化工原理实验教程-环境工程
化工原理实验教程环境工程
化工原理实验教程(环境工程专业用)合肥工业大学2010年10月前言化工原理是一门工程应用科学，它利用自然科学的原理来考察、研究化工单元操作中的实际问题，研究强化过程的方法，寻找开发新技术的途经。
化工原理课程要求理论联系实际，其发展离不开实验研究与数学模型分析，所以化工原理实验是化工原理课程的一个重要教学环节，也是化工、制药、环境、食品、生物工程等院系或专业教学计划中的一门必修课程，属于工程实验范畴，与一般化学实验相比，其不同之处在于它具有工程特点，每个实验项目都相当于化工生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，同时，随着实验课的进行，会遇到大量的工程实际问题，对理工科学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段，发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系，也可以认识到对于一个看起来似乎很复杂的过程，一经了解，可以只用最基本的原理来解释和描述。
因此，在实验课的全过程中，学生在思维方法和创新能力方面都得到培养和提高，为今后的工作打下坚实的基础。
通过教学实验，达到以下目的：1.验证化工单元操作的基本理论与经验公式，将书本知识转变为感性知识，并使学生在运用理论对实验进行分析的过程中巩固和加深对课程教学内容的理解。
2.通过实验环节熟悉化工单元操作设备的结构、性能，掌握测试方法，培养学生的实际操作技能。
3.在实验环节中学习如何根据实验任务制订实验方案，学会如何控制和测量操作参数，如何获得准确、完整的数据，以及如何整理、分析实验数据与结果，从而使学生掌握科学实验的全过程，提高学生独立分析与解决问题的能力，为今后从事科学研究活动打下良好的基础。
为此，根据化工原理课程教学基本要求的规定，我室建立了“流体流动阻力的测定”等十种实验装置，以及“机械能转化”等演示实验装置，各套实验数据均采用计算机处理，可直接得到实验结果与图表，以直观地验证实验过程的准确性。
化工原理实验讲义(最终版)
C0 —— 流量系数
1．标定流量曲线 通过计量筒电子称和记时器可测量去流体的重量及对应的时间，从 而测取其质量流量qm，同时又通过压差计读出对应的上、下游压差值 △p；这样根据若干个实验点的qm与△p值，便可绘制流量标定曲线qm～ △p。
2．确定流量系数Co 根据以上流量计的计算式
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 公认经验关系式比较；
3．测定阀门的阻力系数； 4.了解阀门开度对管路压力的影响。 二、实验意义及原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪切力和涡流的存在，不可避免地 要消耗一定机械能。这部分机械能是不能自发地转换成其它机械能形 式，或者说在机械能中“永久”消失了，故在利用柏努利方程解决工程中 流体输送及与流动有关问题时，不可避免地必须将阻力损失项计算出 来。管路通常由直管和管件（如三通、肘管及弯头等）、阀件组成。流 体在直管内流动造成的机械能损失称为直管阻力，而通过管件、阀件等 局部障碍时，因流道截面的方向与大小发生变化而造成的机械能损失称 为局部阻力。
（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。
（1-1） 式中：——圆管内径，m；
u —— 流速，m/s； —— 流体密度，kg/m3； ——流体粘度，Pa·s。 一般认为Re＜2000时，流动型态为层流；Re＞4000，流动型态为 湍流。Re数在两者之间时为过渡区，有时为层流，有时为湍流，流动型 态与环境有关。 对一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流速有关。本 实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。 三、思考题 1．影响流动型态的因素有哪些？
环境工程原理实验指导书带封面
清华大学讲义
环境工程原理实验指导书
清华大学 2007 年 8 月
-5-
对于难溶溶质的吸收过程，称为液膜控制，常用液相摩尔分数差和液相传质系数表达的 吸收速率式。
对于易溶气体的吸收过程，称为气膜控制，常用气相摩尔分数差和气相传质系数表达的 吸收速率式。
本实验为一解吸过程，将空气与富氧水接触，因富氧水中养的浓度高于同空气处于平衡 的水中的氧浓度。富氧水中的氧向空气中扩散。解吸是吸收的逆过程，传质方向与吸收相反。
