化工原理实验讲义 (化学工程与工艺专业) 石河子大学化学化工学院
化工原理实验讲义 （化学工程与工艺专业） 石河子大学化学化工学院
目录 实验1柏努利实验.3 实验2流体阻力测定实验7 实验3流量计标定实验 l4 实验4离心泵性能测定实验 l7 实验5过滤实验. 23 实验6传热综合实验.27 实验7填料吸收塔实验 37 实验7一吸收塔性能测定实验. 37 实验7-吸收-解吸实验. 43 实验8精馏实验. .47 实验8精馏实验-全回流实验47 实验8精馏实验一部分回流实验. .56 实验9液一液萃取实验. 63 实验10干燥速率曲线测定实验. .69 实验11超滤膜分离实验. 74 2
目 录 实验1 柏努利实验.3 实验2 流体阻力测定实验.7 实验3 流量计标定实验.14 实验4 离心泵性能测定实验.17 实验5 过滤实验.23 实验6 传热综合实验.27 实验7 填料吸收塔实验.37 实验7—吸收塔性能测定实验 .37 实验7—吸收-解吸实验.43 实验8 精馏实验.47 实验8 精馏实验—全回流实验.47 实验8 精馏实验—部分回流实验.56 实验9 液─液萃取实验 .63 实验10 干燥速率曲线测定实验.69 实验11 超滤膜分离实验.74 2
实验要求 实验前进行实验预习，书写实验预习报告（具体要求见附录1），报告中列出所需 要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。 2.实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验 若有短缺或不合理应该补全或重做。结束实验后，指导老师在原始数据表上签 字。 3.实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。检查水源、电源、汽源等是 否已确实关断，并捋场地打扫干净。 4.实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关 的所有人都给低于及格分数线的低分。 5.实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线 外，还必须有计算举例。同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算 过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。 6.对实验所测得的数据结果做必要的总结分析、讨论
实 验 要 求 1． 实验前进行实验预习，书写实验预习报告（具体要求见附录1），报告中列出所需 要的原始数据表，并通过老师的检查提问，方可参加实验。 2．实验做完后，所记录的数据经指导老师检查合格后，才可结束实验；实验 若有短缺或不合理应该补全或重做。结束实验后，指导老师在原始数据表上签 字。 3．实验结束后，应将使用的仪器设备整理复原。检查水源、电源、汽源等是 否已确实关断，并将场地打扫干净。 4．实验后要认真写实验报告，报告要求独立完成，若发现彼此抄袭，对有关 的所有人都给低于及格分数线的低分。 5．实验报告中，除了包括实验数据与计算结果的表格以及需要的标绘曲线 外，还必须有计算举例。同组人取实验的不同序号进行举例，列出全部数字运算 过程；若发现同组中两人用相同的序号进行计算举例，则两人的报告均给低分。 6．对实验所测得的数据结果做必要的总结分析、讨论
实验安排 各班按学号分为A,B两大组，根据安排表进行实验。进入实验室前每大组自 行组合分为四小组(4 5人)，每小组确定实验装置编号，根据装置编号预习对应实验流程。如：化工060 1班-A组一1小组-流体阻力①号装置，2小组一流体阻力②号装置，3小组一 流体阻力③号装置.4小组一流体阻力④号装置。(<2套的装置，可重复编号) 1.典型单元操作实验内容和地点如下表所示。 实验内容 实验地点 实验1伯努利实验 逸夫实验楼101室 实验2流体阻力测定实验 逸夫实验楼106室 实验3离心泵性能测定实验 逸夫实验楼106室 实验4过滤实验 逸夫实验楼105室 实验5传热实验 逸夫实验楼105室 实验6精馏实验 逸夫实验楼106室 实验7吸收实验 逸夫实验楼101室 实验8萃取实验 逸夫实验楼101室 实验9干燥实验 逸夫实验楼105室 2.化工原理实验教学方法 工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术学科，有其自己的 特点和系统。为了切实加强实验教学环节，捋实验课单独设课。化工原理实验课 程工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此在教学 过程中，每个实验课内均安排现场预习和实验操作两个单元。此外 ,化工原理实验室实行开放制度，学生实验前必须预约。 化工原理实验成绩实行结构成绩制，分为两部分： 口1口平时成绩占50%，包括预习情况、现场提问、实验操作及实验报告等。 口2口期末成绩占50%，期末考试为笔试或操作考试，主要考核学生对工程 实验研究方法掌握和应用的程度，包括以下几方面的内容：实验方法， 实验原理、实验设计、实验操作、数据处理、实验分析、工程实践等几 方面的内容
