化工原理實驗課件——化學工程與工藝

1、北方民族大學,化 工 原 理 實驗,——化學工程與工藝專業(yè),實驗指導教師：劉天霞 杜春,一、化工原理實驗的目的,驗證化工單元過程的基本理論，并在運用理論分析實驗的過程中，使理論知識得到進一步的理解和鞏固； 熟悉實驗裝置的流程、結(jié)構(gòu)，以及化工中常用儀表的使用方法； 掌握化工原理實驗的方法和技巧；,一、化工原理實驗的目的,增強工程觀點，培養(yǎng)科學實驗能力；培養(yǎng)學生實事求是、嚴肅認真的學習態(tài)度；提高計算與分析問題的能力，運用計算機

2、及軟件處理實驗數(shù)據(jù)，以數(shù)學方式或圖表科學地表達實驗結(jié)果，并進行必要的分析討論，編寫完整的實驗報告。,二、化工原理實驗的注意事項,1、實驗前的預習學生實驗前必須認真預習實驗指導書，清楚了解實驗目的、要求、原理及實驗步驟，書寫預習報告；要對所測數(shù)據(jù)及其變化趨勢做到心中有數(shù)，對實驗的預期結(jié)果、可能發(fā)生的故障及排除做出合理的判斷；實驗小組成員要做到分工明確、動作協(xié)調(diào)。,2、實驗中的操作訓練,實驗操作是動手動腦的重要過程，學生一定要嚴格執(zhí)行

3、實驗操作規(guī)程。調(diào)試時要求細心平穩(wěn)，仔細觀察實驗過程中的現(xiàn)象、儀表讀數(shù)的變化；實驗數(shù)據(jù)要記錄在表格內(nèi)，并注明單位、條件；實驗現(xiàn)象要盡量詳細記錄在記錄本內(nèi)，對有些當時不能理解的實驗現(xiàn)象，應重復實驗并如實記錄，待實驗結(jié)束經(jīng)過思考后，提出自己的看法或結(jié)論。,3、實驗后的總結(jié)——實驗報告,報告要求：（1）每份實驗報告后面附一份北方民族大學學生實驗原始數(shù)據(jù)記錄紙；（2）實驗數(shù)據(jù)的處理要有計算示例，不能只給出結(jié)果；（3）要求對不合理的數(shù)據(jù)

4、做誤差分析；（4）畫圖要求畫在坐標紙上；（5）認真回答思考題。,三、實驗室規(guī)則,準時進實驗室，嚴肅認真地進行實驗，不要進行與實驗無關的活動；愛護實驗室設備、儀器，未經(jīng)教師許可，不得亂動實驗設備、儀器、閥門以及電器設備；儀器操作不明白時，應請指導教師予以解答，不得隨意違章操作。實驗中嚴格按實驗講義中的步驟及指導老師所講步驟操作；注意安全及防火。,四、實驗數(shù)據(jù)的測量,（一）有效數(shù)據(jù)的讀取1、實驗數(shù)據(jù)的分類：無量綱數(shù)據(jù)有量綱數(shù)

5、據(jù)2、直接測量時有效數(shù)字的讀取3、間接測量時有效數(shù)字的選取,（二）有效數(shù)字的計算規(guī)則,1、  有效數(shù)字的舍入規(guī)則末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若小于5，則舍去；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若大于5，則將末尾有效數(shù)字加上1；末尾有效數(shù)字后的第一位數(shù)字若等于5，則由末尾有效數(shù)字的奇偶而定，當其為偶數(shù)或0時，不變；當其為奇數(shù)時，則加上1（變?yōu)榕紨?shù)或0）,2、  有效數(shù)字的運算規(guī)則,在加減運算中，各數(shù)所保留的小數(shù)點后的位

6、數(shù)，與各數(shù)中小數(shù)點后的位數(shù)最少的相一致。例如：將13.65,0.0082,1.632三個數(shù)相加，應寫為：13.65+0.01+1.63=15.29,2、  有效數(shù)字的運算規(guī)則,在乘除運算中，各數(shù)所保留的位數(shù)，以原來各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個數(shù)為準，所得結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，亦應與原來各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的那個數(shù)相同。例如：將0.0121，25.64，1.05782三個數(shù)相乘，應寫為：0.0121×25.6&

