2022年度化工原理过滤实验报告（完整文档）

下面是小编为大家整理的2022年度化工原理过滤实验报告（完整文档）,供大家参考。希望对大家写作有帮助!

化工原理过滤实验报告5篇

化工原理过滤实验报告篇1

北京化工大学

化原实验报告

学 院：
化学工程学院

姓 名：
娄铮

学 号：
2013011345

班 级：
环工1302

同组人员：
郑豪，刘定坤，邵鑫

课程名称：
化工原理实验

实验名称：
氧解吸实验

实验日期：
2014-4-15

实验名称：
氧 解 吸 实 验

报告摘要：本实验首先利用气体分别通过干填料层、湿填料层，测流体流动引起的填料层压降与空塔气速的关系，利用双对数坐标画出关系。其次做传质实验求取传质单元高度，利用

Kxa=GA /（Vp△x m） GA=L（x2-x1）求出 HOL=

一、实验目的及任务：

1)熟悉填料塔的构造与操作。

2)观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3)掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。

学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、基本原理：

本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需要测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数Kxa，并进行关联，得到Kxa=ALaVb关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。

1、填料塔流体力学特性

气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。填料层压降—空塔气速关系示意图如下，在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线（图中aa’）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大，压降—气速线向上弯，斜率变陡（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

2、传质实验

在填料塔中，两相传质主要在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。

本实验是对富氧水进行解吸，如图下所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨利定律，及平衡线位置线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为

GA=KxaVp△x m 即Kxa= GA / （Vp△x m）

其中

GA=L（x2-x1） Vp=ZΩ

相关填料层高度的基本计算式为

即

其中 ，HOL=

式中GA——单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2•h)

Kxa——液相体积总传质系数，kmol/(m3•h)

Vp——填料层体积，m3

△x m——液相对数平均浓度差

x2——液相进塔时的摩尔分数（塔顶）

xe2——与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶）

x1——液相出塔的摩尔分数（塔底）

xe1——与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）

Z——填料层高度，m

Ω——塔截面积，m2

L——解吸液流量，kmol/(m2•h)

HOL——以液相为推动力的总传质单元高度，m

NOL——以液相为推动力的总传质单元数

由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。

三、装置和流程图：

实验仪器：

吸收塔及解吸塔设备、9070型测氧仪

吸收解析塔参数

解析塔径Φ=0.1m，吸收塔径Φ=0.032m，填料高度0.8m(陶瓷拉西环、星形填料和金属波纹丝网填料)和0.83m(金属θ环)。填料数据如下：

实验流程图：（参照教材和实际工艺流程）

下图是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压在0.03～0.04[Mpa],为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9中，与水并流吸收。含富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。

由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量计前装有计前表压计23。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计22。

在解吸塔入口设有入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。

两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。

氧气吸收与解吸实验流程图

1、氧气钢瓶 2、氧减压阀 3、氧压力表 4、氧缓冲罐 5、氧压力表 6、安全阀 7、氧气流量调节阀

8、氧转子流量计9、吸收塔 10、水流量调节阀 11、水转子流量计 12、富氧水取样阀 13、风机

14、空气缓冲罐 15、温度计 16、空气流量调节阀 17、空气转子流量计 18、解吸塔 19、液位平衡罐

20、贫氧水取样阀 21、温度计 22、压差计 23、流量计前表压计 24、防水倒灌阀

四、实验步骤：(参照教材和实际工艺流程)

1.流体力学性能测定

（1）测定干填料压降

1事先吹干塔内填料。

2待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料塔压降，测取6~8组数据。

（2）测定湿填料压降

1测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。

2固定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取8~10组数据。

3实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使液泛现象平稳变化。调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升的这一特点。注意气量不要过大，以免冲破和冲泡填料。

（3）注意空气流量的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。

2.传质实验

a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.04~0.05MPa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌，或先通入氧气后通水。

b、传质实验操作条件选取：水喷淋密度取10~15m3/(m2•h)，空塔气速0.5~0.8m/s氧气入塔流量为0.01~0.02 m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在不大于19.9mg/l。

c、塔顶和塔底液相氧浓度测定：分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，注意在每次更换流量的第一次所取样品要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行氧含量的测定，并且富氧水与贫氧水同时进行取样。

d、用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪数据由增大到减小时的转折点为数据值；
对于贫氧水，取分析仪数据由变小到增大时的转折点为数据值。同时记录对应的水温。

e、实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节阀，关闭其他阀门。检查无误以后离开。

五、实验数据及处理：

1.填料塔压降与空塔气速关系图

a)干塔数据计算

原始数据：

表1干床数据

T=36.7oC，d=0.1m，h=0.8m

处理数据：

表2干床数据处理

干塔压降与液速关系图：

b)湿塔数据计算

原始数据：

表3湿床数据

T=34.1 oC，d=0.1m，h=0.8m

处理数据：

表4湿床数据处理

湿塔压降与液速关系图：

干塔、湿塔压降与液速曲线

计算实例（以干塔第一组数据为例）：

流量校正：

流速确定：

单位塔高压降确定：

湿塔数据处理与干塔相同。

2.传质系数与传质单元高度求取

原始数据：

表5传质数据

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25 m3

处理数据：

表6传质数据处理表

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25m3

表7传质数据处理表

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25m3

4.实验数据处理

Kxa测定(以第一组数据为例)：

计算实例（以第一组第一次测量数据为例）：

流量校正：

塔温：

亨利系数确定：

系统总压确定：

亨利系数:

平衡浓度：

塔顶（底）摩尔分率计算：

同理：

平均推动力：

液体流率：

气体流率：

填料塔体积：

传质系数的确定：

传质单元高度：

六、实验结论及误差分析：

1.流体力学性能测定

填料层压降在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线。当有喷淋量时，在低气速下压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于相同气速下干填料的压降。随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，压降—气速线向上弯，斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

2.传质实验

液相体积总传质系数Kxa与液量正相关，而与气量基本无关。这是由于氧气极难溶于水，因而本系统是液膜控制系统，Kxa近似等于kxa，故液相体积总传质系数Kxa仅与液量有关，与气量无关。

