实验一 筛板塔精馏实验
一、实验目的
了解筛板式精馏塔的结构，掌握其操作方法，观察气液两相接触状况的变化。 测定在全回流时精馏塔总板效率，分析气液接触状况对总板效率的影响。
二、实验装置
1—原料液罐 2—进料泵 3—塔身 4—塔釜加热器 5—高位槽 6—转子流量计 7—冷凝器 8—回流比分配器 9—塔顶储液罐 10—冷却器 11—塔釜储液罐
精馏装置流程示意图
三、实验原理
将双组分溶液加热，使其部分气化，则气相中的易挥发组分的浓度高于原物系的浓度。对于沸点相近的双组分溶液，可以将液相再次部分气化，气相部分液化。在板式塔内进行多级的上述过程，易挥发组分在气相中不断提浓，并在塔顶馏出；难挥发组分在液相中不断提浓，并在塔底采出，从而使两组分得到纯化。
精馏的必要条件是建立气-液两相的逆流接触（上升蒸气和回流液）。
总板效率E T 的测定：达到一定分离要求所理论板数和实际板数之比称为塔的总板效率 E T 。即：
T T P N E N
1. 全回流操作时理论板数可通过逐板计算或利用汽液平衡数据通过图解法求出。 （1）逐板计算法求理论板数 根据芬斯克方程式
min
1lg 11lg W D D W m
x x x x N α??-?
??-??=
- （不包括再沸器） 式中：
αm ——塔内平均相对挥发度，可取塔顶与塔釜间的几何平均值。
m α=（2）图解法求理论板数
利用相平衡数据作出平衡线，根据测出的x D 、x W ，在对角线和平衡线间交替作梯级，即可求出全回流时的理论板数。
2. 部分回流操作时可通过图解法求出理论板数（参考化工原理教材）
四、实验方法
(一) 实验前准备、检查工作
1. 将与阿贝折光仪配套的恒温水浴调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃)。检查擦镜头纸是否准备好。
2. 检查实验装置上的各个旋塞、阀门，均应处于关闭状态。
3. 配制一定浓度(质量浓度 20％左右)的乙醇-正丙醇混合液(总容量6000毫升左右),然后倒入原料液罐。
4. 通过进料泵向精馏釜内加料到指定的高度 (冷液面在塔釜总高2／3处)后停止进料。 (二) 实验操作 1. 全回流操作
① 打开塔顶冷凝器的冷却水，冷却水量要足够大(约8L ／min )。 ② 记下室温值。接上电源闸（220V ），按下装置上总电源开关。
③ 调解电位器使加热电压为100V 左右，待塔板上建立液层时，可适当加大电压(如120V)，使塔内维持正常操作。
④ 等各块塔板上鼓泡均匀后，保持加热釜电压不变， 在全回流情况下稳定20min 左右，期间仔细观察全塔传质情况，待操作稳定后分别在塔顶、塔釜取样口同时取样，用阿贝折射仪分析样品浓度。 2. 部分回流操作
① 打开塔釜冷却水。冷却水流量以保证釜馏液温度接近常温为准。
② 调节进料转子流量计阀， 以1.5~2.0 (L ／h)的流量向塔内加料；用回流比控制调节器调节回流比 R ＝4 ；馏出液收集在塔顶储液罐中。
③ 塔釜产品经冷却后由溢流管流出，收集在容器内。
④ 等操作稳定后，观察板上传质状况，记下加热电压、塔顶温度等有关数据，整个操作中维持进料流量计读数不变， 从塔顶、塔釜和进料口三处分别采样，用阿贝折光仪分析并记录。 3．实验结束
① 检查数据合理后，停止加料，关闭加热开关；关闭回流比调节器开关。
②根据物系的 t-x-y 关系，确定部分回流下进料的泡点温度。
③停止加热后20分钟，关闭冷却水，一切复原。
实验注意事项
1. 实验所用物系是易燃物品，实验过程中要特别注意安全，以免发生危险。
2. 本实验设备加热功率由电位器来调解，在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。
3. 开车时先开冷却水，再向塔釜供热；停车时则反之。
4. 测浓度用阿贝折光仪，读取折光指数，一定要同时记其测量温度，并按给定的折光指数-质量百分浓度-测量温度关系(见附表)测定有关数据。
5. 为便于对全回流和部分回流的实验结果(塔顶产品和质量)进行比较，应尽量使两组实验的加热电压及所用料液浓度相同或相近。连续开出实验时，在做实验前应将前一次实验时留存在塔釜和塔顶、塔底产品接受器内的料液均倒回原料液罐中。
五、实验结果整理
1．实验数据记录及整理
2．实验结果的分析与讨论
(1) 按全回流和部分回流分别用图解法求理论塔板数；
(2) 计算全塔效率；
附 表 1 乙醇─正丙醇 t-x-y 关系
( 均以乙醇摩尔分率表示,x-液相; y-气相 )
乙醇沸点: 78.3℃; 正丙醇沸点:97.2℃.
表 2 温度─折光指数─液相组成之间的关系
(续表2)
对30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算: Ｗ＝58.844116－42.61325 ×n D
其中Ｗ为乙醇的质量分率; n D 为折光仪读数 (折光指数). 由质量分率求摩尔分率(X Ａ):
乙醇分子量ＭＡ＝46，正丙醇分子量ＭB ＝60
()[1()]
()A
A
A A
A A
B
W M x W W M M =
-+
实验二 填料吸收塔传质系数测定
一、实验目的
了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；掌握总体积吸收系数的测定方法，并分析气体空塔气速及喷淋密度对总体积吸收系数的影响。
二、实验原理
1. 填料层流体力学性能的测定
压强降是填料塔设计的重要参数，气体通过填料层的压强降直接决定了吸收塔的动力消耗。气体通过填料层的压强降Δp/z 和气液两相流量有关，将不同喷淋量下的单位厚度填料层中的压强降和空塔气速u 的实测数据在双对数坐标纸上作图即得到不同喷淋量下的关系曲线。
2. 总体积吸收系数的测定
（1）总体积吸收系数的计算公式：稳定操作条件下，低浓度吸收时：
12y m y y G H K a y -=?
