实验讲义（化工原理）

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。

图1-3 过渡流、湍流流动示意图

3．流体在圆管内流动速度分布演示实验

首先将进口阀 3打开，关闭流量调节阀7。打开红墨水流量调节阀，使少量红墨水流入不流动的实验管入口端。再突然打开流量调节阀7，在实验管路中可以清晰地看到红墨水流动所形成的，如图1-4所示的速度分布。

图1-4 速度分布示意图

4. 实验结束时的操作

(1) 关闭红墨水流量调节阀，使红墨水停止流动。 (2) 关闭进水阀 3，使自来水停止流入水槽。

(3) 待实验管道冲洗干净，水中的红色消失时,关闭流量调节阀7。 (4) 若日后较长时间不用，请将装置内各处的存水放净。

五、注意事项

做层流流动时,为了使层流状况能较快地形成，而且能够保持稳定。第一，水槽的溢流应尽可能的小。因为溢流大时，上水的流量也大，上水和溢流两者造成的震动都比较大，影响实验结果。第二，应尽量不要人为地使实验装置产生任何震动。为减小震动，若条件允许，可对实验架进行固定。

实验二、流体流动阻力测定实验

一、实验目的

⒈ 学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数?的测定方法。

⒉ 掌握不同流量下摩擦系数?与雷诺数Re之间关系及其变化规律。 ⒊ 学习压差传感器测量压差，流量计测量流量的方法。 ⒋ 掌握对数坐标系的使用方法。 二、实验内容

⒈ 测定既定管路内流体流动的摩擦阻力和直管摩擦系数?。

⒉ 测定既定管路内流体流动的直管摩擦系数?与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。 三、实验原理

流体在圆直管内流动时，由于流体的具有粘性和涡流的影响会产生摩擦阻力。流体在管内流动阻力的大小与管长、管径、流体流速和摩擦系数有关，它们之间存在如下关系。

lu2 hf = =? λ=

?d2?Pf2d?Pfd?u??? Re =c ??lu2?式中：d?管径，m ；

?Pf?直管阻力引起的压强降，Pa； l?管长，m； u?管内平均流速，m / s；

s / m2。 ??流体的密度，kg / m3； ??流体的粘度，N·

摩擦系数λ与雷诺数Re之间有一定的关系，这个关系一般用曲线来表示。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△Pf与流速u（流量V）之间的关系。 根据实验数据和式6-2可以计算出不同流速（流量V）下的直管摩擦系数λ，用式6-3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。 四、实验流程及主要设备参数： 1.实验流程图: 见图2-1

水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,

然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。 2．主要设备参数：

被测光滑直管段:第一套 管径 d—0.01 (m) 管长 L—1.6(m) 材料: 不锈钢管

第二套 管径 d—0.095 (m) 管长 L—1.6(m) 材料: 不锈钢管 被测粗糙直管段:第一套 管径 d—0.01 (m) 管长 L—1.6(m) 材料: 不锈钢管 第二套 管径 d—0.0095 (m) 管长 L—1.6(m) 材料: 不锈钢管

2.被测局部阻力直管段: 管径 d—0.015(m) 管长 L—1.2(m) 材料: 不锈钢管 3.压力传感器:

型号:LXWY 测量范围: 200 KPa 压力传感器与直流数字电压表连接方法见图2 4.直流数字压差表:

型号: PZ139 测量范围: 0 ～ 200 KPa 5.离心泵:

型号: WB70/055 流量: 8(m3／h) 扬程: 12(m) 电机功率: 550(W) 6.玻璃转子流量计:

型号 测量范围 精度 LZB—40 100～1000(L／h) 1.5 LZB—10 10～100(L／h) 2.5

图2-1

五、实验方法

1.向储水槽内注水,直到水满为止。(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁) 2. 直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。

3.大流量状态下的压差测量系统,应先接电予热10～15分钟,调好数字表的零点,方可启

动泵做实验。

4.检查导压系统内有无气泡存在.

