化工原理实验资料
化工原理实验报告综合经典篇
实验题目：流体流动阻力测定实验
一、数据记录
1、实验原始数据记录如下表：
离心泵型号：MS60/0.55，额定流量：60L/min, 额定扬程：19.5mN，额定功率：0.55kw
流体温度
2、
5 2.4 1.9258 0.00513 41149.858
6 2.648
7 0.024846 6 2.2 1.7653 0.0061 37720.703
8 2.275
9 0.029569 7 2 1.6048 0.00593 34291.5489 1.8149 0.028751 8 1.8 1.4443 0.00424 30862.3940 1.5304 0.020508 9 1.6 1.2838 0.00536 27433.2391 1.2164 0.025955 10 1.4 1.1234
0.005655 24004.0842
0.9418
0.027382
0.00559
绘制粗糙管路的双对数λ-Re 曲线如下图示：
根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程λ=0.3164/（Re0.25），计算其误差，计试验次数 阻力系数λ 雷诺数Re 柏拉修斯方
程计算结果 误差
1 0.016893 57609.8021 0.02042266 0.172831
2 0.017215 54009.1895 0.02075485 0.170555
3 0.017332 50408.5768 0.0211159
4 0.179198 4 0.017282 46807.9642 0.0215108 0.19659
5 0.018107 43207.351
化工原理实验
化工原理实验
讲稿二0一四年二月
1.雷诺实验
一、实验目的
1.观看层流、湍流的流态及其转化特点；
2.测定临街雷诺准数，把握圆管流淌形状的判别准那么；
3.观看紊流〔或湍流〕产生过程，明白得紊流产生气理。
二、实验原理
1. 液体在运动时，存在着两种全然不同的流淌状态。当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起操纵作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。当液体流速逐步增大，质点惯性力也逐步增大，粘滞力对质点的操纵逐步减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。
2.起初始状态流速较大时，从紊流到层流的过渡流速为下临界流速，对应的雷诺准数为下临界雷诺数，反之为上临界流速和上临界雷诺数。
μρu d =
Re 〔1〕 式中
d ——导管直径，m ； ρ——流体密度，kg ·m 3-； μ——流体粘度，Pa ·s ； u ——流体流速，m ·s 1-；
大量实验测得：当雷诺准数小于某一下临界值时，流体流淌型态恒为层流；当雷诺数大于某一上临界值时，流体流型恒为湍流。在上临界值与下临界值之间，那么为不稳固的过渡区域。关于圆形导管，下临界雷诺数为2000，上临界雷诺数为10000。一样情形下，上临界雷诺数为4000时，即可形成湍流。 应当指出，层流与湍流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳固过渡区域，因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上受一些不稳固的其他因素的阻碍。
《化工原理实验》教案
《化工原理实验》教案
化工原理实验教案
一、教学目标：
1.了解化工原理实验的基本原理和操作方法；
2.掌握实验中常用的化学试剂的性质和用途；
3.学会正确使用化学实验器材和安全操作方法；
4.培养学生的团队协作精神和实验观察能力。
二、教学内容及安排：
实验一：确定酸碱中和反应的滴定方法
1.实验目的：了解酸碱滴定反应的基本原理；
2.实验步骤：
（1）取一定量的酸碱溶液，使用酸碱指示剂滴加至颜色变化为终点；
（2）记录滴定液的用量，计算出酸碱溶液的浓度。
实验二：测定氧化还原反应的电动势
1.实验目的：了解氧化还原反应的基本原理；
2.实验步骤：
（1）将阳极和阴极分别插入溶液中；
（2）测定电流强度和电动势的变化；
（3）根据实验结果，判断反应的方向和性质。
实验三：分离提纯有机化合物的萃取方法
1.实验目的：了解有机化合物的溶解度和分配系数及其在萃取中的应用；
2.实验步骤：
（1）将混合有机溶剂和水的溶液进行摇匀；
（2）放置一段时间，待溶液分层后，分离有机层；
（3）通过蒸馏分离萃取溶剂。
三、教学方法：
1.实验指导：通过实验指导书和演示实验，让学生了解实验的基本步骤和注意事项；
