流体流动阻力测定实验指导书

流体流动阻力测定实验指导书 化工原理实验 辅助讲义 化工原理实验指导书 姜少华 编 五邑大学化工与环境基础实验教学中心 2006年9月 实验一 流体流动阻力的测定 一、实验目的 1(掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2(测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。 3(测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数?。 4(学会无纸记录仪和涡轮流量计的使用方法。 5(识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。 二、基本原理 流体通过由直管、管件(如三通和弯头等)和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1(直管阻力摩擦系数λ的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为: hf??pf ??p1?p2 ? ?lu2lu2?? (1) d2即， ?? 式中: λ —直管阻力摩擦系数，无因次; d —直管内径，m; 2d?pf (2) ?pf—流体流经l米直管的压力降，Pa; hf—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg; ρ —流体密度，kg/m3; l —直管长度，m; u —流体在管内流动的平均流速，m/s。 滞流(层流)时， ?? 64 (3) Re Re?du? ? (4) 式中:Re —雷诺准数，无因次; μ —流体粘度，kg/(m?s)。 湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度(ε/d)的函数，须由实验确定。 由式(2)可知，欲测定λ，需确定l、d，测定?pf、u、ρ、μ等参数。 l、d为装置参数(装置参数表格中给出)， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。 例如本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3/h。 u?V (5) 900?d2 倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。 ?pf可用U型管、 (1)当采用倒置U型管液柱压差计时 ?pf??gR (6) 式中:R,水柱高度，m。 (2)当采用U型管液柱压差计时 ?pf???0???gR (7) 式中:R,液柱高度，m; ?0,指示液密度，kg/m3。 根据实验装置结构参数l、d，指示液密度?0，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。 2(局部阻力系数? 的测定 局部阻力损失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造成的机械能损失看作与某一长度为le的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，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， 则流体在管路中流动时的总机械能损失?hf 为: l??leu2?hf??d2 (8) (2) 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即: u2 ?? h? (9) f??2 故 式中:? —局部阻力系数，无因次; ?p?f ,局部阻力压强降，Pa;(本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。) ρ —流体密度，kg/m3; g —重力加速度，9.81m/s2; u —流体在小截面管中的平均流速，m,s。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度?0，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力 系数?。 ?p?f??2?p?f?u2 (10) 三、实验装置与 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 1( 实验装置 实验装置如图1所示: 1,水箱;2,进口压力表;3,离心泵;4,出口压力表;5,涡轮流量计;6,开启管路球阀; 7,均压环;8,连接均压环和压力变送器球阀;9,局部阻力管上的闸阀;10,压力变送器; 11,出水管路闸阀;12,水箱放水阀;13,宝塔接头 图1 实验装置流程示意图 2.实验流程 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀);光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。 3(装置参数 装置参数如表1所示。 表1 四、实验步骤 1(泵启动:首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。 2. 实验管路选择:选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5,10min。 3. 排气:在计算机监控界面点击”引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。 4(引压:打开对应实验管路的手阀,然后在计算机监控界面点击该对应,则差压变送器检测该管路压差。 5(流量调节:手控状态,变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值;自控状态,流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值,待流量稳定记录相关数据即可。 6(计算:装置确定时，根据?P和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ,Re的实验点，从而绘出λ,Re曲线。 7(实验结束:关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。 