3.误差分析：

系统误差，如流体的波动、转子流量计不在20摄氏度，1大气压下测量。

人为误差，如读取数据时仪表的不稳定性可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差。

七、思考题：

1．阐述干填料压降线和湿料塔压降线的特征

干料塔压降与气速关系成一条直线，是线性相关的两个变量；
湿料塔压降线与干料塔有所不同，其在气速达到一定值时，会出现液泛点而呈折线。且压降在气速达到一定值后急剧上升。

2．工业上，吸收在低温、加压，在进行而解吸在高温、常压下进行，为什么？

一般情况下，气体在液体中的溶解度随温度的升高而降低，随压强的升高而升高。所以吸收时要在低温、加压的情况下进行比较好，而解吸在高温、低压下进行。

3．为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？

一般气体的吸收和解吸经过三个步骤：吸收过程为：气相→气液界面→液相，解吸过程为：液相→气液界面→气相，对于易溶气体而言，其主要的阻力来自溶质从气相到气液界面扩散的阻力，从气液界面到溶液的过程所受到的阻力相对来说很小，所以在吸收过程显示为气膜控制过程；
而对于难溶气体，吸收时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程中产生，而在气相到气液界面的阻力相对来说很小，所以其吸收的过程显示为液膜控制过程。

4．试计算实验条件下实际液气V/L比是最小液气比(V/L)min的多少倍？

以第一组数据为例：

实际液体流量如上表L=2031.25mol/h

实际气体流量V=15.25m3/h=680.8mol/h

实际

实际液气比为最小液气比的1551倍

5．填料塔结构有什么特点？

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板（有些也不用），以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化。

上机仿真实验

数据处理

干塔原始数据

h=0.75m,d=0.1m

干塔数据处理

干塔压降与流速的关系

湿塔原始数据

湿塔数据处理

干塔压降与流速的关系：

干塔、湿塔压降与液速曲线：

传质实验：

化工原理过滤实验报告篇2

北京化工大学

化原实验报告

学 院：
化学工程学院

姓 名：
娄铮

学 号：
2013011345

班 级：
环工1302

同组人员：
郑豪，刘定坤，邵鑫

课程名称：
化工原理实验

实验名称：
氧解吸实验

实验日期：
2014-4-15

实验名称：
氧 解 吸 实 验

报告摘要：本实验首先利用气体分别通过干填料层、湿填料层，测流体流动引起的填料层压降与空塔气速的关系，利用双对数坐标画出关系。其次做传质实验求取传质单元高度，利用

Kxa=GA /（Vp△x m） GA=L（x2-x1）求出 HOL=

一、实验目的及任务：

1)熟悉填料塔的构造与操作。

2)观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3)掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。

学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、基本原理：

本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需要测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数Kxa，并进行关联，得到Kxa=ALaVb关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。

1、填料塔流体力学特性

气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。填料层压降—空塔气速关系示意图如下，在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线（图中aa’）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大，压降—气速线向上弯，斜率变陡（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

2、传质实验

在填料塔中，两相传质主要在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。

本实验是对富氧水进行解吸，如图下所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨利定律，及平衡线位置线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为

GA=KxaVp△x m 即Kxa= GA / （Vp△x m）

其中

GA=L（x2-x1） Vp=ZΩ

相关填料层高度的基本计算式为

即

其中 ，HOL=

式中GA——单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2•h)

Kxa——液相体积总传质系数，kmol/(m3•h)

Vp——填料层体积，m3

△x m——液相对数平均浓度差

x2——液相进塔时的摩尔分数（塔顶）

xe2——与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶）

x1——液相出塔的摩尔分数（塔底）

xe1——与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）

Z——填料层高度，m

Ω——塔截面积，m2

L——解吸液流量，kmol/(m2•h)

HOL——以液相为推动力的总传质单元高度，m

NOL——以液相为推动力的总传质单元数

由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。

三、装置和流程图：

实验仪器：

吸收塔及解吸塔设备、9070型测氧仪

吸收解析塔参数

解析塔径Φ=0.1m，吸收塔径Φ=0.032m，填料高度0.8m(陶瓷拉西环、星形填料和金属波纹丝网填料)和0.83m(金属θ环)。填料数据如下：

实验流程图：（参照教材和实际工艺流程）

下图是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压在0.03～0.04[Mpa],为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9中，与水并流吸收。含富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。

由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量计前装有计前表压计23。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计22。

在解吸塔入口设有入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。

两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。

氧气吸收与解吸实验流程图

1、氧气钢瓶 2、氧减压阀 3、氧压力表 4、氧缓冲罐 5、氧压力表 6、安全阀 7、氧气流量调节阀

8、氧转子流量计9、吸收塔 10、水流量调节阀 11、水转子流量计 12、富氧水取样阀 13、风机

14、空气缓冲罐 15、温度计 16、空气流量调节阀 17、空气转子流量计 18、解吸塔 19、液位平衡罐

20、贫氧水取样阀 21、温度计 22、压差计 23、流量计前表压计 24、防水倒灌阀

四、实验步骤：(参照教材和实际工艺流程)

1.流体力学性能测定

（1）测定干填料压降

1事先吹干塔内填料。

2待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料塔压降，测取6~8组数据。

（2）测定湿填料压降

1测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。

2固定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取8~10组数据。

3实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使液泛现象平稳变化。调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升的这一特点。注意气量不要过大，以免冲破和冲泡填料。