2.实验操作：学生按照实验指导书的要求进行实验操作，注意安全和仪器器材的使用；
3.实验讨论：学生根据实验结果进行讨论，分析实验现象和原理。
四、教学评价：
1.实验报告：学生根据实验结果和观察记录，撰写实验报告；
2.互评：学生相互评价实验操作的规范性和实验报告的质量；
3.总结评价：教师对学生的实验操作和报告进行总结和评价。
五、实施条件：
1.实验室设备：滴定管、电动势计、萃取装置等；
化工原理实验讲义.doc
实验一 雷诺演示实验
一、 实验目的
1. 了解流体圆管内的流动形态及其与雷诺数Re 的关系；
2. 观察流体在圆管内作稳定层流及湍流两种情况下的速度分布及湍流时壁面处的层流
内层；
3. 观察并测定流动形态发生临界变化时流量、流速与雷诺数。
二、 实验原理
雷诺数μρdu =Re ，一般情况下Re ＜（2000～3000）时，流动形态为层流，Re ＞4000
时，流动形态为湍流。
μπρμπρ
πμρ
d q d du d du 44
141Re =∙∙==
测定流体1升水所需时间，计算出q ，然后可计算出对应的Re 。
三、 实验装置
在1700⨯500⨯500mm 的玻璃水箱内安装有一根内径为28mm 、长为1450mm 的长玻璃管，玻璃管进口做成喇叭形以保证水能平稳的流入管内，在进口端中心处插入注射针头，通过小橡皮管注入显色剂——红墨水。水由水箱底部进入，并从上部溢流口排出，管内水流速可由管路下游的阀门控制。
本装置玻璃水箱主体由15mm的钢化玻璃粘接而成，所连接上下水管道均有不锈钢材质，下边的轮为能承重的加强轮，在做实验时，需要将轮刹车。
本实验其他设施：
水、红墨水、秒表:1块、量筒：1000ml 1个
四、实验步骤与现象观察
1.开启上下阀门至溢流槽出现溢流。
2.缓和开启实验玻璃管出口阀门，为保证水面稳定，应维持少量溢流。
3.徐徐打开显示剂橡皮管上夹管，调整显示剂流速与管内水流速一致，观察显示剂流
线，并记录一定时间内通过的水量和水温。
4.自小到大再自大到小调节流量，计算流型转变的临界雷诺数。
5.观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。
(化工原理实验)吸收实验
吸收剂的再生方法
1
萃取再生
2
通过将吸收剂与合适的溶剂混合，
利用两者的溶解度差异来实现分离
与再生。
3
蒸馏再生
通过加热吸收液体，使其中的溶质 蒸发并收集，再作为吸收剂。
离心分离再生
通过离心分离吸收剂和溶质，将溶 质分离后的吸收剂再次投入使用。
实验结果及数据处理
根据实验数据，可以计算吸收效率、分析吸收剂的成分变化等，以验证吸收 过程的有效性。
吸收过程的优缺点
• 优点：高效去除有害气体，可实现大规模生产。 • 缺点：操作复杂，消耗能源，产生废液等环境问题。
吸收过程与其他分离技术的比较
分离技术 蒸馏 萃取 结晶
原理
依靠液体的沸点差异进行 分离
利用溶剂对物质的选择性 溶解性
通过物质的溶解度差异实 现分离
适用场景 适用于易挥发物质分离
适用于溶剂可分离的混合物
吸收剂的种类及循环使用
物理吸收剂
如水、有机溶剂等。可 以通过循环使用来提高 吸收效率。
化学吸收剂
如酸碱溶液等。通过反 应物不断参与吸收过程， 需要周期性更新。
选择适合的吸收剂
需考虑反应速率、选择 性、价格等因素，以满 足实验或生产的要求。
Hale Waihona Puke Baidu验安全注意事项
• 佩戴适当的个人防护装备，如实验服和手套。 • 确保实验室通风良好，以避免有害气体积聚。 • 严格按照实验操作步骤进行，避免潜在的危险。 • 注意化学品的正确使用和储存。
化工原理实验
实验一 流体流动阻力的测定
一、 实验目的和任务
1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；
2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re 的关系；
3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ；
4.学会压差计和流量计的使用方法；
5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用； 二、实验原理
流体的流动性，即流体内部质点之间产生相对位移。真实流体质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。因此，研究流体流动阻力的大小是十分重要的。 I ．直管摩擦系数λ测定 流体在管道内流动时，由于流体粘性作用和涡流的影响产生阻力。阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：