五、实验数据处理 根据上述实验测得的数据填写到下表: 实验日期: 实验人员: 学号: 温度: 装置号: 直管基本参数: 光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径 六、实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 1(根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ,Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线 图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2(根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3(根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。 4(对实验结果进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 讨论。 七、思考题 1(在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2(如何检测管路中的空气已经被排除干净? 3(以水做介质所测得的λ,Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4(在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的λ,Re数据能否关联在同一条曲线上? 5(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? 实验二 填料塔吸收传质系数的测定 一、实验目的 1(了解填料塔吸收装置的基本结构及流程; 2(掌握总体积传质系数的测定方法; 5(了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。 二、基本原理 气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。 i. 计算公式 填料层高度Z为 z??dZ?0ZLKxa?x x12dxx?x??HOL?NOL 式中: L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2?s); Kxa 以?X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3?s); HOL 液相总传质单元高度，m; NOL 液相总传质单元数，无因次。 令:吸收因数A=L/mG NOL?y?mx21 ln[(1?A)1?A] 1?Ay1?mx1 ii. 测定方法 (1)空气流量和水流量的测定 本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件(温度和压力)和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。 (2)测定填料层高度Z和塔径D; (3)测定塔顶和塔底气相组成y1和y2; (4)平衡关系。 本实验的平衡关系可写成 y = mx 式中: 相平衡常数，m=E/P; E 亨利系数，E,f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得; P 总压，Pa，取1atm。 对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算 G( y1?y2)?L(x1?x2) 可得x1 。 三、实验装置 1〕装置流程 1、2、13,球阀; 3,气体流量调节阀; 4,液体流量调节阀;5,气体转子流量计;6,液 体转子流量计;7,喷淋头;8、11,填料层;9,液体再分布器;10,塔底;11,支撑板;12,压差计;14,二氧化碳转子流量计;15,气体混合罐. 图5-1 吸收装置流程图 本实验装置流程:由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔 内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成 是等温操作。 2〕主要设备 (1)吸收塔:高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。 (2)填料规格和特性:金属丝网波纹规整填料:型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。 (3)转子流量计:测量CO2流量; (4)C1000仪表:显示水和空气的流量; (5)空气风机:型号:旋涡式气泵 (6)二氧化碳钢瓶; (7)气相色谱仪分析。 四、实验步骤与注意事项 1(实验步骤 (1)熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项; (2)打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水; (3)打开仪表电源开关及空气压缩机电源开关，进行仪表自检; (4)开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。(塔底液封控制:仔细调节阀门2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或 过低而泄气); (5)启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀; (6)仔细调节风机出口阀门的开度(并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值;) (7)待塔中的压力靠近某一实验值时，仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值; (8)待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、压力、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成; (9)实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，(实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器)清理实验仪器和实验场地。 2)注意事项 (1)固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。 (2)在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。 五、实验报告 1) 将原始数据列表。 2)在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。 3)列出实验结果与计算示例。 