化工原理实验讲义(版本)

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O—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................................................... 1..1. 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。

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,所以掌握其操作方法对科学研究和指导生产都有着重要的意义。

（一）沿程阻力实验1实验目的（1）测定流体在等直流管中流动状态下，不同雷诺数Re时的沿程阻力系数，并确定它们之间的关系。

（2）了解流体在管道中流动时能量损失的测量和计算方法。

化工原理实验讲义化工原理实验讲义（新增）湖南大学化学化工学院实验中心2012.04目录实验1 雷诺实验 (1)实验2 柏努利实验 (3)实验3板式塔流体力学性能的测定 (5)实验4流体阻力测定实验 (9)实验5离心泵性能测定和流量计标定实验 (12)实验6传热实验 (18)实验7精馏实验 (22)实验8过滤实验 (26)实验9氧解吸实验 (29)实验10 液—液萃取实验 (36)实验11干燥速率曲线测定实验 (41)实验12 固体流态化实验 (45)实验13 化工管路拆装实训 (49)实验14 化工仪表综合实训 (54)实验1 雷诺实验一、目的1．观察流体在层流和湍流时两种不同的流动形态，观察层流时流体在导管中的速度分布。

2．测定各种流动状态下的Re，建立层流、湍流与Re之间的联系。

二、原理1．层流与湍流的根本区别，在于流体内部质点的运动方式不同。

层流时，流体的质点沿着与管轴平行的方向成直线运动，互不碰撞，互不混合，湍流时流体质点的运动是不规则的，质点之间发生剧烈的碰撞与混合并导致整个流体的湍动，无论层流和湍流，管壁处速度都为零，离开管壁以后速度渐快，管中心处速度最大。

层流时，速度沿管子的直径按抛物线的规律分布。

2．流体流动状态是由多方面因素决定的，把这些因素组合成，称为雷诺准数（Re），根据Re的数值，可判断流动属于层流还是湍流。

三、实验设备及流程实验装置如图所示。

试验时水由稳压水槽进入玻璃管，此玻璃管供观察流体流动形态和层流时导管中流速分布之用。

为了使玻璃管内的流动稳定，槽内设有缓冲器和溢流器，实验时应维持稳压水槽液面稳定。

雷诺实验装置四、实验步骤1．层流速度分布演示先将流量计后的出口调节阀关闭，将水加满整个试验系统，并保持溢流水槽内有一定的溢流量。

打开示踪剂管路阀，让示踪剂充满整个试验导管的截面，再调节自由夹至能观察到管内红色细流。

少许开启转子流量计调节阀，将流量调至最小，以便观察稳定的层流流型及层流时流体在管截面上的速度分布（切勿扰动）。

实验一 雷诺演示实验一、 实验目的1. 了解流体圆管内的流动形态及其与雷诺数Re 的关系；2. 观察流体在圆管内作稳定层流及湍流两种情况下的速度分布及湍流时壁面处的层流内层；3. 观察并测定流动形态发生临界变化时流量、流速与雷诺数。

二、 实验原理雷诺数μρdu =Re ，一般情况下Re ＜（2000～3000）时，流动形态为层流，Re ＞4000时，流动形态为湍流。

μπρμπρπμρd q d du d du 44141Re =∙∙==测定流体1升水所需时间，计算出q ，然后可计算出对应的Re 。

三、 实验装置在1700⨯500⨯500mm 的玻璃水箱内安装有一根内径为28mm 、长为1450mm 的长玻璃管，玻璃管进口做成喇叭形以保证水能平稳的流入管内，在进口端中心处插入注射针头，通过小橡皮管注入显色剂——红墨水。