? 则：
12y m
G y K a H y -=
?（y ） 121
2
ln m y y y y y ?-??=
?? （2）空气流量： 标准状态下空气流量V o 可由下式求算
01
V V =式中：V 1——空气转子流量计示值m 3/h ；
T o ，P o ——标准状态下空气温度及压强；
T 1，P 1——标定状态下空气温度及压强，T 1=293K ，P 1=1.013×105Pa 。 （3）CO 2气流量 标准状态下CO 2气流量V o ′可用下式计算：
01V V ''=式中：V 1′——CO 2气流量计示值，m 3/h ；
T o ，P o ——标准状态下的温度及压强；
T 1，P 1——标定状态下的温度及压强，T 1=293K ，P 1=1.013×105P a ； T 2，P 2——操作条件下的温度及压强； ρo1——标准状态下空气密度，Kg/m 3； ρo2——标准状态下CO 2气密度，Kg/m 3。
（4）平衡关系式
在本实验条件下，吸收液浓度小于5%，气液平衡关系服从亨利定律：
e E y mx x P
==
(5) 尾气浓度y 2测定
测定y 2可用尾气分析器及湿式气体流量计来测定，其原理是在吸收瓶内中装入一定量已知浓度、一定体积的氢氧化钠作为吸收液并加入指示剂(香草酚酞)，当被分析的尾气样品通过吸收瓶后，尾气中的CO 2被氢氧化钠吸收，其余部分(空气)由湿式气体流量计计量。由于所加入的氢氧化钠体积和浓度己知，所以被吸收的CO 2量便可计算出来。湿式气体流量计量出空气量就可以反映出尾气的浓度，空气量愈大表示浓度愈低。
2W
W
V y V '=
式中：V W ′—标准状态下吸收瓶中被吸收的CO 2的体积(mL)
V w —标准状态下通过湿式流量计的空气体积(mL ) 而V W ′可由吸收瓶中刚好被完全中和的氢氧化钠量来确定
NaOH NaOH 22.4C V W
V '= 10
1
01
W PT V V PT = 式中：T 0，P 0——标准状态下温度及压强
T 1，P 1——空气流经湿式气体流量计的温度及压强 V 1——湿式气体流量计所测得的空气体积(mL) （6）吸收液浓度x 1测定
取一定量的塔底吸收液迅速加到10mL 饱和氢氧化钡溶液中，并加入指示剂(酚酞)，用已知浓度的稀盐酸作为中和液进行滴定。由反应终点所加入的盐酸量，便可计算出来被吸收的CO 2量，从而可计算出吸收液中的CO 2摩尔量，进而换算吸收液的摩尔浓度。
特别注意：
1) 测定吸收液浓度的方法简单，所用时间短，但测定误差较大，对中和反应终点的控制要求较高，如跨过中和点，计算出的尾气浓度可能产生负值。因此一般要求测量时，滴定不得少于3次；
2) 取塔底吸收液要有一定的时间间隔，以保证塔底吸收液被充分置换。 测定出尾气浓度y 2或吸收液浓度x 1后，便可利用全塔物料衡算得到另一参数，即：
1122V
x y y x L
=-+（）
式中：V ——惰性气体摩尔流量 Kmol/h
L ——水的摩尔流量 Kmol/h (7) Δy m 的确定
121
2
ln m y y y y y ?-??=
?? (8) H OG 的确定
y OG G H K a
=
以上各项分别求出后即可求出y K a
三、实验装置
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 5-液封管 6-吸收液取样口 7-填料吸收塔 8-CO 2瓶阀门 9- CO 2转子流量计 10- CO 2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- CO 2气瓶 18- CO 2气温度 20-吸收液温度 21-空气进入流量计处压力
图1 填料吸收塔实验流程示意图
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，CO 2气由CO 2瓶送出，经过CO 2瓶总阀8进入CO 2气转子流量计9计量，CO 2气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀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NaOH 作为吸收尾气中CO 2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。
四、实验方法
1. 测量干填料层(△P ／H)～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 、空气转子流量计读数和流量计处空气温度（取10组数据左右），然后在对数坐标纸上以空塔气速u 为横坐标，以单位填料高度的压降△P ／H 为纵坐标，标绘干填料层(△P ／H)～u 关系曲线。
2. 测量某喷淋量下填料层(△P ／H)～u 关系曲线
将水流量调节为40L ／h ，调节空气流量，然后按上面的方法实验，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 ／H)～u ?关系曲线， 从(△P ／H)～u 关系曲线上确定液泛气速，并与观察的液泛气速相比较。
3. 传质性能测定
(1) 固定水流量为40L ／h ，选择适宜的空气流量，根据空气流量和温度及压力，计算出进塔的CO 2气流量，以使混合气体中CO 2浓度在0.02摩尔比左右。
(2) 调节好空气流量和水流量后，打开CO 2气瓶总阀，用CO 2自动减压阀调节CO 2流量，使其达到需要值，在空气、CO 2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 浓度约为0.02M 的氢氧化钠并加入1~2滴香草酚酞指示液。
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y 2的计算方法
2CO NaOH
NaOH
2C
/22.4
o V
n y n T V T =
=
??
? ? ??
?空气
量气管量气管
(4) 塔底吸收液的分析方法
A 当尾气分析吸收瓶达终点后即用三角瓶接取塔底吸收液样品，约200mL
B 用移液管取塔底吸收液10mL
C 用移液管取饱和氢氧化钡溶液10mL
D 将10mL 塔底液迅速加入到10mL 氢氧化钡溶液中，并加2滴酚酞指示剂
E 用0.1M 的稀盐酸滴定混合液至终点
222Ba(OH)Ba(OH)CO HCl HCl 1
C V = C V + C V 2
吸收液
(5) 水喷淋量保持不变，加大或减小空气流量，相应地改变CO 2流量，使混合气中的CO 2浓度与第一次传质实验时相同,重复上述操作，测定有关数据。
4. 实验完毕后，关闭旋涡气泵、进水阀门等仪器设备的电源，并将所有仪器复原。 注意事项：
1. 开启CO 2瓶总阀前，要先关闭CO 2自动减压阀和CO 2流量调节阀。开启时开度不宜过大。
2. 启动鼓风机前，务必先全开放空阀2。
3. 两次传质实验所用的CO 2气浓度必须一样。
五、实验结果整理
（一）实验数据记录及整理
表1 干填料时△P/H ～u 关系测定
表2 湿填料时△P/H～u关系测定
表3 填料吸收塔传质实验数据表
实验三 恒压过滤常数测定
一、实验目的
了解过滤设备的构造和操作方法；通过板框过滤装置，测定不同压力下的过滤常数
二、实验原理
过滤是液体通过滤渣层（过滤介质与滤饼）的流动。无论是生产还是设计，过滤计算都要有过滤常数作依据。由于滤渣厚度随着时间而增加，所以恒压过滤速率随着时间而降低。不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于浓度不同，滤浆温度不同，其过滤常数也不尽相同，故要有可靠的实验数据作参考。根据恒压过滤方程:
22e q qq K τ+= (1)
将(1)式两侧同除以qK ，得:
12e q q q K K τ=+ (2)
(2)式表明，在恒压过滤时，
q τ与q 之间具有线性关系，于普通坐标系上标绘q
τ
对q 的关系，所得直线斜率为
1K ，截距为2
e q K
，从而求出K ，q e 三、实验装置
板框过滤装置主要由旋涡泵、搅拌器、过滤板、滤布、计量桶等部分组成，如图1所示。
1─调速器 2─电动搅拌器 3、4、6、11、14─阀门 5、7─压力表 8─板框过滤机 9─压紧装置 10─滤浆桶 12─旋涡泵 13-计量桶
图1 恒压过滤实验流程示意图