（3）注意空气流量的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。

2.传质实验

a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.04~0.05MPa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌，或先通入氧气后通水。

b、传质实验操作条件选取：水喷淋密度取10~15m3/(m2•h)，空塔气速0.5~0.8m/s氧气入塔流量为0.01~0.02 m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在不大于19.9mg/l。

c、塔顶和塔底液相氧浓度测定：分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，注意在每次更换流量的第一次所取样品要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行氧含量的测定，并且富氧水与贫氧水同时进行取样。

d、用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪数据由增大到减小时的转折点为数据值；
对于贫氧水，取分析仪数据由变小到增大时的转折点为数据值。同时记录对应的水温。

e、实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节阀，关闭其他阀门。检查无误以后离开。

五、实验数据及处理：

1.填料塔压降与空塔气速关系图

a)干塔数据计算

原始数据：

表1干床数据

T=36.7oC，d=0.1m，h=0.8m

处理数据：

表2干床数据处理

干塔压降与液速关系图：

b)湿塔数据计算

原始数据：

表3湿床数据

T=34.1 oC，d=0.1m，h=0.8m

处理数据：

表4湿床数据处理

湿塔压降与液速关系图：

干塔、湿塔压降与液速曲线

计算实例（以干塔第一组数据为例）：

流量校正：

流速确定：

单位塔高压降确定：

湿塔数据处理与干塔相同。

2.传质系数与传质单元高度求取

原始数据：

表5传质数据

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25 m3

处理数据：

表6传质数据处理表

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25m3

表7传质数据处理表

d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧气流量Q=0.25m3

4.实验数据处理

Kxa测定(以第一组数据为例)：

计算实例（以第一组第一次测量数据为例）：

流量校正：

塔温：

亨利系数确定：

系统总压确定：

亨利系数:

平衡浓度：

塔顶（底）摩尔分率计算：

同理：

平均推动力：

液体流率：

气体流率：

填料塔体积：

传质系数的确定：

传质单元高度：

六、实验结论及误差分析：

1.流体力学性能测定

填料层压降在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线。当有喷淋量时，在低气速下压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于相同气速下干填料的压降。随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，压降—气速线向上弯，斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

2.传质实验

液相体积总传质系数Kxa与液量正相关，而与气量基本无关。这是由于氧气极难溶于水，因而本系统是液膜控制系统，Kxa近似等于kxa，故液相体积总传质系数Kxa仅与液量有关，与气量无关。

3.误差分析：

系统误差，如流体的波动、转子流量计不在20摄氏度，1大气压下测量。

人为误差，如读取数据时仪表的不稳定性可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差。

七、思考题：

1．阐述干填料压降线和湿料塔压降线的特征

干料塔压降与气速关系成一条直线，是线性相关的两个变量；
湿料塔压降线与干料塔有所不同，其在气速达到一定值时，会出现液泛点而呈折线。且压降在气速达到一定值后急剧上升。

2．工业上，吸收在低温、加压，在进行而解吸在高温、常压下进行，为什么？

一般情况下，气体在液体中的溶解度随温度的升高而降低，随压强的升高而升高。所以吸收时要在低温、加压的情况下进行比较好，而解吸在高温、低压下进行。

3．为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？

一般气体的吸收和解吸经过三个步骤：吸收过程为：气相→气液界面→液相，解吸过程为：液相→气液界面→气相，对于易溶气体而言，其主要的阻力来自溶质从气相到气液界面扩散的阻力，从气液界面到溶液的过程所受到的阻力相对来说很小，所以在吸收过程显示为气膜控制过程；
而对于难溶气体，吸收时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程中产生，而在气相到气液界面的阻力相对来说很小，所以其吸收的过程显示为液膜控制过程。

4．试计算实验条件下实际液气V/L比是最小液气比(V/L)min的多少倍？

以第一组数据为例：

实际液体流量如上表L=2031.25mol/h

实际气体流量V=15.25m3/h=680.8mol/h

实际

实际液气比为最小液气比的1551倍

5．填料塔结构有什么特点？

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板（有些也不用），以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化。

上机仿真实验

数据处理

干塔原始数据

h=0.75m,d=0.1m

干塔数据处理

干塔压降与流速的关系

湿塔原始数据

湿塔数据处理

干塔压降与流速的关系：

干塔、湿塔压降与液速曲线：

传质实验：

化工原理过滤实验报告篇3

北 京 化 工 大 学

化工原理实验报告

传热膜系数测定实验

院（部）：
化学工程学院

专 业：
化学工程与工艺

班 级：
化工1005

姓 名：
江海洋 2010011136

同组人员：
王彬 刘玥波 方郡

实验名称：
传热膜系数测定实验

实验日期：
2012.11.28

传热膜系数测定实验

一、摘要

本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu，做出lg（Nu/Pr0.4）～lgRe的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A和m值。

关键词：对流传热 Nu Pr Re α A

二、实验目的

1、掌握传热膜系数α及传热系数K的测定方法；

2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法；

3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、实验原理

黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：

对于强制湍流有：

用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。在两边取对数，得到直线方程为

在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A，即

其中

实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度计算对应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。

牛顿冷却定律为

其中α——传热膜系数，W/(m2•℃)；

Q——传热量，W；

A——总传热面积，m2；

Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。

传热量可由下式求得

其中W——质量流量，kg/h；

cp——冷空气的比定压热容，J/（kg•℃）；

t1,t2——冷空气的进，出口温度，℃；

ρ——定性温度下流体密度，kg/m3；

V——冷空气体积流量，m3/h。

空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量V与孔板流量计压降Δp的关系为

式中，Δp——孔板流量计压降，kPa；

V——空气流量，m3/h。

四、实验流程图

套管式换热实验装置和流程

1-风机，2-孔板流量计，3-空气流量调节阀，4-空气入口测温点，5-空气出口测温点，

6-水蒸气入口壁温，7-水蒸气出口壁温，8-不凝性气体放空阀，

9-冷凝水回流管，10-蒸汽发生器，11-补水漏斗，12-补水阀，13-排水阀

1、 设备说明

本实验空气走内管，蒸汽走管隙（玻璃管）。内管为黄铜管，其内径为0.020m，有效长度为1.25m。空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻（Pt100）和热电偶测得。测量空气进、出口的铂电阻应置于进、出管得中心。测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。

本实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kW。风机采用XGB型漩涡气泵，最大压力17.50kPa，最大流量100m3/h。

2 、采集系统说明

(1) 压力传感器

本实验装置采用ASCOM5320型压力传感器，其测量范围为0~20kPa。

(2) 显示仪表

在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表读取，并实验数据的在线采集与控制，测量点分别为：孔板压降、进出口温度和两个壁温。

