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。
3. 观察孔板前后压差与流量的关系，计算不同雷诺准数时的孔板系数C0
原理： 以秒表和1000mL量筒测体积流量，计算雷诺准数，观察相应的流型；记录孔板前后压差，计算孔板系数C0 ；改变流量，重复操作。 计算公式如下：
qv = uA = u0A0 , Re =
R ：孔板前后液柱差。
d?u???,
u0?c02gR(?i??)?要求：从层流到湍流测8组数据。 三、实验装置
实验装置流程如图7-1所示。
图7-1 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7-2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7-2 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7-3所示）。同时，用体积法测定流量并计算出雷诺准数。
图7-3 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7-4所示的速度分布。
图7-4 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 实验数据处理 1 观察流动状态
水温： ；密度： 粘度： 序号 流量 1 2 3 4 5 6 7 8 孔板压差 Re C0 流动现象 流动型态 2 层流速度分布示意图 六 讨论实验结果
七 思考题
1 用雷诺数判别流型的标准是什么？
2 层流与湍流时流体质点的运动方式有何不同？
实验二 单相流体流动阻力测定
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。
?Pfd?u??lu22d?Pf hf = =? λ= Re = ??2?d2??lu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；
3
??流体的密度，kg / m；
??流体的粘度，N·s / m。
2
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。 局部阻力测定：
Hf局=ΔP局/ρ=（2ΔP近-ΔP远）/ρ=ξ×（u2/2）
??
?p??2u2
四、实验流程及主要设备参数： 1.实验流程图: 见图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：
新装置：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 老装置： 光滑直管管径 d—0.01 (m) ，管长 L—1.6(m)
局部阻力直管段: 管径 d—0.015(m) 管长 L—1.2(m) 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:
3
型号: WB70/055 流量: 8(m／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
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
数小于300L／h时,只用空气—水倒置∪型管测压差△P。
6.局部阻力测定时关闭阀门3和4，全开或半开阀门7，用倒置U型管关测量远端、近端压差并能测出局部阻力系数。
7.待数据测量完毕,关闭流量调节阀,切断电源。
六、实验数据记录与处理：
1 光滑管阻力与摩擦系数测定结果
水温： ；粘度： 密度： ；管径： 管长： 序号 △Pf u Re λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Q(L/h) 1000 800 700 600 500 400 350 300 250 200 170 140 100 80 60 40 20 10 2 粗糙管阻力与摩擦系数测定结果
水温： ；粘度： 密度： 管径： 管长： 序号 △Pf u Re λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Q(L/h) 1000 800 700 600 500 400 350 300 250 200 170 140 100 80 60 40 20 10 3 在双对数坐标纸上作λ——Re关系曲线，注意不同流型的变化特点 4 局部阻力及局部阻力系数测定结果 流量 △Pf u 600（全开） 600（半开） 800（全开） 800（半开） ξ六 讨论实验结果
如何减小实验误差； 摩擦系数与雷诺准数关系
七 思考题
1 直管内及导压管内可否有积存的空气？如有，会有何影响？
2 本实验用水为工作介质，做出的λ—Re关系曲线，对其它流体能否使用，为什么？ 3 为什么采用差压变送器和倒置U形管并联起来测直管段压差？何时用倒置U形管？
实验三 离心泵性能测定实验
一、实验目的：
1、熟悉离心泵的结构与操作方法，了解压力、流量的测量方法。
2、掌握离心泵特性曲线、管路特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性
能的了解。
二、实验内容：
1、熟悉离心泵的结构与操作。
2、手动（或计算机自动采集数据和过程控制）测定某型号离心泵在一定转速下，Q（流量）与H（扬程）、N（轴功率）、?（效率）之间的特性曲线以及特定管路条件下的管路特性曲线。
一、 实验原理：
A、离心泵性能的测定：
离心泵是最常见的液体输送设备。对于一定型号的泵在一定的转速下，离心泵的扬程H、轴功率N及效率η均随流量Q的改变而改变。通常通过实验测出Q-H、Q-N及Q-η关系，并用曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用泵的重要依据。本实验中使用的即为测定离心泵特性曲线的装置，具体测定方法如下： 1、H的测定：
在泵的吸入口和压出口之间以1N流体为基准列柏努利方程
P出u2出P入u2入Z入???H?Z出???Hf入?出?g2g?g2gH?(Z出?Z入）?P出?P入u??g2出?u2g2 （1-1）
入?Hf入?出上式中Hf入?出是泵的吸入口和压出口之间管路内的流体流动阻力(不包括泵体内部的流动阻力所引起的压头损失)，当所选的两截面很接近泵体时，与柏努利方程中其它项比较，Hf入?出值很小，故可忽略。于是上式变为：
H?(Z出?Z入）?P出?P入?gu2出?u2入 （1-2） ?2g 将测得的高差(Z出?Z入）和P入的值以及计算所得的u入，u出代入式1-2即 出?P可求得H的值。 2、 N的测定：
功率表测得的功率为电动机的输入功率。由于泵由电动机直接带动，传动效率可视
为1.0，所以电动机的输出功率等于泵的轴功率。即： 泵的轴功率N＝电动机的输出功率，kw
电动机的输出功率＝电动机的输入功率×电动机的效率。 泵的轴功率＝功率表的读数×电动机效率，kw。 3、η的测定
??Ne ％ NHQ?gHQ?Ne??