)2( 2g
u d L H 2
f λ＝
或 )3( 2
L P P P 2
21f u d ρλ
＝－＝－∆ 式中h f ——以能量损失表示的阻力，J ／kg ； H f ——以压头损失表示的阻力，m 液柱； △P f ——以压降表示的阻力，N ／m 2 L ——管道长，m
d ——管道内径，m ；
u ——流体平均流速，m/s ； P ——流体密度，kg ／m 3； λ——摩擦系数，无因次；
g ——重力加速度，g 一9.81m/s 2。．
λ为直管摩擦系数，由于流体流动类型不同，产生阻力的原因也不同。层流时流体流动主要克服流体粘性作用的内摩擦力。湍流时除流体的粘性作用外，还包括涡流及管壁粗糙度的影响，因此λ的计算式形式各不相同。层流时，利用计算直管压降的哈根－泊谡叶公式： )4( d
化工原理实验
第3部分 化工原理基本实验
流体流动阻力的测定
3.1.1 实验目的
(1) 学习管路阻力损失(h f )、管路摩擦系数(λ)、管件(阀件)局部阻力系数(ζ)的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；
(2) 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会其使用方法。
3.1.2 实验原理
实际流体沿直管壁面流过时因粘性引起剪应力，由此产生的阻力损失称为直管阻力损失f h 。流体流过管件、阀门或突然扩大(缩小)时造成边界层分离，由此产生的阻力称为局部阻力。上述两种阻力的测定原理如下：
(1) 直管阻力损失
为了测定流体流过长为l 、内径为d 的直管的阻力损失，在其两端安装一个U 形管压差计。在压差计的上、下游取压面1-1与2-2间列伯努利方程：
)2
(22
2
22211
1u p gz u p gz h f ++-++=ρρ (3-1)
对于水平等径直管，有12z z =，12u u =，所以
12
f p p h ρ
-=
(3-2)
流体流过直管的压降由压差计测定，即
12()i p p gR ρρ-=- (3-3)
于是
()i f gR
h ρρρ
-=
(3-4)
因为2
2
f l u h d λ=，所以在某一流量下摩擦系数可按下式计算：
2
2()i d gR
lu
ρρλ-=
(3-5)
式中：i ρ、ρ——分别为直管阻力压差计指示剂及流体的密度；R ——U 形压差计读数。
根据因次分析，流体在直管内湍流流动时摩擦系数为雷诺准数R e 和管子相对粗糙度(ε/d )的函数，即
化工原理实验讲义(最终版)
一、实验目的 1.观察流体在管内流动的两种不同型态； 2.确定临界雷诺数
二、基本原理 流体流动有两种不同型态，即层流（滞流）和湍流（紊流）。流体
作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，湍流时质点在沿 管轴流动的同时还作杂乱无章的随机运动。雷诺数是判断流动型态的准 数。若流体在圆管内流动，则雷诺数可用下式表示：
（4-3） 由于差压流量计节流元件的截面A0是不变的，加之介质水的密度不 变。由上述流量曲线标定实验中各流量qm与压差△p之值，便可计算出 对应的流量系数C0值。 又由于雷诺数
（4-4）
其中管径d1为输送管道内径；ρ，μ为水的密度与粘度。流速u1可用下
式计算： （4-5）
故可将流量系数C0与对雷诺数Re的关系标绘在单对数坐标上，便可得 到C0与Re的关系曲线，从而可了解流量的变化规律。
二、化工原理实验的要求 1.巩固和深化理论知识。化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即
单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。这些内容是很抽象的，还 应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授 的内容。我们针对这部分的要求在每个实验的后面布置了许多思考题， 可引导和启发同学们认真做实验，并通过实验环节，理解过程原理及各 种影响因素。故要求同学们在做实验和完成实验报告中认真完成这些思 考题。
2．如果管子是不透明的，应如何来判断管中的流动型态？ 3．能否只用流速判断管中的流动型态？为什么？ 4．为什么要研究流动型态？在化工过程中有何意义？ 5．通过本实验能观察到哪些流体流动现象？
化工原理实验指导书
化工原理实验指导书
化学与化学工程系
化学工程教研室
2012.09
目录