7、#215;1.06=0.328,2、  有效數(shù)字的運算規(guī)則,在對數(shù)計算中，所取對數(shù)位數(shù)與真數(shù)有效數(shù)字位數(shù)相同。 例如： lg55.0=1.74,五、實驗數(shù)據(jù)的測量值及其誤差,（一）誤差誤差：在實驗測量過程中，由于測量儀器的精密程度，測量方法的可靠性，以及測量環(huán)境、人員等多方面的因素，使測量值與直值間不可避免地存在著一些差異，這種差異稱為誤差，誤差普遍存在于測量過程中。,(二）真值,真值也叫理論值或定義值，是指某

8、物理量客觀存在的實際值。由于誤差存在的普便性，通常真值是無法測量的。通常通過理論真值、相對真值、近似真值三種方法來選取真值。,（三）誤差的表示方法,1、  絕對誤差某物理量經(jīng)測量后，測量值與該物理量真值之間的差異，即：絕對誤差=測量值—真值在工程計算中：絕對誤差=測量值—精確測量值=測量值—算術平均值2、  相對誤差 絕對誤差相對誤差=

9、 ×100% 真值 當絕對誤差很小時，工程中可用測量值代替真值計算相對誤差，絕對誤差是一個有量綱的值，相對誤差是無量綱的真分數(shù)。,,（三）誤差的表示方法,3、  引用誤差 示值誤差引用誤差= ×100

10、% 滿刻度值測量儀表的精度等級是國家統(tǒng)一規(guī)定的，按引用誤差的大小分成幾個等級，將引用誤差的百分數(shù)去掉，乘下的數(shù)值就稱為測量儀表的精度等級。電工儀表的精度等級分別為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七個等級。,,（四）誤差的分類,1、系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差是指在一定條件下，對同一物理量進行多次測量時，誤差的數(shù)字保持恒定，或按照某種已知函數(shù)規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差的大小用正確度

11、來表征。系統(tǒng)誤差表明一個測量結(jié)果偏離真值或?qū)嶋H值的程度，產(chǎn)生原因通常有：測量儀器、測量方法、環(huán)境及人為因素。,（四）誤差的分類,2、偶然誤差（隨機誤差）偶然誤差由于測量中一系列隨機性因素的影響而產(chǎn)生的誤差。偶然誤差的大小用精密度一詞表征。3、  過失誤差（粗差）過失誤差是由于測量過程中明顯歪曲測量結(jié)果而引起的誤差，如測錯、讀錯、記錯。產(chǎn)生的主要原因為粗枝大葉、過度疲勞或操作不正確。含有過失誤差的測量值被稱為壞值，正確

12、的實驗結(jié)果不應該含有壞值，即所有壞值都要剔除。,六、實驗項目,必做項目： 實驗緒論及化工安全教育 流體流動阻力的測定 離心泵性能實驗 傳熱膜系數(shù)測定實驗 氧解吸實驗 萃取實驗 流化干燥實驗,選做項目：板框及動態(tài)過濾實驗精餾實驗小流量液體流量標定實驗 壓力標定實驗 溫度標定實驗 雷諾實驗 柏努利實驗,實驗一：流體流動阻力的測定,一、實驗目的1、掌握直管摩擦阻力系數(shù)的測量方法；2、掌握突擴管及閥門的局

13、部阻力系數(shù)的測定方法；3、回歸光滑管的λ—Re曲線，并與相應的經(jīng)驗公式進行比較；4、回歸層流管的λ—Re曲線，并與相應的經(jīng)驗公式進行比較（選做內(nèi)容）。,實驗一：流體流動阻力的測定,二、基本原理：,,,因此，通過改變流體的流速可測定出不同Re下的摩擦阻力系數(shù)，即可得出一定相對粗糙度的管子的λ—Re關系。,實驗一：流體流動阻力的測定,在湍流區(qū)內(nèi)，λ = f（Re，ε/ d ），對于光滑管大量實驗證明，當Re在3×103至105