读数为 p = 0.01MPa 。
3） 开氧气流量计至某读数，该读数由进入解吸塔的富氧水浓度控制。建议富氧水浓度
控制在 18~28 mg / L 。
（2） 解吸操作 1） 开罗茨鼓风机（注意罗茨鼓风机启动时的注意事项）。 2） 先开进风的转子流量计，然后通入富氧水，进行解吸操作。
（3） 记录数据 待过程稳定后，记下流量、温度，并取样测定解吸塔出入口水中氧的浓度。 （4） 自拟实验方案，测定液体流量及空塔气速对传质系数的影响。 （5） 水中氧浓度测定采用德国 WTW 公司制造的溶氧仪，具体型号、规格见实验 15 填料
其原理和计算方法与吸收相类似。只是传质速率方程中的气相推动力要从吸收时的（ y − y* ）
改为解吸时的（ y* − y ）。液相推动力要从吸收时的（ x* − x ）改为解吸时的（ x − x* ）。
2） 吸收系数和传质单元高度 吸收系数或传质单元高度时反应吸收过程传质动力学特性的参数，是吸收塔设计计算的 必需数据。其数值大小主要受物系的性质、操作条件和传质设备结构型式及参数等三方面影 响。由于影响因素复杂，至今尚无通用的计算方法，一般都是通过实验测定。
环境工程原理实验
七、实验安全须知
绪论
本实验主要特点是结合环境工程相关单元操作的典型 设备的来解释单元操作的基本原理，同时掌握主要设备的 构造原理和功能。涉及到的主要对象是设备的模型，这些 模型一般是按照实物设备按比例缩小的，材质主要是有机 玻璃，每一设备的各部分之间一般是用胶粘接，在搬动时， 一定要轻拿轻放，以免脱落或损坏。部分需通电演示的设 备须由老师先演示，在通电前一定要检查电线是否完好， 防止电线裸露或潮湿现象，加水演示的设备，如潜水泵， 更要特别注意。
环境工程原理实验
绪论
一、教材及参考资料 二、本课程的目的、要求 三、授课方式及考察方式 四、学时分配及实验内容 五、实验课纪律 六、实验报告的撰写 七、实验安全须知
一、教材及参考资料
绪论
教材：
《化工原理》，王志魁 编著，第3版，2005年1月， 化学工业出版社
参考资料：
1.《环境工程原理》，胡洪营，张旭，黄霞，王 伟 合编，2005年8月，第1版，高等教育出版社
实验二 传热过程及换热器设备
三、典型设备的工作原理及结构特点
重点讲解模型有双层列管式换热器、有补偿圈的固 定管板式换热器、螺旋板式换热器、翅片式换热器、 逆流加料三效蒸发流程，主要围绕如下几个问题开 展讲解： 1. 换热器按不同方式分类的各自类别。 2. 列管式换热器的主要优点有哪些？什么是管层、 壳层？
实验一 流体流动及输送设备、管件
一、目的要求 二、主要设备及试材 三、典型设备的工作原理及结 构特点
一、目的要求
实验一 流体流动及输送设备、管件
1、掌握流体静力学、流体流动过程中的相关原理； 2、常用仪表、管件和设备的结构、工作方式和原理； 3、掌握液体输送设备离心泵的结构和使用中要注意 的问题； 4、了解沉降、旋风（液）分离、过滤、离心等流体 动力过程的典型设备和工作方式。
环境工程实验 课件
五、数据处理及结果讨论
1、不同混凝剂对COD去除率的影响；
2、最佳混凝剂的投加量对COD去除率的影响；
3、pH值对COD去除率的影响；
4、搅拌速度和搅拌时间对COD去除率的影响；
5、混凝最佳工艺条件的确定。
六、思考题
1、分析影响混凝效果的因素。 2 、当投药量超过最佳投药量后，混凝效果反而降 低，分析其原因。 3、COD测定时加入硫酸汞的原因。
（1）用去离子水反冲树脂层，将树脂层中残留的含铬废水 顶回废水池，直至出水无色为止； （ 2）正向接通去离子水，调节出水阀使滤速为 1~2升 / 升树 脂· 时，拆除去离子水线，使交换柱内液面降至树脂层顶部下 一厘米处，接通再生液线，使10%的氢氧化钠流入交换柱，注 意观察出水颜色的变化，一旦出现黄色，立即用50毫升量筒收 集之。当再生液为 0.1 、 0.3 、 0.5 、 0.7 、 1.0 、 1.3 、 1.5 、 1.7 、 2.0 、 2.5 、 3.0 、 4.0 、 5.0 倍树脂体积时，测定再生液中六价铬 的浓度； （3）再生结束后，停止进碱，把交换柱内的碱全部排空收 集之；
由于对流扩散的阻力比分 子扩散的阻力小得多，因此传 质的阻力主要集中在双膜上。 在气膜中存在着氧的分压梯度， 在液膜中存在着氧的浓度梯度， 这就是氧转移的推动力。
对于难溶解的氧来说，转移的 决定性阻力又集中在液膜上，因此 通过液膜是氧转移过程的限制步骤， 通过液膜的转移速率便是氧扩散转 移全过程的控制速度。
五、实验记录
水样体积 （mL）
浓度 （mg/L）
六、数据处理和结果
（1）绘制离子交换穿透曲线；
（2）绘制再生效率曲线。
七、问题讨论
1、结合离子交换穿透曲线分析影响离子交换速
