1、化工原理实验讲义化工教研室 编写江苏技术师范学院化学化工学院2009 年 10 月1目 录0 实验的基本要求 .11 流体流动阻力测定实验 .42 离心泵性能特性曲线测定实验 103 数字化恒 压过滤常数测定实验 164 数字化对流给热系数测定实验 265 数字化精馏塔（筛板和填料塔）实验 336 填料吸收塔实验 407 数字化洞道干燥实验 488 流体流型演示实验 569 塔模型实验 5810 流体机械能分布及其转换实验 .6011 绕流实验 .6210 实验的基本要求化工原理实验要求实验人在实验完毕后提交一份合格的实验报告。要求实验报告能够把实验的任务和实验观测的结果用表、图、公式及文字加
2、以描述，将讨论问题简练明确的表达出来，使阅读者能够一目了然。除此以外还必须具备（1）数据是可考的，为此必须认真考虑实验方案，认真细致的并实事求是的正确记录原始数据。实验前做好预习工作，实验时集中精力，认真仔细观察实验现象和记录仪表指示数，边实验边分析实验数据是否合理，以便能够及时排除实验中的干扰因素;（2）实验记录要有校核的可能。因此要清楚说明实验的时间、地点、条件和同时作实验的人员。为了保证作出合格的实验报告，对实验过程中各个步骤、各个问题，提出如下的说明和要求：1）实验前的预习工作（1）阅读实验讲义，弄清本实验的目的和要求。 （2）根据本次实验的具体任务，研究实验的理论根据和实验的具体做法
3、，分析哪些参数需要直接测量得到，哪些参数不需要直接测量，而能够间接获得，并且要估计实验数据的变化规律。 （3）到实验室现场了解摸索实验流程，现看主要设备的构造，测量仪表的种类和安装位置，了解它们的测量原理和使用方法，最后全面审查整个实验流程的布置是否合理，审查主要设备的结构和安装是否合适，测量仪表的量程、精度是否合适以及其所装位置是否合理。 （4）根据实验任务和现场勘查，最后规定实验方案，确定实验操作程序。2）实验小组的分工和合作化工原理实验一般都是由两人为一小组合作进行的，因此实验开始前必须作好组织工作，做到既分工，又合作；既能保证质量，又能获得全面训练。每个实验小组要有一个组长负责执行实验
4、方案、联络和指挥，与组员讨论实验方案，使得每个组员各明其职（包括操作、读取数据、记录数据及现象观察等） ，而且要在适当时候轮换工作。3）实验必须测取的数据凡是影响实验结果或是数据整理过程中所必须的数据都必须测取。它包括大气条件、设备2有关尺寸、物料性质及操作数据等，但并不是所有数据都要直接测取的。凡可以根据某一数据导出或从手册中查出的其他数据，就不必直接测定。例如水的密度、粘度、比热等物理性质，一般只要测出水温后即可查出，因而不必直接测定水的密度、粘度、比热，而只要测定水的温度就可以了。4）实验数据的读取及记录（1）实验开始前拟好记录表格，在表格中应记下各次物理量的名称、表示符号及单位。每位实
5、验者都应有一专用实验记录本，不应随便拿一张纸或实验讲义空白处来记录，要保证数据完整，条理清楚，避免记录错误。 （2）实验时一定要等现象稳定后才开始读取数据，条件改变，要稍等一会才读取数据，这是因为条件的改变破坏了原来和稳定状态，重新建立稳态需要一定时间（有的实验甚至花很长时间才能达到稳定） ，而仪表通常又有滞后现象的缘故。 （3）每个数据记录后，应该立即复核，以免发生读错或记错数字等事故。 （4）数据的记录必须反映仪表的精确度。一般要记录到仪表上最小分度以下位数。例如温度计的最小分度为 1，如果当时的温度读数为 20.5，则不能记为 20；又如果刚好是 20，那应该记录为 20.0。 （5）记
6、录数据要以实验当时的实验读数为准。 （6） 实验中如果出现不正常情况，以及数据有明显误差时，应在备注栏中加以说明。5）实验过程的注意点有的实验者在做实验时，只读取数据，其它一概不管，这是不对的。实验过程中除了读取数据外，还应该做好下列诸事： （1）操作者必须密切注意仪表指示值的变动，随时调节，务使整个操作过程都在规定条件下进行，尽量减少实验操作条件与规定操作条件之间的差距。操作人员要坚守岗位，不得擅离职守。 （2）读取数据后，应立即和前次数据相比较，也要和其它有关数据相对照，分析相互关系是否合理，数据变化趋势是否合理。如果发现不合理的情况，应该立即共同研究可能存在的原因，以便及时发现问题、解决
7、问题。 （3）实验过程是还应注意观察过程现象，特别是发现某些不正常现象时更应抓住时机，研究产生不正常现象的原因，排除障碍。36）实验数据的整理（1） 数据整理时应根据有效数字的运算规则，舍弃一些没有意义的数字。一个数字的精确度是由测量仪表本身的精确度所决定的，它绝不因为计算时位数增加面提高。但是任意减少位数也是不许可的，因为这样做就降低了应有的精确度。 （2） 数据整理时，如果过程比较复杂，实验数据又多，一般以采用列表整理为宜，同时应将同一项目一次整理。这种整理方法既简洁明了，又节省时间。 （3） 计算示例。在 2）所列表的下面要给出计算示例，即任取一列数据进行详细的计算，以便检查7)实验报告