滤浆桶内配有一定浓度的轻质碳酸钙悬浮液（浓度在2-4%左右），用电动搅拌器进行均匀搅拌(以滤浆液不出现旋涡为好)。启动旋涡泵，调节阀门3使压力表5指示在规定值（0.05~0.2MPa ）。滤液在
计量桶内计量。
四、实验方法
1.系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液桶10内浆液搅拌均匀。
2.板框过滤机板、框排列顺序为：固定头-非洗涤板-框-洗涤板-框-非洗涤板-可动头。用压紧装置压紧后待用。
3.使阀门11、阀门3处于全开，阀门4、6处于全关状态。启动旋涡泵12，调节阀门3使压力表5达到规定值（需打开压力表5的表前阀4）。
4.待压力表5稳定后，打开过滤入口阀6过滤开始。当计量桶13内见到第一滴液体时按表计时。记录滤液每增加高度10mm时所用的时间。当计量桶13读数为160 mm时停止计时，并立即关闭入口阀6。
5.打开阀门3使压力表5指示值下降，关闭阀门4，停泵。开启压紧装置卸下过滤框内的滤饼并放回滤浆槽内，将滤布清洗干净。放出计量桶内的滤液并倒回滤浆桶内，以保证滤浆浓度恒定。
6.改变压力，从（2）开始重复上述实验。
操作时应注意的事项：
1.过滤板与框之间的密封垫应注意放正，过滤板与框的滤液进出口对齐。用摇柄把过滤设备压紧，以免漏液。
2.计量桶的流液管口应贴桶壁，否则液面波动影响读数。
3.实验结束时关闭阀门3、阀门11。
4.电动搅拌器为无级调速。使用时首先接上系统电源，打开调速器开关，调速钮一定由小到大缓慢调节，切勿反方向调节或调节过快损坏电机。
5.启动搅拌前，用手旋转一下搅拌轴以保证顺利启动搅拌器。
五、实验结果整理
实验四 流量计性能测定
一、实验目的
了解转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计的测量原理和使用方法；测定并比较文丘里流量计和孔板流量计的压强损失；通过流量计性能测定装置，以涡轮流量计为标准，对其它几种流量计进行标定。
二、实验原理
流量计的种类很多，本实验是研究差压式(速度式)流量计的校正，这类差压式流量计是用测定流体的压差来确定流体流量(或流速)，常用的有孔板流量计、文丘里流量计等。
实验装置用孔板流量计，是在管道法兰间装有一中心开孔的不锈钢板，我们可以用流体运动规律导出孔板流量计的计算公式：
0V q C A =
式中：A 0--为孔板流量计的孔口面积，m 2； C 0--孔流系数
R --U 形管压差计的两臂液面差读数，m
ρ0--指示剂的密度，Kg·m -3 ； ρ--被测流体的密度，Kg·m -3 q v --流体的流量，m 3·s -1
孔板流量计结构简单，使用广泛，易于制造。缺点是能量损失大。为减少能量损失可用文丘里流量计，由于流体流经有均匀收缩段和扩大段，流速平缓，故能量损失少。一般孔板流量计能量损失在65%左右，文丘里流量计仅15%。文丘里流量计的计算公式：
0V q C A =
式中：A 0--为文丘里流量计缩脉处的面积，m 2
其余参数与孔板流量计的相同。
工厂生产的流量计大都是按照标准规范生产的，出厂时一般都在101325Pa ，20℃下以水或空气为介质进行标定，给出流量曲线或按规定的流量计算公式给出指定的流量系数。然而在实际使用时的温度、压强、介质往往与标定时不同，为了测量准确和方便使用，应在现场进行流量计的校正；校正过的流量计，在长时间使用后磨损较大，也需要再一次校正；对于自制的非标准流量计，则必须进行校正，以确定其流量。
三、实验装置
用离心泵3将贮水槽8的水直接送到实验管路中,经涡轮流量计计量后分别进入到转子流量计、孔板流量计、文丘里流量计,最后返回贮水槽8。测量孔板流量计时把9、11阀门打开；10、12阀门关闭。测量文丘里流量计时把9、10阀门打开；11、12阀门关闭。测量转子流量计时把12、10、11阀门打开；9阀门关闭。流量由调节阀10、11、12来调节水的流量。温度由铜电阻温度计测量。
流量计的校正有量体法，称重法和基准流量计法。量体法和称重法都是通过测量一定时间间隔内排出的流体体积或质量来实现的，而基准流量计法，则是用一个已被事先校正过而精度级较高的流量计作
为被校流量计的比较基准。本实验中是以涡轮流量计为基准，对其余流量计进行校正。
1-涡轮流量计 2-放水阀 3-离心泵 4-温度计
5-转子流量计 6-孔板流量计 7-文丘里流量计 8-储水槽
9、10、11、12-流量调节阀； 13-压差传感器
图1 流量计实验流程示意图
四、实验方法
（一）实验步骤：
1.启动离心泵前, 关闭泵流量调节阀
2.启动离心泵。
3.按流量从小到大的顺序进行实验。用流量调节阀调某一流量，待稳定后，读取涡轮频率数，并分别记录流量、压强差。
4.实验结束后,关闭泵出口流量调节阀9、12后,停泵。
（二）实验操作注意事项
1.阀门12在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃管打碎。
2. 确保离心泵出口阀门关闭，再启动离心泵；停机时，先将离心泵出口阀门关闭，再停泵。
五、实验结果整理
表1 文丘里流量计性能测定实验数据记录
表3 转子流量计性能测定实验数据记录
实验五 气-汽热交换传热总系数及传热膜系数的测定
一、实验目的
通过实验，掌握对流传热膜系数α及传热总系数K 的测定方法；
通过实验，掌握准数关系式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值的确定方法；
通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸汽强化套管换热器的实验研究，测定强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验原理
冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷流体。换言之，热交换过程即由给热-导热-给热三个过程串联组成。
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素（如：管内径d[m]；管内流速u[m·s -1]；流体密度ρ[kg·m -3]；流体粘度μ[Pa·s]；定压比热容C P [J·kg -1·K -1]和流体导热系数λ[W·m -1·K -1]）之间的关系可表示为如下准数关联式：
A Re Pr m n Nu =
式中：
d Nu αλ
=
――努塞儿准数（Nwsselt nwmber ）；
Re du ρμ
=
――雷诺准数（Reynolds nwmber ）；
Pr p C μ
λ
=
――普兰特准数（Ｐｒａｎｄｔｌ nwmber ）。
上述关联式中系数A 和指数ｍ，ｎ的具体数值，需要通过实验来测定。实验测得A 、ｍ、ｎ数值后，则传热膜系数即可由该式计算。例如：
当流体在圆形直管内作强制湍流时，当
Re 10000> ；Pr 0.7~160= ；
50l
d
> 且流体被加热时
0.8
0.40.023Re
Pr Nu =
在本实验中，空气走内管，水蒸汽走环隙。通过改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度（空气进、出口温度的平均值）计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。
牛顿冷却定律为 m Q A t α=? 式中：α——传热膜系数，W/（m 2·℃）
Q ——传热量，W
A ——传热总面积，m 2
m t ?——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃ 传热量可由下式求得：
21()/3600s p Q V c t t ρ=-
式中p c ——空气的定压比热容，J/（kg·℃） t 1、t 2——空气进、出口温度，℃ ρ——定性温度下空气密度，kg/m 3
s V ——空气的体积流量，m 3/h
空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量与p ?的关系为
21004
t V c d π=?
式中c 0——孔板流量计孔流系数，c 0=0.65；
d 0——孔板孔径， d 0 =0.0165 m ；
1t ρ-空气入口温度（即流量计处温度）下密度，Kg/m 3
p ?——孔板流量计压降，kPa
实验条件下的空气流量s V (m 3/h )需按下式换算:
11
273273s t t
V V t +=?