当流量为零时,若空气—水倒置∪型管内两液柱的高度差不为零,则说明系统内有气泡

存在,需赶净气泡方可测取数据。

赶气泡的方法: 将流量调至最大,把所有的阀门全部打开，排出导压管内的气泡,直至

排净为止。

5.测取数据的顺序可从大流量至小流量,反之也可,一般测15～20组数,建议当流量读数

1 2 3 4 储水箱 离心泵 出口调节阀 变频调速器 不锈钢 450×500×550 WB 70/055 铜质截止阀，通径40 NS

五、实验操作：

实验前，向储水槽加入蒸馏水，合上电源总开关。 实验操作：

将出口调节阀关到零位。

1、按照变频调速器说明设定（Fn-11为0；Fn- 10为0）后在并设定变频调速器的频率（50）。

2、启动离心泵；改变流量调节阀的位置，分别记录稳定后各流量下的流量、泵进出口压力和电机输入功率值，测8--10组数据（流量调节阀的位置从零位到最大）。处理数据后可以得到离心泵特性曲线。

3、将流量调节阀放在任何一位置，改变变频调速器的频率以改变泵的流量，分别记录稳定

后各频率下的流量、泵进出口压力值，测8—10组数据，处理数据后可得到管路特性曲线。

4、把流量调至零位后，停泵。

六、 使用实验设备应注意的事项：

1. 实验前应检查水槽水位，流量调节阀关闭到零位。

2. 注意变频调速器的使用方法。严格按照实验操作中给出的变频器参数进行调节，在计算机自动控制时不要手动改变变频器的频率。变频器其它参数不要改动。

七、 附录

1、数据处理方法：

计算举例：

测量频率（流量）138HZ、电机输入功率0.65（Kw）

泵出口处压强P2=0.132(MPa)、泵入口处压强P1=0.012(MPa)，

液体温度17.5℃ 液体密度ρ=1000.8kg/(m3) 、泵进口高度=0.18米

流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中仪表常数K=76.724, F=138 Q=138/76.724*3600/1000 =6.48M3/H 泵的扬程H?(P2?P1)u2?u1??(Z2?Z1) ?g2g(0.132?0.012)?106?0.18 =14.9（m） ?1000.8?9.81泵的轴功率Ｎ轴＝Ｎ电×η电 =650×60％ =0.390（Kw）

泵的效率: ??14.9?6.48?9.81?1000.8H?Q?g?? ? =67.5％

0.39?1000?3600N?1000实验五、 搅拌器性能测定

搅拌是重要的化工单元操作之一，它常用于互溶液体的混合、不互溶液体的分散和接触、气液接触、固体颗粒在液体中的悬浮、强化传热及化学反应等过程. 一、 实验目的

⒈ 掌握搅拌功率曲线的测定方法。

⒉ 了解影响搅拌功率的因素及其关联方法。 二、 实验内容

⒈ 用水溶液，测定液相搅拌功率曲线。

⒉ 用水溶液和空气，测定气—液相搅拌功率并与液相搅拌功率比较。 三、 实验原理

搅拌过程中要输入能量才能达到混合的目的，即通过搅拌器把能量输入到被搅拌的

流体中去。因此搅拌釜内单位体积流体的能耗成为判断搅拌过程好坏的依据之一。 由于搅拌釜内液体运动状态十分复杂，搅拌功率目前尚不能由理论得出。只能由实验获

得它和多变量之间的关系，以此作为搅拌操作放大过程中确定搅拌规律的依据。 液体搅拌功率消耗可表达为下列诸变量的函数：

N?f(k,n,d,?,?,g,?)

式中：N—搅拌功率，W； K—无量纲系数； n—搅拌转数，r/s；

d—搅拌器直径，m； ?—流体密度，kg/m3； ?—流体粘度，pa·s； g—重力加速度，m/s2；

由因次分析法可得下列无因次数群的关联式：

d2n?xn2dy?K()()

35?g?ndNd2n?N?Re ， Re称为搅拌雷诺准数 ?Np， Np称为功率准数 ； 令 35??ndn2d?Fr， Fr称为搅拌佛鲁德准数 g则 Np?KRFr ；令 ??xeyNpFryx， ?称为功率因数， ??KRe

x对于不打旋的系统重力影响极小，可忽略Fr的影响，即y?0。??Np?KRe

本实验中，搅拌功率采用下式得到： N?I?V?(I?R?Kn21.2)

式中：I—搅拌电机的电枢电流，A； V—搅拌电机的电枢电压，V； R—搅拌电机的内阻，28Ω；n—搅拌电机的转数，r/s； K—0.00125。

当有气体通入时，在相同的转速下，搅拌功率会显著下降。因为，物系的粘度、密度发生改变。

设Q为空气的体积流量，令Na=Q/nd3 ——通气准数。

相同转速下，气液搅拌功率Ng/N与通气准数Na的关系可用下式描述： 当 Na < 0.035时 Ng/N = a -bNa ； a, b为常数

当 Na > 0.035时 Ng/N = a’ –b’Na ； a’, b’为常数

通过测定Ng，在直角坐标纸上作Ng/N——Na曲线，确定常数a, b或 a’, b’ 四、主要设备参数：

1.搅拌器: 型号: KDZ-1；功率: 160w 转速: 3200转/分 2.搅拌釜内径280mm ； 3.搅拌器直径100mm 五、实验流程：

本实验使用的是标准搅拌槽，其直径为280mm；搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮。装置流程见图。