实验一雷诺实验.................................................. 错误！未定义书签。实验二柏努利实验 ............................................. 错误！未定义书签。实验三流体流动阻力测定 ................................. 错误！未定义书签。实验四离心泵特性曲线测定 ............................. 错误！未定义书签。实验五对流给热系数测定 ................................. 错误！未定义书签。实验六填料吸收塔传质系数测定实验 ............. 错误！未定义书签。实验七筛板精馏塔系统实验 ............................. 错误！未定义书签。实验八干燥速率曲线的测定实验 ..................... 错误！未定义书签。实验九转盘萃取塔实验 ..................................... 错误！未定义书签。实验十膜分离实验装置 ..................................... 错误！未定义书签。
实验一 雷诺实验
一、实验目的
1．观察流体在管内流动的两种不同流型。 2．测定临界雷诺数。
二、基本原理
流体流动有两种不同型态，即层流(滞流)和湍流(紊流)。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相干行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则的运动，但流体的主体向某一方向流动。
化工原理基本实验
化工原理基本实验
3.1 流体流动阻力的测定
3.1.1 实验目的
(1) 学习管路阻力损失(h f )、管路摩擦系数(λ)、管件(阀件)局部阻力系数(ζ)的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识；
(2) 了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理，学会其使用方法。
3.1.2 实验原理
实际流体沿直管壁面流过时因粘性引起剪应力，由此产生的阻力损失称为直管阻力损失
f h 。流体流过管件、阀门或突然扩大(缩小)时造成边界层分离，由此产生的阻力称为局部
阻力。上述两种阻力的测定原理如下：
(1) 直管阻力损失
为了测定流体流过长为l 、内径为d 的直管的阻力损失，在其两端安装一个U 形管压差计。在压差计的上、下游取压面1-1与2-2间列伯努利方程：
)2
(22
2
22211
1u p gz u p gz h f ++-++=ρρ (3-1)
对于水平等径直管，有12z z =，12u u =，所以
12
f p p h ρ
-=
(3-2)
流体流过直管的压降由压差计测定，即
12()i p p gR ρρ-=- (3-3)
于是
()i f gR
h ρρρ
-=
(3-4)
因为2
2
f l u h d λ=，所以在某一流量下摩擦系数可按下式计算：
2
2()i d gR
lu ρρλ-=
(3-5)
式中：i ρ、ρ——分别为直管阻力压差计指示剂及流体的密度；R ——U 形压差计读数。
根据因次分析，流体在直管内湍流流动时摩擦系数为雷诺准数R e 和管子相对粗糙度(ε/d )的函数，即
化工原理实验
化⼯原理实验
⼀、填空
1.化⼯实验过程中使⽤的弹簧式压⼒表有弹簧管压⼒表、膜式压⼒计，其测压量程选择应为最⼤量程的1/2~_2/3_。
2.单管型压差计要求Amax/Amin 200，其读数误差⽐U型管压差计减少⼀半。
3.数字化管路流体阻⼒实验中，排⽓时应将流体出⼝阀关闭，其作⽤是防⽌压⼒过⼤使流体冲出，计算机在线操作时流量的调节⽅式是计算机—交流电频率—电机转速—流量。
4.传质系数测定实验中利⽤⽓相⾊谱仪仪器进⾏CO2含量测定，实验的关键是__严格控制吸收剂进⼝条件。
5.传质系数测定实验中，利⽤流量计、压⼒表、温度计仪器进⾏丙酮含量的测定，实验的关键是吸收传质平衡，性能取样，不掩塔_。
6.⽓-⽓换热实验过程中，利⽤蒸汽对空⽓进⾏加热，实验测定的物理量是传热膜系数，蒸汽⾛管间，空⽓⾛管内_，两流体在换热器中属于间壁式换热。
7.再进⾏湿样品和⼲样品称量时必须盖紧盖⼦_以防⽌失⽔或吸⽔。
8.⽓相⾊谱是对已知物质进⾏定量分析的仪器，仪器开启前必须先通载⽓，等仪器设定的柱温、热导池温度、进样器温度达到要求时再进样分析。
9.流量计校正实验中平衡阀作⽤是：防⽌泵剧烈波动⽽使液体溅出；实验测量读数时该阀处于关闭状态。
10.⽬前测流量仪表⼤致分三类：速度法、体积法、质量流量法，涡轮流量计属于⼀种速度流量仪表.
