實訓裝置及流程 實訓裝置由塑料管、螺紋管、細銅管、彎頭、閥門、流量計、壓差計、水槽 和循環(huán)水泵組成。實訓介質為水。裝置流程見圖 3 1 — Dg40塑料管；2 — Dg6細銅管

17、；3— Dg25塑料管；4一①18螺紋管； 5— 孔板流量計； 6— 文氏流量計； 7— 截止閥； 8— 彎頭； 9— 皮托管； 10— 突然擴大； 11— 調節(jié)閥； 12— 水位式測壓計； 13— 倒 U 形管； 14— U 形管； 15— 量筒； 16— 活動擺頭； 17— 電氣盒； 18— 水槽； 19— 計量槽水位計； 20— 測壓點； 21— 閘閥； 22、 23 閘閥； 24— 針行閥； 25— 水泵。 圖3 1 本裝置能夠測定直管內滯流和湍流的直管阻力損失、摩擦系數(shù)及摩擦系數(shù)和 雷諾準數(shù)的關系， 螺紋管阻力損失、 摩擦系數(shù)及摩擦系數(shù)和雷諾準數(shù)的關系， 管件和閥件

18、的局部阻力損失和阻力系數(shù)及阻力系數(shù)的平均值。仍能夠進行流 量計的校正實驗。 塑料直管倆端的壓強差用 U 形管壓差計測量， 指示液為水銀。 彎頭倆端的壓 強差用倒 U 形管壓差計測量，細銅管倆端壓強差用水位計式測壓計測量。 實訓前，應根據測定目標確定相應流程，即打開某些閥門或關閉某些閥門， 組成特定的測試回路，找好測試點安排專人記錄。注意排除管路和壓差計中 的氣體， 排氣時要嚴防 U 形管中水銀被沖走。 操作中應緩慢改變調節(jié)閥開度， 保證管內流體流量緩慢變化。流量調節(jié)后須經壹定時間的穩(wěn)定方可測取各有 關參數(shù)的數(shù)據。 四、實訓步驟 （壹）湍流區(qū)摩擦系數(shù)的測定 1、打開閘閥（2

19、1）,關閉截止閥（7）,組成如下圖的測試回路； 圖3—1 2、排除管路和 U形管壓差計中的氣泡； 3、利用秒表、擺頭和計量槽測流量，記錄流量數(shù)據 （也能夠讀取連接在孔板 流量計處的壓差計讀數(shù)），同時讀取和記錄連接在塑料管倆截面的 U形管壓 差計的讀數(shù)； 4、調節(jié)流量，記錄在不同流量下的流量數(shù)據和 U形管壓差計的讀數(shù)。 （二）彎頭阻力系數(shù)的測定 在測定摩擦系數(shù)的同時，能夠測定彎頭白^阻力系數(shù)。在記錄流量數(shù)據、 U形 管壓差計讀數(shù)的同時記錄連接在彎頭倆端的倒 U形管壓差計的讀數(shù)。 （三）滯流區(qū)摩擦系數(shù)的測定 1、關閉閘閥（21）,打開截止閥（7）,組成如下圖的測試回路。 圖3

20、—2 為使閥門調節(jié)性能良好和穩(wěn)定，須控制閥前壓力，方法是使閥 （22）半開，（例 如全程閥門手輪轉 7圈，半開為3.5圈。）針形閥（24）全開，然后調節(jié)調節(jié)閥 （11）,使細銅管的流量達最大（即水位計水位達最高點），此時閥前壓力適當， 整個實驗過程中，調節(jié)閥（11）的開度不變，靠閥（22）和針形閥（24）調節(jié)細銅管 中水的流量； 2、排除管路和水位計中的氣泡； 3、關閉針形閥（24）,倆水位計液面在同壹水平面上，調整標尺使倆水位計標 尺有相同的指示值； 4、打開針形閥（24）,調節(jié)不同的流量，分別記錄倆水位計的讀數(shù)，同時用秒 表和量筒測量流量，記錄流量和有關參數(shù)值； 5、實驗時須保證

21、細銅管內的水是層流流動，改變流量時應慢慢調節(jié)針形閥， 使流量緩慢變化，減輕因流體對管路沖擊而產生的振動，保證層流流動狀態(tài) 和實驗結果的準確性。 五、數(shù)據記錄和結果處理 湍流區(qū)摩擦系數(shù)測定數(shù)據記錄整理表 L= m; d= mm; 1 格= L 序 號 壓差計讀數(shù) mmHg 流里記錄 水 溫C [m3/s] 雷諾 準數(shù) （R） 摩擦 系數(shù) （入） 左 右 差值 R 時 間 s 始 格 終 格 體 積 ［升］ 1 2  3