多相搅拌实验装置流程图

1—空压机；2—流量计；3—温度计；4—电动机；5—直流电流表；6—电机调

速器；7—直流电压表，8-测速仪；9—挡板；10-搅拌槽；11-气体分布器

六、实验方法

⒈ 测定水溶液搅拌功率曲线

打开总电源，各数字仪表显示―0‖。打开搅拌调速开关，慢慢转动调速旋纽，电机开始转动。在转速约100~400（r/min）之间， 取10~12个点测试（实验中适宜的转速选择：低转速时搅拌器的转动要均匀；高转速时以流体不出现旋涡为宜）。实验中每调一个转速，待数据显示基本稳定后方可读数，同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据：电机的电压（V）、电流（A）、转速n（r/min）。 ⒉ 测定气液搅拌功率

开启空气压缩机，调节气体流量计的空气流量为定值（如300L/h）.在上述每一转速下记录以下数据：电机的电压（V）、电流（A）、转速n（r/min）。在某一转速下改变空气流量，重复操作

⒊ 实验结束时一定把调速降为―0‖，方可关闭搅拌调速。 七、注意事项

⒈ 电机调速一定是从―0‖开始，调速过程要慢，否则易损坏电机。 ⒉ 不得随便移动实验装置。

⒊ 本实验没有测气液混合后的密度和粘度。（无粘度计） 八、实验数据记录与数据处理 （一）数据计算 1 液相搅拌功率：

水温： 密度： 粘度： 搅拌器直径：

n I V N Np Re 2 气液搅拌功率

气体流量Q = （注意：转速与前面一致） n I V Ng Ng/ N Na 转速n = , 不通气时的I= ,V = N = 。 Q I V Ng Ng/ N Na （二）作图

1 在对数坐标纸上可标绘出N-Re与Np与Re的关系曲线。 2在直角坐标纸上作Ng/N——Na曲线，确定常数a, b或 a’, b’ 思考题：搅拌功率受哪些因素的影响？如何提高实验结果准确性？

实验六 恒压过滤常数测定 （板框过滤机）

过滤是利用过滤介质进行液—固混合系统的分离过程，过滤介质通常采用带有许多毛细孔的物质如滤布、毛织物、多孔陶瓷等。含有固体颗粒的悬浮液在一定压力差的作用下液体通过过滤介质，固体颗粒被截留在介质表面上，从而使液固两相分离。 一、实验目的与内容

⒈ 掌握恒压过滤常数K、通过单位过滤面积虚拟滤液量qe、虚拟过滤时间?e的测定方法，加深对K、qe、?e的概念和影响因素的理解。 ⒉ 学习滤饼的压缩性指数s和物料常数k的测定方法。 ⒊ 学习

d??q一类关系的实验确定方法。 dq二、实验原理

恒压过滤常数K、qe、?e的测定方法：

在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过

固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。随着过滤进行，若得到相同的滤液量，则过滤时间增加。 恒压过滤方程

(q?qe)2?K(???e)

式中：q—单位过滤面积获得的滤液体积，m3 / m2； qe—单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m3 / m2； ?—实际过滤时间，s； ?e—虚拟过滤时间，s； K—过滤常数，m2/s。 将式6-9进行微分可得：

d?22?q?qe dqKKd?2?q的关系，可得直线。其斜率为，截dqK 这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘

距为

22qe，从而求出K、qe。至于?e可由下式求出： qe?K?e Kd???可用增量之比来代替。 dq?q 当各数据点的时间间隔不大时，

在本实验装置中，若在计量瓶中收集的滤液量达到100ml时作为恒压过滤时间的零点。

那么，在此之前从真空吸滤器出口到计量瓶之间的管线中已有的滤液再加上计量瓶中100ml滤液，这两部分滤液可视为常量（用q?表示），这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质。在整理数据时，应考虑进去，则方程式6-10变为：

??22V? （各套V?为200ml） ?q?(qe?q?) q???qKKA 过滤常数的定义式：K?2k?p1?s 两边取对数 lgK?(1?s)lg?p?lg2(k)

