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轻化专业化工实验讲义2012版1

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轻化专业化工实验讲义2012版1流体流动阻力的测定实验目的研究管路系统中的流体流动和输送,其中重要的问题之一,是确定流体在流动过程中的能量损耗。流体流动时的能量损耗(压头损失),主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力(直管阻力)和局部阻力两大类。本实验的目的,是以实验方法直接测定摩擦系数入和局部阻力系数z并学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。基本原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时,在管路系统中任意两个界面之间列出机械能衡算方程为Pi2U12二gZ2旦hf;2Jkg1(i)2u2Hfm液柱式中...

轻化专业化工实验讲义2012版1
流体流动阻力的测定实验目的研究管路系统中的流体流动和输送,其中重要的问题之一,是确定流体在流动过程中的能量损耗。流体流动时的能量损耗(压头损失),主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力(直管阻力)和局部阻力两大类。本实验的目的,是以实验方法直接测定摩擦系数入和局部阻力系数z并学会压差计、流量计的使用方法以及识别管路中各个管件、阀门的作用。基本原理当不可压缩流体在圆形导管中流动时,在管路系统中任意两个界面之间列出机械能衡算方程为Pi2U12二gZ2旦hf;2Jkg1(i)2u2Hfm液柱式中:Z—流体的位压头,m液柱;Hf符号下标1P—流体的压强,Pa;u—流体的平均流速,m•s-;-3P—流体的密度,kgm;hf—流动系统内因阻力造成的能量损失,—流动系统内因阻力造成的压头损失,和2分别 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示上游和下游截面上的数值。-.m液柱。Jkg(1)水作为实验物系,则水可视为不可压缩流体;(2)实验导管是按水平装置的,则乙=Z2;(3)实验导管的上下游截面上的横截面积相同,则因此(1)和⑵两式分别可简化为假若:ui=u2。.P1—P2hf_--kgHfP1-P2m水柱由此可见,因阻力造成的能量损失(压头损失),可由管路系统的两界面之间的压力差(压头差)来测定。,有如下当流体在圆形直管内流动时,流体因磨擦阻力所造成的能量损失(压头损失),般关系式:hfp1~■p2i=九*—d2u~2Jkg-_P或Hfp1-p2I=九*—2um液柱⑹■gd2g式中:d—圆形直管的直径,m;I—圆形直管的长度,m;入一摩擦系数,(无因次)。大量试验研究表明:摩擦系数入与流体的密度p和粘度卩管径d、流速u和管壁粗糙度&有关。应用因次分析的方法,可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相对粗糙度s/d存在函数关系,即'工=f(Re、匚)(7)d通过实验测得入和Re数据可以在双对数坐标上标绘出试验曲线。当Rev2000时,摩擦系数入与管壁粗糙度s无关。当流体在直管中呈湍流时,入不仅与雷诺数有关,而且与管壁相对粗糙度有关。当流体流过管路系统时,因遇各种管件、阀门和测量仪表等而产生局部阻力,所造成的能量损失(压头损失),有如下一般关系式:2u-hfJkgf2或2"uH'rm液柱2g式中:u—连接管件等的直管中流体的平均流速,m-s-;Z—局部阻力系数(无因次)。由于造成局部阻力的原因和条件极为复杂,各种局部阻力系数的具体数值,都需要通过实验直接测定。三、实验步骤1、关闭流量控制阀,确认两个平衡阀是否打开(注意:启动泵前必须打开平衡阀),启动泵。2、系统排气(1)总管排气:先将流量控制阀开足然后再关闭,重复三次,目的为了使总管中的气体被排走。(2)引压管排气:依次分别对4个排气阀,开、关重复三次。