3、流程说明

本实验装置流程图如下所示，冷空气由风机输送，经孔板流量计计量以后，进入换热器内管（铜管），并与套管环隙中的水蒸气换热。空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器。放气阀门用于排放不凝性气体，在铜管之前设有一定长度的稳定段，用于消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应。

五、实验操作

1、检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/3~2/3。

2、按下总电源开关，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，接通蒸汽发生器的发热电源，保持放气阀打开，调整好热电偶位置。

3、用计算机控制风机频率为50Hz，待仪表数值稳定后，记录数据；
再每降低3Hz取一实验点，同样等仪表数值稳定后，记录数据，重复实验，12~13次。

4、将静态混合器插入管中，并将其固定，再次调整好热电偶温度计，将风机频率调回50Hz，待仪表数值稳定后，记录数据；
每降低3Hz取一实验点，同样等仪表数值稳定后，记录数据，重复实验，12~13次。

5、实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场，给蒸汽发生器灌水。

六、实验数据处理

1、测定空气普通对流传热膜系数（l=1.25,d=0.020m）

表一：空气普通膜系数测定实验数据

序号

空气入口温度℃

空气出口温度℃

壁温1/℃

壁温2/℃

ΔP

/kpa

Pr

关联式

Re

Nu

Nu/pr0.4

1

44.9

68

99.6

100.1

3.9

0.71424

52107.96862

101.48966

116.11396

2

41

65.6

98.5

100.1

3.24

0.71502

48007.19696

94.07172

107.57993

3

39.9

67.1

99.5

100.1

1.99

0.71497

36854.68792

79.74868

91.20274

4

37.1

66.4

99.8

100

1.57

0.71541

32754.44649

73.62748

84.18161

5

35.2

66

99.3

99.9

1.19

0.71571

28389.01224

66.09374

75.55559

6

34.2

66.1

99.9

100

0.95

0.71582

25202.77191

59.88782

68.45685

7

33.5

66.4

99.6

100.1

0.73

0.71587

21886.21962

53.65347

61.32871

8

31.8

66.3

99.7

100.1

0.54

0.71610

18694.46587

47.28684

54.04435

9

30.9

66.8

99.6

100.1

0.38

0.71615

15481.10914

40.76415

46.58819

以第三组数据为例，计算过程如下：

定性温度t=（t1+t2）/ 2=（39.9+67.1）/ 2=53.5℃

查得此定性温度下的物性参数为

Cp=1.0294 KJ•Kg-1•K-1 ρ=1.2715-0.0035*53.5=1.08425 Kg•m-3

μ=(1.71+0.005*53.5)*10-5 =1.98*10-5Pa•s

λ=(2.4513+0.0074*53.5)*10-2 =0.028472W•m-1• K-1

换热面积A=πdl=π*0.02*1.25=0.079m2

对数平均温度Δtm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]

=[(99.5-67.1)-(100.1-39.9)]/ln[(99.5-67.1)/(100.1-39.9)]

=44.93629℃

冷空气的体积流量V=26.2•ΔP 0.54=26.2*1.990.54=37.99111m3•h-1

传热膜系数α=ρV Cp（t2-t1）/3600/A/Δtm

=1.073925*37.99111*1.0294*1000*(67.1-39.9)/3600/0.079/44.93629

=113.5302W•m-2•K-1

Nu=dα/λ=0.02*113.5302/0.028472=79.74868

Pr=0.7063-2*10 -4*53.5=0.71497

u=V*4/π/d2/3600=37.99111*4/π/0.02 2/3600= 33.60855m/s

Re=dρu/μ=0.02*1.08425*33.60855/1.98*10-5=36854.68792

Nu/Pr0.4=79.74868/0.714970.4=91.20274

2、测定空气强化对流传热膜系数（l=1.25,d=0.020m,加入混合器）

表二：强化后膜系数测定实验数据记录

序号

空气入口温度℃

空气出口温度℃

壁温1/℃

壁温2/℃

ΔP

/kpa

Pr

关联式

Re

Nu

Nu/pr0.4

1

37.2

74.2

99.6

99

2.03

0.714424018

36783.71666

119.0286315

136.1661073

2

38.6

75.3

99.5

99.9

1.52

0.714115759

31237.18419

102.381023

117.1418336

3

39.7

76.4

99.6

100

1.14

0.713846363

26573.38442

89.46628544

102.3805612

4

38.9

77

99.3

100

0.81

0.713870781

22108.07823

77.85471108

89.09166078

5

37.7

77.5

100.1

100.1

0.57

0.713956359

18323.95699

66.43396884

76.01889143

6

36.4

77.9

99.6

100

0.41

0.714066648

15377.23761

58.35942949

66.77525239

7

35

79.1

100.1

100.2

0.28

0.714091196

12522.49994

50.51415794

57.79784504

以第三组数据为例，计算过程如下：

定性温度t=（t1+t2）/ 2=（39.7+76.4）/ 2=58.05℃

查得此定性温度下的物性参数为

Cp=1.028121 KJ•Kg-1•K-1 ρ=1.2715-0.0035*58.05=1.068325Kg•m-3

μ=(1.71+0.005*58.05)*10-5 =2*10-5Pa•s

λ=(2.4513+0.0074*58.05)*10-2 =0.028809W•m-1• K-1

换热面积A=πdl=π*0.02*1.25=0.079m2

对数平均温度Δtm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]

=[(99.6-76.4)-(100-39.7)]/ln[(99.6-76.4)-(100-39.7)]

=38.90705℃

冷空气的体积流量V=26.2•ΔP 0.54=26.2*1.140.54= 28.12095m3•h-1

传热膜系数α=ρV Cp（t2-t1）/3600/A/Δtm

=1.068325*28.12095*1.028121*1000*(76.4-39.7)/3600/0.079/38.90705 =128.8704W•m-2•K-1