+ （2） 其中，t ——换热器管内平均温度，℃；
1t ——传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
1-液位计； 2-水箱； 3-排水阀； 4-蒸汽发生器； 5-强化套管蒸汽进口阀； 6-光滑套管蒸汽进口阀； 7-光滑套管换热器； 8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器； 9-光滑套管蒸汽出口； 10-强化套管蒸汽出口； 11-光滑套管空气进口阀； 12-强化套管空气进口阀； 13-孔板流量计； 14-空气旁路调节阀； 15-旋涡气泵； 16-蒸汽冷凝器
图1 传热综合实验装置图
三、实验装置
本实验装置主要由简单套管换热器(即光滑管)和强化内管的套管换热器（即强化管）、风机以及一系列测量和控制仪表所组成，装置流程如图1所示。
四、实验方法
1. 实验前的检查准备
(1)向水箱中加水至液位计上端。水箱中液面不可低于水箱高度的四分之三，否则容易导致加热器干烧。
(2)检查空气流量旁路调节阀14是否全开(应全开)。
(3)检查蒸汽管支路各控制阀5（6）和空气支路控制阀12（11）是否已打开（应保证有一路是开启状态），保证蒸汽和空气管线畅通。
(4)开启总电源开关，启动电加热器开关，开始加热。
2. 开始实验
(1)打开加热开关后，仪器按设定好的加热电压自动控制加热电压，蒸汽发生器内的水经过加热后产生水蒸汽，并经过空气冷却器冷凝后冷凝液回到水箱中。
(2) 换热器壳程内有水蒸汽后，打开空气旁路调节阀14后启动风机，用旁路调节阀14来调节空气的流量并在一定的流量下稳定3～5分钟后分别测量空气的流量、空气进、出口的温度和管壁温度，由温度巡检仪测量（1-光滑管空气入口温度；2-光滑管空气出口温度；3-强化管空气入口温度；4-强化管空气出口温度），换热器内管壁面的温度由温度巡检仪（上-光滑管壁面温度；下-强化管壁面温度）测得。
改变空气流量（6～8次），重复实验，记录数据。
(3)实验结束后，依次关闭加热、风机和总电源。一切复原。
实验注意事项：
1. 实验前要将水箱内的水加到指定位置，防止电热器干烧损坏电器。
2. 开始加热时，加热电压控制在(160V)左右为宜。加热电压过大则容易导致壁温不稳。
3. 加热约十分钟后，可启动风机，保证实验开始时空气入口温度比较稳定，可节省实验时间。
4. 必须保证蒸汽上升管线的畅通。即开启加热按钮之前，要确保两蒸汽支路控制阀之一（阀5或6）必须全开。转换支路时，应先开启需要的支路阀门，再关闭另一侧阀门，且开启和关闭控制阀门时动作要缓慢，防止管线骤然截断使蒸汽压力过大而突然喷出。
5. 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（阀12或11）和旁路调节阀必须全开。转换支路时，应先关闭风机电源，然后再开启或关闭控制阀。
五、实验数据记录及整理
1. 基本参数
实验内管内径d1=20mm ；实验内管外径d0=22mm
实验外管内径D 1=50mm ；实验外管外径D 0=57mm 测量段（紫铜内管）长度 1.2l m =
强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸 丝径h=3mm ； 节距H=40mm
加热釜 操作电压≤200V ；操作电流≤10A 2. 实验数据记录
将实验测得的数据，可参考下表进行记录
表1 光滑管换热器数据记录
表2 强化管换热器数据记录
3. 实验数据整理
表3 光滑管换热器数据整理结果
实验一 伯努利实验 一、实验目的 1、熟悉流体流动中各种能量和压头的概念及相互转化关系，加深对柏努利方程式的理解。 2、观察各项能量（或压头）随流速的变化规律。 二、实验原理 1、不可压缩流体在管内作稳定流动时，由于管路条件（如位置高低、管径大小等）的变化，会引起流动过程中三种机械能——位能、动能、静压能的相应改变及相互转换。对理想流体，在系统内任一截面处，虽然三种能量不一定相等，但能量之和是守恒的（机械能守恒定律）。 2、对于实际流体，由于存在内磨擦，流体在流动中总有一部分机械能随磨擦和碰撞转化为热能而损失。故而对于实际流体，任意两截面上机械能总和并不相等，两者的差值即为机械损失。 3、以上几种机械能均可用U 型压差计中的液位差来表示，分别称为位压头、动压头、静压头。当测压直管中的小孔（即测压孔）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（位压头）则为静压头与动压头之和。任意两截面间位压头、静压头、动压头总和的差值，则为损失压头。 4、柏努利方程式 ∑+++=+++f h p u gz We p u gz ρ ρ2222121122 式中： 1Z 、2Z ——各截面间距基准面的距离 （m ） 1u 、2u ——各截面中心点处的平均速度（可通过流量与其截面 积求得） (m/s) 1P 、2p ——各截面中心点处的静压力（可由U 型压差计的液位 差可知） （Pa ） 对于没有能量损失且无外加功的理想流体，上式可简化为 ρ ρ2 2 22121122p u gz p u gz + +=++ 测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压g 22 ν，从而可得到各截面测管水头和总水头。 三、实验流程图
化工原理（下）期末考试试卷 一、 选择题： (每题2分，共20分) 1.低浓度难溶气体吸收,其他操作条件不变,入塔气量增加,气相总传质单元高度 H OG 、出塔气体浓度2y 、出塔液体浓度1x 将会有__A______变化。 A OG H ↑, 2y ↑, 1x ↑ B OG H ↑, 2y ↑, 1x ↓ C OG H ↑, 2y ↓, 1x ↓ D OG H ↓, 2y ↑, 1x ↓ 2.在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系 数k y =2kmol/m2h ， 气相总传质系数Ky=1.5kmol/ m2h ，则该处气液界面上气相 浓度y i 应为__B______。平衡关系y=0.5X 。 A .0.02 B.0.01 C.0.015 D.0.005 3.下述说法中正确的是_B____。 A.气膜控制时有：*p p i ≈，L G Hk k 11<< B 气膜控制时有：*p p i ≈，L G Hk k 11>> C 液膜控制时有：i c c ≈*，G L k H k <<1 D 液膜控制时有：i c c ≈，G L k H k >>1 4.进行萃取操作时，应使溶质的分配系数___D_____1。 A 等于 B 大于 C 小于 D 都可以。 5.按饱和液体设计的精馏塔，操作时D/F 、R 等其它参数不变，仅将料液改为冷 液进料，则馏出液中易挥发组分浓度____A____，残液中易挥发组分浓度______。 A 提高，降低； B 降低，提高； C 提高，提高； D 降低，降低 6.某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为 ____C__块。 A. 30 B.31 C. 32 D. 34 7.在馏出率相同条件下，简单蒸馏所得馏出液浓度____A____平衡蒸馏。 A 高于； B 低于； C 等于； D 或高于或低于 8.指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空 气的温度无关_____B___
化工原理实验 讲义 专业:环境工程 应用化学教研室 2015.3
实验一 流体机械能转化实验 一、实验目的 1、了解流体在管流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。 2、了解流体在管流动时，流体阻力的表现形式。 二、实验原理 流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。对于实际流体， 因为存在摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有： 2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++ 上式称为伯努利方程。 三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ） 实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示： 图1-1 能量转换流程示意图
图1-2实验导管结构图 四、操作步骤 1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试 导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。 2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流 管有液体溢流。 3.流体稳定后读取并记录各点数据。 4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。 5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。 五、数据记录和处理 表一、转能实验数据表 流量（l/h） 压强mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 压强 mmH2O 测试点标 号 1 2 3 4 5 6 7 8