(3)压差计排气:关闭两个平衡阀,依次分别打开4个排气阀,此时眼睛要注视着U型压差计中的指示剂液面的上升,防止指示剂冲出,开、关重复三次。3、检验排气是否彻底是将流量控制阀开至最大,再关至零,看U型压差计读数,若左右读不得用于商业用途数相等,则判断系统排气彻底;若左右读数不等,则重复上述2步骤。由于流量计量采用涡轮流量计,其小流量受到结构的限制,因此从大流量做起,实验数据比较准确。4、实验布点由于Re在充分湍流区,入〜Re的关系是直线,所以大流量时少布点,而Re在比较小时,入〜Re的关系是曲线,所以小流量时多布点。先将控制阀开至最大,读取流量显示仪读F大,然后关至水银压差计差值约0.10时,在读取流量显示仪读数F小,在F小和F大二个读数之间布12〜14个点。水温取第一组和最后一组读数的平均值。5、实验结束后,关闭电源,打开两个平衡阀。四、原始数据直管段长:;直管段直径:;局部阻力段直径:;流量系数:压差计初读数:直管阻力左=;右=;局部阻力左=;右=水温:初读数,终读数;平均值。No.流量读数直管阻力压差计局部阻力压差计左右左右12345678910111213141516换热系数的测定一、实验目的1、了解列管换热器的结构;2、掌握换热器的主要性能指标的测定方法;3、掌握换热器的基本操作方法。二、基本原理工业上大量存在的传热过程(指间壁式传热过程)都是由固体内部的导热及各种流体与固体表面见的给热组合而成的。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。传热基本方程式传热密度q是反映具体传热过程速率大小的特征量。对q的计算,需要引入壁面温度,而在实际计算时,壁温往往是未知的。为实用方便,希望能避开壁温测量,直接根据冷、热流体的温度进行传热速率的计算。T在间壁式换热器中,热量序贯地由热流体传给壁面左侧、再由壁面左侧传导至壁面右侧,壁面右侧传给冷流体。在定态条件下,并忽略壁面内外表面的差异,则各环节的热流密度相等,即即T-twiw1-tw2d__tw2_t1(1)由(1)式可以得到式中T-t推动力阻力(2)1otc分别为各传热环节对单位传热而言的热阻。由上式,串联过程的推动力和阻力具有加和性。在 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 上,上式通常写成:1Q二KA(T-t)(3)式中K(4)丄+色+丄h':'c式(4)为传热过程总热阻的倒数,称为传热系数。比较式(1)和式(2)两式可知,给热系数a同流体与壁面的温差相联系,而传热系数K则同冷、热流体的温差相联系。由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的,且此温度差与冷、热流体温度成线性关系,故将(3)式中(T-t)的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示,即Q=KA=tm(5),其中逆流时:tm=(Tl-t叮er)InTl7T2-t|热量衡算方程式上图为单壳程双管程列管换热器实验流程图,具体参数如下:壳程采用圆缺型挡板,传热管为不锈钢管,管径:$13XImm;有效管长:1000mm;管数:24根;管外侧传热总面积:1.0m2。本实验物系冷流体是水,热流体是空气。热流体自风机1来,经旁路阀2调节流量后,经转子流量计3测量体积流量为qvh后,进入空气加热器4加热到100~110C后,流入换热器的管程,并在入口处测量其进口温度T1,在出口处测量其出口温度T2,冷流体走壳程,经阀门7调节流量,经转子流量计测量体积流量为qvc,测量进口温度t1后,进入换热器壳程,换热后在出口处测量其出口温度t2。不计热损失,稳定状态时热流体放出的热量等于冷流体得到的热量,即Q=Q吸=0放,其中Q吸-qvc:cCPc(t2-11)(6)Q放-qvh"hCPh(T1-T2)(7)将(5)和(6)或(7)式联立,则可求出K值传热过程的调节在换热器中若热流体的流量qvh或进口温度Ti发生变化,而要求出口温度T2保持原来数值不变,可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯地从热量衡算的观点理解为冷流体的流量大带走的热量多,流量小带走的热量小。