Nu=dα/λ=0.02*128.8704/0.028809=89.46629

Pr=0.7063-2*10 -4*58.05=0.713846

u=V*4/π/d2/3600= 28.12095*4/π/0.02 2/3600= 24.87699m/s

Re=dρu/μ=0.02*1.068325*24.87699/2*10-5=26573.38442

Nu/Pr0.4= 89.46629/0.7138460.4=102.3805612

七、实验结果做图及分析

根据表一、表二中的数据分别做出普通和强化后的Nu/pr0.4与Re双对数关系曲线如下：

结果分析：

1． 由excel软件线性拟合的直线见上图，读取直线斜率并在直线上任取一点得：

（1）正常条件下空气普通对流传热：
A=0.014，m=0.82，Nu=0.014*Re0.82*Pr0.4

（2）强化条件下空气强化对流传热: A=0.029，m=0.79，Nu=0.029* Re0.79*Pr0.4

2．由上图可知，强化条件下传热较正常情况下好，因为加入静态混合器后，增大了空气的湍动程度，有利于传热。但加入静态混合器是以增大能量的阻力损失为代价的，因此在强化过程传热的措施重要考虑到兼顾传热效率和能量损失，以获得最大的效益。

3．化工原理课本上介绍的公式为Nu=0.023*Re0.8*Pr0.4 ，实验结果与之有一定误差的主要原因：

（1）蒸汽所在的玻璃管内有冷凝液积存于黄铜管上，从而降低了传热系数。

（2）在进行传热热量计算时，为了简化实验计算，近似以α代替总传热系数K，即令Q=αAΔtm。

（3）改变压降后，度数时间间隔太短，从而传热体系未达到稳定状态，造成读数与实际情况不相符。

八、思考题

1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？为什么？

答：管壁温度应接近于蒸汽温度。因为水蒸气膜状冷凝的对流给热系数很大（5500~500）,而空气的强制对流给热系数相对很小（10~100），所以水蒸汽与管壁的传热速率远远大于空气与管壁的传热速率，从而管壁温度更接近于蒸汽温度。

2、管内空气流动速度对传热膜系数有何影响？当空气速度增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？为什么？

答：管内空气流动速度的改变将直接影响传热膜系数的大小。当空气速度增加时，空气离开热交换器时的温度将降低。因为空气流量增加相当于单位时间内有更多的空气参与热交换，而水蒸气的冷凝量是一定的，那么相同的热量就被更多的冷空气分享，虽然空气速度增大时其湍流程度增加，增强传热效果，但是因为空气对留给热系数相对而言很小，所以影响不大，故空气离开热交换器时，温度降降低。

3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α式的关联有无影响？

答：有影响，对于本实验而言，由于用膜传热系数α代替总传热系数K，不同压强的饱和蒸汽温度不同，当蒸汽压强变化，对数平均温差即平均推动力Δtm变化，当总传热量不变时，总传热系数必然K变化，即α变化，则α的关联式变化。

4、本实验可采取哪些措施强化传热？

答：（1）增加空气湍动程度，如加入静态混合器，翘片等；

（2）蒸汽所在环隙的玻璃壁外侧加一保温层，以减少热量损失。

九、疑问、意见、建议等

1、因为静态混合器为金属制品，插入静态混合器后会不会因其导热性能较好对实验有所影响。

2、工程上的设备投入使用后基本都已密封，加入静态混合器从而加强传热性能的方法到底实不实用。

化工原理过滤实验报告篇4

化工原理实验报告

院系：化学化工学院

专业班级：应化

学号：

姓名

同组者

实验日期

指导老师：

实验一 流体阻力实验

一.实验目的

1.学习直管摩擦阻力△Pf、直管摩擦系数λ的测定方法。

2.测定、对比光滑Dg40（φ45×2.5mm）、Dg32、Dg20直管、φ18粗糙直管和Dg8光滑

的阻力系数与雷诺数的关系。

3.测定弯头、阀门等局部阻力系数ξ与雷诺数Re之间关系。

4.测量流量计校正系数与雷诺数Re之间关系以及流速的几种测量方法。

5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。

二.实验原理

a) 直管阻力与局部阻力实验

流体阻力产生的根源是流体具有粘性，流动时存在内摩擦。而壁的形状则促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件，流动阻力的大小与流体本身的物理性质、流动状况及壁面的形状等因素有关。流动阻力可分为直管阻力和局部阻力。

流体在流动过程中要消耗能量以克服流动阻力。因此，流动阻力的测定颇为重要。从流程图可知水从贮槽由泵输入恒位水槽，再流经管道，经计量槽计量后回到水槽，循环利用。改变流量并测定直管与管件的相应压差，即可测得流体流动阻力。

b) 直管阻力磨擦系数λ的测定

直管阻力是流体流经直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力损失hf 。

对于等直径水平直管段根据两测压点间的柏努利方程有：

式中：l — 直管长度（m）

d — 管内径 （m）

ΔP— 流体流经直管的压强降（Pa）

u — 流体截面平均流速（m/s）

ρ— 流体密度（kg/m3）

由式（1 - 1）可知，欲测定λ，需知道I、d、（P1 - P2）、u、ρ等。

1）若测得流体温度，则可查得流体的ρ值。

2）若测得流量，则由管径可计算流速u。

两测压点间的压降ΔP，可由仪表直接读数。

c) 局部阻力系数ζ的测定

局部阻力主要是由于流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等局部位置时所引起的阻力损失，在局部阻力件左右两侧的测压点间列柏努利方程有：

（1-4）

即：

式中：
ζ — 局部阻力系数

ΔP— 局部阻力压强降（Pa）

式（1 — 4）中ρ、u、ΔP等的测定同直管阻力测定方法。

d) 文丘里流量计与孔板流量计

文丘里流量计和孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计。当流体通过孔板或文丘里时由于流道的缩小，使流速增加，即增加了液体的动能，从而降低了流体的势能，利用压降的变化，可以测量流体的流速，根据柏努利原理，可以得到如下计算公式：