1 化工原理期末考试试题 一．填空题 1．精馏操作的目的是 使混合物得到近乎完全的分离 ，某液体混合物可用精馏方法分离的必要条件是 混合液中各组分间挥发度的差异 。 2．进料热状态参数q 的物理意义是 代表精馏操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程 ，对于饱和液体其值等于 0 ，饱和蒸汽q 等于 1 。 3．简单蒸馏与平衡蒸馏的主要区别是 简单蒸馏是非定态过程 。 4．吸收操作的目的是 分离气体混合物 ，依据是 组分在溶剂中溶解度之差异 。 5．连续精馏正常操作时，增大再沸器热负荷，回流液流量和进料量和进料状态不变，则塔顶馏出液中易挥发组成的摩尔组成X D 将 增大 ，塔底采出液中易挥发组成的摩尔组成X W 将 减小 。（减小，增大，不变，变化不确定） 6．平衡蒸馏（闪蒸）的操作温度是在操作压力下混合物的泡点和露点温度之间。 （泡点温度，露点温度，泡点和露点温度之间） 7．液－液萃取操作中，操作温度 ，有利于分离。（降低，升高，保持恒定）。 8．多级逆流萃取操作，减少溶剂用量，完成规定的分离任务所需的理论级数 。（增 大、减小、不变） 9．实际生产中进行间歇精馏操作，一般将 和 两种操作方式结合起来。（恒定回流比，恒定产品组成） 10．请写出两种常用的解吸操作方法： 和 。升温，气提，降压(三写二) 11．在吸收塔的设计中，气体流量，气体进出口组成和液相进口组成不变，若减少吸收剂用量，则传质推动力 减小 ，设备费用 增多 。（减小，增多） 12．当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数 升高 ，在液相中的分子扩散系数 升高 。（升高，升高） 13．吸收操作的基本依据是 组分在溶剂中溶解度之差异 ，精馏操作的基本依据是 各组分间挥发度的差异 。 14．蒸馏是分离 均相液体混合物 的一种方法，蒸馏分离的依据是 挥发度差异 。 15．恒沸精馏与萃取精馏都需加入第三组分，目的分别是 使组分间相对挥发度增大 、 改变原组分间的相对挥发度 。 16．如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。 17．板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触，在板上汽液两相呈 错流 接触。 18．易溶气体溶液上方的分压 小 ，难溶气体溶液上方的分压 大 ，只要组份在气相
实验1单项流动阻力测定 （1）启动离心泵前，为什么必须关闭泵的出口阀门？ 答：由离心泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最小，电动机负荷最小，不会过载烧毁线圈。 （2）作离心泵特性曲线测定时，先要把泵体灌满水以防止气缚现象发生，而阻力实验对泵灌水却无要求，为什么？ 答：阻力实验水箱中的水位远高于离心泵，由于静压强较大使水泵泵体始终充满水，所以不需要灌水。 （3）流量为零时，U形管两支管液位水平吗？为什么？ 答：水平，当u=0时柏努利方程就变成流体静力学基本方程： Z l P l ? :?g =Z2 P2；g,当P l = P2 时，Z I = Z2 （4 ）怎样排除管路系统中的空气？如何检验系统内的空气已经被排除干净？ 答：启动离心泵用大流量水循环把残留在系统内的空气带走。关闭出口阀后，打开U形管顶部的阀门，利用空气压强使U形管两支管水往下降，当两支管液柱水平，证明系统中空气已被排除干净。 （5）为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘？ 答：因为对数可以把乘、除变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图一目了然。 （6）你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法？它们各有什么特点？ 答：测流量用转子流量计、测压强用U形管压差计，差压变送器。转子流量计，随流量的大小，转子可以上、下浮动。U形管压差计结构简单，使用方便、经济。差压变送器，将压差转换 成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测 大流量下的压强差。 （7 ）读转子流量计时应注意什么？为什么？ 答：读时，眼睛平视转子最大端面处的流量刻度。如果仰视或俯视，则刻度不准，流量就全有误^^。 （8）两个转子能同时开启吗？为什么？ 答：不能同时开启。因为大流量会把U形管压差计中的指示液冲走。 （9 ）开启阀门要逆时针旋转、关闭阀门要顺时针旋转，为什么工厂操作会形成这种习惯？答：顺时针旋转方便顺手，工厂遇到紧急情况时，要在最短的时间，迅速关闭阀门，久而久之就形成习惯。当然阀门制造商也满足客户的要求，阀门制做成顺关逆开。 （10）使用直流数字电压表时应注意些什么？ 答：使用前先通电预热15分钟，另外，调好零点（旧设备），新设备，不需要调零点。如果有波动，取平均值。 （11）假设将本实验中的工作介质水换为理想流体，各测压点的压强有何变化？为什么？答：压强相等，理想流体u=0,磨擦阻力F=0,没有能量消耗，当然不存在压强差。 Z j +P/? +uj/2g =Z2 +u；/2g , T d1=d2 二U1=U2 又T Z1=Z2 （水平管）P1 = P2 （12）离心泵送液能力，为什么可以通过出口阀调节改变？往复泵的送液能力是否也可采用同样的调节方法？为什么？ 答：离心泵送液能力可以通过调节出口阀开度来改变管路特性曲线，从而使工作点改变。往复泵是正往移泵 流量与扬程无关。若把出口堵死，泵内压强会急剧升高，造成泵体，管路和电机的损 坏。 （13）本实验用水为工作介质做出的入一Re曲线，对其它流体能否使用？为什么？
模拟试题一 1当地大气压为 745mmHg 测得一容器内的绝对压强为 350mmHg 则真空度为395 mmH?测得另一容器内的表压 强为1360 mmHg 则其绝对压强为 2105mmHg _____ 。 2、 流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为 _0 _______，临近管壁处存在层流底层，若 Re 值越大，则该层厚度 越薄 3、 离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止 气缚 现象发生；而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免 汽蚀 现象发生。 4 、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能 越强 。 5、 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数 K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。 6、 热传导的基本定律是 傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的：?值。 间壁换热器管壁温度t w 接近于：.值 大 （大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的 导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。 7、 Z= （V/K v a. Q ） .（y 1 -丫2 ）/ △ Y m 式中：△ Y m 称 气相传质平均推动力 ，单位是kmol 吸 收质/kmol 惰气;（Y i — Y 2） / △ Y m 称 气相总传质单元数。 8、 吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于 气相主体摩尔浓度 和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、 按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。 11、工业上精馏装置，由精馏^_塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A 是指y A /X A ，其值愈大，萃取效果 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ 6、某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动） 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中 溶解度的差异 而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用 干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是 湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压 ;干燥过程是热量传递和质 越好。 A. 速度不等 B.体积流量相等 C. 速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为 -50kPa ，出口压力表的读数为 100kPa , 此设备进出口之间的绝对压强差为 A. 50 B . 150 C . 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 .泵出口的压力减小 C .泵入口处真空度减小 .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 ?旁路调节装置 C .改变活塞冲程 ?改变活塞往复频率 5、已知当温度为 T 时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ ）耐火砖的黑度。 A.大于 .等于 C .不能确定 D .小于 ，使空气温度由20 C 升至80 C,
化工原理实验指导书 目录
实验一流体流淌阻力的测定 (1) 实验二离心泵特性曲线的测定 (5) 实验三传热系数测定实验 (7) 实验四筛板式精馏塔的操作及塔板效率测定 (9) 实验五填料塔吸取实验 (12) 演示实验柏努利方程实验 (14) 雷诺实验 (16) 实验一流体流淌阻力的测定 一、实验目的