8、的编写一份优秀的实验报告必须写得简洁明了，数据完整，交待清楚，结论正确，有讨论，有分析，得出的公式或曲线、图形有明确的使用条件。报告的内容一般包括： （1）报告的题目； （2）写报告人及同实验小组人员的姓名； （3）实验的目的； （4）实验的理论依据； （5）实验设备说明（应包括流程示意图和主要设备、仪表的类型及规格） ； （6）实验数据，应包括与实验结果有关的全部数据，报告中的实验数据不是指原始数据，而是经过加工后用于计算的全部数据，至于原始记录则可作为附录附于报告后面； （7）数据整理及计算示例，其中引用的数据要说明来源，简化公式要写出导过程，要列出一列数据的计算过程，作为计算示例； （8
9、）实验结果，根据实验任务，明确提出本次实验的结论，用图示法、经验公式或列表法均可，但都必须注明实验条件； （9）分析讨论，要对本次实验结果作出评价，分析误差大小及原因，对实验中发现的问题应作讨论，对实验方法、实验设备有何建议也可写入此栏。41 流体流动阻力测定实验1.1 实验目的1掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律； 2测定直管摩擦系数 与雷诺准数 Re 的关系，将所得的 Re 方程与经验公式比较； 3测定流体流经阀门时的局部阻力系数 ； 4学会倒 U 形差压计、转子流量计的使用方法； 5观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。1.2 基本
10、原理 流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的直管阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。 1直管阻力 流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。即 (11) phf 21湍流流体的流动阻力，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有：(1)流体性质：密度 、粘度 ； (2)管路的几何尺寸：管径 d、管长 l、管壁粗糙度 ； (3)流动条件：流速 u。 可表示为： (12),
11、(ldfp组合成如下的无因次式： (13) ),(2dlu52),(udlp令 (14),(u则式（11）变为：2udlphf（15）式中， 称为摩擦系数。湍流流动时 是雷诺准数 Re 和相对粗糙度的函数，须由实验确定。2局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1)当量长度法 流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号 le 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为 l，各种局
12、部阻力的当量长度之和为 ，则流体在le管路中流动时的总阻力损失 为： fh(16) 2udlehf(2)阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路中的动能系数来表示，这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。即 (17) 2uhf式中，局部阻力系数，无因次； u 在小截面管中流体的平均流速，m/s。 由于管件两侧距测压孔间的直管长度很短引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不6计。因此 值可应用柏努利方程由压差计读数求取。 fh1.3 实验装置与流程 1实验装置 实验装置如图 11 所示：主要由水箱，不同管径、材质的管子，各种阀门和管件、转子流量计等组成。第一根为不锈钢光滑管，第