1000102式中：η— 泵的效率，％； N— 泵的轴功率，kw Ne— 泵的有效功率，kw H— 泵的压头，m Q— 泵的流量，m3/s
ρ— 水的密度，kg/m3
B、管路特性曲线的测定：（化学专业不做）
在特定的管路条件下，应用变频调速器改变电机的频率，相应改变了泵的转速
（流量）。分别测量泵的扬程、流量，即可得到管路特性曲线。
二、 实验流程及设备主要技术参数： 1实验流程：
水泵将储水槽中的水抽出,送入实验系统,由出口调节阀控制流量，经涡轮流量计计量流量后经流回储水槽循环使用。
新装置： 序号 名称 规格型号 1 储水箱 不锈钢 450×500×550 2 离心泵 WB 70/055 3 出口调节阀 铜质截止阀，通径40 4 变频调速器 NS 离心泵型号： ；流量： 扬程： 轴功率: 流量公式：Q=F/K*3600/1000，其中F为频率数，K为涡轮流量计仪表常数。 泵入口，出口测压点间的距离(Z2-Z1)=0.180米
泵入口，出口管内径d1、d2=0.050米 ；电动机效率60%
旧装置：离心泵型号： ；流量： 扬程： 轴功率:
吸入管内径：0.041（m） 排出管内径：0.027(m) 两压力表之间垂直距离为 0.32(m) ；电动机效率80% 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）。
1、 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、实验数据记录与处理：
1 数据记录与处理
泵的型号： 转速： 电机效率：
水温： 测压点之距离： 管径： 序流量计号 频率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 流量 压强表读数 功率表读数 扬程 有效功率 轴功率 效率 流量Q 10 11 12 13 14 2 在直角坐标纸上作离心泵的性能曲线与管路特性曲线。
3 管路特性曲线测定结果： 序号 变频器频率 1 2 3 4 5 6 7 8 六 实验结果讨论：
离心泵性能曲线的变化规律
流量计频率 流量 压强表读数 功率表读数 扬程 七 思考题
1 随着泵出口流量调节阀开度增大，泵的流量增加时，入口真空度及出口压力如何变化？分析原因。
2 离心泵流量为什么可通过出口阀调节？往复泵是否可采用同样方法来调节，为什么?
实验四 板框恒压过滤常数测定
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，m / m； qe—单位过滤面积上的虚拟滤液体积，m / m；
?—实际过滤时间，s； ?e—虚拟过滤时间，s； K—过滤常数，m/s。 将式6-9进行微分可得：
d?22?q?qe dqKKd?22?q的关系，可得直线。其斜率为，截距qe，dqKK2
3
23
2
这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘
从而求出K、qe。至于?e可由下式求出： qe2?K?e
当各数据点的时间间隔不大时，代替。
在本实验装置中，开始过滤时，所得滤液的总体积应为计量桶中收集的滤液量加上
从板框过滤滤器出口到计量桶之间的管线中已有的滤液量（100ml左右）。
V = Sh + 0.0001 S—计量桶面积；h—计量桶中滤液高度
d???可用增量之比来代替。q 则用前2次的平均值dq?q过滤常数的定义式：
K?2k?p1?s 两边取对数
lgK?(1?s)lg?p?lg(2k) 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、主要设备参数与实验流程
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）。
2
4.滤布：型号 工业用；过滤面积0.0475m。 5.计量桶：第1套 长282mm、宽325mm。
流程图 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
图一 恒压过滤实验流程示意图
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 。
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
四. 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10mm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。 注意事项：
1)过滤板与框之间的密封垫片应注意放正，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。
五 实验数据记录与处理
22
操作温度： ；过滤面积 ： 0.0475m ； 计量桶面积：S = 0.09165 m 。 V?为100ml ，
1 过滤压差为ΔP1 = 时，过滤实验结果如下
滤液高度h(m) 过滤时间θ(s) 滤液体积 V=Sh+ .0001 q=V/A(m) Δθ Δq Δθ/Δq q(平均) 滤液高度h(m) 过滤时间θ(s) 滤液体积 V=Sh+ .0001 q=V/A(m) Δθ Δq Δθ/Δq q(平均) 0. 0. 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 ● ● ● ● ● ● ● ● 2过滤压差为ΔP2 = 时，过滤实验结果如下 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 ● ● ● ● ● ● ● ● 3过滤压差为ΔP3 = 时，过滤实验结果如下 滤液高度h(m) 过滤时间θ(s) 滤液体积 V=Sh+ .0001 q=V/A(m) Δθ Δq Δθ/Δq q(平均) 0. 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 ● ● ● ● ● ● ● ● 4 在直角坐标纸上以Δθ/Δq 对q(平均)作图，线性回归。
由斜率和截距确定不同过滤压力下的K, qe , θe ： 过滤压差ΔP 过滤常数K qe θe 5 K与?p的关系在对数坐标上标绘时应是一条直线，直线的斜率为1?s，由此可得滤饼的压缩性指数s，物料特性常数k。
18000160001400012000Δθ/Δq (m3/m2)y = 89804x + 2246.7y = 66825x + 1084.110000y = 55761x + 916.91800060004000200000.0000.05Mpa 0.13MPa 0.21MPa0.0200.0400.0600.080q (m/m)320.1000.1200.1400.160线性(0.21MPa)线性(0.05Mpa) Δθ/Δq——q 曲线
0.0001K （m/m）23y = 6E-07x0.32880.0000110000100000ΔP--K 曲线1000000ΔP （MPa）
六 实验结果讨论
过滤压力如何影响过滤速率及有关过滤参数？ 七 思考题
1 为什么每次实验结束后，必须将滤饼和滤液倒回滤浆桶内？ 2 在恒压过滤条件下，过滤速率随过滤时间如何变化?是否过滤时间越长，生产能力就越大?