《化工原理》教学大纲(环境工程专业)
《化工原理》教学大纲课程编号：C018130503课程名称：化工原理课程类型：专业基础课英文名称：Principles of Chemical engineering适用专业：环境工程专业总学时：64（理论58+实验6）学分：4一、本课程的性质、目的和任务《化工原理》是环境工程专业重要的一门必修专业基础课，由“化工原理”理论课和“化工原理实验”组成，其教学目的是使学生掌握化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算，培养有分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究的生产实验中对设备应具有操作管理、设计、强化与过程开发的本领，为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。
本课程的教学任务：本课程兼有工程科学与工程技术的双重教育任务，重在培养工程创新能力。
1.能正确理解各主要单元操作（流体流动、传热、传质）的基本原理、计算方法，了解主要单元操作的典型设备构造、性能和操作原理，并具有设备选型及校核的基本知识。
2.以“三传”现象基本原理为主线，以物料衡算、能量衡算、物系平衡关系、传递速率及经济核算观点5个基本概念为理论依据，理解单元操作通用的学习方法和分析问题的基本思路，掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；掌握主要单元操作过程及设备的基本计算方法；具有查阅和使用常用工程计算图表、手册、资料的能力。
3.培养理论联系实际的观点方法，在数学模型法基础上进一步掌握“因次分析”为主的实验研究方法，并建立“工艺流程”、“工程装置”、“过程操作”等专业工程概念，为培养分析解决工程实际问题的实验研究技能起过渡桥梁作用，密切联系生产实际运用基础理论知识分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力。
4.初步掌握单元操作操作管理、设计、强化与过程开发的基本程序，具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。
为化工原理课程设计及专业课学习和今后工作打下坚实的基础。
化工原理实验讲义讲解
化工原理实验讲义专业:环境工程应用化学教研室2015.3实验一 流体机械能转化实验一、实验目的1、了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。
2、了解流体在管内流动时，流体阻力的表现形式。
二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。
对于实际流体， 因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。
所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++上式称为伯努利方程。
三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图图1-2实验导管结构图四、操作步骤1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。
2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。
3.流体稳定后读取并记录各点数据。
4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。
5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。
五、数据记录和处理五、结果与分析1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？六、注意事项1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。
2．流量调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵上水阀。
化工原理实验指导书
《化工原理》实验指导书冯治宇编沈阳大学生物与环境工程学院目录实验一：雷诺实验实验二：流体沿程阻力损失的测定实验三：流体局部阻力损失的测定实验四：孔板流量计流量系数的测定实验五：离心泵特性曲线的测定课程编号：1414341课程类别：学科必修课程适用层次：本科适用专业：环境工程课程总学时：64 适用学期:第四学期实验学时：10 开设实验项目数：5撰写人：冯治宇审核人：王英刚教学院长：马德顺实验一：雷诺实验一、实验目的与要求观察层流和紊流的物理现象以及相互转换的特征，了解雷诺数的测定和计算。