实验安排 各班按学号分为A，B两大组，根据安排表进行实验。进入实验室前每大组自 行组合分为四小组（4- 5人），每小组确定实验装置编号，根据装置编号预习对应实验流程。如：化工060 1班－A组－1小组－流体阻力①号装置，2小组－流体阻力②号装置，3小组－ 流体阻力③号装置，4小组－流体阻力④号装置。（≤2套的装置，可重复编号） 1．典型单元操作实验内容和地点如下表所示。 实验内容 实验地点 实验1 伯努利实验 实验2 流体阻力测定实验 实验3 离心泵性能测定实验 实验4 过滤实验 实验5 传热实验 实验6 精馏实验 实验7 吸收实验 实验8 萃取实验 实验9 干燥实验 逸夫实验楼101室 逸夫实验楼106室 逸夫实验楼106室 逸夫实验楼105室 逸夫实验楼105室 逸夫实验楼106室 逸夫实验楼101室 逸夫实验楼101室 逸夫实验楼105室 2．化工原理实验教学方法 工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术学科，有其自己的 特点和系统。为了切实加强实验教学环节，将实验课单独设课。化工原理实验课 程工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此在教学 过程中，每个实验课内均安排现场预习和实验操作两个单元。此外 ，化工原理实验室实行开放制度，学生实验前必须预约。 化工原理实验成绩实行结构成绩制，分为两部分： 1平时成绩占50%，包括预习情况、现场提问、实验操作及实验报告等。 2期末成绩占50％，期末考试为笔试或操作考试，主要考核学生对工程 实验研究方法掌握和应用的程度，包括以下几方面的内容：实验方法、 实验原理、实验设计、实验操作、数据处理、实验分析、工程实践等几 方面的内容
实验1柏努利实验 一、实验目的 1.了解在稳定流动过程中，各种形式的机械能（动能，位能，静压能）之间相互转 化的关系和机械能的外部表现，并运用柏努利方程分析所观察到的各种现象 2.了解测压点的布置，几何结构对压力示值的影响。 二、实验原理及内容 在实验管路中沿水流方向取个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面（① 的能量方程式(=2,3.n) Z+A+=乙++受+h 82g Pg 2g (1-1) 各点的静压强可直接由实验装置中测压管内的水柱高度测得，即可分析管 路中任意两截面由于位置，速度变化以及两截面之间的阻力所引起的静压强变 化。 p.卫=Az+iu+∑ha Pgpg 2g (1-2) 根据方程(1- 2)分析任意两测点的压力变化情况，再对比实际情况，进行分析。在分析过程中 区别压差与玻璃测压管中液面差之间的区别
实验1 柏努利实验 —、实验目的 1．了解在稳定流动过程中，各种形式的机械能（动能，位能，静压能）之间相互转 化的关系和机械能的外部表现，并运用柏努利方程分析所观察到的各种现象 。 2．了解测压点的布置，几何结构对压力示值的影响。 二、实验原理及内容 在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。可以列出进口截面(1)至截面(i) 的能量方程式（i=2,3,.,，n) （1-1） f i i i i h g u g p Z g u g p Z ,1 2 2 1 1 1 2 2 各点的静压强可直接由实验装置中测压管内的水柱高度测得，即可分析管 路中任意两截面由于位置，速度变化以及两截面之间的阻力所引起的静压强变 化。 （1-2） ∑ f ,1 i 2 i 2 1 i 1 + h 2g u - u = ΔZ + ρg p - ρg p 根据方程（1- 2）分析任意两测点的压力变化情况，再对比实际情况，进行分析。在分析过程中 区别压差与玻璃测压管中液面差之间的区别