22、 4 5 6 7 8 9 彎頭阻力系數(shù)測定數(shù)據記錄整理表 d= mm 序 號 壓差計讀數(shù)[mmH2O] 水溫 C [m3/s] 雷諾準數(shù) (R) 摩擦系數(shù) (入) 左 右 差值R 1 2 3

23、 4 5 6 7 8 9 滯流區(qū)摩擦系數(shù)測定數(shù)據記錄整理表 序 號 水位計讀數(shù)[mmH2O] 流量記錄[m3/S] 水溫 C 雷諾 準數(shù)R 摩擦 系數(shù) 入 進口 出口 差值R 體積 時間 秒 1 2 3 4 5

24、 6 7 8 9 結果分析 阻力系數(shù)的平均值 滯流區(qū)摩擦系數(shù)和雷諾準數(shù)的關系圖 六、思考題 1、如果細銅管不水平，倆水位計標尺讀數(shù)值之差是否表示流過這段銅管的 阻力損失？為什么？ 2、彎頭倆測點且不在同壹水平面上，這樣測得的壓強差是否能表示水流過 彎頭而產生的阻力損失？為什么？ 3、彎頭倆側的測壓點距彎頭進出口都有壹段直管段，這對實驗結果是否有 影響？為什么？ 4、以水為實驗介質作出的 Moody圖

25、，能否在輸油管路阻力計算中得到應用？ 為什么？ 5、U形管壓差計上裝設“平衡閥”有何作用？在什么情況下它是開著的？ 又在什么情況下是關閉的？ 6、流速越大，則阻力損失越大，流速小，則管徑需要的大，生產如何實現(xiàn) 最佳化控制？ 實訓四離心泵性能曲線的測定 實訓目的 了解離心泵的特性； 學習離心泵特性曲線的測定方法； 熟悉離心泵操作方法和特性曲線的應用。 二、基本原理 在生產上選用壹臺既能滿足生產要求，有經濟合理的離心泵時，壹般總是根 據生產所需要的壓頭和流量，參照泵的性能來決定其泵的型號。 本實訓旨在測定離心泵的特性曲線： H —Q曲線;N —Q曲線；刀一Q曲線。 流量的測

26、定和計算： 本實訓采用透明渦輪流量計來測定泵的送液能力，透明渦輪流量計由變送器 和顯示儀表組成，而變送器又由渦輪、磁電傳感器和前置放大器組成，其原 理是變送器內的渦輪借助于流體動能而旋轉，渦輪即周期性的改變磁電感應 系統(tǒng)中的磁阻值，使通過線圈的磁通量發(fā)生變化而產生脈沖電訊號，經前置 放大后，送二次儀表實現(xiàn)流量測量。此種流量計有測量范圍大精度等級高等 特點。 本流量計的計算公式： 式中：f—流量計顯示儀表（頻率計）示值（ Hz） Q—流量（m3/h） E—流量系數(shù)（=73.01s/升） 離心泵揚程的測量和計算： 離心泵入口處裝真空表（P1）,出口處裝壓力表（P2）。在倆測壓點處列柏

27、努 利方程式： 由于倆測壓點相距很近， 且離心泵吸入管、 排出管管徑相同， 故忽略高度差、 阻力損失、動能差。上式簡化為： （米） 式中：－入口測壓點真空表讀數(shù) （mmHg） －出口測壓點壓力表讀數(shù) （kgf/cm2） 離心泵軸功率的測量和計算： 本實驗采用馬達天平測定功率，馬達天平測功率的原理是根據泵軸轉矩的變 化來測定軸功率的。此種方法具有使用可靠準確的優(yōu)點。 其計算公式如下： 由上倆式得： （千瓦） 式中： M －轉矩 （牛*米） n －轉速（ 1/60 赫茲即轉 /分） P—祛碼質量（kg） L—力臂長（m）（本實驗裝置=0.4869m） 離心泵效率的計