六、思考题 1(本实验中，为什么塔底要有液封,液封高度如何计算, 2(测定Kxa有什么 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 意义, 3(为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制, 4(当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数, 实验二 管道流量分配规律 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 性实验 一、实验目的 1(掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2(设计实验以得到管道流量的分配规律。 3(学会通过压降反算流量的方法。 二、基本原理 流体通过由直管、管件(如三通和弯头等)和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。 1(直管阻力摩擦系数λ的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为: hf??pf ??p1?p2 ? ?lu2lu2?? (1) d2 即， ?? 式中: λ —直管阻力摩擦系数，无因次; d —直管内径，m; 2d?pf (2) ?pf—流体流经l米直管的压力降，Pa; hf—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg; ρ —流体密度，kg/m3; l —直管长度，m; u —流体在管内流动的平均流速，m/s。 滞流(层流)时， ??64 (3) Re du?Re? (4) ? 式中:Re —雷诺准数，无因次; μ —流体粘度，kg/(m?s)。 湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度(ε/d)的函数，须由实验确定。 由式(2)可知，欲测定λ，需确定l、d，测定?pf、u、ρ、μ等参数。 l、d为装置参数(装置参数表格中给出)， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。 例如本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3/h。 u?V (5) 2900?d 倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。 ?pf可用U型管、 (1)当采用倒置U型管液柱压差计时 ?pf??gR (6) 式中:R,水柱高度，m。 (2)当采用U型管液柱压差计时 ?pf???0???gR (7) 式中:R,液柱高度，m; ?0,指示液密度，kg/m3。 根据实验装置结构参数l、d，指示液密度?0，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。 2(局部阻力系数? 的测定 局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (3) 当量长度法 流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为le的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，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，则流体在管路中流动时的总机械能损失?hf 为: l??leu2?hf??d2 (8) (4) 阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即: u2 ?? h?f? (9) ?g2 故 ?? 式中:? —局部阻力系数，无因次; ?p?f ,局部阻力压强降，Pa;(本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。) ρ —流体密度，kg/m3; g —重力加速度，9.81m/s2; u —流体在小截面管中的平均流速，m,s。 待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。 根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度?0，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(10)求取管件或阀门的局部阻力系数?。 3(管道流体流量的分布规律 管道的流量分配与管道阻力相关，阻力越大流量越小。 2?p?f?p?f?gu2 (10) 三、实验装置与流程 2( 实验装置 实验装置如图1所示: 1,水箱;2,进口压力表;3,离心泵;4,出口压力表;5,涡轮流 量计;6,开启管路球阀; 7,均压环;8,连接均压环和压力变送器球阀;9,局部阻力管上的闸阀;10,压力变送器; 11,出水管路闸阀;12,水箱放水阀;13,宝塔接头 图1 实验装置流程示意图 2.实验流程 实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀);光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。 水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。 3(装置参数 装置参数如表1所示。 表1 四、实验步骤(自行设计) 五、实验数据处理(自行设计) 六、实验报告(自行设计) 实验三 离心泵特性曲线测定 一、实验目的 1.了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用; 2. 掌握离心泵特性曲线测定方法; 3.了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、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泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1(扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程: pupuz1?1?1?H?z2?2?2??hf (1,1) ?g2g?g2g 由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项?hf，速度平方差也很小故可忽略，则有 H?