实验前认真预习；实验中严格按照规定操作；实验后认真总结。
二、实验类型验证型。
三、实验原理及说明在管流动的问题中，流体的流动常受到压力、重力、粘滞力、弹性力和表面张力等各种力的影响，其中与流体关系最大的是粘滞力，即由真实流体所具有的粘性而产生的力，使得流体的流动呈现两种差异性较大的流态—层流和紊流，这两种流动现象的区别可由惯性力与粘滞力的比值体现出来。
实验中可发现，当玻璃管内流体的流动速度较小时，可以看到颜色水呈明显的直线形状（层流）；当节流阀逐渐开大颜色水开始抖动，断断续续，最后染色线扩散到整个玻璃管中。
染色线开始扩散时的流体平均速度，称为临界速度。
当流体速度超过临界速度时，流体分子的动量增加，使惯性力大于粘滞力，流体分子发生上下左右不规则的混合，这种流动称为紊流。
雷诺数计算公式：式中l为特征尺寸（m）；u为流体的平均速度（m/s）；ρ为流体密度（kg/m3）；μ为流体动力粘度（Pa﹒s）；q v为流量（m3/s）；A为管路截面积（m2）。
流态稳定性的根据雷诺数判定：R e < 2000, 层流；2000<R e < 4000, 过渡流；R e > 4000紊流。
图1 实验原理示意图当流速小时，染料自始自终均呈一直线，且不向周围扩散，称为层流；而当速度很大时，管内染料则将整支管子染色，且向周围扩散，称为紊流。
《环境工程原理实验指导书》-环境工程专业
环境工程原理实验指导书目录前言----------------------------------------------------------------------------------------------------2实验守则-------------------------------------------------------------------------------------------------3对学生基本要求----------------------------------------------------------------------------------------3实验一化工流体过程综合实验-------------------------------------------------------------------4 实验二恒压过滤常数测定实验-------------------------------------------------------------------1 2实验三传热综合实验-------------------------------------------------------------------------------16实验四填料吸收塔实验----------------------------------------------------------------------------23、前言21世纪人类将进入知识经济的时代，人们正将其视为继农业经济、工业经济之后人类社会所面临的又一次生产方式、生活方式乃至思维方式的历史性变革。
面对知识经济的到来，我国高等教育改革势在必行，以培养出知识面宽广且具有较强创新能力的人才。
化工原理实验作为化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，在化工教育中起着重要的作用，它具有直观性、实践性、综合性和创新性，而且还能培养学生具有一丝不苟、严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
化工原理实验讲义全
化工原理实验讲义专业:环境工程应用化学教研室2015.3实验一 流体机械能转化实验一、实验目的1、了解流体在管流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。
2、了解流体在管流动时，流体阻力的表现形式。
二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。
对于实际流体， 因为存在摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。
所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：2211221222f p v p v z z H g g g gρρ++=+++上式称为伯努利方程。