三、实验装置及流程 实验装置如图1-1所示。 实验装置由循环泵、转子流量计、有机玻璃管路、循环水池和实验面板组成 ,管路上装有进出口阀门和测压玻璃管。管路中安装了23个测压点。在040管的 突扩和突缩处设置有两个排气点，在φ40管下设置有放净口。 出口 转子流量计 单热”P共°、上年！上 环槽 图I(A)伯努利方程实验流程示意图
三、实验装置及流程 实验装置如图1-1所示。 实验装置由循环泵、转子流量计、有机玻璃管路、循环水池和实验面板组成 。管路上装有进出口阀门和测压玻璃管。管路中安装了23个测压点。在φ40管的 突扩和突缩处设置有两个排气点，在φ40管下设置有放净口。 图1(A) 伯努利方程实验流程示意图
图1(B)伯努利方程实验流程示意图 1-离心泵：2-上水阀：3-回水阀：4-水箱：5-高位槽：6-测压管：7-转子流量计：8-放气阀：9 流量调节阀：10、11-放水阀：12-溢流管 c niagnnannaan nig n nla 100 12山345678g 测压点标号115 一基准面0a（65mm间 图2实验测试导管管路 四、实验方法及步骤 1.实验步骤 (1)循环水槽内无杂物，尽量灌满水： (2)全开回路阀.全关进口阀和出口阀，后动泵： (3)全开出口阀，全开进口阀，逐渐关小回路阀到全关，使管内水流量达到最大 。此时可反复调节出口阀，观察系统内空气是否排出。若最后粗管内剩余气泡可 采用放气孔排出。排净气体后全开出口阀。此阶段为排气阶段： (4)逐渐开大回路阀，调节水流量。当调到合适水流量时，可进行现象观察：建议 本实验可进行大流量和小流量两种情况测试。大流量以第1实验测压管内液面 接近最大，小流量则以最后1个实验测压管内液面接近最低 (⑤)除注意由干位能，动能（扩大或缩小）、动能转化为静压能、摩擦损失引起的 静压示值变化外，还可注意由于引射，局部速度分布异常而引起的示值异常，了 解测压点的布置，以及相对压力示值的可能影响。 操作时的补充说明
图1（B） 伯努利方程实验流程示意图 1-离心泵；2-上水阀；3-回水阀；4-水箱；5-高位槽；6-测压管；7-转子流量计；8-放气阀；9- 流量调节阀；10、11-放水阀；12-溢流管 图2 实验测试导管管路图 四、实验方法及步骤 1.实验步骤 （1）循环水槽内无杂物，尽量灌满水； （2）全开回路阀，全关进口阀和出口阀，启动泵； （3）全开出口阀，全开进口阀，逐渐关小回路阀到全关，使管内水流量达到最大 。此时可反复调节出口阀，观察系统内空气是否排出。若最后粗管内剩余气泡可 采用放气孔排出。排净气体后全开出口阀。此阶段为排气阶段； （4）逐渐开大回路阀，调节水流量。当调到合适水流量时，可进行现象观察；建议 ，本实验可进行大流量和小流量两种情况测试。大流量以第1实验测压管内液面 接近最大，小流量则以最后1个实验测压管内液面接近最低； （5）除注意由于位能，动能（扩大或缩小）、动能转化为静压能、摩擦损失引起的 静压示值变化外，还可注意由于引射，局部速度分布异常而引起的示值异常，了 解测压点的布置，以及相对压力示值的可能影响。 操作时的补充说明
排气操作：当溢流管有淦流时，关出口阀，完全开大进口阀（让水从各测压 点流出)：然后开出口阀排主管气（可以关小，开大，反复进行，直到排完为止） 然后调节出口阀到合适位置：再关小进口阀到合适位置。 2.同一流速下（静压头、冲压头）： (1)由上向下流动现象(1-2点)： (2)水平流动现象(3-4-5-6点)： (3)突然扩大旋涡区压力分布情况(6-7-8-9-10-11-12-13-15点)： (4)毕托管工作原理(13-14点)： (5)突然缩小的缩脉流区压力分布情况(16-17-18-1920点) (6)由下向上流动情况(22-23点)： (7)直管阻力测定原理(1-2点，4-5-6点，18-19点，22-23点等) (8)局部阻力测定原理(2-4点和21-22点的弯头测定原理，6-12点突扩和16 19点的突缩测定原理)。 3.阀门调节（静压头、冲压头）： (1)分别关小进、出口阀观察各点静压强的变化情况： (2)关小进口阀并开大出口阀（或关小出口阀并开大进口阀）维持流量与阀门改 变前后相同，观察各点静压强的变化情况： (3)转子流量计现象观察：结构、原理、安装注意。 五、注意事项 1.使用勿碰撞设备，以免玻璃损坏