因k?1?常数，故K与?p的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率?r??为1?s，由此可得滤饼的压缩性指数s，然后代入式6-12求物料特性常数k。 三、主要设备参数：

1.旋涡泵: 型号:

2.搅拌器: 型号: KDZ-1 ; 功率: 160w 转速: 3200转/分;

3.过滤板: 规格: 160*180*11（mm）。

4.滤布：型号 工业用；过滤面积0.0475m2。 5.计量桶：第1套 长282mm、宽325mm。 四、实验流程： 流程图: (见图一)

图一 恒压过滤实验流示意图

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─滤浆槽;

12─旋涡泵；13-计量桶 。

如图一所示，滤浆槽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(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。滤液在计量桶内计量。 过滤、洗涤管路如图二示：

五. 实验方法及步骤：

1.系统接上电源，打开搅拌器电源开关，启动电动搅拌器2。将滤液槽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3处于全开、阀4、6、11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。

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20mm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。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槽内，以保证滤浆浓度恒定。 6.改变压力，从（2）开始重复上述实验。

7.每组实验结束后应用洗水管路对滤饼进行洗涤，测定洗涤时间和洗水量。

8.实验结束时阀门11接上自来水、阀门4接通下水，关闭阀门3对泵及滤浆进出口管

进行冲洗。

六、注意事项：

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。用阀门11、4接通自来水对泵及滤浆进出口管进行冲洗。切

忌将自来水灌入储料槽中。

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。

实验七 化工传热综合实验

一、实验目的：

⒈ 通过对空气-水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数?i的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。

⒉ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

3. 求取简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。 4. 了解热电偶温度计的使用。 二、 实验内容：

⒈ 测定5～6个不同空气流速下简单套管换热器的对流传热系数?i。

⒉ 对?i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 ⒊ 测定5～6个不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数?i。

⒋ 对?i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。 ⒌ 同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。

6. 在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko。 三、实验原理：

1．对流传热系数?i的测定

对流传热系数?i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定

?i?Qi （6-14）

?tmi?Si式中：?i—管内流体对流传热系数，W/(m2?℃)； Qi—管内传热速率，W； Si—管内换热面积：m2；

?tmi—管内流体空气与管内壁面的平均温差，℃。 平均温差由下式确定：

?tmi?tw?(ti1?ti2) （6-15） 2式中：ti1，ti2—冷流体空气的入口、出口温度，℃；

tw—壁面平均温度，℃。

因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，而管壁又薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw 来表示。 管内换热面积：Si???di?Li （6-16）

式中：di—传热管内径，m；

Li—传热管测量段的实际长度，m。

由热量衡算式：其中质量流量由下式求得： Wi?式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； ρi—冷流体的密度，kg /m3。 cpi和ρi可根据定性温度tm查得，tm?Vi?i 3600ti1?ti2为冷流体进出口平均温度。 2⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定

流体在管内作强制湍流时，处于被加热状态，准数关联式的形式为

mNui?AReiPrin. （6-19）

其中： Nui?c?ud??idi， Rei?iii ， Pri?pii ?i?i?i 物性数据λI、 cpi、ρI、μI可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的

空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

Nui?AReiPri0.4 （6-20）

这样通过实验确定不同流量下的Rei与Nui，然后用线性回归方法确定A和m的值。

⒊ 强化比的确定

强化传热能减小传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作。

强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构图如图6-3所示，螺旋线圈由直径

1mm钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数，且节距与管内径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为Nu?BRe的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。在本实验中，测定不同流量下的Rei与Nui，用线性回归方法可确定B和m的值。

单纯研究强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形

mm图6-3 螺旋线圈强化管内部结构

式是：NuNu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，显然，强化比NuNu0＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。

4. 换热器总传热系数Ko的确定

实验中若忽略换热器的热损失，在定态传热过程中，空气升温获得的热量与对流传递的热量及换热器的总传热量均相等：

Qi?Wicpi(ti2?ti1)?K0So?tm (6-21)

Q (6-22)

S0?tm即以外表面为基准的总传热系数： K0?式中传热量Q已由式（6-17）得到，管外径为基准的换热面积：S0式中传热间壁两侧对数平均温度差： ?tm????d0?Li

(Ts?ti1)?(Ts?ti2) （6-23）

Ts?ti1lnTs?ti2在同一流量下分别求取一次简单套管换热器、强化套管换热器的总传热系数Ko，并比较两种套管换热器Ko值的大小。

四、 实验流程及设备主要参数：

1、 实验流程：

五、实验方法:

1. 首先向水槽内放入一定数量的蒸馏水,将空气流量调节阀放置开的位置,?将离心泵流

量调节阀关上。

2. 启动旋涡气泵改变空气流量分别测定四块塔板的干板压降。

3. 将流程图示下路打开上路关闭后启动离心泵,分别改变空气、液体流量，用观察法测

出筛板的操作负荷性能图。

4. 将下路打开关闭上路，分别改变空气流量、液体流量，测定其四块塔板的压降,同时

观察实验现象。

5. 实验结束时先关闭水流量,待塔内液体大部分流回到塔底时再关闭旋涡气泵。 六、注意事项:

1. 为保护有机玻璃塔的透明度,实验用水必须采用蒸馏水。

2. 开车时先开旋涡气泵后开离心泵,停车反之,?这样避免板式塔内的液体灌入风机中。 3. 实验过程中每改变空气流量或水流量时,必须待其稳定后关察其现象和测取数据。 4. 若∪型管压差计指示液面过高时将导压管取下用吸耳球吸出指示液。

5. 水箱必须充满水,否则空气压力过大易走短路。

七、实验结果（参考值）

1. 干板时每块塔板的压降 水流量 0 (升／时)温度14℃ 空气孔板流量计∪型管压差计读数 ( 毫米水柱 ) 空气流量 ( m3／h ) 筛板压降及实验现象 浮阀压降及实验现象 泡罩压降及实验现象 舌形压降及实验现象 空气孔板流量计∪型管压差计读数 (mmH2o） 空气流量 ( m3／h ) 水流量(升／时) 筛板压降及实验现象 浮阀压降及实验现象 泡罩压降及实验现象 舌形压降及实验现象 20 9（正常） 45（正常） 51（正常） 43（正常） 1 17 0.157 4 11 8 10 2 57 0.288 9 10 11 23 28 0.202 40 24（正常） 50（正常） 60（液泛） 46（正常） 60 34（正常） 45（正常） 64（液泛） 83（液沫夹带） 3 96 0.374 17 21 28 38 4 200 0.540 33 47 73 75 2. 在空气流量一定时每块塔板的压降及操作现象 从以上实验可以观察到实验塔内几种不正常的操作现象,并得泡罩塔板压降最大,筛板塔板最小,泡罩塔板容易液泛。 3. 筛塔塔板操作的测定

固定空气流量,改变液体流量.

空气孔板流量计∪型管压差计读数（mmH2o）20 空气流量0.170 (m3／h) 水流量 (升／时) 筛板压降 实验现象 空气孔板流量计∪型管压差计读数（mmH2o） 空气流量 ( m3／h ) 筛板压降及实验现象 实验现象 空气孔板流量计∪型管压差计读数（mmH2o） 空气流量 ( m3／h ) 筛板压降及实验现象 实验现象 10 22 正 常 71 0.321 32 正 常 16 0.152 35 正 常 20 25 正 常 100 0.381 38 正 常 60 0.295 44 正 常 40 28 正 常 200 0.540 54 雾沫夹带 100 0.381 55 雾沫夹带 60 34 正 常 80 42 正 常 100 40 漏液 固定液体流量,改变空气流量. 水流量40(升／时) 固定液体流量,改变空气流量. 水流量100(升／时) 为让实验的学生能同时看到几种塔板,?本实验装置所采用的实验塔为四种塔板复合而成它较之采用四个塔并列装置,具有流程简单的优点,但在设计和测试中却带来了一定困难。由于四块塔板具有各自的性能,?在同一操作条件下每块塔板的操作状况不同且相互影响,?我们

所测筛板塔板的操作负荷性能图是用目测法来确定的误差一定会很大。?? A B 空 气 流 量

（m3/h） C D

液体流量（l/h） A- B为液沫夹带线 空气流量0.54（m3/h） B- D为最大液相线 液体流量10（l/h） C- D为漏液线 空气流量0.15（m3/h） A-C为最小液相线 液体流量100（l/h）

实验九、 空气(氨)—水填料吸收塔性能测定

一、实验目的：

1了解填料吸收塔的操作原理和实验方法；

2测定干填料塔单位填料高度的压力降Δp与空气气速的变化关系；

3在一定的水喷淋密度下，测定湿填料塔单位填料高度的压力降Δp与空气气速的变化关系，并确定泛点速度；

4以氨吸收为对象测定填料塔的传质单元数 NOG、传质单元高度HOG、总体积吸收系数KYa.