28、算： 離心泵的效率是其有效功率（ Ne）和軸功率之比（N）,有效功率是液體實際 上自泵得到的功率。 Ne=QH 因（瓦尸QH pg/1000（千瓦） 則： 轉速改變時的換算： 特性曲線是某指定轉速下的特性曲線，如果實驗時轉速和指定轉速有差異， 應將實驗結果換算成為指定轉速下的數(shù)值。 根據比例定律，轉速和流量、揚程、軸功率的換算關系如下： 式中：n—實測得轉速（轉/分） n1 一泵指定轉速（轉/分） H—實測得揚程（m） H1—指定轉速下的揚程（m） N ―實測得軸功率 （kW） N1 ―指定轉速下的軸功率 （kW） 三、實訓裝置及流程 如圖所示，誰從水槽 15

29、經泵 1，出口閥 3（調節(jié)流量用） 、渦輪流量計 13 再 返回水槽。 1 — 離心泵 2—進口閥 3—出口閥 4—真空表 5—壓力表 6—轉速表 7—轉速傳感器 8—冷卻風機 9—灌水閥 10—頻率表 11—透明渦輪變速器 12—計量槽 13—水槽 14—溫度計 四、實訓步驟 1 、檢查：檢查泵軸承潤滑情況，用手轉動聯(lián)軸器檢查轉動是否靈活，填料 是否松動。 2、灌泵：打開加水漏斗閥門和泵殼頂部的排氣考克，向泵內灌水，到進水 管和泵體內充滿水為止。然后關閉加水閥和排氣考克。 3、啟泵：關閉泵出口閥門，經指導教師許可后，接通電機電源，使泵運轉， 運轉2到3分鐘后，若無異常

30、現(xiàn)象，便可慢慢開啟出口閥，使其有較小的流 量，排去管路中的氣體。 讀取數(shù)據： (1)在出口閥門完全關閉時讀取壓力表、真空表、流量計顯示儀表、轉速 計及馬達天平的祛碼數(shù)值。 (2)用出口閥門調節(jié)流量，在每壹次流量調節(jié)穩(wěn)定后，讀取之上參數(shù)。直 至出口閥全開為止，應讀取五到十組數(shù)據。 關小入口閥，觀察氣蝕現(xiàn)象。 關閉出口閥，停電動機。 測量水溫及設備方面的有關數(shù)據。 五、數(shù)據記錄和結果處理 離心泵性能曲線的測定 泵的類型規(guī)格 轉速 葉輪直徑 流量系數(shù) X檔 測功機臂長 水溫 號 流量計讀 數(shù) f ( Hz) 真空表P11 (mmHg) 壓力表P21 (kgf/cm2

31、) 轉速 n l l/min ) 天平祛 碼質里P (kg) 油Q 揚程H 軸功 率N 效率T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 六、思考題： 試從所測得的實驗數(shù)據進行分析，離心泵為什么

32、要在出口閥關閉的情況下啟 動？ 離心泵啟動前為什么必須灌水排氣？ 試從理論上加以分析，用實驗用的這臺泵輸送密度為 1280 (kg/m3)的鹽水 (忽略粘度的影響)，在相同流量下你認為泵的壓頭是否變化？同壹溫度下 的吸入高度是否會變化？同壹排量時的功率是否會變化？ 離心泵的送液能力，為什么能夠通過出口閥的調節(jié)加以改變？往復泵的送液 能力是否也可采用同樣的調節(jié)方法？為什么？ 實訓五傳熱 壹、實訓目的 測定空氣在圓形直管內強制對流時的給熱系數(shù)。 用準數(shù)法把測得的數(shù)據整理成描述過程規(guī)律的經驗公式，確定通用的給熱系 數(shù)關聯(lián)式的系數(shù)，且和教材中相應的公式進行比較。 了解影響給熱

33、系數(shù)的因素和強化傳熱過程的途經。 二、基本原理 套管式換熱器：空氣在管內流動，環(huán)隙中為飽和蒸氣加熱。 1、加熱量： Q=WCCC （t1-t2） =KiAi △tm 在空氣和蒸汽冷凝傳入過程中，熱阻主要集中在管內空氣壹側，而管外壹側 蒸汽冷凝和銅管熱阻遠比空氣的熱阻小，即： ivv。所以：iK 即： 綜上所述， 只要在實驗中測得空氣流量 WC 和進出口溫度 t1 、 t2, 飽和蒸汽的 溫度T （或壓力）及傳熱面積 A,就能夠求得空氣壹側的傳熱系數(shù)。 式中： Q— 單位時間內的傳熱量（ KJ/s ） WC —空氣質量流量（ Kg/s ） Cp一空氣進出口溫度下的平均比熱（