1、了解流体在管道内摩擦阻力的测定方法； 2、确定摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系。 二、差不多原理 由于流体具有粘性，在管内流淌时必须克服内摩擦力。当流体呈湍流流淌时，质点间不断相互碰撞，引起质点间动量交换，从而产生了湍动阻力，消耗了流体能量。流体的粘性和流体的涡流产生了流体流淌的阻力。在被侧直管段的两取压口之间列出柏努力方程式，可得： ΔP f =ΔP L —两侧压点间直管长度(m) d —直管内径(m) λ—摩擦阻力系数 u —流体流速（m/s ） ΔP f —直管阻力引起的压降（N/m 2 ） μ—流体粘度（Pa.s ） ρ—流体密度（kg/m 3 ） 本实验在管壁粗糙度、管长、管径、一定的条件下用水做实验，改变水流量，测得一系列流量下的ΔP f 值，将已知尺寸和所测数据代入各式，分不求出λ和Re ，在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线 。 三、实验装置简要讲明 水泵将储水糟中的水抽出，送入实验系统，第一经玻璃转子流量计测量流量，然后送入被测直管段测量流体流淌的阻力，经回流管流回储水槽，水循环使用。 被测直管段流体流淌阻力△P 可依照其数值大小分不采纳变压器或空气—水倒置U 型管来测量。 四、实验步骤: 1、向储水槽内注蒸馏水,直到水满为止。 2、大流量状态下的压差测量系统,应先接电预热10-15分钟,观擦数字外表的初始值并记录后方可启动泵做实验。 3、检查导压系统内有无气泡存在.当流量为0时打开B1、B2两阀门，若空气－水倒置U 型管内两液柱的高度差不为0，则讲明系统内有气泡存在,需要排净气泡方可测取数据。 排气方法：将流量调至较大，排除导压管内的气泡，直至排净为止。 4、测取数据的顺序可从大流量至小流量，反之也可，一样测15～20组数，建议当流量读数小于300L/h 时，用空气—水倒置U 型管测压差ΔP 。 5、待数据测量完毕，关闭流量调剂阀，切断电源。 五、使用实验设备应注意的事项： 2 2u d L P h f f ?=?= λ ρ 2 2u P L d f ??= ρλμ ρ du = Re
新乡学院2011 —2012学年度第一学期 《化工原理》期末试卷A卷 课程归属部门：化学与化工学院试卷适用范围：09化学工程与工艺（本科） 题号-一一-二二-三总分 得分 111 1 8.吸收过程中的总阻力可表示为恳仁臥，其中-表 示，当H 时（很大、很小），1 1可忽略，则该过程 Hk L 近似为控制。 9.在常压下，X A 0.2 （摩尔分数，下同）的溶液与y A0.15的气体接触，已知 得分—.评卷人一、填空（每题1分，共30 分） 1. 吸收操作是依据_________________________________ ，以达到分离均相 气体混合物的目的。 2. 干燥速率曲线包括：恒速干燥阶段和___________ 阶段。在恒速干燥阶段，物料 的表面温度等于空气的__________ 温度，所干燥的水分为___________ 水分。 3. 二元理想物系精馏塔设计，若q n,F、X F、X D、X W、一定，将饱和液体进料改为 饱和蒸汽进料，则最小回流比___________ ，若在相同回流比下，所需的理论板 数_______ ，塔釜热负荷________ ，塔顶冷凝器热负荷_________ 。 4. 已知精馏段操作线方程 ______________ y=0.75x+0.2,则操作回流比R ，馏出液组成 X D=_____ ;提馏段操作线方程y 1.3x 0.021，则x w= . m 2，此时将发生_________ 。 10. 在分离乙醇和水恒沸物时，通常采用________ 精馏，加入的第三组分____ ， 无水乙醇从塔 ____ （顶、底）引出。 11. 塔的负荷性能图中包括5条线，这5条线包围的区域表示________________ 。 12. 全回流操作时回流比R等于_________ ，精馏段操作线方程为 __________ 。 1 13.板式塔漏液的原因是______________ ，溢流堰的作用__________________ 。 14当空气相对湿度巾=98%寸.则空气的湿球温度t w、干球温度t、露点温度t d 之间的关系为 ____________________ 。 15.某两组份混合物的平均相对挥发度 2.0，在全回流下，从塔顶往下数对第 得分评卷人 选择题（每题2分，共30分） 5. 若x*-x近似等于X i - X，则该过程为_____________ 控制。 6. 用纯溶剂逆流吸收，已知q n,i /q n,v =m,回收率为0.9，则传质单元数 N D=_______ 。 7. 蒸馏在化工生产中常用于分离均相_____________ 混合物，其分离的依据是根据_____________________ 。1. 在恒定干燥条件下将含水20%（干基，下同）的湿物料进行干燥，开始时 干燥速度恒定，当干燥至含水量为5%寸，干燥速度开始下降，再继续干燥至物料衡重，并设法测得此时物料含水量为0.05%，则物料的临界含水量为（），平衡含水量（）。 （A）5% （B）20% （C）0.05% （D）4.95%
化工过程—化学与物理方法处理过程的总和。 单元操作—无化学反应的基本物理过程。 ?流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备 ?过滤：液固混合物的分离 ?沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心） ?搅拌：液液或液固体系的混合 ?颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触 ?气力输送：固体微粒的管道输送 ?加热冷却：增加或降低特定物质的温度 ?蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品 ?蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异） ?吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度）?吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力）?萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金） ?干燥：从固体产品中去除湿分 ?结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品 三传一反 三传 1. 流体流动过程 (动量传递) 2. 传热过程 (热量传递) 3. 传质过程 (质量传递) 一反 反应器原理
精馏 理想溶液 各组分分子间的作用力相等的溶液。 性质相近，组成相近的物质组成的溶液可视为理想溶液 如：乙醇-甲醇 苯-甲苯 拉乌尔定律：在一定温度下汽液达到平衡时溶液上方某组分的蒸汽分压等于该组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以它在溶液中的摩尔分率。 0A A A p p x =? ()001B B B B A p p x p x =?=?- 挥发度A A A p x ν= B B B p x ν= 相对挥发度A B ναν= 物料恒算：F 、D 、W ——分别为原料液、气相、液相产品流量kmol/S X F 、y 、x ——分别为原料液、气相、液相产品组成；摩尔分率。 总物料：F=D+W 易挥发份：F Fx Dy Wx =+ 液化分率：W q F = 汽化分率：1-q 汽液平衡时的组成关系：11 F x q y x q q =--- 对理想溶液：()11x y x αα=+- 操作线与进料状况的关系 提馏段操作线和进料线均与q 有关，而q 随进料状况的变化而变化。原料液进塔不外以下五种情况，但重要酌是要掌握饱和液体进料，生产中这种情况最多。 (1)沸点下的饱和液体进料；亦称泡点进料。因为料温与进料扳上液体温度接近，不会在进料板上造成气化或冷凝，且进料中气相量甚微，可以忽略不计，故q ＝1 即精馏段与提馏段上升的气量相等，进料全部汇入回流液到提馏段。 (2)饱和蒸气进料：料温与进料板温度亦接近，不会发生冷凝，且进料中液相量甚微可以忽略不计，所以q ＝0 即原料液进塔后全部与上升蒸气汇合而进入精馏段，精馏段与提馏段下降液量相等。 (3)低于沸点的冷液进料：由于料温低于进料板温度，必然要先吸收部分热量才能使液体加热到板上的沸腾温度。这样，势必冷凝一部分上升蒸气，使进料板下降液量的增加量超过进料量，故q ﹥1。 (4)过热蒸气进料：由于进料温度高于沸点，与提溜段上升的蒸气汇合后还
第一部分 实验基础知识 1、 如何读取实验数据 2、 如何写实验报告 3、 数据处理 一、实验数据的误差分析 1. 真值 2、平均值及其种类 3、误差的分类 4、精密度和精确度 5、实验数据的记数法和有效数字 错误认识：小数点后面的数字越多就越正确，或者运算结果保留位数越多越准确。 二、实验数据处理 实验数据中各变量的关系可表示为列表式，图示式和函数式。 第二部分 实验内容 a log log log log ln ln ln ln ln 1212=--+=?=+=?=截矩直线的斜率＝真值，双对数坐标半对数坐标x x y y x b a y ax y bx a y ae y b bx Θ