二、实验原理： （1）液泛现象

填料塔的压力降与填料的性质有关。

当无液体通过时，压力降与空塔气速成正比，在双对数坐标纸上为线性关系。而有一定喷淋密度的液体通过填料层时，气速变化小时压力降的变化与空塔一致；当气速增大到某一值，压力降的变化突然加大，此时填料表面载液量增多，气体通过受阻，达到了载点；当气速再增大，压力降变化急剧增大，此时液体不能顺利下流，填料塔充满液体，产生了液泛现象，塔工作不正常，刚开始产生液泛的速度称为液泛速度UF 。实际操作气速u=(0.5---0.8) UF. 以转子流量计测空气、水、氨的体积流量，空气和氨的体积流量需校正。故必须测进入流量计的空气和氨的温度，再查标准校正曲线（见说明书），确定实际流量。 以U型管压差计测填料层压力降Δp（mmH2O）。 （2）吸收操作浓度计算：

以清水逆流吸收Air(NH3)中的氨气，清水中X2=0 ；原料气Air(NH3)中氨含量Y1靠流量计控制，V NH3/VAir = 0.015——0.02. Y1 = 实际V NH3与实际VAir之比。

塔顶尾气中氨含量Y2通过预先装有5ml、0.005M的硫酸吸收瓶来分析，靠量气管量取达到终点所需尾气的体积V量，若量气管温度为T量 ，则：

Y2 = [2MH2SO4*V H2SO4]/[( V量*273/ T量)/22.4]

塔底吸收液的浓度X1靠滴定分析，移取10ml塔底吸收液，加2滴甲基橙，再以0.05M的硫酸滴定至橙红色。记录所消耗的体积V硫酸 ，则：

M1 = [2MH2SO4*V 硫酸]/10 ,X1 = 18M1 /1000 （3）NOG、HOG、KYa.的计算

测出吸收液的温度，从相平衡曲线上查出相平衡常数m. ΔY1 = Y1 - Y1* = Y1 – mX1 ,ΔY2 = Y2 – Y2* = Y2 – mX2

则平均推动力为： ΔYm =(ΔY1 -ΔY2 )/ ln(ΔY1/ΔY2) , NOG = (Y1 - Y2) /ΔYm 填料层高度Z = HOG·NOG ，HOG = [（V空气*273）/(22.4*T空气)]/ KYa*Ω, Ω-塔横截面积。 Z已知，则可求HOG ，最后求出总体积吸收系数KYa。

三、实验仪器与试剂： 填料吸收装置一套，配有空气鼓风机、氨气钢瓶及减压表。塔系硼酸玻璃管，装10*10*1.5 瓷拉西环，填料层高度Z=0.4m , 塔内径D=0.075m

分析：50ml酸式滴定管一支，铁架台，5ml、10ml移液管各一支，250ml锥形瓶2个，吸耳球一个，0.05M、0.005M硫酸各500ml, 甲基橙指示剂一瓶。

（新）填料塔的塔体为Ф100×5mm有机玻璃管制成，填料层高度学生自行测取.

四、实验步骤：

1 空气旁路阀全开，只启动鼓风机，调空气流量由小到大，依次读取压力降Δp、转子流量计读数、和空气温度。标绘Δp/Z——u的曲线。

2 先将空气流量调至0，打开水保持喷淋量为40L/h, 慢慢调空气流量，直到观察到液泛现象，并确定液泛气速。读数同1，并记录。

3 将水流量调到30l/h， 控制原料气中氨浓度，氨流量选为0.02 （m3/h），靠减压阀控制。在空气、氨气和水的流量基本稳定后，记录各流量计读数以及空气、氨气温度，塔底排出液温度；并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。

4尾气分析：（见说明书）

5吸收液分析：接取200ml 的吸收液加盖。再取10ml进行滴定分析。 6实验结束，先关氨气、再关水，最后关空气。 五、数据记录与处理：

1 干填料层Δp/Z---u关系 Z=0.4m , D=0.075m 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 填料压降Δp（mmH2O） Δp/Z 空气流量空气温度 mmH2O/m 读数℃ （m3/h） 校正后空气流量（m3/h） 校正后空气流量（m3/h） 空塔气速（m/s） 空塔气速（m/s） 塔内操作现象 塔内正常 2喷淋量为40l/h时， Δp/Z---u关系 Z=0.4m , D=0.075m 序填料压降ΔpΔp/Z 号 （mmH2O） mmH2O/m 1 空气流量空气温度 ℃ 读数（m3/h）

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