(z2?z1)?22p2?p1 ?g ?H0?H1(表值)?H2 (1,2) 式中: H0?z2?z1，表示泵出口和进口间的位差，m;和 ρ——流体密度，kg/m3 ; g——重力加速度 m/s2; p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa; H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m; u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s; z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2(轴功率N的测量与计算 N?N电?k (W) (1,3) 其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k,0.95。 3(效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，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?HQ?g (1,4) 故泵效率为 ?? 4(转速改变时的换算 泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。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Q的变化，多个实验点的转速n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某一定转速n?下(可取离心泵的额定转速2900rpm)的数据。换算关系如下: HQ?g?100% (1,5) N 流量 Q'?Qn? (1,6) n n?2) (1,7) n扬程 H??H( 轴功率 N??N(n?3) (1,8) n 效率 ???Q'H??gQH?g??? (1,9) N?N 三、实验装置与流程 离心泵特性曲线测定装置流程图如下: 1,水箱;2,进口压力表;3,离心泵;4,出口压力表;5,涡沦流量计;6,开启管路球阀;7,均压环;8,连接均压环和压力变送器球阀;9,局部阻力管上的闸阀;10,压力变送器;11,出水管路闸阀;12,水箱放水阀;13,宝塔接头;14,温度传感器;15,泵的管路阀;16—旁路阀;17—电动调节阀; 图1 实验装置流程示意图 四、实验步骤及注意事项 (一)实验步骤: 1.清洗水箱，并加装实验用水。给离心泵灌水，排出泵内气体。 2.检查电源和信号线是否与控制柜连接正确，检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查 电机和离心泵是否正常运转。 3.实验时，逐渐打开调节阀以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。(离心泵特性 实验部分，主要获取实验参数为:流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0。) 4.测取10组左右数据后，可以停止泵，同时记录下设备的相关数据(如离心泵型号，额定流量、 扬程和功率等)。 (二)注意事项: 1.一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养， 防止叶轮被固体颗粒损坏。 2.泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。 五、数据处理 (1)记录实验原始数据如下表1: 实验日期: 实验人员: 学号: 装置号: 离心泵型号, ，额定流量, ，额定扬程, ，额定功率, 泵进出口测压点高度差H0= ，流体温度t, (2)根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率，如表2: 六、实验报告 1(分别绘制一定转速下的H,Q、N,Q、η,Q曲线 2(分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。 七、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点,是否还有其他方法调节流量, 4. 泵启动后，出口阀如果不开，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1200Kg/,的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化,轴功率是否变化, 3 实验四 干燥操作与干燥速度曲线的测定实验 一、实验目的 1、理解测定物料干燥速度曲线的工程意义 2、掌握物料干燥速度曲线的测定方法 3、了解影响干燥速度曲线的因素 提示 :干燥特性曲线，简称干燥曲线 若将湿物料量于一定的干燥条件下，例如一定的温度、湿度和速度的空气流中，测定被干燥物料的重量和温度随时间的变化关系，则得下图所示曲线，即物料含水量-时间曲线及物料温度-时间曲线，即干燥曲线。 干燥过程分为三个阶段:?、物料预热阶段;?、恒速干燥阶段和?、降速干燥阶段。图中AB段为物料预热阶段，物料处于预热阶段，空气中部分热量用来加热物料，故物料含水量随时间变化不大。在随后的第?阶段BC，由于物料表面存有自由水分，物料表面温度等于空气湿球温度tw， 传入的热量只用来蒸发物料表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且较大。 到了第?阶段，物料中含水量减少到某一临界含水量时，由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持润湿，则物料表面将形成干区，干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线CD逐渐达到平衡含水量X*而终止。在降速阶段，随着水分汽化量的减少，传入的湿热较汽化带出的潜热为多，热空气中部分热量用于加热物料。物料温度开始上升，?与?交点处的含水量称为物料的临界含水量Xo，在图中物料含水量曲线对时间的斜率就是干燥速率u。 二、实验内容 1、测定流化干燥速度曲线 2、了解热空气流速对干燥速率的影响，即保持热空气的温度、测定时间不变，改变热空 气流量，看热空气流量与物料含水量的关系 3、了解热空气温度对干燥速率的影响，即保持热空气流量、测定时间不变，改变热空气 温度，看热空气温度与物料含水量的关系 4、保持热空气的温度、流量不变，改变测定时间，绘制测定时间[横轴]与物料含水量[纵 轴]的关系图 三、实验装置及流程 1、干燥塔体 Φ165×8 mm 优质高压玻璃 2、转子流量计 LZB250-25 3、温度计 0,150 ? ，0,250? 4、实验用干燥物料:30,40 目变色硅胶 5、DC-4 微音气泵 四、影响物料干燥速率的因素 除了干燥塔的结构外: 1、物料的性质和形状 2、物料本身的温度 3、物料本身的含水量 4、干燥介质[热风]的温度和湿度 5、干燥介质[热风]的流向和流速 五、操作步骤及注意事项 1、开启微音气泵并调节风量至12,14M3 保持不变，使流化床处于良好的流化状态 2、将取样器拉出，向加水器加适量水[视空气相对湿度而定](300,450ml),加水过程中， 调节加水器活塞，勿使水流过大 3、接通加热器电源，调节加热器电压[一般,110V],使进入干燥器的空气温度在98, 100?