11.倒U型管压差计指⽰剂为空⽓，⼀般⽤于测量压强较⼩的场合。
12.流量计标定和校验的⽅法⼀般为体积法、称重法、基准流量计法，流量计的校验实验我们要得出的参数是流量系数。
13.在萃取实验中，调节两界⾯的⽅法是⽤π型阀，当⽔-煤油的界⾯较低时应_关闭π型阀当⽔-煤油的界⾯较⾼时应_打开π型阀。
化工原理基本实验
化工原理基本实验
1.酸碱滴定实验：酸碱滴定实验是化工实验中最常见的一种实验。实验的目的是通过反应方程式和滴定方法确定溶液中酸碱的摩尔浓度。实验中需要使用酸碱指示剂，比如酚酞和溴腈绿等，以确定滴定终点。学生需要根据实验操作步骤，仔细进行滴定，掌握滴定的技巧和注意事项。
2.盐酸铜离子还原实验：这个实验是通过化学方法还原含有铜离子的盐酸溶液，使其变成氢氧化铜沉淀。学生需要先根据化学反应方程式计算反应的理论产物量，然后逐步加入还原剂，观察溶液颜色的变化，最后过滤固体沉淀，并对沉淀进行重量的测定和计算。
3.冷凝水饱和汽实验：这个实验通过调制硫酸铵的溶液，模拟烟气在冷凝器中冷凝析出的过程。学生需要将溶液加热到沸腾，然后将冷凝管放在热源上加热的一端，另一端放在容器中。当冷凝管中的水汽冷却后，散热到容器内的饱和水汽，形成水珠。学生需要仔细观察冷凝管中水珠的形成和沉积，从而了解冷凝过程和真实生产中的应用。
4.蒸馏实验：蒸馏实验是化工工艺中最常见的一种分离技术。通过升华、沸腾、回流、加热等操作，将混合液中的组分分离出来。学生需要根据不同组分的沸点和易挥发性，选择适当的温度和操作方式进行蒸馏。同时还需要掌握冷凝器和收集系统的设置和使用。
以上仅是一些化工原理基本实验的例子，实际上化工原理实验的种类繁多，如中和反应实验、萃取实验、气体吸附实验等等，每种实验都有其特定的目的和操作步骤。通过这些实验，学生能够将理论知识与实际操作相结合，加深对化工原理的理解和应用。同时，实验还能培养学生的实验
操作技能、观察分析能力和解决问题的能力，为将来从事化学工程实践打下坚实的基础。
化工原理实验
化工原理实验
实验一流体流动形态的观察和测定
实验内容：测定流体流动的形态和层流时流体在管路中的速度分布形态。
实验原理:流体流动有两种不同的形态，层流和湍流。流体作层流流动时，流体质点沿轴向做直线运动；流体作湍流流动时，流体质点沿轴向和径向脉动。对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，Re仅与流速有关。本实验通过改变流体在圆管内的流速，观察不同Re下流体的流型及其变化。
实验过程：
1、水槽中充满水，保持液面稳定；
2、调节流量计，使水从圆管内平稳地流动，并保持一定的流量；
3、打开控制红墨水流出的阀门，观察流体流动形态；
4、加大流量，观察红墨水的流动形态；
思考题：
1、研究流体流动形态对生产有何实际意义？
流体的流动形态分为层流和湍流，在生产过程中需要确定管道的管径、流体的流速等多个参数。当流量恒定时，流速大，则管径小，雷诺数大，为湍流；反之亦然。两种流型的运动方式会影响流体的速度分布，进而影响到流体阻力的计算和流体中的热量传递。所以在实际化工生产过程中，为了优化操作条件，要选择适宜的流体流速。
2、影响流体流动的因素有哪些？
由Re=duρ/μ得，影响因素有管径、流速、流体密度和粘度。
3、在什么前提条件下，只用流速的数值判别流体流动形态？
当流体的粘滞性和可压缩性很小时，可近似看作是理想流体。
实验二管道阻力测定实验
实验内容：测定λ-Re的关系，ξ-Re的关系
实验原理：利用伯努利方程，计算出管道阻力大小，再求得管道阻力系数和局部阻力系数。
干燥实验
1、干燥实验进行到试样重量不再变化时，此时试样中所含的水分是什么水分？实验过程中除去的又是什么水分？二者与哪些因素有关。
化工原理实验资料
实验一 流体力学综合实验
一、实验目的
1．熟悉流体在管路中流动阻力的测定方法及实验数据的归纳 2．测定直管摩擦系数λ和e R 关系曲线及局部阻力系数ζ 3. 了解离心泵的构造，熟悉其操作和调节方法 4. 测出单级离心泵在固定转速下的特定曲线 二、实验原理
流体在管路中的流动阻力分为直管阻力和局部阻力两种。直管阻力是流体流经一定管径的直管时，由于流体内摩擦而产生的阻力，可由下式计算：
g
u
d l g p
H
f
22
⋅⋅
=∆-=λρ (3-1)
局部阻力主要是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部地方所引起的阻力，计算公式如下：
g
u
g
p
H
f
22
'
'
⋅
=∆-=
ζρ (3-2)
管路的能量损失
'f
f
f
H
H
H
+=∑ (3-3)
式中 f H ——直管阻力，m 水柱；
λ——直管摩擦阻力系数； l ——管长，m ； d ——直管内径，m ；
u ——管内平均流速，1
s
m -⋅；
g ——重力加速度，9.812
s m -⋅
p ∆——直管阻力引起的压强降，Pa ；
ρ——流体的密度，3
m
kg -⋅；
ζ——局部阻力系数； 由式3-1可得
2
2lu
d
P ρλ⋅∆-=
(3-4)
这样，利用实验方法测取不同流量下长度为l 直管两端的压差P ∆即可计算出λ和Re ，然后在双对数坐标纸上标绘出Re λ-的曲线图。