每个实验的原理、操作方法、仪表的使用、实验记录、数据处理、思考题 一、精馏实验： 物系、实验原理、流程图、数据处理（用公式表示）、思考题 1)测定指定条件下的全塔效率或等板高度 2)操作中可调节可控制的量 3)物料浓度的测定方法 4)操作步骤，先全回流，再确定一定回流比操作，为什么 5)实验中出现异常现象（液泛，无回流），如何判断？如何处理？ 6)进料状态对精馏塔的操作有何影响？确定q线需要测定哪几个 量？查取进料液的汽化潜热时定性温度应取何值？ 7)什么是全回流？全回流操作的标志有哪些？在生产中有什么实际 意义？ 8)其他条件都不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？ 9)进料板位置是否可以任意选择，它对塔的性能有何影响？ 10)为什么酒精蒸馏采用常压操作而不采用加压蒸馏或真空蒸馏？ 11)将本塔适当加高，是否可以得到无水酒精？为什么？ 12)影响精馏塔操作稳定的因素有哪些？如何确定精馏塔操作已达 稳定？本实验装置能否精馏出98%（质量）以上的酒精？为什么？ 13)各转子流量计测定的介质及测量条件与标定时的状态不同，应如 何校正？
第六章精馏习题 一、填空 1、在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。 2、当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。 3、双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对 的挥发度之比，若α=1表示。物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。 4、工业生产中在精馏塔内将过程和 过程有机结合起来而实现操作的。 5、精馏塔的作用是。 6、在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是 ；加料板以下的塔段（包括加料板）称为，其作用是。 7：离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，互成平衡。 8：精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1） 和（2）。 9：精馏过程回流比R的定义式为；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为；而 R= 时，所需理论板数为∞。 10：精馏塔有进料热状况，其中以进料q值最大，进料温度泡点温度。 11：某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于，馏出液流量等于，操作线方程为。 12：在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y 1,x 1 及 y 2,x 2 ；则它们的大小顺序为最大，第二，第三，而最小。 13：对于不同的进料热状况，x q 、y q 与x F 的关系为 （1）冷液进料：x q x F ，y q x F ； （2）饱和液体进料：x q x F ，y q x F ； （3）气液混合物进料：x q x F ，y q x F f ； （4）饱和蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； （5）过热蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； 13.塔板上的异常操作现象包括、、 。 14.随着气速的提高，塔板上可能出现四种不同的气液接触状态，其中 和均是优良的塔板工作状态，从减少液膜夹 带考虑，大多数塔都控制在下工作。 二、选择 1：精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比 V L （），馏出液组成x D ( ),釜残液组成x W ( ). A 增加 B 不变 C 不确定 D减小 2：精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体 进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数N T （），提馏段下降液 体流量L/（）。 A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定 3：对于饱和蒸汽进料，则有L'（）L ，V'（）V。 A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定 4精馏塔中由塔顶向下的第n-1，n，n+1层塔板，其气相组成关系为（） A y n+1 >y n >y n-1 B y n+1 =y n =y n-1 C y n+1
实验四 1.实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? 无影响。因为Q=αA△t m，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由 于蒸汽的温度不变，故△t m不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响， 所以传热效果不变。 2.蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么 措施？ 不冷凝气体的存在相当于增加了一项热阻，降低了传热速率。冷凝器 必须设置排气口，以排除不冷凝气体。 3.实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷 凝水？ 冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速 率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 4.实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体侧温度？为什么？传热系数k 接近于哪种流体的 壁温是靠近蒸汽侧温度。因为蒸汽的给热系数远大于冷流体的给热系 数，而壁温接近于给热系数大的一侧流体的温度，所以壁温是靠近蒸汽侧温度。而总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数 5.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。 实验五固体流态化实验 1.从观察到的现象，判断属于何种流化？ 2.实际流化时，p为什么会波动？ 3.由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4流体分布板的作用是什么？ 实验六精馏 1．精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关? 答（1）因为塔釜压力与塔板压力降有关。塔板压力降由气体通过板上孔口或通道时为克服局部阻力和通过板上液层时为克服该液层的静压力而引起，因而塔板压力降与气体流量（即塔内蒸汽量）有很大关系。气体流量过大时，会造成过量液沫夹带以致产生液泛，这时塔板压力降会急剧加大，塔釜压力随之升高，因此本实验中塔釜压力可作为调节塔釜加热状况的重要参考依据。（2）塔釜温度、流体的粘度、进料组成、回流量。 2．板式塔气液两相的流动特点是什么? 答：液相为连续相，气相为分散相。 3．操作中增加回流比的方法是什么，能否采用减少塔顶出料量D的方法? 答：（1）减少成品酒精的采出量或增大进料量，以增大回流比；（2）加大蒸气量，增加塔顶冷凝水量，以提高凝液量，增大回流比。
化工原理实验 实验讲义 西南科技大学材料科学与工程学院材料基础中心实验室 二○一三年十二月
目录 实验一、流体力学综合阻力实验A (2) 实验二、固体流态化的流动特性实验 (6) 实验三、除尘性能实验 (11) 实验四、圆球法测固体材料导热系数 (13)
实验一、流体力学综合阻力实验A 实验前介绍 双台综合阻力实验台（图1）为流体力学综合性多用途教学实验装置。为双台型，可供两组学生同时进行实验。利用本装置可进行下列实验： 1．沿程阻力实验 2．局部（阀门）阻力实验 3．孔板流量计流量系数测定实验 4．文丘里流量计流量系数测定实验 实验装置 实验台的结构简图如图1所示。它主要由沿程阻力实验管路1、局部（阀门）阻力实验管路2、孔板流量计实验管路3和文丘里流量计实验管路4等四路实验管所组成，并有水泵及其驱动电机5，塑料储水箱6，有机玻璃回水水箱及计量水箱7（实测流量时用）、压差显示板8（图中未示出）和一些闸门组成的实验水循环系统和压差显示系统等，双台实验装置安装在一个底架9和管道支架10上。 文丘里实验管路为所有其它实验管路共用的出流通道。 图1 实验台结构简图 工业应用 以水泥工业的预热预分解系统为例：对于预热器系统来说，系统的阻力损失直接关系到能耗问题，因此在设计时就要充分考虑到局部阻力和沿程阻力等，所以了解这两种阻力的性质、可能出现的情况、以及如何减少这类损失等知识是很有必要的。对于其他生产工艺来说都是同样的重要。 在生产中经常要对系统的稳定运行进行热工标定，即：测定管道内的流体速度，以检测系统是否正常稳定运行，并依此数据进行调节。这就会用到流量计和毕托管等测定流体速度，
1、 在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数 数值 ________ 。 A. 与光滑管一样 B. 只取决于Re C.取决于相对粗糙度 D.与粗糙度无关 2、 某离心泵运行一年后发现有气缚现象，应 _____ 。 A. 停泵，向泵内灌液 B. 降低泵的安装高度 C.检查进口管路是否有泄漏现象 D. 检查出口管路阻力是否过大 3、 液体在两截面间的管道内流动时,其流动方向是 ________ 。 A. 从位能大的截面流向位能小的截面； B. 从静压能大的截面流向静压能小的截面； C. 从动能大的截面流向动能小的截面； D. 从总能量大的截面流向总能量小的截面； 相差较大时，提高总传热系数 K 值的措施 B. 提高大的值； D.提高大的值，同时降低小的值。 5、在空气-蒸汽间壁换热过程中可采用 _____ 方法来提高传热速率最合理。 A. 提高蒸汽速度； B.采用过热蒸汽以提高蒸汽温度； C. 提高空气流速； D.将蒸汽流速和空气流速 都提高。 6沉降室的生产能力与—有关。 \ A. 颗粒沉降速度和沉降室高度； B.沉降面 积； C. 沉降面积和颗粒沉降速度； D. 沉降面积、沉降室高度和颗粒沉降速度。 7、 离心泵的扬程是指泵给予（ ）液体的有效能量。 A. 1kg B. 1N C. 1m 8、 雷诺数的物理意义表示 __________ 。 A. 粘滞力与重力之比； B.重力与惯性力之比； C.惯性力与粘滞力之比； D.压力与粘滞力之比。 4、冷热两流体的对流给热系数 是 _____ 。 A.提高小的值； C.两个都同等程度提高；