34、 KJ/Kg. C） t1、t2一空氣進出口溫度（C） Ki —總傳熱系數(shù)（ KW/m2. ℃） Ai —以園關內徑為基準的傳熱面積（ m2 ） △ tm —對數(shù)平均傳熱溫度差 （℃ ） 2 、根據廣泛的實驗研究，流體在圓形直管內強制流動在管長大于管內徑 50 倍時的傳熱膜系數(shù)能夠由以下準數(shù)關聯(lián)式表示： Nu=bRemPrn 式中： b、 m 、 n 均是能夠通過實驗確定的系數(shù)。 對氣體而言， 從理論上分析， 原子數(shù)相同的氣體 Pr 準數(shù)應為常數(shù)， 不隨溫度、 壓力而變。根據實際測定，基本上符合理論分析，干空氣在各種不同溫度下 的 Pr 數(shù)值基本不變。 設： b1=bP

35、rn 則： Nu=b1Rem 倆端取對數(shù)： logNu=logb1+mlogRe 其中： 用 logNu 對 logRe 在坐標紙上作圖可得壹直線，直線的斜率為 m,m 確定后， b1 可由計算求得： 式中：“一空氣和管壁間的傳熱膜系數(shù) （w/m2. C ） d—管內徑（m） de—當量直徑（m） 入一空氣導熱系數(shù)（w/m. C ） 流量的測量： 本試驗裝置采用孔板流量計測定空氣的流量，其流量計算公式為： 式中：Vs一流量（m3/s） Co—孔流系數(shù)（Co=0.855） dO一孔板噴嘴口直徑(dO=20.32mm) — 壓差計指示液密度 (kg/m3) — 被測介

36、質密度 (kg/m3) R— 壓差計計算值 (R=1.01R1) (單管壓差計) R1 —壓差計示值( m ) 溫度的測量： 本試驗裝置采用 UJ36 型直流式電位差計，測量空氣進出口、蒸汽、管壁的 溫度。 UJ36 型電位差計采用補償原理， 使被測量電動勢和恒定的標準電動勢 相互比較，是壹種高精度測量電動勢的方法，查毫伏數(shù)和溫度的關系表，即 可求出所測溫度。 注：毫伏數(shù)和溫度關系表附后。 例：所測電動勢=3.8816mv,根據毫伏數(shù)和溫度關系表， 查得溫度T和修正值。 則所測溫度為：T1=T+修正值=92+1.18=93.18( C) 三、實訓裝置及流程 本試訓裝置是

37、由倆個套管換熱器組成，其中壹個內管是光滑管，另壹個是螺 旋管，如圖所示(圖中只畫出壹個套管，另壹個套管流程完全相同) ?？諝? 由風機 1 輸送，經孔板流量計 2，風量調節(jié)閥 3，再經套管換熱器內管后， 排向大氣。蒸汽由鍋爐供應，經蒸汽控制閥 11 進入套管換熱器環(huán)隙空間， 不凝性氣體由放氣旋塞 12 排出，冷凝液由疏水器 13 排出。 1 — 風機 2—流量計 3—調節(jié)閥 4—蒸汽套管 5—視鏡 6—溫度計 7—熱電偶 8—安全法 9—壓力表 10—壓差計 11—蒸汽閥 12—放氣旋塞 13—疏水器 14—熱點偶轉換開關 15—電位計 16—冰瓶 設備主要數(shù)據： 光滑管內經

38、 d=17.8mm 螺旋管內經 dZ=17.4mm 有效傳熱管長 L=1.224m 孔板流量計噴嘴直徑 dO=20.32mm 四、實訓步驟 先見實訓講義，了解實訓目的和原理后，到實訓室觀察實訓裝置，明確實訓 數(shù)據的測量方法。 實訓前接好 UJ36 型電位差計測量儀器，檢查單管壓差計及供水供電情況。 經指導老師檢查后，打開蒸汽控制閥門 11，排放不凝性氣體，然后啟動風機 開始實驗。 實訓從大風量做起，用風量調節(jié)閥調節(jié)風量，蒸汽壓力壹般控制在 0.5 到 1kgf/cm2( 表壓 )左右，不宜太高。 實訓共測取 5 個不同風量下的數(shù)據， 做好后切斷電熱鍋爐電源， 切斷蒸汽源