排气操作：当溢流管有溢流时，关出口阀，完全开大进口阀（让水从各测压 点流出）；然后开出口阀排主管气（可以关小，开大，反复进行，直到排完为止）， 然后调节出口阀到合适位置；再关小进口阀到合适位置。 2.同一流速下（静压头、冲压头）： （1）由上向下流动现象（1-2点）； （2）水平流动现象（3-4-5-6点）； （3）突然扩大旋涡区压力分布情况（6-7-8-9-10-11-12-13-15点）； （4）毕托管工作原理（13-14点）； （5）突然缩小的缩脉流区压力分布情况（16-17-18-19-20点）； （6）由下向上流动情况（22-23点）； （7）直管阻力测定原理（1-2点，4-5-6点，18-19点，22-23点等）； （8）局部阻力测定原理（2-4点和21-22点的弯头测定原理，6-12点突扩和16- 19点的突缩测定原理）。 3.阀门调节（静压头、冲压头）： （1）分别关小进、出口阀观察各点静压强的变化情况； （2）关小进口阀并开大出口阀（或关小出口阀并开大进口阀）维持流量与阀门改 变前后相同，观察各点静压强的变化情况； （3）转子流量计现象观察：结构、原理、安装注意。 五、注意事项 1．使用勿碰撞设备，以免玻璃损坏
2.在冬季造成室内温度达到冰点时，应从放水口捋玻璃管内水放尽。水箱内严 禁存水。 六、报告内容 1.实验数据记录 记录同一流速下、不同阀门开度下各截面静压头、动压头数值： 2.分析截面上位能，动能（扩大或缩小）、静压能的转换及压头损失的计算 七、思考题 1.分析各个截面压头损失的来源。 2.如果没有压头损失，则观察到的实验现象是什么？ 八、附录 主要设备技术参数 序号 名称 规格尺寸) 材料 主体设备离心泵 型号：B50/025 不锈钢 2 低位槽 880×370×550 不锈钢 3 高位槽 445×445×730 有机玻璃
2．在冬季造成室内温度达到冰点时，应从放水口将玻璃管内水放尽。水箱内严 禁存水。 六、报告内容 1．实验数据记录 记录同一流速下、不同阀门开度下各截面静压头、动压头数值； 2．分析截面上位能，动能（扩大或缩小）、静压能的转换及压头损失的计算 。 七、思考题 1．分析各个截面压头损失的来源。 2．如果没有压头损失，则观察到的实验现象是什么？ 八、附录 主要设备技术参数 序号 名称 规格（尺寸） 材料 1 主体设备离心泵 型号：WB50/025 不锈钢 2 低位槽 880×370×550 不锈钢 3 高位槽 445×445×730 有机玻璃
实验2流体阻力测定实验 一、实验目的 1.学习直管摩擦阻力△P,、直管摩擦系数入的测定方法。 2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数R和相对粗糙度e/d之间的关系及其变化 规律。 3掌握局部阻力的测量方法。 4.学习压强差的几种测量方法和技巧。 5.掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法 二、实验原理及内容 (一)实验原理 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即入=f(Re,ε/d),对 一定的相对粗糙度而言，=fRe。 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： hr=P-P=AP (1-1) 0 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） hr==1u2 d 2 (1-2) 整理(1-1)(1-2)两式得 元=2d.4P p.I u2 (1-3) Re-d-u-p (1-4) 式中：d-管径，m △P-直管阻力引起的压强降，P: 1-管长，m: u-流速，ms
实验2 流体阻力测定实验 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掌握直管摩擦系数与雷诺数 Re 和相对粗糙度 / d 之间的关系及其变化 规律。 ⒊掌握局部阻力的测量方法。 ⒋学习压强差的几种测量方法和技巧。 ⒌掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法 二、实验原理及内容 (一) 实验原理 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即 f(Re, / d) ，对 一定的相对粗糙度而言， f (Re)。 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： (1-1) 1 2 f f P P P h 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) (1-2) 2 u d l h 2 P f f 整理(1-1)(1-2)两式得 (1-3) 2 f u P l 2d (1-4) d u Re 式中： d 管径，m ； Pf 直管阻力引起的压强降， Pa ； l 管长，m； u 流速，m/s ；