13、二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，装有待测闸阀，用于局部阻力的测定。 图 11 流体流动阻力测定实验装置图1.水箱 2.管道泵 3、5、6.球阀 4.均压环 7.系统排水阀 8.闸阀 9.流量调节阀 10.排污水阀 11.倒 U 形差压计 12.不锈钢管 13.粗糙管 14.光滑管 15.转子流量计 16.导压管 17.温度计 18.进水阀 本实验的介质为水。水流量采用装在测试装置尾部的转子流量计测量，直管段和闸阀的阻力分别用各自的倒 U 形差压计测得。 72装置结构尺寸表 11 装置结构尺寸管内径（mm）装置号名称 材质（1） 2 （3） (4)
14、测试段长度（m）光滑管 不锈钢管 25.98 25.98 25.98 25.98粗糙管 镀锌铁管 27.5 27.5 27.5 27.51.5局部阻力 不锈钢管 25.98 25.98 25.98 25.98 /1.4 实验步骤及注意事项 1实验步骤：1）熟悉实验装置系统。2）打开进水阀(18)给水箱补充水，水位以比水箱上边低 58cm 为宜，必须保证管道出水口浸没在水中。3）启动管道泵（切记泵禁止无水空转） 。4）打开阀(3)、(5) 、(6) 、(7)（9）排尽管道中的空气，之后关阀（7） （9） 。5）在管道内水静止（零流量）时，按 2.2.1（4）的倒 U 型差压计的使用方法，将三个倒
15、 U形差压计调节到测量压差正常状态。6）关闭阀（6） ，打开阀（9） ，并调节流量，测得每个流量（89 个点）下对应的光滑管和粗糙管的阻力（压差 mmH2O） ，分别记下倒 U 型差压计的压差。测完后关闭（9） 。7）打开阀（6） ，关闭阀（5） ，测得闸阀全开时的局部阻力。8）实验结束后打开系统排水阀（10） ，排尽水，以防锈和冬天防冻。2注意事项：开启、关闭管道上的各阀门及倒 U 型差压计上的阀门时，一定要缓慢开关，切忌用力过猛过大，防止测量仪表因突然受压、减压而受损（如玻璃管断裂，阀门滑丝等）！调节好流量后，须等一段时间，待水流稳定后才能读数。3倒 U 形管差压计的使用方法8图 12 倒
16、 U 形管差压计1.低压侧阀门 2.高压侧阀门 3.进气阀门 4.平衡阀门 5.出水活栓这种压差计，内充空气，待测液体液柱差表示了差压大小，一般用于测量液体小差压的场合。其结构如图 12 示。使用的具体步骤如下：(1)排出系统和导压管内的气泡。方法为：关闭进气阀门(3)和平衡阀门(4)，打开高压侧阀门(2)和低压侧阀门 (1)，使高位水槽的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门(2)、倒 U 形管、低压侧阀门(1) 排出系统。(2)玻璃管吸入空气。方法为：排空气泡后关闭阀(1)和阀(2)，打开平衡阀(4) 、出水活栓(5)和进气阀(3)，使玻璃管内的水排净并吸人空气。(3)平衡水位。方法为：关闭阀
17、 (5)、(3) ，然后打开(1)和 (2)两个阀门，让水进入玻璃管至平衡水位( 此时系统中的出水阀门是关闭的，管路中的水在静止时 U 形管中水位是平衡的)，最后关闭平衡阀（4） ，压差计即处于待用状态。本实验室的流体流动阻力实验采用倒 U 形管差压计作为测量压差的仪表之一。 1.5 实验报告 1根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出 Re 曲线，对照化工原理教材上有关公式，即可确定该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出 Re 曲线，并对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3293根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均 值。 4对实验结果进行分析讨论。
18、1.6 思考题1对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的流量调节阀（9）?为什么? 2以水做介质所测得的 Re 关系能否适用于其它流体?如何应用? 3在不同设备上(包括不同管径 )，不同水温下测定的 Re 数据能否关联在同一条曲线上? 4如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?1.7 实验数据记录实验装置：_；管长 L_m； 温度_。实验序号流量（m 3/h）光滑管压差（mmH 2O）管径 D=0.02598m粗糙管压差（mmH 2O）管径 D=0.02750m闸阀（全开）阻力（mmH 2O）管径 D=0.02598m12345678910102 离心泵性能特性曲线测定
