中国石油大学化工原理实验

化工原理实验讲义中国石油大学化学化工学院化学工程系二00八年四月目录目录 (2)序言 (1)实验一流体摩擦阻力系数测定 (3)实验二流量计校核 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

实验三离心泵特性曲线的测定.............................................................................. 错误！未定义书签。

实验四恒压过滤常数的测定.................................................................................. 错误！未定义书签。

实验五固体流态化 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

实验六空气在圆形直管中对流传热系数的测定 (9)实验七板式精馏塔塔板效率的测定 (14)实验八吸收实验——填料塔吸收传质系数的测定............................................ 错误！未定义书签。

序言一、化工原理实验的特点化工原理实验属于工程实验范畴，它不同于基础课程的实验。

后者面对的是基础科学，采用的方法是理论的、严密的，处理的对象通常是简单的、基本的甚至是理想的，而工程实验面对的是复杂的实际问题和工程问题。

对象不同，实验研究方法也必然不同。

工程实验的困难在于变量多，涉及的物料千变万化，设备大小悬殊，实验工作量之大之难是可想而知的。

因此不能把处理一般物理实验的方法简单地套用于化工原理实验。

数学模型方法和因次分析方法是研究工程问题的两个基本的实验研究方法，因为这两种方法可以成功地使实验研究结果由小见大，由此及彼地应用于大设备的生产设计上。

例如，在因次分析法指导下的实验，可不需要过程的深入理解，不需要采用真实的物料、真实流体或实际的设备尺寸，只需借助模拟物料（如空气、水等）在实验室规模的小设备中，经一些设备性的实验或理性的推断得出过程的因素，从而加以归纳和概括成经验方程。

这种因次分析法指导下的实验研究方法，是解决难于作出数学描述的复杂问题的一种有效方法。

数学模型方法是在对过程有比较深入认识的基础上，将过程进行概括，得到简单而不失真的物理模型，然后进行数学上的描述。

这种研究方法同样可以具备以小见大，由此及彼的功能（因次分析法指导下的实验方法和数学模型方法反映了工程实验和基础实验的主要区别）。

化工原理实验的另一目的是理论联系实际。

化工过程由很多单元过程和设备所组成，学生应该运用理论去指导并且能够独立进行化工单元的操作，应能在现有设备中完成指定的任务，并预测某些参数的变化对过程的影响。

二、基本要求1、实验研究方法及数据处理1）掌握处理化学工程问题的两种基本实验研究方法。

一种是经验的方法，即应用因次分析法进行实验的规划；另一种是半经验半理论的方法或数学模型方法，掌握如何规划实验，去检验模型的有效性、模型参数的估值的可靠性。

2）掌握最基本的经验参数和模型参数的估值方法——最小二乘法。

3）对于特定的工程问题，在缺乏数据的情况下，学会如何组织实验以及取得必要的设计数据。

2、熟悉化工数据的基本测试技术其中包括操作参数（例如流量、温度、压强等）和设备特性参数（例如阻力参数、传热系数、传质系数等）、特性曲线的测试方法。

3、熟悉并掌握化工中典型设备的操作了解影响设备操作的参数，能预测某些参数的变化对设备操作的影响，并能在现有设备中通过调整操作参数以完成指定的工艺要求。

三、实验课教学内容及教学方法通过实验课的教学应让学生掌握工程实验的全过程，此过程应包括：1）实验前的准备；2）进行实验操作；3）正确记录和处理实验数据；4）撰写实验报告。

以上四个方面是实验课的主要环节，认为实验课就是单纯进行实验“操作”的观点应该改变。

为使学生对于实验有严肃的态度，严格的要求和严密的作风，我们推荐典型的实验程序如下：1）认真阅读实验指导书和有关参考资料，了解实验目的和要求；2）进行实验室现场预习。

了解实验装置，摸清实验流程、测试点、操作控制点，此外还需了解所使用的检测仪器、仪表的基本原理和使用方法；3）预先组织好实验小组，实验小组讨论并拟订实验方案，预先作好分工，并写出实验的预习报告，预习报告的内容应包括：①实验目的和内容；②实验的基本原理及方案；③实验装置及流程图；④实验操作步骤及实验数据的布点；⑤设计原始数据的记录表格。