39、， 然后停風機。 五、數(shù)據記錄和結果處理 圓形直管中氣體傳熱膜系數(shù)測定實驗 加 熱管 內經 mm ； 加 熱管 長度 m ； 加熱 面積 m2； 加熱管材料 ；Pr= Pr0.4= ; Cp= ; = = kg/m3 序 號 孔板流量 計 mmH2O 質量 流量 Kg/s 加熱蒸汽 空氣溫 度C 傳 執(zhí) 八、、 里 Qc 傳熱膜系數(shù) Nu Re 左 右 壓力 溫度 進 口 出 口 1 2 3 4

40、 5 6 7 8 9 10 在雙對數(shù)坐標紙上以 Re和Nu為坐標，描出光滑管或螺旋管的 Re—Nu圖。 求出其斜率 m值及bl值。 六、思考題 有人提出以下幾個方案來強化本實驗裝置的傳熱強度 (Q/A),試聯(lián)系傳熱方 稱式加以分析比較，見見這些方案各有何優(yōu)缺點，且和螺旋管強

41、化傳熱方案 比較，得出什么結論。 四種方案如下： 提高空氣流速； 提高蒸汽壓強； 采用過熱蒸汽提高蒸汽溫度； 在蒸汽壹測管壁上加裝翅片，增大冷凝面積，導走冷凝液。 求管壁、管外、管內的熱阻及其所占總熱阻的百分比。 附：毫伏表和溫度關系表 毫伏數(shù) (mv) 溫 度 T(C) 修正值 (C) 毫伏數(shù)(mv) 溫 度 T(C) 修正值 (C) 0 0 0 3.0718 74 r 1.24 0.0389 1 0.11 3.1167 75 1.25 0.0779 2 0.22 3.1608 76 1.11 0.1167 3 0.3

42、3 3.2055 77 r 1.16 0.1555 4 0.52 3.2507 78 1.01 0.1947 5 0.83 3.2952 79 0.84 0.2338 6 0.72 3.3393 80 1.06  0.2730 7 0.83 3.3845 81 1.17 0.3124 8 0.96 3.4289 82 1.15 0.3517 9 0.77 3.4742 83 P 1.06 0.3911 10 0.93 3.5192 84 1.11 0.4207 11 0.84 3.5643

43、85 1.22 0.4705 12 0.9 3.6089 86 r 1.05 0.5101 13 0.81 3.6537 87 P 1.29 0.5496 14 0.94 3.6997 88 1.12 0.5896 15 0.93 3.7446 89 1.06 0.6294 16 0.95 3.7912 90 P 1.18 0.6696 17 0.83 3.8357 91 1.20 0.7090 18 0.68 3.8816 92 1.18 0.7495 19 0.51 3.9276 93 P 1

44、.52 0.7899 20 0.56 3.9728 94 1.41 0.8300 21 0.53 4.0199 95 1.34 0.6704 22 0.7 4.0670 96 P 1.88 0.9113 23 0.52 4.1141 97 r 1.91 0.9532 24 0.43 4.1597 98 1.87 0.9919 25 0.4 4.2021 99 1.89 1.0324 26 0.52 4.2511 100 r 2.20 1.0732 27 0.6 4.2696 101 2.22 1.

45、1142 28 0.64 4.3437 102 2.79 1.1549 29 0.56 4.3904 103 P 2.79 1.1962 30 0.6 4.4330 104 2.82 1.2373 31 0.63 4.4825 105 2.83 1.2781 32 0.62 4.5285 106 r 2.81 1.3189 33 0.65 4.5760 107 2.89 1.3607 34 0.7 4.6218 108 2.95 1.4007 35 0.72 4.6708 109 P 2.89 1.

46、4432 36 0.53 4.7154 110 r 2.9 1.4842 37 0.57 4.7642 111 2.72 1.5259 38 0.57 4.8110 112 2.82 1.5673 39 0.57 4.8612 113 [2.66 1.6093 40 0.63 4.9070 114 2.65 1.6512 41 0.59 4.9546 115 2.74 1.6939 42 0.57 5.0016 116 P 2.89 1.7356 43 0.47 5.0489 117 2.75 1.