根据传热基本方程式,正确的理解是,冷却介质流量的调节,改变了换热器内传热过程的速率。传热速率的改变,困难来自△tm的变化,也可能来自K的变化,而多数是由两者共同引起的。如果ac>>ah,调节qvc,将使Atm的变化。如果ac<D+W,塔釜液位将会上升,从而发生淹塔;若FDxd+Wxw,塔内轻组分大量累积,即表现为每块塔板上液体中的轻组分增加,塔顶能达到指定温度和浓度,此时塔内各板的温度所对应塔板的温度分布曲线如图6所示,但塔釜质量不合格,表明加料速度过大或塔釜加热量不够;若FXfVDxd+Wxw,塔内轻组分大量流失,此时各板上液体中的重组分增加,塔内温度分布曲线如图7所示,这时塔顶质量不合格,塔底质量合格。表示塔顶采出率过大,应减小或停止出料,增加进料和塔釜出料。6Fxf>DxD+Wxw时温度分布曲线灵敏板温度是指一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰(如R,Xf,采出率等发生波动时),全塔各板的组成将发生变动,全塔的温度分布也将发生相应的变化,其中有一些板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏,故称它们为灵敏板。按塔顶和塔釜温度进行操作控制的不可靠性不可靠性来源于二个原因:一是温度与组成虽然有一一对应关系,但温度变化较小,仪表难以准确显示,特别是高纯度分离时;另一是过程的迟后性,当温度达到指定温度后由于过程的惯性,温度在一定时间内还会继续变化,造成出料不合格。塔内温度剧变的区域塔内沿塔高温度的变化如图7所示。显然,在塔的顶部和底部附近的塔段内温度变化较小,中部温度变化较大。因此,在精馏段和提馏段适当的位置各设置一个测温点,在操作变动时,该点的温度会呈现较灵敏的反应,因而称为灵敏点温度。按灵敏点温度进行操作控制操作一段时间后能得知当灵敏点温度处于何值时塔顶产品和塔底产品能确保合格。以后即按该灵敏点温度进行调节。例如,当精馏段灵敏点温度上升达到规定值后即减小出料量,反之,则加大出料量。因此能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液组成的变化。图6和图7是物料不平衡时,全塔温度分布的变化情况;图8是分离能力不够时,全塔温度分布的变化情况,此时塔顶和塔底的产品质量均不合格。从比较图7和图8可以看出,采出率增加和回流比减小时,灵敏板的温度均上升,但前者温度上升是突跃式的,而后者则是缓慢式的,据此可判断产品不合格的原因,并作相应的调整。三、实验设计1采用乙醇〜水物系,全回流操作测全塔效率Nt—1根据T,在一定加热量下,全回流操作N图8.分离能力不够时温度分布曲线图稳定后塔顶塔底同时取样分析,得Xd、Xw,用作图法求理论板数。2•部分回流时回流比的估算操作回流比的估算有二种方法:(i)通过如图所示,作一切线交纵坐标,截距为X)—,即可求得Rmin,由R=(1-2〜2)Rmin,初估操作回流比。(ii)根据现有塔设备操作摸索回流比,方法如下:选择加料速度为4〜61/h,根据物料衡算塔顶出料流量及调至适当值,塔釜暂时不出料。将加热电压关小,观察塔节视镜内的气液接触状况,当开始出现漏液时,记录P釜读数,此时P釜作为操作压力下限,对应的加热电压即为最小加热量,读取的回流比即为操作回流比下限。将加热电压开大,观察塔节视镜内的气液接触状况,当开始出现液泛时,记录P釜读数,此时P釜作为操作压力上限,对应的加热电压即为最大加热量,读取的回流比即为操作回流比上限。在漏液点和液泛点之间选择一合适的塔釜加热量。部分回流时,塔顶塔底质量同时合格D的估算根据轻组份物料衡算,得D的大小,应考虑全回流时塔底轻组分的含量。四、实验装置1—电加热棒;2—精馏釜;3—釜压测压口;4—塔釜温度计;5—灵敏板温度计;6—塔体;7—塔顶温度计;8—冷凝器;9,12,14,15,16,17,18,19,23,24,25,26—阀;10—分配器;11,13,20—转子流量计;21—原料储液槽和加料泵;22—产品储槽实验装置流程示意图五、实验步骤(间歇精馏)在塔釜先加10%(v%)左右的乙醇水溶液,釜位近液位计2/3处,开启加热电源使电压为220V,打开塔顶冷凝器进水阀,关闭产品出料控制阀,开足回流控制阀,使塔处于全回流状态操作。