预习报告应在实验前交给实验指导教师审阅，获准后学生方能参加实验。

进行实验操作，要求认真细致地记录实验原始数据。

操作中应能进行理论联系实际的思考。

实验数据的处理：重复计算过程可以采用表格化的方式表达；具体计算过程需要有一组手算的计算示例，鼓励使用现代化方法进行实验数据处理。

撰写实验报告。

撰写实验报告是实验教学的重要组成部分，应避免单纯填写表格的方式，而应由学生自行撰写成文，内容大致包括：1）实验目的和原理；2）实验装置简介；3）实验数据记录及数据处理；4）实验结果及讨论。

四、学生实验守则1、遵守纪律不迟到不早退，在实验室内保持安静，不大声谈笑，遵守实验室的一切规章制度，听从教师指导。

2、实验前要认真预习，作好预习报告，经教师提问通过后，方可准予参加实验。

3、实验时要严格遵守仪器、设备、电路的操作规程不得擅自变更，操作前须经教师检查同意后方可接通电路和开车，操作中仔细观察，如实记录现象和数据。

仪器设备发生故障严禁擅自处理，应立即报告教师。

4、实验后根据原始记录，处理数据、分析问题并及时作好实验报告。

5、爱护仪器、注意安全，水、电、煤气及药品要节约使用。

6、保持实验室整洁，废品、废物丢入垃圾箱内。

7、实验完毕记录数据须经教师审查签字，做好清洁工作，恢复仪器设备原状，关好门窗，检查水、电及气源是否关好后，方可离开实验室。

实验一 流体摩擦阻力系数测定一、实验目的及任务1、学习流体在管道内摩擦阻力f P ∆及摩擦阻力系数λ的测定方法；2、确定摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度d ε之间的关系；3、在双对数坐标纸上绘出λ～Re 曲线并与莫迪图进行比较；4、测定局部（阀门）阻力系数ζ。

二、实验基本原理由于有粘性和涡流的影响，流体流动时会产生流动阻力。

其大小与管子的长度、直径、流体流速和管道摩擦阻力系数有关。

本实验分为直管摩擦系数λ和局部（阀门）阻力系数ζ两种情况。

1、直管摩擦系数与雷诺数Re 的测定直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。

流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为：ρρff P P P h ∆=-=21 （1-1）又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式）22u d l h fP f λρ==∆ （1-2） 整理（1-1）（1-2）两式得22u P l d f∆⋅⋅=ρλ （1-3） μρ⋅⋅=u d Re （1-4）式中：-d 管径，m ；-∆f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ；-u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3；-μ流体的粘度，N ·s / m 2。

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f P ∆与流速u （流量V ）之间的关系。

根据实验数据和式（1-3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（1-4）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。

2、局部（阀门）阻力系数ζ的测定22'u P h ff ζρ=∆=' （1-5） 2'2u P f∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρζ （1-6）式中：-ζ局部阻力系数，无因次； -∆'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ；-'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。

图1-1 局部阻力测量取压口布置图局部阻力引起的压强降'f P ∆ 可用下面的方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在其上、下游开两对测压口a-a ’和b-b ＇，见图1-1，使ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇ 则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇ 在a~a ＇之间列柏努利方程式：P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P＇f （1-7）在b~b ＇之间列柏努利方程式：P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f = △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （1-8）联立式（1-7）和（1-8），则：'f P ＝2（P b －P b ＇）－（P a －P a ＇）为了实验方便，称（P b －P b ＇）为近点压差，称（P a －P a ＇）为远点压差。

用差压传感器来测量。

三、实验装置及流程实验流程示意图见图1-2。

水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经流量调节阀14、玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力；或经阀门10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12或空气-水倒置∪型管22来测量。

图1-2 流动阻力实验流程示意图1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻力远端测压阀；8、20-粗糙管测压阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀； 11-U 型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀； 15、16-水转子流量计；17-光滑管阀； 18-粗糙管阀；21-倒置U 型管放空阀；22-倒置U 型管；23-水箱放水阀；24-管线放水阀；25-压差表；26-温度表；27-泵开关；28-总电源开关本实验共有8套实验设备，其主要技术数据如下:被测光滑直管段：2. 被测粗糙直管段：管径d—0.010m；管长L—1.70m；材料—不锈钢管3．被测局部阻力直管段：管径d—0.015m；管长L—1.2m；材料—不锈钢管4．压力传感器：型号：LXWY 测量范围：200 KPa5 .直流数字电压表：型号：PZ139 测量范围：0 ～200 KPa6．离心泵：型号：WB70/055 流量：8 m3／h 扬程：12 m 电机功率：550 W7. 玻璃转子流量计：四、实验步骤及注意事项1、实验步骤向储水槽内注水，直到水满为止。