实验五 水蒸气—空气对流传热综合实验
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，
m0.4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=ARePr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
m准数关联式Nu=BRe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。 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。 m0.4⒉ 对?i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARePr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。
m⒋ 对?i的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe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。 二、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?Si2
式中：?i—管内流体对流传热系数，W/(m?℃)； 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：
Qi其中质量流量由下式求得：
Wi??Wicpi(ti2?ti1) （6-17）
Vi?i （6-18） 36003
式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m / h； cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； ρi—冷流体的密度，kg /m。 cpi和ρi可根据定性温度tm查得，tm?3
ti1?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
mnNui?AReiPri. （6-19）
其中： Nui?cpi?iud??idi， Rei?iii ， Pr ?i?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：
0.4 （6-20） Nui?AReiPrim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
图6-3 螺旋线圈强化管内部结构
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?BRem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。
三 实验流程及设备主要参数：
1、 实验流程：
1、 普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器； 4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入口温度）
测试点；8、9空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀；
12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；
17、液位计；18、冷凝液回流口；19、电动旁路调节阀
2、主要设备参数：
○1传热管参数: 表1 实验装置结构参数
实验内管内径di（mm） 实验内管外径do（mm） 实验外管内径Di（mm） 实验外管外径Do（mm） 测量段（紫铜内管）长度l（m） 强化内管内插物 （螺旋线圈）尺寸 加热釜 丝径h（mm） 节距H（mm） 操作电压 操作电流 20.00 22.0 50 57.0 1.00 1 40 ≤200伏 ≤10安 ○2空气流量计 (1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式[1]计算。
Vt0?18.113?(?P)0.6203…………………………………………[1]
其中， Vt0- 20℃ 下的体积流量，m/h ；
3
?P-孔板两端压差，Kpa
?t1-空气入口温度（及流量计处温度）下密度，kg/m3。
3
(2) 要想得到实验条件下的空气流量V (m/h)则需按下式计算:
V?Vt0?273?t………………………………………………………[2]
273?t03
其中，V-实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m/h；
t-换热器管内平均温度，℃；
t1-传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。 ○3.温度测量 (1) 空气入传热管测量段前的温度t1 ( ℃ )由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。 (2) 空气出传热管测量段时的温度t2 ( ℃ )由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。(3) 管外壁面平均温度tw( ℃ )由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E(mv),热电偶是由铜─康铜组成),再由 E 根据公式: tw(℃)= 8.5009＋21.25678×E(mv)计算得到。 ○4.电加热釜 是产生水蒸汽的装置,使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),?内装有一支2.5kw的螺旋形电热器,当水温为30℃时,用200伏电压加热,约25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。 ○5. 气源(鼓风机) 又称旋涡气泵, XGB─2型,电机功率约0.75 KW(使用三相电源),在本实验装置上,产生的最大和最小空气流量基本满足要求。 使用过程中,?输出空气的温度呈上升趋势。
四 实验操作：
1.实验前的准备,检查工作.
(1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。
(2) 向冰水保温瓶中加入适量的冰水,并将冷端补偿热电偶插入其中。
(3) 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。保证蒸汽和空气管线的畅通。
(4) 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。或由计算机控制
加热。加热电压170--190V。
2. 实验操作：
(1) 一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量
蒸汽排出，标志着实验可以开始。
(2) 约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t1(℃)比较稳
定。
(3) 用仪表调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路
阀全开时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。仪表调节方法：同时按住set键和A/M键,用←键和↑键调节阀门开度。如果想让仪表恢复自控，则再同时按住set键和A/M键。
也可利用仪表的控制功能调节流量：长set按键，当仪表pv栏显示su时，用←键
和↑键调节sv栏中的数值，至需要达到的压差数（即孔板流量计压差，测量空气流量）后，即可等待仪表自行控制。
(4) 稳定5-8分钟左右可转动各仪表选择开关读取t1,t2,E值。(注意：第1个数据点必
须稳定足够的时间)
(5) 重复(3)与(4)共做7～10个空气流量值。 (6) 最小,最大流量值一定要做。
(7) 整个实验过程中,加热电压可以保持(调节)不变,也可随空气流量的变化作适当的
调节。
3．转换支路，重复步骤2或3的内容，进行强化套管换热器的实验。测定7～10组实验数据。
4． 实验结束.
(1)关闭加热器开关。
(2) 过5分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。 (3) 切段总电源
(4) 若需几天后再做实验,则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。 实验设备注意事项：
1．由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。
2．检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
3．必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
4．必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。 五 数据记录与处理 1 普通管实验数据表
测算内容 1 2 3 4 5 6 7 8 ΔR(m) 或Δp（KPa） t1（℃） t1(平) (℃） t2（℃） E(mv) tw ℃ V20(m/h) 3 Vt1(平) t(平) （℃） V(平) (m/h) U(m/s) Δt=(t2-t1) Q(KW) 3Δtm℃ 空气α 总传热系数K0 Nu Nu/ Pr0.4 Re 准数关联式 计算举例：
2 强化螺纹管实验数据表 测算内容 1 2 3 4 5 6 7 8 ΔR(m) 或Δp（KPa） t1（℃） t1(平) (℃） t2（℃） E(mv) tw ℃ V20(m/h) 3 Vt1(平) t(平) （℃） V(平) (m/h) U(m/s) Δt=(t2-t1) Q(KW) 3Δtm℃ 空气α 总传热系数K0 Nu Nu/ Pr0.4 Re 准数关联式 3 在同一双对数坐标纸上绘制普通管与强化管的Nu/ Pr0.4—Re 线性曲线，求出A、m值 ；并计算强化比Nu/Nu0 六 实验结果讨论
空气的进出口温度、给热系数α随空气流量的变化关系；在流量相同时比较总传热系数大小；引起实验误差的因素。 七 思考题
1 传热管内壁温度、外壁温度和壁面平均温度认为近似相等，为什么？ 2 若想求出准数关联式Nui = C Reim Prin 中的C, m值， 应如何设计实验？ 3热电偶的测温原理是什么？
附录：
1.数据处理方法：
孔板流量计压差?P=0.60Kpa、进口温度t1 =22.4℃、出口温度 t2 =62.8℃ 壁面温度热电势4.20mv。
已知数据及有关常数:
2
(1)传热管内径di (mm)及流通断面积 F(m). di＝20.0(ｍｍ),＝0.0200 (ｍ);
222
F＝π(di)／4＝3.142×(0.0200)／4＝0.0003142( m).