待回流流量计浮子浮起来达15min之久后,同时取样分析塔顶Xd与塔釜XXd、X用酒精度计计量,近100oC的釜液需冷却至20oC。比重计测得的值的单位是v%将此值查图或计算即可得mol%通过计算也可将塔顶的v%奂算成mol%。3•部分回流时,保持可调电压在220V,基本上使精馏段保持原来上升的气量。正常的釜压应控制在P釜=20〜35/x100Pa。4•若发生T灵急剧上升,应采取措施。正常的灵敏板温度应控制在T灵=78〜83之间。六、原始数据记录实验体系:酒精水溶液进料状态:常温设备参数:塔板数=塔径=板间距=仪表参数:回流流量计量程:产品流量计量程:加热功率(恒定)加热功率(可调)操作参数:进料含量Xf(V%)=Xdv%Xwv%T釜oCT灵cCT顶cCP釜PaDml/minLml/minR全回流0oo部分回流七、数据处理1•根据全回流的实验结果,用图解法求出理论塔板数,并计算总板效率。2•对部分回流实验结果,用图解法求出最小回流比,从而验证实际回流比是否合理。八、实验注意事项1•预热开始时,要及时开启塔顶冷凝器的冷却水阀。当釜液预热至沸腾后要注意控制加热量。随时注意釜内的压强、灵敏板的温度等操作参数的变化情况,随时加以调节控制。部分回流操作时,需预先选择好回流比,及时调整回流量和产品流量。取样必须在操作稳定时进行,最好能做到同时取样。若用酒精计测量浓度,取样量应能保证使比重计浮起。九、思考题在精馏塔操作中,塔釜压力为什么是一个重要的操作参数?塔釜压力与哪些因素有关?板式精馏塔气液两相有什么流动特点?精馏操作时用什么方法增加回流比?能否采用减少塔顶出料量的方法?在精馏操作时,由于塔顶采出率太大而致使产品质量不合格时,恢复正常情况的最快、最有效的方法是什么?附:乙醇----水(1atm)的气液平衡组成温度/C液相中乙醇(摩尔分数)X/%气相中乙醇(摩尔分数)y/%温度/C液相中乙醇(摩尔分数)X/%气相中乙醇(摩尔分数)y/%10000861145.499.30.22.585.711.546.198.80.44.285.412.146.997.70.88.885.212.647.596.71.212.88513.248.195.81.616.384.813.848.795218.784.714.449.394.22.421.484.51549.893.42.92483.32053.192.63.326.282.42555.591.93.728.181.630.657.791.34.229.981.235.159.690.94.631.680.84061.490.55.133.180.445.463.489.75.534.58050.265.489.2635.879.85466.9896.53779.659.669.688.36.938.179.364.171.987.97.439.278.870.675.887.77.940.278.67679.387.48.441.378.479.881.8878.942.178.28686.486.79.442.978.1589.489.486.49.943.89594.286.210.544.6100100仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenfurStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'etudeetlarechercheuniquementadesfinspersonnelles;pasadesfinscommerciales.to员bkog^A.nrogeHKOTOpMeno^b3ymoiflCH6yHeHuac^egoBuHHuefigo^^HMucno员B30BaTbCEbKOMMepqeckuxqe员ex.以下无正文
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