14、的范圍內(nèi)，λ與Re的關系遵循Blasius關系式，即：,,,對于層流時的摩擦阻力系數(shù)，由哈根—泊謖葉公式和范寧公式，對比可得：,實驗一：流體流動阻力的測定,,1離心泵 2 水箱 3 電磁閥 4 渦輪流量計 5 管路切換閥 6 穩(wěn)流罐 7測量管線 8流量調(diào)節(jié)閥 9 層流流量調(diào)節(jié)閥,三、實驗裝置和流程,實驗一：流體流動阻力的測定,自上而下分別為：No1 層流管，為φ6×1.7mm的不銹

15、鋼管，管長1.2m；No2 球閥與截止閥，為φ27×3.5mm的不銹鋼管；No3 光滑管，為φ27×3mm的不銹鋼管，管長1.5m；No4 粗糙管，為φ27×2.5mm的鍍鋅管，管長1.5m；No5 突然擴大管，為φ22×3mm→φ48×3mm的不銹鋼管；No6 孔板流量計（渦輪）管線，為φ48×3mm的不銹鋼管。,實驗一：流體流動阻力的測定,四、報告要求

16、1、在雙對數(shù)坐標紙上標繪出λ–Re-ε/ d 的關系曲線。2、將光滑管的λ–Re 關系與Blasius 公式進行比較。3、計算局部阻力系數(shù)ξ。４、在雙對數(shù)坐標紙上繪出層流時的關系曲線（選做）。五、思考題P63①②④⑤,實驗二：離心泵性能測定實驗,一、實驗目的1、了解離心泵的構(gòu)造，掌握其操作和調(diào)節(jié)方法；2、測量離心泵在恒定轉(zhuǎn)數(shù)下的特性曲線，并確定其最佳工作范圍；3、測量管路特性曲線及雙泵并聯(lián)時特性曲線；4、了解工作點的含

17、義及確定方法；5、測定孔板流量計孔流系數(shù)C0與雷諾數(shù)Re的關系（選做內(nèi)容）。,實驗二：離心泵性能測定實驗,二、基本原理,,,He = H壓力表 + H真空表 + H0,,,（H0= 0.3m）,N軸 = N電機?η電機?η傳動 [ kw ],,實驗二：離心泵性能測定實驗,,1 水箱 2 離心泵 3渦輪流量計4 孔板流量計d=21mm 5流量調(diào)節(jié)閥,三、實驗裝置和流程,,實驗二：離

18、心泵性能測定實驗,四、報告要求1、畫出離心泵的特性曲線，確定該泵較為適宜的工作范圍。2、繪出管路特性曲線。3、做出C0—Re曲線（選做內(nèi)容）。五、思考題P67①④⑤⑥⑦,實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗,一、實驗目的及任務1、熟悉板框過濾機的結(jié)構(gòu)和操作方法；2、測定在恒壓過濾操作時的過濾常數(shù)；3、掌握過濾問題的簡化工程處理方法； 4、熟悉燭芯動態(tài)過濾器的結(jié)構(gòu)與操作方法；5、測定不同壓差、流速及懸浮液濃度對過濾速率的影響。,

19、實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗,二、基本原理,,,恒壓過濾方程：,,,,對上式微分可得：,用Δτ/Δq替代dτ/dq,實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗,三、裝置和流程,,1 壓縮機 2 配料釜 3 供料泵 4 圓形板框過濾機 5 壓力控制閥 6 旁路閥,（1）板框過濾實驗流程圖,實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗,（2）動態(tài)過濾實驗流程,,1、壓縮機 2、磁力泵 3、原料罐 4、小儲罐 5、旋渦泵 6、電子天平 7、燒杯 8、燭

20、芯過濾器 9、進料調(diào)節(jié)閥 10、孔板流量計 11、旁路閥 12、電磁閥,實驗三：板框及動態(tài)過濾實驗,四、報告要求1、在坐標紙上繪出Δτ/Δq—q的關系圖，求出的值K、qe、τe的值。2、得出完整的過濾方程式。3、列出過濾最終速率與洗滌速率的比值。4、繪制動態(tài)過濾速率趨勢圖。5、繪制操作壓力、流體速度和懸浮液含量對過濾速率的關系圖。五、思考題P70①③④⑤⑥， P72①②,實驗四：傳熱膜系數(shù)測定實驗,一、