，并使其恒定 4、在进气量和进气温度恒定的条件下，每隔5分钟纪录床层温度一次;每隔10分钟纪 录温度并采集样品一次。每次采样约2,3g/次。采样时将取样棒推进随即拉出即可。采样后，快速将样品放入已干燥、已称重的空玻璃称量瓶中。 5、保持进气量不变，调节加热器电压,使进入干燥器的空气温度在,90?，并使其恒定 6、调节微音气泵并调节风量分别至12、13、14M3 ，使流化床处于良好的流化状态。调 节被加热的空气温度在100?，在进气量和进气温度恒定的条件下，每隔5分钟纪录床层温度一次;每隔10分钟纪录温度并采集样品一次。每次采样约2,3g/次。采样时将取样棒推进随即拉出即可。 7、将采集的样品分别称重，然后揭开盖子，置于,120?烘箱内，烘1.5,2.0小时，盖 好称量瓶盖子，拿出，称重，至恒重为止。 8、实验进行到物料温度明显上升，硅胶变蓝为止 9、实验完成后先断开加热电源，待空气温度在50?以下时，再关微音气泵 实验现象及实验数据记录 [ 班 ]干燥实验 原始数据记录表 气温(干球): ?;湿球温度: ? 大气压: Kpa;塔内压降: ?H O 2、实验数据处理结果表: 4、根据实验结果，绘制测定时间[横轴] 与物料含水量[纵轴]的关系图[直角坐标] 5、根据实验结果，标绘干燥曲线[直角坐标]和干燥速率曲线图[直角坐标] 六、实验数据处理提示 测定恒定条件下干燥速度曲线和干燥曲线 1、 物料的含水量，一般用相对于物料总重量的水分量，即以湿物料为基准的水分含量，用符号W表示。 但是，干燥过程中物料总重量在变化，所以以干物料为基准的含水率C表示较为方便。 W和C之间的关系如下: W 1?W 2、干燥速率是单位时间内，从被干燥物料的单位面积上、所汽化的水分量。可表示为: C? NA?dW?W ?A?dzA??? 式中:NA 干燥速率, kg/(m2?s) A 流化干燥时，被干燥物料的表面积，即被干燥物料的汽化表面积，一 般很难测定。m2 W 从被干燥物料汽化的水分量，kg τ 干燥时间，sec 以物料的干基含水量[kg水/kg干物料]为横轴，干燥速率[kg/(m2?h)]为纵轴，按实验数据标绘即得干燥速度曲线。 3、 干燥曲线是表示 物料含水量C[kg水/kg干物料]及物料表面温度T 与干燥时间τ 的关系曲线。即同一张图上有两条曲线:一条是以物料含水量C为纵轴，干燥时间τ为横轴的关系曲线;另一条是以物料表面温度 T为纵轴，时间τ为 横轴的关系曲线。换言之，物料含水量(C)与时间τ的关系曲线及物料温度与时间τ的关系曲线为干燥曲线。物料含水量与时间τ关系曲线的斜率即为干燥速率。将干燥速率对物料含水量作图，即为干燥速率曲线。 4、 干燥速度曲线 是表示 干燥速率 NA[kg水/(m2?h)与物料含水量C[kg水/kg物料]的关系曲线。 5、 因为被干燥物料的单位面积[指被干燥物料的表面积m2，才是流化干燥时被干燥物料的表面积]很难测量，所以干燥速率也可用单位重量干物料、在单位时间内所汽化的水分量表示; NA?'dW Kg/(kg?s) GC?d? 式中:Gc 干物料的质量，kg 因为 dW=,GC?dτ 所以 NA’=?dC d? 因此干燥曲线图中，含水分率对时间的斜率即是NA’。若将NA’[或者NA]为纵 轴，对C[kg水/kg干物料][为横轴]，标绘成直角坐标图，即是干燥速度曲线。 6、 所谓恒定条件是指空气的温度、湿度、流速、与物料的接触方式等不变。因此随空气而定的空气至物料表面的传热膜系数α[kW/(m2??)和KH ,以湿度差为推动力的传质系数kg/(m2?s?ΔH)也保持恒值。 七、结果与讨论 用温度计挂在室外或室内测得的温度称为干球温度。将温度计的温泡 扎上润湿的纱布，并将纱布的下端浸于充水容器中，就成为湿球温度计了。将湿球温度计置于通风处，使空气不断流通，此时该温度计读数为湿球温度。 实验五 填料塔吸收传质系数的测定 一、实验目的 1(了解填料塔吸收装置的基本结构及流程; 2(掌握总体积传质系数的测定方法; 5(了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。 二、基本原理 气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。 iii. 计算公式 填料层高度Z为 z??dZ?0ZLKxa?x x12dxx?x??HOL?NOL 式中: L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2?s); Kxa 以?X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3?s); HOL 液相总传质单元高度，m; NOL 液相总传质 单元数，无因次。 令:吸收因数A=L/mG NOL?y?mx21 ln[(1?A)1?A] 1?Ay1?mx1 iv. 测定方法 (1)空气流量和水流量的测定 本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件(温度和压力)和有关公式换算成 空气和水的摩尔流量。 (2)测定填料层高度Z和塔径D; (3)测定塔顶和塔底气相组成y1和y2; (4)平衡关系。 本实验的平衡关系可写成 式中: 相平衡常数，m=E/P; E 亨利系数，E,f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得; P 总压，Pa， 取1atm。 对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算 G( y1?y2)?L(x1?x2) 可得x1 。 三、实验装置 1〕装置流程 1、2、13,球阀; 3,气体流量调节阀; 4,液体流量调节阀;5, 气体转子流量计;6,液 体转子流量计;7,喷淋头;8、11,填料层;9,液体再分布器;10,塔底;11,支撑板;12,压差计;14,二氧化碳转子流量计;15,气体混合罐. 图5-1 吸收装置流程图 本实验装置流程:由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。 2〕主要设备 (1)吸收塔:高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。 (2)填料规格和特性:金属丝网波纹规整填料:型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。 (3)转子流量计:测量CO2流量; (4)C1000仪表:显示水和空气的流量; (5)空气风机:型号:旋涡式气泵 (6)二氧化碳钢瓶; (7)气相色谱仪分析。 