三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图图1-2实验导管结构图四、操作步骤1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。
2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。
3.流体稳定后读取并记录各点数据。
4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。
5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。
五、数据记录和处理表一、转能实验数据表流量（l/h）压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O测试点标号12345678五、结果与分析1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？六、注意事项1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。
化工原理在环境工程的应用
化工原理在环境工程的应用1. 简介环境工程是将化学工程原理应用于环境保护和污染控制领域的一门学科，旨在保护和改善人类居住的环境。
化工原理在环境工程中发挥着重要的作用，本文将探讨化工原理在环境工程中的应用。
2. 空气污染控制2.1 烟尘去除•采用湿法烟气净化技术，使用化工原理中的吸收、沉降、过滤等原理，去除烟尘颗粒。
•利用喷雾器将水雾或化学试剂喷入烟气中，与烟尘颗粒发生反应，使其沉降下来。
2.2 二氧化硫减排•利用化工原理中的吸收剂反应原理，将烟气中的二氧化硫与吸收剂反应生成硫酸盐或硫酸，达到减少二氧化硫排放的目的。
2.3 氮氧化物减排•采用选择性催化还原（SCR）技术，将烟气中的氮氧化物与还原剂在催化剂的作用下发生反应，生成无毒的氮气和水蒸气。
3. 水污染处理3.1 水处理•采用化工原理中的沉淀、过滤、吸附等原理，对水中的悬浮物、颜色、异味等进行去除。
•利用化学试剂对水中的溶解有机物进行氧化分解或沉淀。
3.2 污水处理•利用化工原理中的生物降解、化学氧化等原理，对污水中的有机物进行去除或降解。
3.3 脱盐技术•采用化工原理中的反渗透、电渗析等技术，将含盐水体中的盐类去除，得到淡水。
4. 固体废物处理4.1 固体废物焚烧•利用化工原理中的高温氧化反应，将固体废物焚烧成无害物质。
•采用燃烧过程中的热能回收技术，改善能源利用效率。
4.2 固体废物填埋•利用化工原理中的压实、分层等原理，在地下填埋场处理固体废物。
•通过控制填埋场的渗漏液和沼气排放，减少环境污染。
5. 温室气体减排5.1 二氧化碳捕集与封存•采用化工原理中的吸收、压缩、控制释放等技术，将二氧化碳捕集并封存于地下储层中。
5.2 生物质能源利用•利用化工原理中的生物质转化技术，将生物质转化为可再生能源，如生物燃料。
6. 结论化工原理在环境工程中有着广泛的应用，包括空气污染控制、水污染处理、固体废物处理等方面。
通过采用不同的化工技术，可以有效地减少或消除环境污染物，实现人与环境的和谐共存。
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。
化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。
1二、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。
环工141化工原理实验指导教材（目录有超链接）
目录实验一雷诺实验 (1)一、实验目的 (1)二、实验内容 (1)三、基本原理 (1)四、实验装置及流程 (2)五、演示操作 (3)六、注意事项 (3)七、思考题 (3)实验二流体流动过程机械能的转换 (4)一、实验目的 (4)二、实验内容 (4)三、基本原理 (4)四、实验装置及流程 (5)五、实验操作 (6)六、注意事项 (7)七、思考题 (7)实验三流体管内流动阻力测定 (8)一、实验目的 (8)二、实验内容 (8)三、实验原理 (8)四、实验装置 (10)五、操作方法 (11)六、注意事项 (11)七、实验数据表 (11)八、数据整理表 (12)九、报告内容 (12)十、设备主要参数 (13)实验四离心泵特性曲线测定 (14)一、实验目的 (14)二、实验内容 (14)三、实验原理 (14)四、实验装置 (16)五、操作方法 (17)六、注意事项 (17)七、报告内容 (17)八、设备主要参数 (18)实验五恒压过滤常数测定 (19)一、实验目的 (19)二、实验内容 (19)二、基本原理 (19)三、实验装置与流程 (21)四、实验步骤 (22)五、数据处理 (24)六、实验报告 (25)七、思考题 (25)实验六传热综合实验 (26)一、实验目的 (26)二、实验内容与要求 (26)三、实验原理 (26)四、实验装置 (29)五、操作方法 (30)六、注意事项 (30)七、实验数据表 (31)八、报告内容 (33)十、实验结果分析 (33)实验七干燥速率曲线测定 (34)一、实验目的 (34)二、实验内容 (34)三、实验原理 (34)四、实验装置 (36)五、操作方法 (37)六、注意事项 (37)七、实验数据表 (38)八、报告内容 (38)九、干燥曲线和干燥速率曲线 (38)十、实验结果与分析 (40)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。
《化工原理》实验与教学(doc 7页)
《化工原理》实验教学大纲实验名称：化工原理学时：32学时学分：2适用专业：化学工程与工艺、应用化学、环境工程、高分子材料与工程、生物工程、过程装备与控制专业等。
执笔人：傅家新，王任芳审订人：吴洪特一、实验目的与任务化工原理实验课是化工原理课程教学中的一个重要教学环节，其基本任务是巩固和加深对化工原理课程中基本理论知识的理解，培养学生应用理论知识组织工程实验的能力及分析和解决工程问题的能力，并在实验中学会一些操作技能。
二、教学基本要求化工原理实验由基础型实验、综合型试验、设计型实验和仿真型实验几部分组成。
学生在进实验室之前应做好实验预习，了解实验装置流程及实验操作，掌握实验数据处理中的一些技巧，为能顺利完成实验做好准备。
注：本实验装置都可以开验证型实验，同时可以开设综合、设计和研究型实验。
各专业可根据专业需要和实验学时进行选择和组合。
四、实验教学内容及学时分配 实验一 离心泵性能测定（1验证） （4学时）1． 目的要求了解离心泵的操作；掌握离心泵性能曲线的测定方法；了解气缚现象；掌握离心泵的操作方法。
2．方法原理依据机械能衡算式对离心泵作机械能衡算可得H~Q 线，利用马达-天平测功器可测得N~Q 线，利用有效功与轴功的关系可得η~Q 线。
3．主要实验仪器及材料离心泵性能曲线测定装置一套。
4．掌握要点注意离心泵的气缚与气蚀现象。
5．实验内容：测定离心泵在恒定转速下的性能曲线。
实验一离心泵性能测定—汽蚀现象测定（2演示） （2学时）1. 目的要求通过对离心泵汽蚀特性曲线的测定，以便在离心泵的安装过程中正确掌握其安装高度。
2．方法原理离心泵汽蚀特性结合机械能衡算式。
3．主要实验仪器及材料离心泵汽蚀现象测定装置一套。
4．掌握要点 5．实验内容实验二 流体流动阻力测定（1验证） （4学时）1． 目的要求掌握因次分析方法，学会用实验数据关联摩擦因数与雷诺数的关系。
2．方法原理由范宁公式知，管路阻力损失可表示成)2/)(/(2g u d l p f λ∆=，在一连续、稳定、均一、且水平的恒截面直管段内，p p f ∆∆-=。
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化工原理实验教程合肥工业大学2011年9月前言化工原理是一门工程应用科学，它利用自然科学的原理来考察、研究化工单元操作中的实际问题，研究强化过程的方法，寻找开发新技术的途经。
化工原理课程要求理论联系实际，其发展离不开实验研究与数学模型分析，所以化工原理实验是化工原理课程的一个重要教学环节，也是化工、制药、环境、食品、生物工程等院系或专业教学计划中的一门必修课程，属于工程实验范畴，与一般化学实验相比，其不同之处在于它具有工程特点，每个实验项目都相当于化工生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，同时，随着实验课的进行，会遇到大量的工程实际问题，对理工科学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段，发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系，也可以认识到对于一个看起来似乎很复杂的过程，一经了解，可以只用最基本的原理来解释和描述。
因此，在实验课的全过程中，学生在思维方法和创新能力方面都得到培养和提高，为今后的工作打下坚实的基础。
通过教学实验，达到以下目的：1.验证化工单元操作的基本理论与经验公式，将书本知识转变为感性知识，并使学生在运用理论对实验进行分析的过程中巩固和加深对课程教学内容的理解。