19、实验2.1 实验目的1了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；2测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（）与有效流量(V)之间的曲线关系；3测定改变转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率（）与有效流量(V)之间的曲线关系；4掌握离心泵流量调节的方法（阀门、转速和泵组合方式）和涡轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法；5了解离心泵的串联和并联操作；6学会轴功率的两种测量方法：马达天平法和功率传感器测定法；7了解压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。2.2 基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下
20、扬程H、轴功率 N 及效率 与流量 V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1流量 V 的测定与计算采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值 V m3/h。2扬程 H 的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：(21)guZgp2112p1，p 2：分别为泵进、出口的压强 N/m2 ：液体密度 kg/m3u1， u2：分别为泵进、出口的流量 m/s g：重力加速度 m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：11(22)ZgpH12由式（2-2）可知：只要直接读出
21、真空表和压力表上的数值和Z，就可以计算出泵的扬程。本实验中，还采用压力传感器来测量泵进口、出口的真空度和压力，由 8 路巡检仪显示真空度和压力值。3轴功率 N 的测量与计算轴功率可按下式计算：N=M=M （23）60281.9602nPLn 式中，N泵的轴功率，WM泵的转矩，N.m泵的旋转角速度，1/sn泵的转速，r/minP测功臂上所加砝码的质量，kgL测功臂长，m;L=0.4867m（马达天平法） 由式（23）可知：要测定泵的轴功率，需要同时测定泵轴的转矩 M 和转速 n，泵轴的转矩采用马达天平法或功率传感器测量，泵轴的转速由转速传感器、转速表直接读出。4效率 的计算泵的效率 为泵的有效功
22、率 Ne与轴功率 N 的比值。有效功率 Ne是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率 N 是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率 Ne可用下式计算：Ne=HVg （24）故 =Ne/N=HVg/N （25）5. 转速改变时的换算泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的12数据。换算关系如下：（26）23()nVHnVgN 流 量扬 程轴 功 率效
23、 率此外，本实验装置安装了变频器，以改变离心泵的转速，实现测定变转速时离心泵的性能特性曲线的目的，转速改变后的换算关系也满足比例定律（2-6） 。本实验装置还设计安装了用于两台离心泵的串联和并联操作的阀门，以实现离心泵的串联和并联操作。全部实验能实现计算机数据在线采集和自动控制。2.3 实验装置流程图离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图和离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图如图 2-1 和图 2-2 所示：图 2-1 离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图13图 2-2 离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图2.4 实验步骤及注意事项1实验步骤：1）仪表上电：打开总电源开关，打