水由水箱底部进入，并从上部溢流口排出，管内水流速可由管路下游的阀门控制。

本装置玻璃水箱主体由15mm的钢化玻璃粘接而成，所连接上下水管道均有不锈钢材质，下边的轮为能承重的加强轮，在做实验时，需要将轮刹车。

本实验其他设施：水、红墨水、秒表:1块、量筒：1000ml 1个四、实验步骤与现象观察1.开启上下阀门至溢流槽出现溢流。

2.缓和开启实验玻璃管出口阀门，为保证水面稳定，应维持少量溢流。

3.徐徐打开显示剂橡皮管上夹管，调整显示剂流速与管内水流速一致，观察显示剂流线，并记录一定时间内通过的水量和水温。

4.自小到大再自大到小调节流量，计算流型转变的临界雷诺数。

5.观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。

6.观察湍流时壁面处的层流内层。

五、注意事项1．由于红墨水的密度大于水的密度，因此为使从给针头出来的红墨水线不发生沉降，需要红墨水用水稀释50％左右。

2．在观察层流流动时，当把水量调得足够小的情况下（在层流范围），禁止碰撞设备，甚至周围环境的震动、以及水面风的吹动均会对线型造成影响。

为防止上水时造成的液面波动，上水量不能太大，维持少量溢流即可。

化工原理实验讲义(doc 55页)化工原理实验讲义化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室目录第 1 章........................化工基础实验技术41.1温度的测量41.2压力的测量91.3流量的测量13第 2 章.............. 实验数据分布及基本数据处理212.1实验数据的分布212.2实验数据的基本处理222.3实验报告的基本要求23第 3 章........................化工原理基本实验273.1流体流动阻力的测定273.2离心泵特性曲线的测定343.3对流传热系数的测定403.4填料塔压降曲线和吸收系数的测定453.5精馏塔效率的测定543.6干燥速率曲线的测定613.7扩散系数的测定663.8液—液萃取塔的操作72第 4 章............................... 演示实验784.1雷诺实验784.2机械能守恒与转换824.3边界层形成与分离85第 5 章.................... 化工流动过程综合实验87第 1 章化工基础实验技术1.1 温度的测量1.常用的温度计形式（1）膨胀式温度计实用的膨胀式温度计有玻璃管液体温度计，双金属片温度计和压力表式温度计。

（2）玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计利用液体的体积与温度之间的关系，用毛细管内液体上升的高度来指示被测温度。

一般测量范围在−100℃~ +600℃。

这种温度计结构简单，使用方便，测量精度较高（0.1~2.5级）。

工作液体多使用汞和酒精，封装时充入惰性气体，以防止液柱断开。

（3）双金属片温度计双金属片温度计制作成表盘指针形式。

双金属片结合成一体，一端固定，另一端自由。

由于不同金属的热膨胀系数的差异而产生弯曲变形，带动指针的位移。

一般测量范围在−80℃~ +600℃。

这种温度计结构简单，使用方便，但测量精度不高（1~2.5级）。

（4）压力表式温度计压力表式温度计的工作原理与机械式压力表相同。

化工原理实验实验一 流体力学综合实验一、实验目的1、了解管路粗糙度及管件对流动阻力的影响。

2、测定水在管道内流动时的直管阻力损失，作出λ与Re 的关系曲线。

3、测定水在管道内流动时的局部阻力损失，测量和计算不同开度下截止阀的局部阻力系数ζ或当量长度l e 。

4、测定一定转速下，离心泵的特性曲线。

二、实验原理1. 摩擦阻力系数 λ～Re流体在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量损耗，此损耗能量为直管阻力损失。

根据柏努利方程，对等直径的1、2两截面间的直管阻力损失为：图1 直管阻力测量原理示意图ρph f ∆=（1）由因次分析法得22u d l h f ⋅⋅=λ（2）22d pl u λρ∆=⋅ （2） μρ⋅⋅=u d Re （3）⎪⎭⎫ ⎝⎛=d f ελRe,（4）式中： h f − 直管阻力损失 (J/kg)； λ − 摩擦阻力系数；l 、d 、ε − 直管的长度、管内径和绝对粗糙度 (m)； ∆p − 流体流经直管的压降 (Pa)；ρ 、μ − 分别是流体的密度 (kg/m 3) 和粘度 (Pa ⋅s)； u − 流体在管内的平均流速 (m/s)。