2.通过实验环节熟悉化工单元操作设备的结构、性能，掌握测试方法，培养学生的实际操作技能。
3.在实验环节中学习如何根据实验任务制订实验方案，学会如何控制和测量操作参数，如何获得准确、完整的数据，以及如何整理、分析实验数据与结果，从而使学生掌握科学实验的全过程，提高学生独立分析与解决问题的能力，为今后从事科学研究活动打下良好的基础。
根据教学计划的变更和化学工程与工艺专业认证对化工原理课程和实验教学新的要求，我室在原有实验装置的基础上新添置了“液-液萃取塔的操作及其传质单元高度的测定”和“流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定”两个实验，各套实验数据均采用计算机处理，可直接得到实验结果与图表，以直观地验证实验过程的准确性。
由于各专业教学要求有所不同，实验内容也可有不同，但至少要选做五至七个实验，即使同一个实验，其具体的实验任务也可有所侧重，每个实验全过程包括四个环节：预习、实验操作、实验数据处理与实验报告编写等四个环节，每个学生均必须严格按照要求保质保量完成实验。
本实验教程由魏凤玉、刘雪霆、何兵、路绪旺、姚路路等编写，由于时间仓促，作者水平有限，文中不妥之处，恳请指正。
2011年9月于斛兵塘目录实验一流体流型的观察与测定 (2)实验二传热系数的测定 (4)实验三填料吸收塔流体力学性能的测定 (7)实验一 流体流型的观察与测定一、实验目的1、 观察流体在管内流动的两种不同型态，加强层流和湍流两种流动类型的感性认识；2、掌握雷诺准数Re 的测定与计算；3、测定临界雷诺数。
二、基本原理雷诺（Reynolds ）用实验方法研究流体流动时，发现影响流动类型的因素除流速u 外，还有管径（或当量管径）d ，流体的密度ρ及粘度μ，由此四个物理量组成的无因次数群Re 的值是判定流体流动类型的一个标准。
μρdu R e =（1－1）Re<2000~2300时为层流，Re>4000时为湍流，2000<Re<4000时为过渡区，在此区间流型可能表现为流层，也可能表现为湍流。
从雷诺数的定义式来看对同一个仪器d 为定值，故u 仅为流量的函数。
对于流体水来说,ρ、μ几乎仅为温度的函数。
因此确定了水的温度及流量，即可计算雷诺数。
注意：雷诺实验要求减少外界干扰，严格要求时应在有避免震动设施的房间内进行。
如果条件不具备，演示实验也可以在一般房间内进行。
因为外界干扰及管子粗细不均匀等原因，层流的雷诺数上界达不到2000，只能达到1600左右。
层流时红墨水成一直线流下，不与水相混。
湍流时红墨水与水混旋，分不出界限。
三、实验装置及仪器试验装置如图1－1所示，液面保持一定高度的水箱与玻璃测试管相连，水箱上放有颜色水瓶，测试管上安有带针头的胶塞，用出口阀调节流量，用转子流量计测定流量。
试验时水由高位水箱进入玻璃管，槽内水由进水管供应，槽内设有进水稳流装置及溢流箱用以维持平稳而又稳定的液面，多余之水由溢流管排入水沟。
图1－1 雷诺实验装置四、实验步骤1、检查针头是否堵塞，颜色水是否沉淀。
进水2、向水箱内注水。
3、打开出口阀，排除实验管中的气体。
4、开启上水阀，使高位槽充水至产生溢流时关闭（若条件许可，此步骤可在实验前数小时进行，以使高位槽中的水经过静置，消除旋流，提高实验的准确度）。
5、开颜色水阀，使颜色水由针头注入玻璃试验管。
6、逐步开大排水阀，观察不同雷诺数时的流动状况，并把现象记入表中。
7、做两种情况下的对比实验：（1）关闭高位槽的进水阀，保持液面平静，从观察的玻璃管中，测取管中水流从层流转变为湍流时的Re临界值。
注意，此时液面虽平静，但液面的高度是在缓慢下降的。
（2）开启高位槽的进水阀以保持槽中液面高度不变，但此时液面是不平而有波动的，测取此时的Re临界值，并分析和比较两种情况下的实验结果。
8、观察层流时流体质点的速度分布。
层流时，由于流体与管壁间的摩擦力及流体内摩擦力的作用，管中心处流体质点速度最大，愈靠近管壁速度愈小。
因此，静止时处于同一横截面的流体质点，开始层流流动后，由于速度不同，组成了旋转抛物面（即由抛物线绕其对称轴旋转形成的曲面）。
先打开红墨水阀门，使红墨水扩散为团状。
再稍稍开启排水阀，使红墨水缓慢随水运动，则可观察到红墨水团前端的界限，形成了旋转抛物面。
五、思考题1、影响流动形态的因素有哪些？2、如果管子是不透明的，不能直接观察管中的流动形态，你可以用什么办法来判断流体在管中的流动形态？3、有人说可以只用流速来判断管子中的流动形态，流速低于某一个具体数时是层流，否则是湍流，这种看法对吗？在什么条件下可以只由流速来判断流动形态？4、研究流动形态有何意义？实验二 传热系数的测定一、实验目的1、通过实验掌握总传热系数K 和传热膜系数α的测定方法；2、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；3、测定流体在圆形直管内作强制湍流时的传热准数方程式。