2
(2)传热管有效长度 L(ｍ)及传热面积si(m). L＝1.00（ｍ)
si＝πL di＝3.142×1.00×0.0200＝0.06284(m2).
(3) t1 ( ℃ )为孔板处空气的温度, 为由此值查得空气的平均密度
?t1，例如：
t1=22.4℃，查得?t=1.19 Kg/m3。
1 (4) 传热管测量段上空气平均物性常数的确定.
先算出测量段上空气的定性温度t (℃)为简化计算,取t值为空气进口温度t1(℃)
及出口温度t2(℃)的平均值, 即t?t1?t222.4?62.8?=42.6（℃） 223
此查得: 测量段上空气的平均密度 ρ＝1.12 (Kg/m);
测量段上空气的平均比热 Cp＝1005 (J／Kg·K); 测量段上空气的平均导热系数 λ＝0.0277／ｍ·K); 测量段上空气的平均粘度 μ＝0.0000192(Pa?s); 传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4次方为:
0.40.4
Pr＝0.696＝0.865
(5) 空气流过测量段上平均体积V（ m/h）的计算:
3
Vt0?18.113?(?P)0.6203?18.113?(0.60)0.6203?13.13(m3/h)
V?Vt0?273?t273?42.60?13.13??14.21（m3/h）
273?t1273?20(6) 冷热流体间的平均温度差Δtm (℃)的计算:
Tw= 1.2705＋23.518×4.20=100.(℃)
?tm?Tw? (7) 其余计算:
传热速率(W)
?t1???t2?2
?100.0?42.6?57.45（℃）
Q??V??t?Cpt??t3600??14.21?1.11?1005?(62.8?21.8)?180（W）
36002
?i?Q/??tm?si??180/(57.45?0.06284)?50 （W/m·℃） 传热准数 Nu??i?di/??50?0.0200/0.0277?36
测量段上空气的平均流速
??14.21/(0.0003142u?V/?F?3600?3600)?12.57（m/s）
雷诺准数
=14638 Re?di?u?/??0.0200?12.57?1.11/0.0000194（8）作图、回归得到准数关联式Nu?ARemPr0.4中的系数。
（9）重复（1）-（8）步，处理强化管的实验数据。作图、回归得到准数关联式Nu?BRe中的系数。Nu?0.0215Re0.788Pr0.4
mì×1ü?è?÷êμ?é×?êy1?áaí?1000??¨íü1??ˉ?ü1y = 0.0263x0.7924Nu/Pr^0.4100y = 0.0215x0.7885101000Re10000100000
实验六 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.
搅拌的作用：混合、乳化、剪切、分散 搅拌器类型：轴向流式；径向流式 扇形涡轮，螺旋搅拌桨（轴向流式）；平桨叶，平直叶圆盘涡轮；猫式与框式搅拌器。 打旋现象：搅拌时产生漩涡，会多消耗些搅拌功率，不利于搅拌。 克服打旋现象的措施：增设折流挡板与导流筒；偏心安装 标准搅拌器：搅拌浆为六片平直叶圆盘涡轮
d=1/3DT ; 挡板宽度=1/10DT ; 叶轮离釜低高度Hi=1.0DT ; 液体深度HL=1.0DT 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。 3.测定气—液相搅拌功率并与液相搅拌功率比较. 二、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；
3
d—搅拌器直径，m； ?—流体密度，kg/m； ?—流体粘度，pa·s； g—重力加速度，m/s；
由因次分析法可得下列无因次数群的关联式：
2
d2n?xn2dy?K()()
35?g?ndNNd2n? 令 ?Np， Np称为功率准数 ； ?Re ， Re称为搅拌雷诺准数 35?nd?n2d ?Fr， Fr称为搅拌佛鲁德准数
g则 Np?KRFr ；令 ??xeyNpFrx， ?称为功率因数， ??KRe y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?(I2?R?Kn1.2) 式中：I—搅拌电机的电枢电流，A； V—搅拌电机的电枢电压，V；
xR—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’ 三、主要设备参数与实验流程：
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
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，搅拌器直径100mm。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
四、实验步骤
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。 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） 五 实验数据记录与数据处理 （一）数据记录与处理 1 液相搅拌功率：
水温： 密度： 粘度： 搅拌器直径： 序号 n I V N Np Re 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 气液搅拌功率
气体流量Q = （注意：转速与前面一致） 序号 n I V Ng Ng/ N Na 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