四、实验步骤与注意事项 1(实验步骤 (1)熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项; (2)打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水; (3)打开仪表电源开关及空气压缩机电源开关，进行仪表自检; (4)开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。(塔底液封控制:仔细调节阀门2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气); (5)启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀; (6)仔细调节风机出口阀门的开度(并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值;) (7)待塔中的压力靠近某一实验值时，仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值; (8)待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、压力、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成; (9)实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，(实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器)清理实验仪器和实验场地。 2)注意事项 (1)固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。 (2)在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。 五、实验报告 1) 将原始数据列表。 2)在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。 3)列出实验结果与计算示例。 六、思考题 1(本实验中，为什么塔底要有液封,液封高度如何计算, 2(测定Kxa有什么工程意义, 3(为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制, 4(当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数, 实验六 筛板塔精馏过程实验 一( 实验目的 1( 了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。 2( 学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3( 学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。 二(基本原理 1(全塔效率ET 全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即 ET?NT?1 (8,1) NP 式中，NT,完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜; NP,完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置NP,10。 全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数NT，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。 2(单板效率EM 单板效率又称莫弗里板效率，如图8,1所示，是指气相 或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔 板前后的组成变化值之比。 xn?1 图8,1 塔板气液流向示意 按气相组成变化表示的单板效率为 EMV? 按液相组成变化表示的单板效率为 yn?yn?1 (8,2) *yn?yn?1 EML?xn?1?xn (8,3) *xn?1?xn 式中，yn、yn?1,离开第n、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数; xn?1、xn,离开第n-1、n块塔板的液相组成，摩尔分数; * yn,与xn成平衡的气相组成，摩尔分数; * xn,与yn成平衡的液相组成，摩尔分数。 3( 图解法求理论塔板数NT 图解法又称麦卡勃,蒂列(McCabe,Thiele)法，简称M,T法，其原理与逐板计算法 完全相同，只是将逐板计算过程在y,x图上直观地表示出来。 精馏段的操作线方程为: yn?1?xRxn?D (8,4) R?1R?1 式中， yn?1,精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数; xn,精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数; xD,塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数; R ,泡点回流下的回流比。 提馏段的操作线方程为: WxL' ym?1?'xm?'W (8,5) L?WL?W 式中，ym?1,提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数; xm,提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数; xW,塔底釜液的液体组成，摩尔分数; L',提馏段内下流的液体量，kmol/s; W,釜液流量，kmol/s。 加料线(q线)方程可表示为: y?xqx?F (8,6) q?1q?1 (8,7) 其中， q?1? 式中，q,进料热状况参数; cpF(tS?tF)rF rF,进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol; ; tS,进料液的泡点温度，? ; tF,进料液温度，? ; cpF,进料液在平均温度(tS?tF)/2下的比热容，kJ/(kmol?) xF,进料液组成，摩尔分数。 回流比R的确定: R? 式中，L ,回流液量，kmol/s; L (8,8) D D ,馏出液量，kmol/s。 式(8,8)只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。 如图8,2所示，从全凝器出来的温度为tR、流量为L的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。 图8,2塔顶回流示意图 对第一块板作物料、热量衡算: V1?L1?V2?L (8,9) V1IV1?L1IL1?V2IV2?LIL (8,10) 对式(8,9)、式(8,10)整理、化简后，近似可得: L1?L[1? 