21、0;實驗目的1、掌握傳熱膜系數(shù)的測定方法；2、測定強化與非強化傳熱過程中，傳熱膜系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的系數(shù)A和指數(shù)m、n；3、測定套管換熱器的靜壓損失與雷諾準數(shù)的關系(選做內(nèi)容）；4、通過實驗提高對傳熱膜系數(shù)準數(shù)關聯(lián)式的理解，并分析影響傳熱膜系數(shù)的因素，了解工程上強化傳熱的措施。,實驗四：傳熱膜系數(shù)測定實驗,二、基本原理,,,,,,,,,實驗四：傳熱膜系數(shù)測定實驗,,,實驗四：傳熱膜系數(shù)測定實驗,1、蒸汽發(fā)生器 2、蒸汽管

22、 3、補水口 4、補水閥 5、排水閥6、套管換熱器 7、放氣閥 8、冷凝水回流管 9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力（壓差）傳感器 11、孔板流量計 12、空氣管 13、風機,,三、實驗裝置與流程,實驗四：傳熱膜系數(shù)測定實驗,四、報告要求1、在雙對數(shù)坐標系中繪出Nu/Pr0.4—Re的關系圖。2、整理出流體在圓管內(nèi)做強制湍流流動的傳熱膜系數(shù)半經(jīng)驗關聯(lián)式。3、將實驗所得到的半經(jīng)驗關聯(lián)式和公

23、認的關聯(lián)式進行比較。五、思考題P75①②③⑥,實驗五：氧解吸實驗,一、 實驗目的1、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關系曲線。3、掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。4、學習氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法。,實驗五：氧解吸實驗,二、基本原理 1、填料塔流體力學特性 2、傳質(zhì)實驗本實驗是對富氧水進行解吸。由于富氧水濃度很小，可認為氣液兩相的

24、平衡關系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也是直線，因此可以用對數(shù)平均濃度差計算填料層傳質(zhì)平均推動力。,,實驗五：氧解吸實驗,三、裝置和流程,,實驗五：氧解吸實驗,四、報告要求1、計算并確定干填料及一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速下，lg△P與lgu的關系曲線，并找出泛點與載點。２、計算實驗條件下（一定噴淋量、一定空塔氣速）的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa及液相總傳質(zhì)單元高度HOL。五、思考題P83①④⑤⑥,實驗六：精 餾 實 驗

25、,一、 實驗目的1、測定精餾塔在全回流及部分回流條件下的全塔效率；2、測定精餾塔在全回流條件下的單板效率；3、測定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；4、測定再沸器的傳熱膜系數(shù)（選做內(nèi)容）。,實驗六：精 餾 實 驗,二、 實驗原理,實驗六：精 餾 實 驗,板效率是體現(xiàn)塔板性能及操作狀況的主要參數(shù)，有兩種定義方法： 1、總板效率E,2、單板效率E mL,ｎ,實驗六：精 餾 實 驗,三、裝置及流程,,實驗六：精 餾

26、實 驗,四、報告要求１、在直角坐標系中繪制x-y圖，用圖解法求出理論板數(shù)；２、測定精餾塔在全回流條件下塔體濃度（溫度）分布；３、全回流條件下的全塔效率和單板效率；４、部分回流條件下的全塔效率；５、結(jié)合精餾操作對實驗結(jié)果進行分析。五、思考題P78①②③④⑤⑥⑦,實驗七：轉(zhuǎn) 盤 塔 萃 取 實 驗,一、實驗目的1、了解轉(zhuǎn)盤萃取塔的結(jié)構(gòu)和特點；2、掌握液—液萃取塔的操作；3、掌握傳質(zhì)單元高度的測定方法，并分析外加能量對液液

27、萃取塔傳質(zhì)單元高度和通量的影響。,實驗七：轉(zhuǎn) 盤 塔 萃 取 實 驗,二、基本原理萃取是利用原料液中各組分在兩個液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離。,,,,實驗七：轉(zhuǎn) 盤 塔 萃 取 實 驗,三、裝置及流程,,1、萃取塔 2、輕相料液罐 3、輕相采出罐 4、水相貯罐 5、輕相泵 6、水泵,實驗七：轉(zhuǎn) 盤 塔 萃 取 實 驗,四、報告要求１、根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)盤塔的傳質(zhì)單元高度；２、并分析不同輕、重相流率、不同攪拌