（二）作图
1 在双对数坐标纸上标绘出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’ 六 实验结果讨论
Np随Re的变化规律；搅拌流动型态与搅拌雷诺准数的关系；影响搅拌功率的因素。 七 思考题
1搅拌功率曲线对几何相似的搅拌装置能共用吗？ 2 试说明测定Np—Re曲线的实际意义？
实验七 填料吸收塔性能与空气(氨)—水吸收传质系数的测定
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，并确定载点、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Z=0.4m。
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）
（ 请认真听老师讲解，示范 ）
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 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） 空塔气速（m/s） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 2 3 4 5 6 7 8 9 空气流量读数（m/h） 3空气温度 校正后空气3空塔气速塔内操作现象 塔内正常 ℃ 流量（m/h） （m/s） 开始积液 塔内积液 液泛 严重液泛 10 11 12 13 3 在双对数坐标纸上作出Δp/Z---u变化曲线 确定载点气速与液泛气速。
4 氨吸收传质实验数据与计算；
气体：空气—氨混合气；吸收剂：水；
10*10*1.5 瓷拉西环，填料层高度Z=0.4m , 塔内径D=0.075m 实验项目 空气流量 空气流量计读数(m3/h) 空气在流量计处温度℃ 校正后空气流量(m3/h) 实验结果 30.0 0.005左右 5 0.05左右 10 0.785D2 氨气流量 氨转子流量计读数(m3/h) 氨的温度℃ 校正后氨的体积流量(m3/h) 水的流量(L/h) 塔顶Y2的测定 尾气分析用硫酸浓度M 尾气分析用硫酸体积ml 量气管内空气体积ml 量气管内空气温度℃ 塔底X1的测定 滴定用硫酸浓度M 滴定用硫酸的体积ml 吸收液的体积ml 相平衡 求气相总传质单元数NOG 塔底液相温度℃ 相平衡常数m 塔底气相浓度Y1 塔顶气相浓度Y2 对数平均浓度差ΔYm NOG 求总体积吸收系数 气相总传质单元高度HOG 空气的摩尔流量V 塔的横截面积Ω KYa
六 实验结果讨论
回收率Ф=（Y1 -Y2）/ Y1 比较干填料层压降与湿填料层压降随气速的变化；传质系数测定时如何减小实验误差？ 七 思考题（1,3）
1水吸收空气中的氨属于气膜还是液膜控制？为什么？
2 当进气浓度不变时，欲提高溶液的出口浓度，可采用哪些措施？ 附：相平衡常数m与吸收液温度T的关系 T（℃） m 0 0.293 10 0.502 20 0.778 25 0.934 30 1.250 40 1.938
实验八 乙醇—水双组分溶液的连续精馏 一 目的：
了解填料精馏塔的分离原理和结构；掌握连续精馏的特点，测定连续精馏过程中全回流和部分回流的理论塔板数；测定全回流时塔内易挥发组分的浓度与填料层高度的变化关系；掌握用气相色谱分析浓度的方法。
二 原理：
利用两组分相对挥发性的差异来分离，通过在塔内引入下降的液流使气液两相多次的部分汽化和部分冷凝，从而在塔顶得到较纯的易挥发组分，在塔釜得到较纯的难挥发组分。
连续进料，连续出料。既有精馏段操作线，又有提馏段操作线，全回流时塔顶的浓度最大，操作线与对角线重合，理论塔板数最少；回流比发生变化时，精馏操作线和提馏操作线位置发生变化，恒定后塔顶塔釜浓度基本不变。
yn = Rxn-1/(R+1) + DxD/(R+1) ，yn = Rxn-1/(R+1) + DxD/(R+1)， yq = qxq/(q –1) - xF/(q –1)
作理论塔板数时，先作精馏操作线，再求出进料线方程，确定两操作线的交点，然后确定提馏段操作线。q值的计算过程如下：
式中：r——料液在泡点温度下的汽化潜热（kJ/kmol） ,一般取两纯组分饱和潜热的加
和平均值。
Cpm——料液在进料温度和泡点温度下的平均比热（kJ/kmol·K ） ts –--- 进料液的泡点 ； t----- 进料液的温度 组成分析方法如下：
采用气相色谱热导仪分析塔顶与塔釜产物及原料液的含量。
2
分析条件为：GDX柱，内径3mm,长2m；载气柱前压力0.5Kgf/cm；柱温100℃；汽化温度130℃；检测室温度120℃；桥电流100mA.
出峰的先后顺序为水、乙醇，热导检测器的摩尔校正因子分别为3.03, 1.39 由气相色谱工作站处理色谱峰得各组分的面积百分数，再校正得摩尔百分含量。。 乙醇密度808.9kg/m3 ,沸点 78.2℃ ;
请同学们查出乙醇-水的相平衡数据填入下表中： y x 三 仪器与试剂：
连续填料精馏装置一套（内径20mm、填料高度1.4m），气相热导检测仪以及色谱工作站一套，温度计，擦镜纸，10ml量筒，微量注射器（10uL），滴管。无水乙醇600ml.
四 实验步骤：
1 将含20%左右的乙醇—水混合液300ml加入塔釜中，通冷凝水。同时测定原料液浓度。
2 按仪器操作规程升温至沸腾，全回流20分钟后开始用滴管和注射器取样分析，用气相色谱测塔顶和塔釜的浓度。
3．改变回流比R=3，将原料液以40ml/h速度加料，稳定60min钟后开始取样分析。 4 结束后，先关电流，待温度降到50℃以下关冷凝水。
五 数据记录和处理：
1 全回流时：塔顶温度= ，塔釜温度= .