式中：Q――流量计流量，m/s；

　　　――流量系数，无因次；

A――喉管（孔口）的截面积；

ρ――流体密度，kg/m3；

ΔP――压力差，Pa。

文丘里流量计的相关数据：

喉管直径：27mm 流量系数：0.99

孔板流量计的相关数据：

孔口直径：18.5mm 流量系数：0.78

其中不仅与（孔口与管道截面积比）有关，而且还与孔板的结构形状、加工进度、流体在管内雷诺数、取压方式以及管壁面的粗糙度等诸因素有关，所以只能通过实验测定求得，才能利用公式得出流速、流量。

实验流程图：

三.实验装置

实验装置：JK-LDZ流体流动阻力实验装置 ，湘潭金凯化工装备技术有限公司

1、光滑管有Dg40、Dg25、Dg20、Dg8，φ18 Dg15粗糙管、管长2000mm,测压点距离1500mm。

2、水泵型号为50SGR10-15型管道式离心泵，流量：10m3/h、扬程：12m，，转速2800 r/min，功率0.75KW。

3、弯头阻力管Dg25。突扩、突缩，内径分别为25mm变32mm，32mm变22mm。

4、差压测量：采用ZQ501差压传感器采集信号，电控箱仪表显示，精度:0.3﹪FS，共六套传感器。

5、流量测量：涡轮流量计（单位m3/h）、文丘里流量计喉径￠27mm、孔板流量计孔径￠18.5mm。

6、显示仪表；
差压显示采用智能数字显示报警仪，温度显示采用XMZA数显仪表。

四.实验步骤

a)实验操作前先仔细阅读说明书，然后依次检查实验装置的各个部件，了解其名称与作用，并检查是否正常。

b)向蓄水箱加水，测量并记录实验时的水温，关闭管路上所有阀门包括测压点上的小阀门，待仪器运转正常以后再开启需要测量压差的测压点的小阀门。

c)打开所需实验的测量管路，接通电源，按下电源开关、按下离心泵启动开关启动离心泵，缓慢调节离心泵出口阀门，如果突然开大流量会损坏涡轮流量计，观察并记录实验数据，实验过程中用泵前阀调节流量，但流量不能调节得太小，每调节一次流量待数据稳定以后方可记录。

d)若实验只需测量两至三组管路，可关闭其它管路中测压点的小阀门。在测量管路压差要注意几点：差压传感器分高压端和低压端，传感器的H一端为高压端、L为低压端，使用中如果仪表出现负数只需要将两端取压管互换即可。

e)实验过程中可以关闭不需要测量的测压点，只需关闭测压点上的小阀门即可。这样一只差压传感器就可以测量几组测压点的压差了。

f)实验完毕以后注意断水断电。

五.实验记录及数据处理

1.将实验数据和数据整理结果列在表格中，并以其中一组数据为例写出计算过程。

2.在合适的坐标系上标绘所测得lgλ～lgRe 、lgζ～lgRe 、lgc～lgR等e关系曲线。

3.根据所标绘的曲线，求本实验条件下lgλ～lgRe 、lgζ～lgRe、lgc～lgR关系式，并与理论公式比较。

实验数据如下：

流量（/h）

0.00

3.25

6.25

8.22

10.56

11.98

12.26

16.41

压强降（KPa）

0.0

0.3

0.9

1.1

2.4

3.3

3.6

6.1

φ42直管：

流量（/h）

0.00

0.71

1.01

2.05

2.81

4.13

5.48

6.26

压强降（KPa）

-0.2

1.3

1.7

3.4

5.6

11.7

18.9

25.2

φ25直管：

流量（/h）

0.00

4.36

5.14

6.63

7.21

7.51

8.29

8.82

压强降（KPa）

0.5

1.6

4.8

7.1

7.9

8.8

10.4

12.4

弯头：

流量（/h）

0.00

2.24

2.91

4.11

6.63

8.94

10.88

11.81

压强降（KPa）

0.8

1.1

1.5

2.7

5.8

10.3

14.8

17.3

文丘里：

流量（/h）

0.00

2.24

2.91

4.11

6.63

8.94

10.88

11.81

压强降（KPa）

-2.0

2.1

5.4

13.2

37.4

67.6

106.5

125.4

孔板：

数据处理：

1.测量φ42直管时，u=，,

例如当流量为3.25/h时， m/s，

, ,

,

u(m/s)

0.00

0.94

1.80

2.37

3.05

3.46

3.54

4.74

—

0.016

0.013

0.009

0.012

0.013

0.013

0.013

—

25308

48462

63808

82115

93154

95308

127615

—

-1.80

-1.89

-2.05

-1.92

-1.89

-1.89

-1.89

—

4.40

4.69

4.80

4.91

4.97

4.98

5.11

由此可得下表：

根据表格作图如下：

2.测量φ25直管时，同理可得下表：

u(m/s)

0.00

0.63

0.89

1.81

2.48

3.65

4.85

5.54

—

0.087

0.057

0.028

0.024

0.023

0.022

0.022

—

9692

13692

27846

38154

56154

74615

85231

—

-1.06

-1.24

-1.55

-1.62

-1.64

-1.66

-1.66

—

3.99

4.14

4.44

4.58

4.75

4.87

4.93

根据表格作图如下：

3.测量弯头时，u=，,

例如当流量为4.36/h时， m/s，

, ,

,

u(m/s)

0.00

3.86

4.54

5.86

6.38

6.64

7.33

7.80

—

0.215

0.466

0.414

0.388

0.399

0.387

0.408

—

59385

69846

90154

98154

102154

112769

120000

—

-0.67

-0.33

-0.38

-0.41

-0.40

-0.41

-0.39

—

4.77

4.84

4.95

4.99

5.01

5.05

5.08

由此可得下表：

根据表格作图如下：

4.测量文丘里时，u=，,

例如当流量为2.24/h时， m/s，

, ,

,

由此可得下表：

u(m/s)

0.00

1.09

1.41

1.99

3.22

4.34

5.28

5.73

c

—

0.73

0.81

0.86

0.95

0.96

0.97

0.97

—

22638

29285

41331

66877

90138

109662

119008

—

-0.14

-0.09

-0.07

-0.02

-0.018

-0.013

-0.013

—

4.35

4.47

4.62

4.83

4.95

5.04

5.08

根据表格作图如下：

5.测量孔板时，同理可得下表：

u(m/s)