由公式（2）可以看出，流体流动时的摩擦阻力损失与管道的长度成正比，与管道的直径成反比。

流体的平均速度越高，阻力损失越大。

利用公式（2）计算直管阻力损失时，需要知道不同雷诺数下摩擦阻力系数的值。

穆迪图给出了λ~Re 的关系曲线。

本实验装置可以利用上面的公式来验证直管阻力损失计算，测定λ~Re 的关系曲线。

流体在长度和直径一定的管道内流动时，利用U 型管压差计实验测出一定流量下流体流经该长度管段所产生的压降，即可算得 h f ，利用公式（2）可得到λ，根据流速和物性数据可按公式（5）计算出对应的雷诺数Re ，从而关联出 λ 与Re 的关系曲线。

改变实验管可得出不同粗糙度（不同材质直管）的λ 与Re 的关系曲线。

2. 当量长度l e 和局部阻力系数 ζ流体在流经阀门、管件时，由于流道方向或大小的改变，造成流体的剧烈湍动，造成的能量损失称为局部阻力损失。

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、湍流的流动型态。

观察流体层流流动的速度分布。

二、实验内容1. 以红墨水为示踪剂，观察圆直玻璃管内水为工作流体时，流体作层流、过渡流、湍流时的各种流动型态。

2.观察流体在圆直玻璃管内作层流流动的速度分布。

三、实验装置实验装置流程如图1-1所示。

图1-1 雷诺实验装置1 溢流管；2 墨水瓶；3 进水阀；4示踪剂注入管5水箱；6 水平玻璃管；7 流量调节阀实验管道有效长度: L＝600 mm外径: Do＝30 mm内径: Di＝24.5 mm孔板流量计孔板内径: do＝9.0 mm四、实验步骤1. 实验前的准备工作(1) 实验前应仔细调整示踪剂注入管4的位置，使其处于实验管道6的中心线上。

(2) 向红墨水储瓶2 中加入适量稀释过的红墨水，作为实验用的示踪剂。

(3) 关闭流量调节阀7，打开进水阀3，使水充满水槽并有一定的溢流，以保证水槽内的液位恒定。

(4) 排除红墨水注入管4中的气泡，使红墨水全部充满细管道中。

2. 雷诺实验过程(1) 调节进水阀，维持尽可能小的溢流量。

轻轻打开阀门7，让水缓慢流过实验管道。

(2) 缓慢且适量地打开红墨水流量调节阀，即可看到当前水流量下实验管内水的流动状况（层流流动如图1-2所示）。

用体积法（秒表计量时间、量筒测量出水体积）可测得水的流量并计算出雷诺准数。

因进水和溢流造成的震动，有时会使实验管道中的红墨水流束偏离管的中心线或发生不同程度的摆动；此时, 可暂时关闭进水阀3，过一会儿，即可看到红墨水流束会重新回到实验管道的中心线。

图1-2层流流动示意图(3) 逐步增大进水阀3和流量调节阀7的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高实验管道中的水流量，观察实验管道内水的流动状况（过渡流、湍流流动如图1-3所示）。

同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。

实验一 流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力f P ∆及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度d ε之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数ζ。

二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。

其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。

本实验分为直管摩擦系数和局部（阀门）阻力系数ζ两种情况。

1、直管摩擦系数与雷诺数Re 的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。

流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ρρff P P P h ∆=-=21 （1-1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22u d l h fP f λρ==∆ （1-2） 整理（1-1）（1-2）两式得22u P l d f∆⋅⋅=ρλ （1-3）μρ⋅⋅=u d Re （1-4）式中：-d 管径，m ；-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ；-ρ流体的密度，kg / m 3； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。

在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。

若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。

所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降f P ∆与流速u （流量V ）之间的关系。

根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）计算对应的Re ，从而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。

2、局部（阀门）阻力系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=∆=' （1-5） 2'2u P f∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （1-6）式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。

化工原理实验讲义-化工本1. 实验目的本实验旨在通过对化工原理的实验操作，在实践中掌握化工原理的基本原理和实验技巧，培养学生的实验能力和综合素质。

2. 实验材料和仪器设备2.1 实验材料•硫酸铜•硝酸银•氢氧化钠•蒸馏水•滤纸2.2 仪器设备•量筒•试管•灯台•滴定管•镊子•烧杯3. 实验原理化工原理是化学工程中的基础课程之一，其实验实践主要涉及以化学反应为基础的物质转化过程。