2 部分回流时 ：原料液温度 tF = ，塔顶温度= ，塔釜温度= 3 实验数据处理 回流比R 无穷大 部分回流 xD(归一xD(校正法浓度) 后浓度) XW(归一法浓度) XW（校正后浓度) XF(归一XF(校正法浓度) 后浓度) NT HETP 4 计算q值与操作线方程
5 在直角坐标纸上绘制相平衡线和精馏、提馏操作线并求作理论塔板数与等板高度。
六 实验结果讨论
回流比对精馏塔分离性能的影响；影响塔分离效率的因素。 七 思考题：
1 求作理论版时，为什么用三角形梯级数目减去1 ？
2 全回流稳定操作条件下塔内温度沿塔高如何分布?何以造成这样的温度分布？ 3 在工程实际中何时采用全回流操作？
实验九 液-液脉冲萃取实验
填料萃取塔是石油炼制、化学工业和环境保护等部门广泛应用的一种萃取设备，具有结构简单、便于安装和制造等特点。塔内填料的作用可以使分散相液滴不断破碎与聚合，以使液滴的表面不断更新，还可以减少连续相的轴向混合。 一、实验目的与内容
⒈ 了解脉冲填料萃取塔的结构。⒉ 掌握脉冲填料萃取塔性能的测定方法。 ⒊ 了解填料萃取塔传质效率的强化方法。4测定有无脉冲时萃取塔的传质单元数NOE、传质单元高度HOE及总传质系数KYEa。
二实验原理
萃取塔的分离效率可以用传质单元高度HOE或理论级当量高度he表示。影响脉冲填料萃取塔分离效率的因素主要有填料的种类、轻重两相的流量及脉冲强度等。对一定的实验设备（几何尺寸一定，填料一定），在两相流量固定条件下，脉冲强度增加，传质单元高度降低，塔的分离能力增加。
本实验以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸，苯甲酸在煤油中的浓度约为2%（质量）。水相为萃取相（用字母E表示，在本实验中又称连续相、重相），煤油相为萃余相（用字母
R表示，在本实验中又称分散相）。在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取相。萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之。考虑水与煤油是完全不互溶的，且苯甲酸在两相中的浓度都很低，可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化。 ⒈ 按萃取相计算的传质单元数NOE计算公式为：
YEb NOE?dYE （6-43） *???Y?YEEYEt 式中：YEt─苯甲酸在进入塔顶的萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
本实验中YEt＝0。
YEb─苯甲酸在离开塔底萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
YE─苯甲酸在塔内某一高度处萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
*
YE─与苯甲酸在塔内某一高度处萃余相组成XR成平衡的萃取相中的质量比 组成，kg苯甲酸／kg水。
用YE─XR图上的分配曲线(平衡曲线)与操作线可求得行图解积分或用辛普森积分可求得NOE。
⒉ 按萃取相计算的传质单元高度HOE HOE?1-YE关系。再进*（YE?YE）H （6-44） NOE 式中：H—萃取塔的有效高度，m；
HOE—按萃取相计算的传质单元高度，m。 ⒊ 按萃取相计算的体积总传质系数 KYEa?SHOE?? （6-45）
式中：S—萃取相中纯溶剂的流量，kg水/ h； ?—萃取塔截面积，m；
KYEa—按萃取相计算的体积总传质系数，
kg苯甲酸。
kg苯甲酸(m3?h?）kg水2
同理，本实验也可以按萃余相计算NOR、HOR及KXRa 三、主要设备参数、实验流程：
⒈ 萃取塔的几何尺寸： 填料萃取塔:
填料段塔径 50mm；填料段高度 600mm；填料种类 CY—700丝网 上下扩大段直径100mm；上下扩大段各长 400mm；塔体总高 1400mm。 搅拌萃取塔:
塔径 37 mm； 塔的有效高度 750 mm ；塔身总高 1000 mm 搅拌轴型式：桨叶式搅拌轴 ⒉ 水泵、油泵: CQ型磁力驱动泵
型号: 16CQ-8 电压: 380Ｖ 功率: 180Ｗ 扬程: 8米 吸程: 3米 流量: 30升／分 转速 2800转／分
⒊ 转子流量计：不锈钢材质
型号LZB-4 流量 2.5～25 L／h 精度 1.5 级
型号LZB-6 流量 4～40 L／h 精度 1.5 级 型号LZB-4 流量 2.5～25 L／h 精度 1.5 级 型号LZB-6 流量 4～40 L／h 精度 1.5 级 ⒋ 频率调节仪：通断时间0.1:9.9至9.9:0.1（s）
⒌ 无级调速器：本仪器为自制，调速范围 0-1500 转／分，无级调速，调速平稳。 ⒍ 转速测定装置：接近开关 ⒎ 压力表：0～0.16MPa ⒏ 空气压缩机：
型号 A6012， 排气量98L/min， 最大压力8kgf/cm2
图1 脉冲填料萃取流程示意图
1— 压缩机；2—稳压罐；3—脉冲频率调节仪；4—电磁阀；5—π型管； 6—玻璃萃取塔；7—填料；8—进水分布器；9—脉冲气体分布器；
10—煤油分布器；11—煤油流量调节阀；12—煤油流量计；13—煤油泵旁路阀；14—煤油储槽；15—煤油泵；16—水流量调节阀；17—水流量计；18—水泵旁路调节阀；19—水储槽；20—水泵；21—出口煤油储槽
四、实验方法及步骤：
⒈ 在实验装置最右边的贮槽内放满水，在中间的贮槽内放满配制好的煤油，分别开动水相和煤油相泵的电闸，将两相的回流阀打开，使其循环流动。
⒉ 全开水转子流量计调节阀，将重相(连续相)送入塔内。当塔内水面快上升到重相入口与轻相出口间中点时，将水流量调至指定值，并缓慢改变π形管高度使塔内液位稳定在重相入口与轻相出口之间中点左右的位置上。
⒊ 将轻相(分散相)流量调至指定值，并注意及时调节π形管的高度。在实验过程中，始终保持塔顶分离段两相的相界面位于重相入口与轻相出口之间中点左右。
⒋ 开动脉冲频率仪的开关，将脉冲频率和脉冲空气的压力调到一定数值，进行某脉冲强度下的实验。 ⒌ 在操作过程中，要绝对避免塔顶的两相界面过高或过低。若两相界面过高,到达轻相出口的高度，则将会导致重相混入轻相贮罐。
⒍ 操作稳定半小时后用锥形瓶收集轻相进、出口的样品各约40ml，重相出口样品约50ml备分析浓度之用。
⒎ 取样后，即可改变脉冲气压或脉冲频率数进行其它点的测试。
⒏ 用容量分析法测定各样品的浓度。用移液管分别取煤油相10 ml，水相25 ml样品，以酚酞做指示剂，用0.01 N左右NaOH标准液滴定样品中的苯甲酸。在滴定煤油相时应在样品中加数滴非离子型表面活性剂醚磺化AES(脂肪醇聚乙烯醚硫酸脂钠盐)，也可加入其它类型的非离子型表面活性剂，并激烈地摇动滴定至终点。