0.00

2.31

3.01

4.25

6.85

9.24

11.24

12.20

c

—

1.13

0.92

0.83

0.79

0.79

0.77

0.77

Re

—

32873

42835

60481

97481

131492

159954

173615

lgc

—

0.05

-0.04

-0.08

-0.10

-0.10

-0.11

-0.11

lgRe

—

4.52

4.63

4.78

4.99

5.12

5.20

5.24

根据表格作图如下：

六.结果与讨论

（1）本实验用水为工作介质做出的λ～Re曲线，对其它流体能否适用？为什么？

答：适用。因为光滑管的阻力系数λ只与雷诺数Re有关,故对其他的流体一样适用。

（2）本实验是测定等直径水平直管的流动阻力，若将水平管改为流体自下而上流动的垂直管，从测量两取压点间压差的倒置U形管读数R到△Pf的计算过程和公式是否与水平管完全相同?为什么?

答：过程一样，公式相同，R值的计算结果不同。

通式：

水平放置：z=0

垂直放置：z=L（管长）

（3）在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的数据是否能关连在一条曲线上？为什么？

答：不能。因为λ与有关，粗糙度或管径任何一个发生改变都会影响λ的值。而Re与流体的密度、粘度等有关，温度改变会引起密度、粘度的改变，所以会影响Re的值。因此，在不同设备上（包括相对粗糙度相同而管径不同）、不同温度下测定的数据不能关连在一条曲线上。

七．注意事项

1、注意实验一段时间后须清洗水箱，更换水质，避免污垢过多影响实验现象。

2、做完实验后的水应排入地沟，避免冬天因水温过低而冻裂水管。

3、定期检查各测压点有无漏气现象，更换乳胶管或者用尼绒扎带捆紧乳胶管与测压点和测压管的接口。

实验二 柏努利实验

一、实验目的

l、研究流体各种形式能量之间关系及转换，加深对能量转化概念的理解;

2、深入了解柏努利方程的意义。

二、实验原理

l、不可压缩的实验液体在导管中作稳定流动时，其机械能守恒方程式为：
（1）

式中：ul、u2一分别为液体管道上游的某截面和下游某截面处的流速，m／s；

P1、P2一分别为流体在管道上游截面和下游截面处的压强，Pa；

zl、z2一分别为流体在管道上游截面和下游截面中心至基准水平的垂直距离，m;

ρ一流体密度，Kg／m；

We—液体两截面之间获得的能量，J／Kg;

g一重力加速度，m／s2；

∑hf一流体两截面之间消耗的能量，J／Kg。

2、理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得到：

（2）

表示1kg理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，但各截面上每一种形式的机械能并不一定相等，但各种形式的机械能之和为常数，能量可以相互转换。

3、 流体静止，此时得到静力学方程式：

（3）

所以流体静止状态仅为流动状态一种特殊形式。

三、实验装置及流程

试验前，先关闭试验导管出口调节阀，并将水灌满流水糟，然后开启调节阀，水由进水管送入流水槽，流经水平安装的试验导管后，试验导管排出水和溢流出来的水直接排入下水道。流体流量由试验导管出口阀控制。进水管调节阀控制溢流水槽内的溢流量，以保持槽内液面稳定，保证流动系统在整个试验过程中维持稳定流动。

四、实验步骤

（一）演示

1、静止流体的机械能分布及转换

将试验导管出口阀全部关闭，以便于观察（也可在测压管内滴入几滴红墨水），观察A、B、C、D点处测压管内液柱高低。

2、一定流量下流体的机械能分布及转换

缓慢调节进水管调节阀，调节流量使溢流水槽中有足够的水溢出，再缓慢慢开启试验导管出口调节阀，使导管内水流动（注意出口调节阀的开度，在实验中能始终保持溢流水槽中有水溢出），当观察到试验导管中部的两支测压水柱略有差异时，将流量固定不变，当各测压管的水柱高度稳定不变时，说明导管内流动状态稳定。可开始观察实验现象。

3、不同流量下稳定流体机械能分布及转换

连续缓慢地开启试验导管的出口阀，调节出口阀使流量不断加大，观察A、B、C、D处测压管内液柱变化。

（二）实验

1、静止流体内部任一点压强的计算

定量测定流体内部任一点的静压强，操作方法同演示部分1。关闭出口阀门，根据式（3），只要测得Z1、Z2高度，可求得Pc。

2、流量一定，确定流体各截面静压能．

接演示部分，试验导管内流量达到稳定后，取一量筒和秒表，在导管出口，用体积法测流量，并对压差计读数进行校核看是否与式（2）计算结果相等。

3、计算A、C截面的静压能，并与静止状态时静压能数值进行比较。

五、实验记录及数据处理

1、实验设备基本参数 dl=30 mm ， d2=18 mm

2、实验数据记录及整理

表1 实验记录表

序号

h1 , Pa

h2, Pa

h3, Pa

h4 , Pa

h5 , Pa

h6 , Pa

h7 , Pa

h8 , Pa

V，l/s

u1,m/s

u2,m/s

1

2630

2800

2640

2660

2620

2640

2430

2630

0.1221

0.1727

0.4798

2

2320

2550

2320

2340

2260

2270

1990

2250

0.1433

0.2027

0.5630

3

1970

2170

2000

2020

1960

1980

1730

1970

0.1362

0.1927

0.5354

（1）当流量V=0.1221L/s时，以AB或ＣＤ中心截面为基准面：

（２）当流量V=0.１４３３L/s时，以AB或ＣＤ中心截面为基准面：同理可得

（３）当流量V=0.１３６２L/s时，以AB或ＣＤ中心截面为基准面：同理可得

由计算结果得：当流量一定时，

由于实际流体在流动时有阻力损失，因此

理想流体在管内稳定流动，若无外加能量和损失，则可得六.实验结果与讨论

1、管内的空气泡会干扰实验现象，请问怎样排除?