47、7776 44 0.43 5.0790 118 2.69 2.2879 56 0.85 5.1149 119 2.63 2.3312 57 0.79 5.1919 120 2.88 2.3741 58 0.71 5.2403 121 2.89 2.4174 59 0.74 5.2890 122 2.96 2.4606 60 0.72 5.3362 123 2.96 2.5039 61 0.66 5.3855 124 2.96 2.5467 62 0.67 5.4338 125 2.85 2.5897

48、 63 0.69 5.4773 126 2.81 2.6336 64 0.54 5.5261 127 2.97 2.6765 65 0.56 5.5696 128 2.99 2.7205 66 10.51 5.6238 129 P 2.98 2.7636 67 1 0.74 5.6724 130 1 3.01 2.7636 68 0.69 5.7192 131 [2.90 2.8519 69 0.65 5.770 132 2.79 2.8950 70 [0.67 5.8207 133 :2.68

49、 2.9397 71 0.59 5.8696 134 2.78 2.9833 72 1.01 5.9180 135 2.79 3.9285 73 10.87 5.9681 136 r 2.80 實訓六精福 壹、實訓目的 1、了解篩板式精儲塔的結構。 2、熟悉篩板式精儲塔的操作方法。 3、測定全回流時的總塔板效率。 二、基本原理 在板式精微塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，氣液倆相在塔 板上層層接觸，實現(xiàn)傳質、傳熱過程而達到分離的目的。如果在每層塔板上 液體和其上升的蒸汽處于平衡狀態(tài)，則該塔板成為理論版，然而在實際操作 的塔中，由于接

50、觸時間有限，氣液倆相不可能達到平衡，即實際塔板的分離 效果達不到壹塊理論版的作用，因此精微塔所需的實際板數(shù)總是比理論板數(shù) 要多。對二元物系，尚已知氣液平衡數(shù)據，在全回流時，根據塔頂、塔頂、 塔底液相組成可求得理論板數(shù)。理論板數(shù) NT和實際塔板數(shù)N之比，稱作塔 的總板效率刀,表不為：N n NT/N 三、實訓裝置及流程 本實訓裝置為壹小型篩板塔，見圖，共有 7層篩板，板上開有。2mm篩孔 12個，塔徑為50mm,板間距為100mm。塔管部分上、中、下端各裝有壹玻 璃段，用以觀察塔板上的氣液鼓泡接觸情況和回流情況。塔底有壹加熱釜， 裝有液面計、 WZB-BA玻璃鉗電阻溫度計、 YEJ-101型

51、壓力指示儀接管，加 料接管和釜液取樣考克。塔頂為壹蛇管式冷凝器，冷卻水走管內，酒精蒸氣 在管外冷凝，冷凝液可由塔頂全部回流，也能夠由塔頂取樣管將冷凝液（儲 出液）全部放出。 另外，加熱釜裝有 700W電爐絲，用TDGC1/0.5型調壓器控制電加熱量， 塔頂溫度、塔釜溫度根據動圈指示儀記錄，塔釜壓差根據壓力指示儀記錄。 1 一取樣考克2—液面計3—加熱器4—塔釜 5—釜溫接管6—加料口 7—玻璃塔節(jié)8—液流擋板 9一降液管10—塔板11—不銹鋼塔節(jié)12一塔頂取樣口 13—冷凝器14一放空口 15—測溫口 16—冷卻水出口 17—冷卻水進口 18—測壓管19—儀表柜 四、實訓步驟

52、1、先見實訓講義，了解實訓目的和原理后，到實訓室熟悉精儲塔設備的結 構和流程，且了解各部分的作用，檢察加熱釜中的料是否適當，壹般控制在 約為液面計的2/3左右。 2、檢察供電、供水情況，經輔導老師檢查同意后，然后打開電源，進入實 驗。 3、精微塔通常正常擔任的條件為： 物料—乙醇—水（工業(yè)酒精即可） 釜中料液量—約5公斤 料液中的乙醇濃度—10?25% （重量） 加熱器功率—700W左右（2.5~4A ） 冷卻水量—50?100升/小時 釜壓差—60?130mm水柱 4、注意觀察塔頂、塔釜的溫度變化和塔頂?shù)谝級K塔板的情況，當上升蒸汽 的冷液開始回流時，打開冷卻水閥，冷卻水量可

53、由轉子流量計觀察，其用量 能將全部酒精蒸氣冷凝下來即可，不必將水閥全部打開，以免造成浪費，但 也要注意勿因冷卻水過少而使蒸汽從塔頂噴出。 5、當塔板上氣浪鼓泡正常，操作穩(wěn)定，且待塔頂、塔釜溫度恒定不變，即 可開始取樣。 6、由塔頂取樣管和釜底取樣考克用錐瓶取適量試樣，取樣前應先取少量試 樣沖洗壹、二次，取樣后用塞子將錐瓶蓋上，且使其冷卻，用比重天平稱出 比重，且用酒精組分對照表查得酒精重量百分比濃度。 7、取樣后，加熱電流調到 5安培左右，能夠觀察到液泛現(xiàn)象，此時塔內壓 力明顯增加，現(xiàn)象觀察后，將加熱電流緩慢減小到零，切斷調壓器電源，待 塔內沒有回流時將冷卻水閥門關閉。 五、數(shù)據記錄和