24、开仪表电源开关；打开三相空气开关，把离心泵电源转换开关旋到直接位置，即为由电源直接启动，这时离心泵停止按钮灯亮。2) 打开离心泵出口阀门，打开离心泵灌水阀，对水泵进行灌水，注意在打开灌水阀时要慢慢打开，不要开的太大，否则会损坏真空表的。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。3) 实验软件的开启：打开“离心泵性能特性曲线测定实验.MCG”组态软件， ，进入组态环境，按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“离心泵性能特性测定实验软件”界面，点击“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”按钮，进入实验界面。4) 当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时
25、离心泵启动按钮绿灯亮。启动离心泵后把出水阀开到最大，开始进行离心泵实验。145) 调节出口闸阀开度，使阀门全开。等流量稳定时，在马达天平上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量 p。在仪表台上读出电机转速 n，流量 v，水温 t，真空表读数p1和出口压力表读数 p2并记录；关小阀门减小流量，重复以上操作，测得另一流量下对应的各个数据，一般重复 810 个点为宜。6) 实验完毕，关闭水泵出口阀，按下仪表台上的水泵停止按钮，停止水泵的运转。单击“退出实验” 。回到“离心泵性能特性测定实验软件”界面，再单击“退出实验”按钮退出实验系统。7) 如果要改变离心泵的转速，测定另一转速下的性能特性曲线，则可
26、以用变频器来调节离心泵的转速，步骤同前步骤 28。8) 关闭以前打开的所有设备电源。2注意事项1）实验开始时，灌泵用的进水阀门开度要小，以防进水压力过大损坏真空表；2）离心泵开启和关闭时应关闭出口阀门，以保护电机和仪表；3）离心泵开启时注意取下马达天平上的砝码，以防启动时伤人。2.5 实验报告1在同一张坐标纸上描绘一定转速下的 HV、NV、V 曲线2分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。2.6 思考题1试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？2启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？3为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺
27、点？4泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？5正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？6试分析，用清水泵输送密度为 1200k/ 3 的盐水（忽略密度的影响） ，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？152.7 实验数据记录装置号：_ 水温：_实验次数 流量（m 3/h） P 真空表 MPaP 压力表MPa转速（r.p.m）砝码重量（kg）12345678910163 数字化恒压过滤常数测定实验3.1 实验目的1. 熟悉板框压滤机的结构和操作方法；2. 通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；3. 学会测定过滤常数 、 、 及压缩性指数 的方
28、法； Keqs4. 了解操作压力对过滤速率的影响；5. 了解压力定值调节阀的工作原理和使用方法。6. 学会化工原理实验软件库（VB 实验数据处理软件系统）的使用。3.2 基本原理过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截流下来，从而实现固液分离，因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是这个固体颗粒层的厚度随着过滤过程的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，其过滤速率不断降低。影响过滤速度的主要因素除压强差p，滤饼厚度 L 外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，故难以用流体力学的方法处理。比较过