9、为了减少室外设备的热损失，保温层外的一层隔热材料的表面应该 是_________ 。 A. 表面光滑，色泽较浅 B.表面粗糙，色泽较深
化工原理（上）期末考试试卷 一、 选择题： (每题2分，共20分) 1.空气以相同的流速分别通过水平放置的等径直管AB 和垂直放置的等径直管CD 。已知 d AB =d CD ，L AB =L CD ，U 型差压计指示液相同，读数分别为R1、R2。则________。 A △P A B =△P CD B △P AB >△P CD C hf AB =hf C D D R 1>R 2 2.为提高U 形压差计的灵敏度较高，在选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差（ρ指 -ρ）的值________。 A. 偏大 B. 偏小 C. 不确定 3.有两种说法(1)往复泵启动不需要灌水(2)往复泵的流量随扬程增加而减少则________。 A 两种说法都不对 B 两种说法都对 C 说法(1)正确,说法(2)不正确 D 说法(1)不正确,说法(2)正确 4.以下说法是正确的:当粘度μ较大时,在泵的性能曲线上________。 A 同一流量Q 处,扬程H 下降,效率η上升 B 同一流量Q 处,扬程H 上升,效率η上升 C 同一流量Q 处,扬程H 上升,效率η下降 5.离心泵的扬程是 ________。 A 实际的升扬； B 泵的吸液高度； C 液体出泵和进泵的压差换算成液柱高度； D 单位重量液体出泵和进泵的机械能差值 6.过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩进行恒速过滤时,如滤液量增大一倍,则_______ A 操作压差增大至原来的2倍 B 操作压差增大至原来的2倍 C 操作压差增大至原来的4倍 D 操作压差保持不变 7.当介质阻力忽略不计的恒压过滤时，由τ=0至τ=τ的平均过滤速率反比于过滤时间τ的 _______ A 1次方 B 2次方 C 1.5次方 D 1/2次方
淮海工学院 12 - 13学年第2学期化工原理A(一) 复习参考 一、单项选择题 21. 离心泵在叶轮直径为40cm时的轴功率为40Kw,现在切割叶轮直径至20cm,此时的轴功率为( A )A：5Kw B: 10Kw C: 20Kw D: 40Kw 22. 离心泵在叶轮直径为40cm时的流量为40m3/h,现在切割叶轮直径至20cm,此时的流量为( B )A：10m3/h B: 20m3/h C: 40m3/h D: 80m3/h 23. 离心泵在叶轮直径为40cm时的扬程为40m,现在切割叶轮直径至20cm,此时的扬程为( A ))A：10m3/h B: 20m3/h C: 40m3/h D: 80m3/h 30.在泵的分类中,齿轮泵属于( B) A：离心泵 B: 旋转泵 C: 往复泵 31. 在泵的分类中,计量泵属于( C ) A：离心泵 B: 旋转泵 C: 往复泵 32. 在泵的分类中,隔膜属于( C ) A：离心泵 B: 旋转泵 C: 往复泵 33. 在泵的分类中,螺杆泵属于( B ) A：离心泵 B: 旋转泵 C: 往复泵 34.气体输送设备中,终压在1∽3个压力(表压)的机械是( B ) A：通风机 B: 鼓风机 C: 压缩机 D:真空泵 35. 气体输送设备中,终压在0∽1个压力(表压)的机械是( A ) A：通风机 B: 鼓风机 C: 压缩机 D:真空泵 36. 气体输送设备中,终压在小于1个压力(表压)的机械是( D ) A：通风机 B: 鼓风机 C: 压缩机 D:真空泵 37. 气体输送设备中,压缩比大于4的机械是( C ) A：通风机 B: 鼓风机 C: 压缩机 D:真空泵 42.固液分离设备中,分离速度最快的操作是( B ) A：重力沉降 B: 离心分离 C: 板框压滤 D旋风分离 45.流体的特性对对流传热系数α有一定影响,采取什么措施能使α增大(B ) A：降低导热系数 B: 降低粘度 C: 减小热容量ρC p D:减小体积膨胀系数β46. 流体的特性对对流传热系数α有一定影响,采取什么措施能使α增大( A ) A：增大导热系数 B: 增大粘度 C: 减小热容量ρC p D:减小体积膨胀系数β62、燃烧炉墙壁由两种材料构成，已知，t1=1000℃,t3=100℃,b1=2b2，导热系数 λ1=0.5λ2；则t2=( B )℃ (a)360 (b)280 t1 t2 t3 (c)200 (d)380 72．列管换热器中，需设置温度补偿装置的是（A A：固定管板B：浮头C：U型管D：填料函
目录 绪 论 实验一雷诺实验 实验二伯努利方程实验实验三流体流动阻力的测定实验四流量计校核实验实验六恒压过滤常数的测定实验七 传热实验 实验八精馏实验 实验十干燥实验
绪 论 一、化工原理实验的特点 《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。 虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。 化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。 二、化工原理实验的要求 1.巩固和深化理论知识。化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。这些内容是很抽象的，还应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授的内容。我们针对这部分的要求在每个实验的后面布置了许多思考题，可引导和启发同学们认真做实验，并通过实验环节，理解过程原理及各种影响因素。故要求同学们在做实验和完成实验报告中认真完成这些思考题。 2. 初步掌握化工工程问题的研究方法，熟悉化工数据基本测试技术。工程中无论实验研究法和数学模型法均离不开实验测定各种化工数据。通过实验过程可进一步认识解决工程问题的这些方法，同时也熟悉这些设备、仪表的结构、主要性能及基本操作。 三、化工原理实验预习报告 每次做实验前必须将实验预习报告交给实验指导教师检查合格后方能进行实验。
生物系 1 2级生物工程《化工原理》过程考核试卷 一、填空题（每空1分，共27分） 1．如果板式塔设计不合理或操作不当，可能会产生、及等 不正常现象，使塔无法工作。 2 ．对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的 HOG,NOG。 3．对流传质理论的主要三个理论是、、。 4．表征“三传”的三个类似的定律是：表征动量传递的、表征热量 传递的、表征质量传递的。 5.压力①温度②将有利于吸收的进行 ; 分析原因：直观来说 有利于增加，从传质速率的本质来说，有利于增加。 6.若某气体在水中的亨利系数 E值很大，说明该气体为气体，吸收操作 的用途是分离. 7.写出三种常见的填料名称、和。 8.扩散通量 J A等于传质通量 N A的条件是：；气体吸收属于 扩散过程，此时 J A N A（填“＞”、“＜”或“＝”），这是由于对传质速率产生的影响。 9.双膜理论的要点是：（１）；（２）。 10. 气体吸收计算中表示设备（填料）效能高低的一个参量是， 而表示传质任务难易程度的一个参量是。 二、选择题（每空 1 分，共 10 分） 1. 在吸收塔设计中，当吸收剂用量趋于最小用量时，。 (A) 回收率趋于最高； (B) 吸收推动力趋于最大；(C) 操作最为经济； (D) 填料层
高度趋于无穷大。 2.最大吸收率η与 ____ 无关。 (A)液气比；(B)液体入塔浓度x；(C)相平衡常数m；(D)吸收塔型式 3.在填料塔中逆流吸收低浓气体时，若其他操作条件不变，但入塔气量增加，则气体出塔组成 y2 将?__________?，液体出塔组成 x1 将 ?__________?。? (A)? 变大 ;(B)? 变小 ;(C)? 不变 ;(D)? 不确定 4. 某一吸收过程，已知气膜吸收传质系数k y 4 104kmol ，液膜吸收传质系m 2s 数 k x8 10 4 kmol，由此可知该过程为 ______。 m 2s (A)? 液膜控制； (B)? 气膜控制； (C)? 判断根据不全面； (D)? 双膜控制。 5.正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以致液气比小于原定的 最小液气比时，下列哪些情况将发生() （Ａ）出塔液体浓度 x b增加，回收率增加；Ｂ）出塔气体浓度增加，但x b不变；（Ｃ）出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加；（Ｄ）在塔下部将发生解吸现象。 6.在填料塔中用清水吸收混合气中ＮＨ3，当水泵发生故障上水量减少时，气相 总传质单元数ＮOG（） （Ａ）增加；（Ｂ）减少；（Ｃ）不变。 7.填料吸收塔空塔的速度应（）于液泛速度。 （Ａ）大；（Ｂ）小；（Ｃ）等。 8.通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，完成一定的分率 ( )。 （Ａ）回收率趋向最高；（Ｂ）吸收推动力趋向最大； （Ｃ）操作最为经济；（D）填料层高度趋向无穷大。