本实验主要讲解了三个基本实验，包括硫酸铜溶液的制备、硝酸银与盐酸反应以及氢氧化钠的滴定。

3.1 硫酸铜溶液的制备硫酸铜溶液是一种常用的化学试剂，用于常规实验和工业生产中的染料、催化剂等。

制备硫酸铜溶液的原理是将硫酸铜与蒸馏水按一定的配比混合，并进行搅拌，最终得到所需的溶液。

3.2 硝酸银与盐酸反应硝酸银与盐酸反应是一种重要的化学反应，常用于药物合成、污染检测等领域。

此反应的原理是将硝酸银溶液与盐酸按一定的摩尔配比混合，通过氯化银的生成来观察反应的进行。

3.3 氢氧化钠的滴定氢氧化钠的滴定是一种常用的分析方法，可用于测定溶液中的盐酸含量。

滴定的原理是将酸溶液与氢氧化钠的溶液按一定的滴定体积比进行滴定，通过酸碱中和反应的终点变化来确定溶液中酸的浓度。

4. 实验步骤4.1 硫酸铜溶液的制备步骤1.准备所需材料和仪器设备。

2.称取一定质量的硫酸铜固体。

3.将硫酸铜固体倒入量筒中。

4.加入适量蒸馏水，使溶液浓度符合要求。

5.用玻璃棒搅拌溶液，直至硫酸铜溶解完全。

4.2 硝酸银与盐酸反应步骤1.准备所需材料和仪器设备。

2.取一定体积的硝酸银溶液并倒入试管中。

3.加入适量的盐酸溶液，等待反应进行。

4.观察反应的产物，记录颜色和形态的变化。

4.3 氢氧化钠的滴定步骤1.准备所需材料和仪器设备。

2.量取一定体积的盐酸溶液。

3.将盐酸溶液倒入烧杯中。

4.加入几滴酚酞指示剂。

5.取适量氢氧化钠溶液，并用滴定管滴定，直至颜色变化。

5. 实验结果分析通过对以上三个实验的操作和观察，我们可以得到以下实验结果：•硫酸铜溶液制备完全溶解，呈现蓝色。

雷诺演示实验一、实验目的1 观察流体流动时的不同流动型态2 观察层流状态下管路中流体的速度分布状态3 熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算4 测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数二、实验原理流体在流动过程中由三种不同的流动型态，即层流、过渡流和湍流。

主要取决于流体流动时雷诺数Re的大小，当Re大于4000时为湍流，小于2000 时为层流，介于两者之间为过渡流。

影响流体流动型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管型有关，其定义式如下：1.1-1式中： d 管子的直径mu 流体的速度m/sρ流体的密度kg/m 3μ流体的粘度 Pa· s三、实验装置雷诺演示实验装置如图1.1所示，其中管道直径为20 mm。

图1.1 雷诺演示实验装置图1—有机玻璃水槽；2 —玻璃观察管；3 —指试液；4，5 —阀门；6 —转子流量计四、实验步骤1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。

2 打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀调节红色指示液，消去原有的残余色。

3 打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。

4 打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大），观察指示液流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合时流量计的读数。

5 重复上述实验3～5次，计算Re临界平均值。

6 关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。

再开阀1，让指示液流出1～2 cm 后关闭1，再慢慢打开阀9，使管内流体作层流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。

7 关闭阀1、进水阀，打开全开阀9排尽存水，并清理实验现场。

五、数据处理及结果分析1 实验原始数据记录见下表：序号123456q（l/h）U(m/s)Re2 利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值，并与理论临界值比较，分析误差原因。

六、思考题1雷诺数的物理意义是什么？2 有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？流体流动阻力系数的测定一、实验目的1 学习管路阻力损失( h f ) 、管路摩擦系数（λ）、管件局部阻力系数（ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。