29、滤过程与流体经过固定床的流动可知：过滤速度即为流体通过固定床的表现速度u。同时，流体在细小颗粒构成的滤饼空隙中的流动属于低雷诺数范围，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，运用层流时泊唆叶公式不难推导出过滤速度计算式：(31)LpaKu23)1(式中：过滤速度,m/s；u康采尼常数,层流时， =5.0;K 床层的空隙率,m 3/m3；17颗粒的比表面积,m 2/m3；a过滤的压强差,Pa；p滤液的粘度,Pa.s；床层厚度,m。L由此可导出过滤基本方程式为(32)(12VevrpAds式中：滤液体积,m 3；V过滤时间,s；过滤面积,m 2;A滤饼压缩性指数,无因次。
30、一般情况下 =01，对不可压缩滤饼 =0;s ss滤饼比阻,1/m 2,r= ;r 32/)1(0.5a单位压差下的比阻, ,r= ; /mspr滤饼体积与相应滤液体积之比,无因次;虚拟滤液体积, 。eV3恒压过滤时，令 , , = , 对式(32)积分可得kvr/1)1(2spkKqAV/e/(33)(eeq式中：单位过滤面积的滤液体积， ；q23/m单位过滤面积的虚拟滤液体积， ；e虚拟过滤时间，s；滤饼常数，由物料特性及过滤压差所决定， 。Ksm/2、 、 三者总称为过滤常数。利用恒压过滤方程进行计算时，必须首先需要知道 、eq K18、 ，它们只有通过实验才能确定。eq对式（130）微
31、分可得（34）该式表明以 为纵坐标，以 为横坐标作图可得一直线，直线斜率为 2/K，截距为 。dqq 2/eqK在实验测定中，为便于计算，可用 替代 ，把式（131）改写成dq（35）eKq2在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时间间隔 (i=1 、2 、3)i及对应的滤液体积 (i=1 ，2，3,)，也可采用计算机软件自动采集一系列时间间隔iV(i=1 、2 、3)及对应的滤液体积 (i=1 、2 、3)，由此i iV算出一系列 、 、 ，在直角坐标系中绘制 的函数关系，得一直线。由直线的斜iiqi q率便可求出 和 ，再根据 ，求出 。 KeKe/2e改变实验所用的过滤压差 ，可测得不
32、同的 K 值，由 K 的定义式两边取对数得p(36)2lg(l)1(lgks在实验压差范围内，若 为常数，则 的关系在直角坐标上应是一条直线，直线l()p的斜率为（1-s）,可得滤饼压缩性指数 s，由截距可得物料特性常数 。k3.3 实验装置流程图本实验装置有空压机、配料槽、压力储槽、板框过滤机和压力定值调节阀等组成。其实验流程及仪表柜面板如图 31 和图 3-2 所示。CaCO 3的悬浮液在配料桶内配置一定浓度后利用位差送入压力储槽中，用压缩空气加以搅拌使 CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将料浆eeKdq2)(19送入板框过滤机过滤，液量由自动测量仪计量。图 31 恒压过滤常数测定
33、实验装置流程图1.空压机 2.配料槽 3.压力料槽 4.板框组 5.电磁阀 6.压力定值调节阀 7.压力变送器 8.板框进口压力表 9.安全阀 板框过滤机的结构尺寸如下：框厚度 25mm，每个框过滤面积 0.024m2，框数 2 个。空气压缩机规格型号为：2VS0.08/7,风量 0.08m3/min,最大气压为 0.7MPa。1阀 13阀 14滤液2376495820电 压 表 压 力 表 总 电 源 开 关 总 电 源 指 示 灯 仪 表 电 源 开 关 电 磁 阀 1 开 关 电 磁 阀 2 开 关 电 磁 阀 3 开 关 空 压 机 停 止 按 钮 开 关 电 磁 阀 1 指 示 灯
34、电 磁 阀 2 指 示 灯 电 磁 阀 3 指 示 灯 空 压 机 开 启 按 钮 图 32 恒压过滤常数测定实验仪表柜面板图3.4 实验步骤及注意事项1. 实验步骤1) 配制含 CaCO3 8%13%(wt%)的水悬浮液。2) 熟悉实验装置流程。3) 开启空气压缩机。4) 正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前先用水浸湿。滤布要绑紧，不能起皱（用丝杆压紧时，千万不要把手压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧） 。5) 打开阀（3） 、 （2） 、 （4） ，将压缩空气通入配料槽，使 CaCO3悬浮液搅拌均匀。6) 关闭阀（2） ，全开压力料槽排气阀（13） ，打开阀（6） ，使料浆由配料槽