⒐ 实验完毕后，关闭两相流量计。使浆叶停止转动，切断电源。滴定分析过的煤油应集中存放回收。洗净分析仪器，一切复原，保持实验台面的整洁。
注意事项：⒈ 必须搞清楚装置上每个设备、部件、阀门、开关的作用和使用方法，
然后再进入实验操作。⒉ 由于分散相和连续相在塔顶、底滞留很大，改变操作条件后，稳定时间一定要足够长，大约要用半小时，否则误差极大。⒊ 煤油的实际体积流量并不等于流量计的读数。需用煤油的实际流量数值时，必须用流量修正公式对流量计的读数进行修正后方可使用。
五 实验数据记录与处理 1 实验操作数据记录
装置编号： 塔型： 脉冲填料塔 塔内径： 50 mm 填料层高度： 0.60m 填料种类：CY—700丝网 ； 溶质A：苯甲酸 原溶剂剂B：煤油 ； 萃取剂S：水 操作温度： t＝ 3 3重相密度：1000 kg／m；轻相密度：800 kg／m3 ；转子密度ρf： 7900 kg／m 项 目 \\ 实验序号 脉冲压力 MPa 频率调节 （接通时间:断开时间） 空气转子流量计读数 m／h 水转子流量计读数 l／h 煤油转子流量计读数 l／h 校正得到的煤油实际流量 l／h 浓 度 分 析 NaOH溶液浓度 M 塔底轻相XRb 样品体积, ml NaOH用量, ml 塔顶轻相XRt 样品体积, ml NaOH用量, ml 塔底重相YBb 样品体积, ml NaOH用量, ml 3无脉冲 - - - 10 10 11.33 10 10 7.3 25 空气扰动萃取 - - 1.0 10 10 11.33 10 10 2.1 25 有脉冲 0.05 1:3 - 10 10 11.33 10 10 25
2 实验数据处理
（1）计算水相、煤油相溶质的比质量浓度
（2）在10*10cm直角坐标纸上采用内插法作操作温度下煤油—水—苯甲酸系统的溶解平衡曲线；
(3) 求出有无脉冲萃取操作线方程，并画出操作线。
（4）采用图解积分法分别计算有、无脉冲时萃取传质单元数NOE
方法：在操作线上包括塔顶塔底取若干点（XR，YE）；再由XR在相平衡曲线上确定相应
1*（Y?YE）*E的YE；计算出 ，最后以它为纵坐标、YE为横坐标作图，可图解积分求出NOE
（5）计算传质单元高度HOE（m）；以及体积总传质系数KYEa kgA/[m.h.(kgA/kgs)]
3
3：1脉冲图解积分5000450040003500YE XR 1YE *（YE?YE） * )30002500200015001000500 计算与处理结果如下表所示： 项目 无脉冲 空气扰动萃取 有脉冲 计 塔底轻相浓度XRb kgA／kgB 算 塔顶轻相浓度XRt, kgA／kgB 及 塔底重相浓度YBb, kgA／kgB 实 水流量 S, kgS／h 验 传质单元数 N OE 结 传质单元高度H m OE果 体积总传质系数 KYEa kgA/[m3.h.(kgA/kgs)]
六 结果讨论
影响萃取分离因素；比较不同操作方式对萃取分离能力的影响 七 思考题
见教材(P119)：NO. 2 ；NO. 4
附：煤油—水—苯甲酸的溶解平衡曲线
0.00180.00170.00160.00150.00140.00130.00120.00110.0010.00090.00080.00070.00060.00050.00040.00030.00020.00010（公斤苯甲酸/公斤水）00.0005（公斤苯甲酸/公斤煤油）0.0010.00150.0020.00254)(系列线性3)(系列线性系列5系列4系列315℃25℃实验十 洞道式干燥实验
煤油-水-苯甲酸系统平衡曲线y = 0.6075x - 0.0004y = 0.6316x - 0.0002y = 0.8145x - 0.0002
(系列5)一 实验目的
⒈ 了解实验室干燥设备的基本构造与工作原理，掌握恒定干燥条件下物料的干燥曲线和干
燥速率曲线的测定方法。
⒉ 学习物料含水量的测定方法。加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。 3. 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
实验内容： ⒈ 每组在空气流量和温度不变的条件下，测量一种物料的干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。⒉ 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。 二 实验原理
对于一定的湿物料在恒定的干燥条件下（温度、湿度、风速、接触方式不变）与干燥
介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速干燥阶段。在此阶段，由于整个物料中的含水量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（为空气的湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。 恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。 恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。 ⒈ 干燥速率的测定
U?dW?W? Sd?S??2
式中：U—干燥速率，kg /（m·h）；
2
S—干燥面积，m，（实验室现场提供）； ??—时间间隔，h；
?W—??时间间隔内干燥气化的水分量，kg。 ⒉ 物料干基含水量
G?Gc 式中：X—物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料； Gc G—固体湿物料的量，kg； Gc—绝干物料量，kg。
X? ⒊ 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定 Uc??(t?tw)dWdQ ??Sd?rtwSd?rtw ??Uc?rtw
t?tw2
式中：?—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m·℃）；
Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m·h）；
tw—干燥器内空气的湿球温度，℃； t—空气的干球温度，℃； rtw—tw℃下水的气化热，J/ kg。
⒋ 干燥器内空气实际体积流量的计算
由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出：
273?t Vt?Vt0?