离心泵的性能受到泵的内部结构、叶轮形式、叶轮转速的影响。 实验将测出的
H —Q 、N —Q 、η—Q 之间的关系标绘在坐标纸上成为三条曲线，即为离心泵的特性曲
线，根据曲线可找出泵的最佳操作范围，作为选泵的依据。 离心泵的扬程可由进、出口间的能量衡算求得：
化工原理实验(10个)资料
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~R e 的关系，验证在一般湍流区内λ、R e 与ε/d 的函数关系；
3. 测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数ζ；
4.
测定层流管的摩擦阻力。
二、实验原理
流体流经直管时所造成机械能损失为直管阻力损失。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：
212
2f p p l u h d λρ
-=
= 即 122
2()d p p lu
λρ-= 层流时：λ=64/Re; 湍流时：λ是Re 和ε/d 的函数，须由实验测定。
（2）局部阻力系数的测定: 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。本实验采用阻力系数法进行测定。
2
2
f u h ζ=
三、实验装置与流程
实验装置部分是由水箱，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 形压差计等所组成。管路部分由五段并联的长直管，自上而下分别为用于测定层流阻力、局部阻力、光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力和扩径管阻力。测定阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（球阀或截止阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的
1、水箱
2、离心泵
3、涡轮流量计
4、层流水槽
5、层流管
6、截止阀
7、球阀
8、光滑管
9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀
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。
化工原理实验讲义(最终版)
目录
绪论 (1)
实验一雷诺实验 (3)
实验二伯努利方程实验 (4)
实验三流体流动阻力的测定 (6)
实验四流量计校核实验 (10)
实验六恒压过滤常数的测定 (15)
实验七传热实验 (17)
实验八精馏实验 (23)
实验十干燥实验 (29)
绪论
一、化工原理实验的特点
《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。
虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。
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实验一干燥实验
一、实验目的
1.了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作技术。
2.掌握恒定条件下物料干燥速率曲线的测定方法。
3.测定湿物料的临界含水量X C，加深对其概念及影响因素的理解。
4.熟悉恒速阶段传质系数K H、物料与空气之间的对流传热系数的测定方法。
二、实验内容
1.在空气流量、温度不变的情况下，测定物料的干燥速率曲线和临界含水量，并了解其影响因
素。
2.测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数「和传质系数K H。
三、基本原理
干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分离的操作。干燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的
机理。由于物料含水性质和物料形状上的差异，水分传递速率的大小差别很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算干燥速率（除了绝对不吸水物质外），因此研究干燥速率大多采用实验的方法。
干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。为简化实验的影响因素，干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验为间歇操作，采用大量空气干燥少量的物料，且空气进出干燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不
变。
本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，
即以湿物料为基准的水分含量，用•来表示。但因干燥时物料总量在变化，所以采用以干