35、流入压力料槽至视镜 1/22/3 处，关闭阀（4）及（6） 。7) 调节压力料槽的压力到需要的值。主要依靠压力料槽进口前的压力定值调节阀来控制恒定。关闭阀（14） ，将排气阀（13）半开，从左到右分别设定压力定值调节阀的压力（1#压力 0.050.10MPa，2#压力 0.100.20MPa，3#压力 0.200.30MPa） 。打开阀（5） ，开 1#电磁阀，再依次开 1#电磁阀的前阀和 1#压力定值调节阀的后阀，设定好低压实验压力，再依次关 1#压力定值调节阀的后阀、1#电磁阀的前阀及 1#电磁阀。用同样的操作设定中压、高压实验压力。考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。8) 放
36、置好天平，按下电子天平上的“ON”开关，打开电子天平，将料液桶放置到电子天平上。打开并运行电脑上的“恒压过滤测定实验软件” ，进入实验界面，做好准备工作。219) 打开控制面板上电磁阀开关“1” ，再依次打开阀（7） 、阀(10)，待压力稳定后，打开阀（14）开始做低压过滤实验。10) 每个压力下的实验应在滤液从汇集管流出呈线时刻点击“开始实验” ，每次 取V500ml 左右，或取过滤时间 为 20 秒左右。计算机自动读出 值和记录 值。每个压力下采集 810 个数据即点击“本次压力下实验结束” ，停止实验。11) 关闭阀（14） ，再依次关闭阀 (10)、阀（7） ，关闭电磁阀开关“1” 。
37、12) 打开控制面板上电磁阀开关“2”后打开阀（8） 、阀（12） ，排气阀（13）保持半开，待压力稳定后打开阀（14）开始做中压过滤实验，重复 10）的操作，实验采样数据个数与低压相同，然后关闭阀（14） 。再依次关闭阀（12） 、阀(8)，关闭电磁阀开关“2” 。13) 打开控制面板上电磁阀开关“3”后打开阀（9） 、阀（11） ，排气阀（13）保持半开待压力稳定后打开阀（14）开始做高压过滤实验，重复 10）的操作，实验采样数据个数与低压相同，关闭阀（14） 。然后依次关闭阀（11） 、阀（9） 、电磁阀开关“3” 。14) 关闭阀（13） ，打开阀（6） 、 （4） ，将压力料槽剩余的
38、悬浮液压回配料桶，待配料槽液面上升到与初始液面相当时关闭阀（4） 、 （6） 。15) 打开排气阀（13） ，卸除压力料槽内的压力。然后卸下滤饼（将滤饼卸到滤液桶中搅散倒回配料槽） ，清洗滤布、滤框及滤板。16) 关闭空气压缩机电源，总电源开关。2. 数据自动处理开启电脑，打开“数字化恒压过滤测控系统.exe” 。点“确定” ， 填好学生或者老师的信息以便查询实验数据，然后“确认” ，22单击“恒压过滤常数测定实验”进入软件。进去以后按 F3，打开“过滤系数特性测定曲线实验。MCG” ，按 F5 进入运行环境，填好使用者信息，点击 “确定” ，进入实时监控软件。点“实验开始” 。每次 取为 2
39、0s左右，记录相应的过滤时间 。计算机自动读出 值和记录 值。测量 810 个读VV数即可停止实验。重复上述操作做中、高压力过滤实验。如下图点击“打开原始数据” ，开始处理数据。233. 注意事项1） 在夹紧滤布时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。2） 滤饼、滤液要全部回收到配料槽循环使用。3） 实验结束要将压力槽的剩余料液压回配料槽。4） 清洗滤布、滤框及滤板。3.5 实验报告1. 由恒压过滤实验数据求过滤常数 、 、 ，讨论压差变化对以上参数的影响。Keq2. 在直角坐标纸上绘制 关系曲线，求出 。)lg(ps及 k3. 写出完整的过滤方程式，弄清其中各个参数的符
40、号及意义。3.6 思考题1. 通过实验你认为过滤的一维模型是否适用？2. 当操作压强增加一倍，其 K 值是否也增加一倍？要得到同样的滤液，其过滤时间是否缩短了一半？3. 影响过滤速率的主要因素有哪些？4. 滤浆浓度和操作压强对过滤常数 值有何影响？5. 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？3.7 实验数据记录及数据处理结果示例24实验装置： #,过滤面积 0.048m2原始实验数据表 3-1 实验原始数据= 1pkPa= 2pkPa= 3pkPa压力(kPa)过滤时间(s) 累计滤液量（ml）压力(kPa)过滤时间(s) 累计滤液量（ml）压力(kPa)过滤时间(s) 累计
41、滤液量（ml）表 3-2 实验整理数据= 1pkPa= 2pkPa= 3pkPa(s)（ml）V(s)（ml）V(s)（ml）V表 3-3 计算结果= 1pkPa= 2pkPa= 3pkPa25q（m 3/m2）/（s/m）q（m 3/m2）（ m3/m2）/q（s/m） （m 3/m2）q（ m3/m2）/q（s/m） （m 3/m2）表 3-4 不同压力下的过滤常数值（ ）pkPa过滤常数 K(m2/s) （m 3/m2）eq(s)e实验结果作图264 数字化对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系和水-水蒸气体系）4.1 实验目的1观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2测定空气、水在圆形直