28、轉(zhuǎn)速對傳質(zhì)系數(shù)的影響。五、思考題1、萃取的目的是什么？原理是什么？2、萃取溶劑的必要條件是什么？3、萃取設備按兩相的接觸方式分類可分成哪幾類？各有何特點？轉(zhuǎn)盤萃取塔屬于哪一類？,實驗八：流化床干燥實驗,一、實驗目的1、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法；2、測定流化床的床層壓降與流速的關系曲線；3、測定被干燥物料的含水量（溫度）隨時間的變化曲線；4、測定干燥速率曲線，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階

29、段的比例系數(shù)KX。,實驗八：流化床干燥實驗,二、基本原理1、流化曲線：通過測量不同空氣流量不的床層壓降。2、干燥特性曲線,實驗八：流化床干燥實驗,三、裝置及流程,1、空氣加熱器 2、放凈口 3、不銹鋼筒體 4、取樣口5、玻璃筒體 6、氣固分離段 7、加料口 8、旋風分離器9、孔板流量計d0=20mm 10、風 機 11、濕球溫度水筒,實驗八：流化床干燥實驗,四、報告要求１、在雙對數(shù)坐標紙上繪出

30、流化床的△p~u圖；２、繪出干燥速率與物料含水量關系圖，并注明干燥操作條件；３、確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH及降速階段的比例系數(shù)KX。五、思考題P89①②③④,實驗九：小流量液體流量標定實驗,一、實驗目的學會標定10～100ml/min的轉(zhuǎn)子流量計，標定其他類型小流量計， 標定小流量傳感器。二、實驗原理轉(zhuǎn)子流量計具有一定的精度范圍，測量值存在偏差，尤其是小流量的測定，結(jié)果導致的相對誤差較大，因此在測量精度要求

31、較高的條件下，需要對轉(zhuǎn)子流量計進行標定。,三、裝置及流程,,實驗九：小流量液體流量標定實驗,實驗十：壓力標定實驗,一、實驗目的利用標準壓力傳感器標定壓力表或真空表。二、基本原理壓力表或真空表在長期使用后，測量準確度會發(fā)生變化，因此需要校正其測量讀數(shù)。,實驗十：壓力標定實驗,三、裝置及流程,,1、空氣壓縮機(真空泵) 2、進氣閥 3、緩沖罐 4、壓力表 5、排氣閥 6、標準壓力傳感器 7、智能顯示儀表,實驗十一：溫度標

32、定實驗,一、實驗目的利用電橋和標準鉑電阻校正熱電偶及鉑電阻。 二、基本原理在生產(chǎn)制造熱電偶或熱電阻的過程中，由于生產(chǎn)工藝的限制，很難保證生產(chǎn)出來的熱敏元件都具有相同的特性；此外還由于某些熱敏元件自身的特性，如熱電偶在低溫時具有一定的非線性等原因，故在使用這些熱敏元件進行精密測量時，需要先對它們進行校正。即要找到這些元件在不同溫度下的測量值與真實值之間的偏差，進而能夠?qū)y量值進行修正，使其具有較高的測量精度。,實驗十一：溫度標定實驗

33、,三、裝置及流程,,1、電橋 2、標準鉑電阻 3、鉑電阻 4、熱電偶 5、水浴 6、熱電偶溫度表 7、鉑電阻溫度表,一、實驗目的,觀察流體流動狀態(tài)觀察層流狀態(tài)下流體在管道內(nèi)質(zhì)點的速度分布,二、實驗原理,Re4000: 湍流,實驗十二：雷諾實驗,三、操作,打開紅墨水閥門，調(diào)節(jié)水流量，仔細觀察現(xiàn)象。,四、記錄現(xiàn)象,管徑： 溫度：,實驗八：雷諾實驗,流動狀態(tài)示意圖,實驗八：雷諾實驗,實驗裝置圖,一、實驗目