基料为基准的含水量X表示更为方便。••与X的关系为：
CO
X
（8—1）1 - ■
式中：X —干基含水量kg水/kg绝干料；
■—湿基含水量kg水/kg湿物料。
物料的绝干质量G C是指在指定温度下物料放在恒温干燥箱中干燥到恒重时的质量。干燥曲线即物料的干基含水量X与干燥时间•的关系曲线，它说明物料在干燥过程中，干
基含水量随干燥时间变化的关系。物料的干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而变，但是曲线的一般形状，如图（8—1）所示，开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC;段以后的一段为曲线
图（8—2）干燥速率曲线
CD 段。直线与曲线的交接点 C 为临界点，临界点时物料的含水量为临界含水量 X c 。
干燥速率是指单位时间内被干燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量。 干燥速率曲
线是指干燥速率 U 对物料干基含水量 X 的关系曲线。如图（8—2）所示。干燥速率的大 小不仅与
空气的性质和操作条件有关， 而且还与物料的结构及所含水分的性质有关，
因此
干燥曲线只能通过实验测得。从图（ 8— 2 ）的干燥速率曲线可以明显看出，干燥过程可分 为三
个阶段：物料的预热阶段（
AB 段）、恒速干燥阶段（BC 段）和降速干燥阶段（CD
段）。每一阶段都有不同的特点。 湿物料因其有液态水的存在， 将其置于恒定干燥条件下，
则其表面温度逐步上升直到近似等于热空气的湿球温度 t w,到达此温度之前的阶段称为预
热阶段。预热阶段持续的时间最短。在随后的第二阶段中，由于表面存有液态水，且内部 的水分迅速的到达物料表面，物料的温度约均等于空气的湿球温度
t w 。这时，热空气传给
湿物料的热量全部用于水分的气化，蒸发的水量随时间成比例增加，干燥速率恒定不变。 此阶段也称为表面气化控制阶段。在降速阶段中，物料表面已无液态水的存在，物料内部 水分的传递速率低于物料表面水分的气化速率，物料表面变干，温度开始上升，传入的热 量因此而减少，且传入的热量部分消耗于加热物料，因此干燥速率很快降低，最后达到平 衡含水量为止。在此阶段中，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制，又称之为内 部迁移控制阶段。其中恒速阶段和降速阶段的交点为临界点
C ，此时的对应含水量为临界
含水量X c 。影响恒速阶段的干燥速率 U c 和临界含水量 X C 的因素很多。测定干燥速率曲 线的目的是
掌握恒速阶段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
1.干燥速率U
根据干燥速率的定义：
dw" 也 w U= sd s ：
(8 — 2)
式中
U —干燥速率
kg 水 /(m 2
• h);
s —干燥面积
2
m ；
时间间隔
s ；
■w' — V 时间间隔内汽化水分的质量
kg 。
图（8 — 1 ）干燥曲线 X* X C X(kg 水/ kg 绝干料)
X 平=(X i + X i+1)/2
(8— 4)
式中
X 平一口.时间间隔内的平均含水量
kg 水/kg 绝干料； X i —丄时间间隔开始时刻湿物料的含水量
kg 水/kg 绝干料；
X i+1 — ■：.时间间隔终了时刻湿物料的含水量
kg 水/kg 绝干料。
3•恒速阶段传质系数
K H 的求取
传热速率 dQ
(t -t w )
sd (8— 5) 传质速率 dw
,八
K H (H S,tw H)
sd (8— 6)
上两式中 :
Q —热空气传给湿物料的热量
kJ ; —干燥时间
s ;
S —干燥面积
2
m ；
w —由湿物料汽化至空气中的水分质量
kg ;
:—空气与物料表面间的对流传热系数 kw/m • c ；
t —空气温度
C ；
K H —以温度差为推动力的传质系数
kg/(m 2
• s • ¥ {);
t w —湿物料的表面温度(即空气的湿球温度) K ；
H —空气的湿度
kg/kg 绝干空气；
H S,tw — t w 下的空气饱和湿度
kg/kg 绝干空气；
恒速阶段，传质速率等于干燥速率，即 Uc
K H =
H s,tw -H
式中：U c —临界干燥速率，亦为恒速阶段干燥速率，
kg/ (m 2
• s)。
4.
恒速阶段物料表面与空气之间的对流传热系数
:-
恒速阶段由传热速率与传质速率之间的关系得：
(8— 8)
式中：r tw — t w 下水的汽化潜热，kJ/kg 。
用式(8—8)求出的：•为实验测量值，：的计算值可用对流传热系数关联式估算：
G'-Gc
X=-
Gc
式中
X —物料的干基含水量 kg 水/kg 绝干料; G C —绝干物料的质量
kg ; G —固体湿物料的质量
kg 。
(8 — 3)
(8— 7)
t 一 t w
2 .物料的干基含水量 X
从式(8 — 3)可以看出，干燥速率
U 为二.时间内的平均干燥速率，故其对应的物料
含水量也为时间内的平均含水量 X
平，