273?t0式中：Vt—干燥器内空气实际流量，m/ s； t0—流量计处空气的温度，℃； Vt0—常压下t0℃时空气的流量，m/ s；t—干燥器内空气的温度，℃。
3
3
2
Vt0?C0?A0?2??P ?02
式中：C0—流量计流量系数，C0=0.67 ； A0—节流孔开孔面积，m；
d0—节流孔开孔直径， d0=0.050 m； ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
3
ρ0—孔板流量计处t0时空气的密度，kg/m。 三 实验流程及主要设备参数:
1、 实验流程：
图6-9 洞道干燥实验流程示意图 1—离心风机；2—孔板流量计；3、15—孔板流量计处温度计显示仪；4、17—重量传感器显示仪； 5—干燥物料（帆布）；6—电加热器；7—干球温度计；8、14—湿球温度计显示仪；9—洞道干燥室； 10—废气排出阀；11—废气循环阀；12—新鲜空气进气阀；13—电加热控制仪表；16—孔板流量计压差变送器和显示仪
2、主要设备参数：
干燥器类型：洞道
洞道尺寸：长1.10米、宽0.125米、高0.180米；
3
加热功率：500w—1500w； 空气流量：1-5m/min； 干燥温度：4 0--120℃
重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度0.2级； 干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度0.5级； 孔板流量计处温度计显示仪：量程（0-100℃），精度0.5级； 孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-4Kpa），精度0.5级；
2
被干燥物料为工业呢，干燥面积0.024992m，每一套装置绝干物料量可能稍有
差别。
四 实验步骤与操作方法： (一)实验前的准备
1. 将被干燥物料试样进行充分的浸泡。 2. 向湿球温度湿度计的附加蓄水池内，补充适量的水， 使池内水面上升至适当位
置。
3. 将被干燥物料的空支架安装在洞道内。 4. 调节新空气入口阀到全开的位置。
(二) 实验操作方法：
1. 打开总电源，开动风机。
2. 调节三个蝶阀到适当的位置，将空气流量调至指定读数。
3. 在温度显示控制仪表上，按住[set]键2、3秒钟，直至sv窗口显示[SU]，此
时pv窗口所显示的即为干燥器的干球温度所要达到的指定值，可通过仪表上的上移、左移键改变指定值，指定值设定好后按一下[set]键，改变到下一参数的设定（此后的参数不需改变），然后按一下[A/M]键回到仪表控制状态。按下加热开关，让电热器通电。
4. 干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后并且数字显示仪显示的数字不再增长，即可开始实验。此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量(GD)。
5. 将被干燥物料试样从水盆内取出，控去浮挂在其表面上的水份(使用呢子物料
时，最好用力挤去所含的水分，以免干燥时间过长。将支架从干燥器内取出，再将支架插入试样内直至尽头)。
6. 将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上。注意:不能用力过大，使
传感器受损。
7. 立即按下秒表开始计时，并记录显示仪表的显示值。然后每隔一段时间记录数据一次( 记录总重量和时间 )，直至同样时间内重量的减少是0.1g时，即可结束实验。
实验设备注意事项： 1. 在安装试样时，一定要小心保护传感器，以免用力过大使传感器造成机械性损伤。 2. 在设定温度给定值时，不要改动其它仪表参数，以免影响控温效果。 为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器的电热器。停车时则反之。4．突然断电后，在次开启实验时，检查风机开关、加热器开关是否已被按下，如果被按下，请再按一下使其弹起，不再处于导通状态。 五 实验数据记录与处理：
2
1 干燥物料： ；干燥面积S： [m]
绝干物料量GC ； 试样支撑架重GD
2 空气状态：
空气进口温度t0 ；干球温度t ；湿球温度tw
孔板压差?P（Kpa） ；空气进口处密度ρ0 。
3 计算空气流量与流速
3
孔板处空气体积流量∨h t0[m／h] ；空气质量流量ms kg/
3
干燥试样放置处的空气体积流量V[m／h] ；
u? 干燥试样放置处的空气流速
V3600?A = [m／s]，
A—洞道室横截面积
2
洞道干燥室内空气的质量流速L= [kg/ m·h]
4 干燥过程数据及处理 ? （min） X 0 1 2 3 4 6 8 10 ● ● ● ● G+GD(g) G ?? ● ● ● ● ● ● ?W(g) U kg / ● ● ● 2（m·h） Xav ● ● ● (计算举例)
5 在直角坐标纸上作干燥曲线与干燥速率曲线
(1) 确定UC ; XC ; X* (2)计算物料表面与空气平行对流传热系数α
六 实验结果讨论
干燥过程的变化规律；结合其它组讨论干燥条件对UC 、XC的影响；
0.8
比较所测α与由经验公式α= 0.0204L (W/m.K)计算的α的大小。 七 思考题
教材P123 ：NO.1 ；NO. 3 ； NO. 4
附：双对数坐标纸