二、基本原理1.总传热系数的测定 根据传热速率方程式：m t KA Q ∆= （2－1）如果实验设备保温良好,系统的热损失可忽略不计, 根据热量衡算式得得热负荷Q()i o p v t t c q Q -=ρ （2－2）则mt A QK ∆=（2－3） os i s io m t T t T t t t ---=∆ln（2－4）式中：K ——传热系数，W/m 2.K ρ——流体的密度，m 3/kgA ——换热器的传热面积，m 2 q v ——流体的体积流量, m 3/sQ ——传热量,W C P ——流体的恒压热容，J/kg.K T s ——水蒸气的温度，K t i 、t o ——冷流体的进、出口温度，Km t ∆——传热对数平均温度差2.传热膜系数的测定流体与壁面的对流传热可由牛顿冷却定律表示Q =αA （t w －t ） （2－5）A ——传热面积（内管外表面积），m 2T w ——传热管的外壁面平均温度，K α——对流传热系数，W/m 2.K在实验中只要已知管壁的平均温度和流体的平均温度t ，即可计算出传热膜系数α的值。
3.传热准数方程的测定当流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热准数关联式为：Nu = C Re m Pr n （2－6） 其中λαlN u =，λμp r C P = 对于同一物系的实验，当控制换热器冷流体的进出口温度基本保持不变时，Pr n 也可以视为常数，因此有me n ruCR PN = （2－7）这样就简化成单变量方程。
两边取对数，得到直线方程：lglg lg Re PrnNuC m =+ （2－8）在双对数坐标系中作图，直线斜率即为方程的指数m, 由纵轴上的截距即可求得C 。
可得出流体在圆形直管内作强制湍流的Dittus －Boeiter 关联式nr e u P R N 8.0023.0= （2－9）式中 n = 0.4（流体被加热）n=0.3（流体被冷却）三、实验装置本实验中的换热器为套管式，内管为φ24×2mm 的铜管，有效管长1000mm 。
实验装置如图5.1所示。
实验选用空气为冷流体，水蒸汽为热流体。
空气来自鼓风机，经转子流量计测量流量、温度计测量温度后，进入换热器管程，换热后在出口处测量其出口温度。
水蒸汽来自蒸汽发生器，经蒸汽调节阀调节至一定压力后进入换热器的壳程，并在入口处测量其压力，与冷空气换热后冷凝水经疏水阀排至地沟。
四、实验步骤1、开启空气压缩机，使气体充满压缩空气罐，并用调节阀将气量调节至实验范围内；2、缓慢开启蒸汽调节阀，用旁路排出蒸汽管道内积存的冷凝水，用放气阀排尽夹套内的空气；3、缓慢地调节蒸汽阀，使蒸汽压力维持在实验值，稳定一段时间后读取水蒸气压力表读数、气量以及气体的进出口温度；4、改变空气流量和水蒸气压力，测定4～5组数据。
调节蒸汽阀的过程中，注意仪表的滞后性，待过程稳定后方可记录数据。
五、数据处理1、原始数据记录表装置编号六、思考题1．本实验中冷流体和蒸汽的流向对传热效果有什么影响？2．为什么实验开始时必须首先排尽夹套里的不凝性气体以及积存的冷凝水？3．实验中铜管壁面温度是接近水蒸气温度还是接近空气的温度？为什么？4．在实验中，有哪些因素影响实验的稳定性？5．影响传热系数K的因素有哪些？如何强化该传热过程？实验三填料吸收塔流体力学性能的测定一．实验目的1.了解填料吸收塔的结构和基本流程；2.了解填料吸收塔的操作方法；3.测定空塔气速、喷淋密度与填料层压降间的关系。
二、实验原理填料塔的流体力学性能主要包括气体通过填料层的压降、液泛气速、持液量及气液两种流体的分布等，本实验将测定不同喷淋密度下通过填料层的压降与空塔气速间的关系，并观察填料表面的液流状态及液泛现象。
三、实验装置如图6.1所示为本实验的流程，空气由风机供给，旁路阀用以调节空气流量，空气经油水分离器及转子流量计后进入塔底，从塔顶排气管排出。
水经调节阀及转子流量计后从塔顶喷洒入塔，经液封管排出。
气体通过填料层的压降用U型压差计测量。
图3.1 填料塔流程图四、实验步骤1.打开旁路阀，启动风机，由小到大逐渐调节空气的流量，记录干塔条件下不同空气流量时的填料层压降值。
2.打开进水阀以充分润湿填料，然后再调节水量至适宜值，为了保证填料的润湿，喷淋量不应少于50 L/h，记录不同气速下填料层的压降值，至塔内发生液泛为止，并记录液泛点气速。
改变喷淋密度，并观察压降与液泛气速的变化。
五实验数据记录六、思考题1.空气流量有转子流量计测定，如何换算成实际流量？2.液泛点气速与喷淋密度有何关系？为什么？。