即实际回流比: cp(t1L?tR)r] (8,11) L1 (8,12) D cp(t1L?tR)L[1?] ? (8,13) DR1? 式中，V1、V2,离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s; L1,塔内实际液流量，kmol/s; IV2、IL1、IL,指对应V1、V2、L1、L下的焓值，kJ/kmol; IV1、 r,回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol; cp,回流液在t1L与tR平均温度下的平均比热容，kJ/(kmol?)。 (1) 全回流操作 在精馏全回流操作时，操作线在y,x图上为对角线，如图8,3所示，根据塔顶、塔釜 的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。 图8,3 全回流时理论板数的确定 (2) 部分回流操作 部分回流操作时，如图8,4，图解法的主要步骤为: A. 根据物系和操作压力在y,x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线; B. 在x轴上定出x,xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b; C. 在y轴上定出yC,xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线; D. 由进料热状况求出q线的斜率q/(q-1)，过点f作出q线交精馏段操作线于点d; E. 连接点d、b作出提馏段操作线; F. 从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏 段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止; G. 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数(包含再沸器)，跨过点d的那块板就是加料板， 其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。 图8,4部分回流时理论板数的确定 三.实验装置和流程 本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。 筛板塔主要结构参数:塔内径D,68mm，厚度?,2mm，塔节?76?4，塔板数N,10块，板间距HT,100mm。加料位置由下向上起数第3块和第5块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高 7.3mm，齿深4.6mm，齿数9个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d0,1.5mm，正三角形排列，孔间距t,5mm，开孔数为74个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1块和第10块，斜向上为液相取样口， 水平管为气相取样口。 本实验料液为乙醇水溶液，釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体传质后，进入盘管式换热器壳程，冷凝成液体后再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐;残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐。精馏过程如图8,5所示。 9 8 图8,5筛板塔精馏过程示意图 1,塔釜排液口; 2,电加热器; 3,塔釜; 4,塔釜液位计; 5,塔板; 6,温度计(其余均以 t表示); 7,窥视节; 8,冷却水流量计; 9,盘管冷凝器; 10,塔顶平衡管; 11,回流液流 量计; 12,塔顶出料流量计; 13,产品取样口; 14,进料管路; 15,塔釜平衡管; 16,盘管 换热器; 17,塔釜出料流量计; 18,进料流量计; 19,进料泵; 20,产品储槽; 21,残液储 槽;22,料液取样口。 四(实验步骤与注意事项 本实验的主要操作步骤如下: 1(全回流 (1) 配制浓度10%~20%(体积百分比)的料液加入贮罐中，打开进料管路上的阀门，由进料泵将 料液打入塔釜，至釜容积的2/3处(由塔釜液位计可观察)。 (2) 关闭塔身进料管路上的阀门，启动电加热管电源，调节加热电压至适中未知，使塔釜温度 缓慢上升(因塔中部玻璃部分较为脆弱，若加热过快玻璃极易碎裂，使整个精馏塔报废，故升温过程应尽可能缓慢)。 (3) 打开塔顶冷凝器的冷却水，调节合适冷凝量，并关闭塔顶出料管路，使整塔处于全回流状 态。 (4) 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓度XW，送色谱分析 仪分析。 2( 部分回流 (1)在储料罐中配制一定浓度的乙醇水溶液(约10~20%)。 (2)待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量。 (3)控制塔顶回流和出料两转子流量计，调节回流比R(R=1~4)。 (4)当塔顶、塔内温度读数稳定后即可取样。 3(取样与分析 (1) 进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出。 (2) 塔板取样用注射器从所测定的塔板中缓缓抽出，取1ml左右注入事先洗净烘干的针剂瓶中， 并给该瓶盖标号以免出错，各个样品尽可能同时取样。 (3) 将样品进行色谱分析。 4(注意事项 (1)塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。 (2)料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。 五(实验报告 1(将塔顶、塔底温度和组成，以及各流量计读数等原始数据列表。 2(按全回流和部分回流分别用图解法计算理论板数。 3(计算全塔效率和单板效率。 4.分析并讨论实验过程中观察到的现象。 六(思考题 1. 测定全回流和部分回流总板效率与单板效率时各需测几个参数,取样位置在何处, 2(全回流时测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，如何求得xn* ，部分回流时，又如何求xn*, 3(在全回流时，测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，能否求出第n层塔板上的以气相组成变化表示的单板效率, 4(查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值, 5(若测得单板效率超过100%，作何解释, 6(试分析实验结果成功或失败的原因，提出改进意见。