答：减小流量，使测压管内的水溢出以排除气泡。

2、试解释所观察到的实现现象。

答：当流量改变时，测压管内水柱高度也随之改变，当流量增大时，水柱高度减小。

3、实验结果是否与理论结果相符合？解释其原因。

答：不符合，理论结果是在流体为理想流体的基础上得到的，而实际流体在流动过程中有阻力损失。

4、比较并列2根测压管（h1与h2、h3与h4、 h5与h6、h7与h8）液柱高低，解释其原因。

答: h1

化工原理过滤实验报告篇5

填料精馏塔实验

一、实验目的

1． 观察填料精馏塔精馏过程中气、液两相流动状况；

2． 掌握测定填料等板高度的方法；

3． 研究回流比对精馏操作的影响。

二、实验原理

精馏塔是实现液体混合物分离操作的气液传质设备，精馏塔可分为板式塔和填料塔。板式塔为气液两相在塔内逐板逆流接触，而填料塔气液两相在塔内沿填料层高度连续微分逆流接触。填料是填料塔的主要构件，填料可分为散装填料和规整填料，散装填料如：拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、θ网环等；
规整填料有板波纹填料、金属丝网波纹填料等。

由于填料塔内气液两相传质过程十分复杂，影响因素很多，包括填料特性、气液两相接触状况及两相的物性等。在完成一定分离任务条件下确定填料塔内的填料层高度时，往往需要直接的实验数据或选用填料种类、操作条件及分离体系相近的经验公式进行填料层高度的计算。

确定填料层高度有两种方法：

1． 传质单元法

填料层高度＝传质单元高度×传质单元数

（2—50）

或：
（2—51）

由于填料塔按其传质机理是气液两相的组成沿填料层呈连续变化，而不是阶梯式变化，用传质单元法计算填料层高度最为合适，广泛应用于吸收、解吸、萃取等填料塔的设计计算。

2． 等板高度法

在精馏过程计算中，一般都用理论板数来表达分离的效果，因此习惯用等板高度法计算填料精馏塔的填料层高度。

（2—52）

式中：Z——填料层高度，m；

NT ——理论塔板数；

HETP——等板高度，m。

等板高度HETP，表示分离效果相当于一块理论板的填料层高度，又称为当量高度，单位为m。

进行填料塔设计时，若选定填料的HETP无从查找，可通过实验直接测定。

对于二元组分的混合液，在全回流操作条件下，待精馏过程达到稳定后，从塔顶、塔釜分别取样测得样品的组成，用芬斯克（Fenske）方程或在x～y图上作全回流时的理论板数。

芬斯克方程：

（2—53）

式中：­——全回流时的理论板数；

——塔顶易挥发组分与难挥发组分的摩尔比；

——塔底难挥发组分与易挥发组分的摩尔比；

——全塔的平均相对挥发度，当α变化不大时，

在部分回流的精馏操作中，可由芬斯克方程和吉利兰图，或在x～y图上作梯级求出理论板数。

理论板数确定后，根据实测的填料层高度，求出填料的等板高度，即：

（2—54）

三、实验装置及流程

图2-68 填料精馏塔实验—实验装置示意图及流程

1—调压器；
2—U型管压差计；
3—转子流量计；
4—料液罐；
5—冷凝器；
6—塔顶温度计；

7—填料精馏塔塔体；
8—塔釜温度计；
9、11—塔釜取样口；
10—塔釜；
12—塔釜放空口；

13—分液装置；
14—产品罐；
15—回流控制仪。

填料精馏塔实验装置由填料精馏塔和仪表控制柜两部分组成，主体精馏塔的设备为1.2米高的玻璃精馏柱，直径为25mm，内装有2.5×2.5mm的不锈钢金属丝网θ环填料。精馏段与提馏段的长度可根据需要自行选择，蒸馏釜容积为1000ml，电热套加热功率为100～500W，由可调电流表和AI智能仪表控制，塔釜、塔顶温度由铂电阻传感器与高精度数字显示仪表显示温度。塔顶冷凝器旁有一分液装置，用时间继电器（回流比控制仪）控制回流及馏出液量。回流比控制范围1∶99～99∶1。

四、实验步骤及注意事项

1．实验步骤

（1） 打开釜测口缓缓加入配置好的正庚烷～甲基环己烷的料液，使液面超过铂电阻的位置。

（2） 调节釜加热电流调节旋钮使釜加热电流控制在0.1～1.5A范围内。同时打开冷却水。

（3） 当釜液开始沸腾时，打开塔身保温开关，调节保温电流调节旋钮，使电流维持在0.1～0.3A，观察塔内液体不沿塔壁流下为宜。升温后观察塔釜和塔顶温度变化，当塔顶蒸汽开始冷凝时进行全回流操作。

（4） 控制全回流操作一定时间，塔顶和塔釜温度稳定后，从塔顶、塔釜取出少量样品，用阿贝折射仪测出正庚烷~甲基环乙烷在25℃时的折射率，由组成折射率关系（见附录4.4）查出样品的组成。

（5） 打开回流比开关控制器，改变回流比大小，回流比一般控制在1:2~1:6。做部分回流操作，重复（4）内容。

（6） 实验结束后，先将精馏塔保温电流和蒸馏釜加热电流调至为零，然后关闭回流比控制器，当釜、顶显示温度降至室温时，再关闭釜加热及塔保温电源，最后关闭总电源冷却水。

2．注意事项

（1） 实验时要注意填料表面被流动的液体润湿达到有效的传质面积。

（2） 取样时应先放出管道内持留料液，以保证测量准确。

五、实验报告要求

1．按全回流和部分回流两种情况计算理论板数。

2．计算填料等板高度，并做出回流比与等板高度的关系图。

六、思考题

1．如何用直接实验法测定填料层等板高度？测定HETP有何意义？

2．填料润湿性能与传质效率有何关系？实验时采用怎样方法保证填料的润湿性。

推荐访问:过滤 原理 实验 化工原理过滤实验报告 化工原理过滤实验报告 化工原理过滤实验报告思考题