54、結果處理 1、根據實驗所得數(shù)據計算精儲塔的總板效率。 2、討論試驗結果。 精福實訓數(shù)據記錄表 塔徑: mm板間距： mm塔板數(shù)： 塊 序 號 加 執(zhí) 八、、 電 流 A 電 功 率 W 溫度 塔內 壓強 mmH 2O 塔頂樣品 ［塔底樣品 總 板 效 率 備 注 塔 頂 C 塔 釜 C 溫 度 C 比 重 重 量 % 分 子 % 溫 度 C 比 重 重 量 % 分 子 % 1 2 3

55、 4 5 6  7 8 9 1 0 六、思考題 1、精儲塔實驗裝置由哪幾個主要部分組成？試述其基本流程? 2、測全回流總板效

56、率時，如何操作？需測取哪幾個參數(shù)？ 3、取樣位置如何？取樣時應注意什么？ 4、比重天平如何使用？ 酒精溶液重量、容量百分濃度沸點比重表 重 量％ 容量％ 沸點c 在15 C 時比重 重量％ 容量％ 沸點c 在 15c時 比重 0.001 0.0012 40 47.29 83.10 0.9399 0.01 0.0125 45 52.62 82.55 0.9297 0.05 0.0625 50 57.78 81.90 0.9190 0.10 0.125 55 62.80 81.40 0.

57、9078 0.40 0.500 99.48 0.9992 60 67.54 81.05 0.8965 0.50 0.625 99.36 0.9990 65 72.32 80.60 0.8849 1.00 1.25 98.76 0.9980 70 76.85 80.20 0.8730 1.50 1.875 98.20 0.9972 75 81.21 79.75 0.8611 2.00 2.500 97.79 0.9963 80 85.41 79.50 0.8489 2.50 3.125 97.35 0.995

58、4 81 86.21 79.40 0.8467 3.00 3.750 96.88 0.9946 82 87.04 79.30 0.8440 3.50 4.375 96.40 0.9937 83 87.85 79.18 0.8415 4.00 5.00 95.80 0.9928 84 88.63 79.15 0.8390 4.50 5.625 95.40 0.9921 85 89.41 79.12 0.8365 5.0 6.25 95.00 0.9913 86 90.18 79.08 0.8340 5.50

59、 6.90 94.63 0.9905 87 90.95 79.03 0.8314 6.00 7.94 94.16 0.9897 88 91.71 78.98 0.8288 6.50 8.10 93.66 0.9890 89 92.47 78.93 0.8261 7.00 8.714 93.30 0.9883 90 93.25 78.88 0.8234 7.50 9.325 92.95 0.9875 91 93.94 78.83 0.8208 8.00 9.94 92.60 0.9867 92 94.6

60、7 78.78 0.8181 8.50 10.56 92.27 0.9860 93 95.38 78.73 0.8153 9.00 11.16 91.78 0.9854 94 96.08 78.68 0.8124 9.50 11.77 91.55 0.9847 95 96.77 78.63 0.8096 10.00 12.39 91.30 0.9843 96 97.44 78.58 0.8067 15 18.40 88.6 0.9779 97 98.10 78.53 0.8037 20 24.46 87.

61、00 0.9717 98 98.75 78.48 0.8006 25 30.36 85.70 0.9653 99 99.38 78.43 0.797 30 36.16 84.70 0.9579 100 100 78.35 0.794 35 41.80 83.65 0.9494 實訓七吸收系數(shù)的測定 壹、實訓目的 了解填料吸收裝置的基本流程及設備結構； 掌握吸收系數(shù)的測定方法； 了解空塔氣速和噴淋密度對總吸收系數(shù)的影響； 了解氣體空塔流速和壓強降的關系。 二、基本原理 根據傳質速率方程：即； 所以； 通過實