42、管内强制对流给热系数和总传热系数并随着流量的变化规律；3掌握热电阻测温方法；4掌握化工原理实验软件库（组态软件 MCGS 和 VB 实验数据处理软件系统）的使用。4.2 基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VCP(t2t 1) 0A0(TT W)m iAi(twt) m （41）式中：V 被加热流体体积流量， m3/s； 被加热流体密度， kg/m3；CP 被加热流体平均比热，J/(kg) ；0、 i 水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2 )；t1、t 2 被加热流体
43、进、出口温度，；A0、A i 内管的外壁、内壁的传热面积，m 2；(TT W)m 水蒸气与外壁间的对数平均温度差，；（42） 211ln)()(wTw(twt) m 内壁与流体间的对数平均温度差，；（421ln)()(tttw3）式中：T 1、T 2 蒸汽进、出口温度，；Tw1、T w2、t w1、t w2 外壁和内壁上进、出口温度， 。27当内管材料导热性能很好，即 值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1t w1，T w2 tw2，即为所测得的该点的壁温。由式（117）可得：（44）mwPAtCV)(012（45）it若能测得被加热流体的 V、t 1、t 2，内管的换热面积 A0 或 Ai，
44、以及水蒸气温度 T，壁温Tw1、T w2，则可通过式（44）算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数 0；通过式（45）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数 i。在水平管外，蒸汽冷凝给热系数（膜状冷凝） ，可由下列半经验公式求得：（46）4/10320)(75.tdrg式中： 0 蒸汽在水平管外的冷凝给热系数，W/(m 2)； 水的导热系数，W/(m 2)；g 重力加速度，9.81m/s 2； 水的密度， kg/m3；r 饱和蒸汽的冷凝潜热， J/kg； 水的粘度，Ns/m 2；d0 内管外径，m；t 蒸汽的饱和温度 ts 和壁温 tw 之差，。上式中，定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外，其
45、余均取液膜温度，即 tm = (ts + tw) / 2，其中：t w = (Tw1 + Tw2) / 2。流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得：湍流时：（47）4.08PrRe23.0iid式中： i 流体在直管内强制对流时的给热系数，W/(m 2) ； 流体的导热系数，W/(m 2)；di 内管内径，m；Re 流体在管内的雷诺数，无因次；Pr 流体的普朗特数，无因次。28上式中，定性温度均为流体的平均温度，即 tf = (t1 + t2) / 2。过渡流时：i i （48）式中： 修正系数， 8.15Re064.3 实验装置与流程1）实验装置本实验装置由蒸汽发生器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。其实验装置流程如图 4-1 所示。图 41 水蒸气水（或空气）对流给热系数测定实验流程图1.水泵或风机 2.蒸汽发生器 3.旁路阀 4.转子流量计 6.蒸汽总阀7.蒸气调节阀 8、9.冷凝水排放阀 10.水或空气流量调节阀 11.惰性气体排放阀水蒸气空气体系：来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷空气经 LWQ25 型涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管） ，热交换后放空。空气流量可用阀门调节或变频器自动调节。水蒸气水体系：来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自高位槽的水进行