62、驗分別測定和計算（單位時間吸收的組分量） 、（氣液倆相接觸面積）、 （平均傳質推動力）的值，便可代入上式計算得吸收系數(shù)的值。 單位時間吸收的組分量 G （Kmol/h） 上式中：V（惰性氣體流量）用空氣轉子流量計來測定； Y1（進塔氣體組成）可通 過測定進塔時氨及空氣流量來計算得到； Y2（出塔氣體組成）采用化學法進行 尾氣分析測定和計算得到。 氣液倆相接觸面積 F（m2） 上式中：V一填料的總體積（m3） Z一填料層高度（m） D一吸收塔的內徑（m） a一有效比表面積（m2/m3） 式中：at一干填料的比表面積（m2/m3） 刀一填料的表面效率，可根據最小潤濕分率查圖

63、表（參見教材） 最小潤濕分率= 式中：填料的最小潤濕分率 =0.08m3/m2.h（規(guī)定的最少潤濕率） 操作的北^濕率 =W/at（m3/m2.h） 式中：W—噴淋密度，每小時每平方米塔截面上的噴淋的液體量。 平均傳質推動力 本實驗的吸收過程處于平衡線是直線的情況下，所以可用對數(shù)平均推動力法 計算。 上式中： P二大氣壓+塔頂表壓+1/2塔內壓差 液相濃度5%以下時亨利系數(shù)和溫度的關系: 溫 度 (oC) 0 10 20 25 30 40 E(atm) 0.239 0.502 0.778 0.947 1.250 1.938 本實驗中：X1由公

64、式計算，其中：X2=0 轉子流量計的計算公式： 實驗中用的空氣轉子流量計是以 20oC,1atm的空氣為介質來標定刻度的，如 果工作介質不是該狀態(tài)下的空氣，可用下式來換算刻度指示值： 如果仍需要將 Q值換算成標準狀態(tài)（0oC,1atm）下的體積Q,則代入下式計算： 如果測定的是其它氣體，而且是非 20oC,1atm狀態(tài)空氣下則代入下式計算： 如果仍需要將Q值換算成標準狀態(tài)下的值： 上式中：分別表示 20oC,1atm狀態(tài)下標定氣體和被測氣體的密度。 5、尾氣分析法計算 Y2 以稀硫酸（0.02N）為指示液，酚酬:為指示液，將經計量的尾氣通入裝有紅 色的吸收液（稀硫酸和酚酗0的吸

65、收瓶中，吸收液和尾氣中的氨反應當達到 終點時，吸收液變?yōu)榧t色，立即關閉氣體進口考克，記錄尾氣進入量，且根 據硫酸的濃度先將濕式氣體流量計口讀得的空氣流量換算成標準狀態(tài)下的 體積流量V0: （V —空氣流量讀數(shù)） 氨的體積： V=22.4VSNS（VS —硫酸溶液的體積 ml；NS —硫酸溶液的當量濃度 N毫克當量 /毫升） 最后： 三、實訓裝置及流程 如圖為吸收實訓設備流程圖。 空氣由風機1供給，閥2用于調節(jié)空氣流量（放 空法）。在氣管中空氣和氨混合入塔， 經吸收后排出，出口處有尾氣調壓閥 9, 這個閥在不同的流量下能自動維持壹定的尾氣壓力，作為尾氣通過分析器的 推動力。 水經

66、總閥15進入水過濾減壓器 16,經調解器17及流量計18入塔。氨氣由 氨并2 23供給，開啟氨瓶閥24,氨氣即進入自動減壓閥 25中，這法能自動將 輸出氨氣壓力穩(wěn)定在范圍內，氨壓力表 26指示氨瓶內部壓力，而氨壓力表 27則指示減壓后的壓力。為了確保安全，緩沖罐上仍裝有安全閥 29,以保 證進入實驗系統(tǒng)的氨壓不超過安全允許規(guī)定值（ 1.2kg/m2）,安全閥的排出口 用塑料管引到室外。 為了測量塔內壓力和填料層壓力降，裝有表壓計 20和壓差計19。此外，仍 有大氣壓力計測量大氣壓力。 1—風機2—空氣調節(jié)閥3—油分離器4—空氣流量計 5—填料塔6—柵板7—排液管8—蓮蓬頭 9一尾氣調節(jié)閥10—尾氣取樣管11—穩(wěn)壓瓶12一旋塞 13—吸收盒14 —濕式氣體流量計 15—總閥16—水過濾減壓閥 17一水調節(jié)閥18—水流量計19一壓差計20―塔頂表壓計 21一表壓計22一溫度計23一氨瓶24—氨瓶閥 25—氨自動減壓閥 26—氨壓力表 27—氨壓力表 28—緩沖罐 29—膜式安全閥 30—轉子流量計 31—表壓計 32—空氣進口閥 四、實訓步驟 1 、填料塔流