化工原理实验课件-化学工程与工艺.ppt

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1、北方民族大学,化 工 原 理 实验,制药工程专业,实验指导教师：续京 杜春,一、化工原理实验的目的,验证化工单元过程的基本理论，并在运用理论分析实验的过程中，使理论知识得到进一步的理解和巩固；熟悉实验装置的流程、结构，以及化工中常用仪表的使用方法；掌握化工原理实验的方法和技巧；,一、化工原理实验的目的,增强工程观点，培养科学实验能力；培养学生实事求是、严肃认真的学习态度；提高计算与分析问题的能力，运用计算机及软件处理实验数据，以数学方式或图表科学地表达实验结果，并进行必要的分析讨论，编写完整的实验报告。,二、化工原理实验的注意事项,1、实验前的预习学生实验前必须认真预习实验指导书，清楚了解实验

2、目的、要求、原理及实验步骤，书写预习报告；要对所测数据及其变化趋势做到心中有数，对实验的预期结果、可能发生的故障及排除做出合理的判断；实验小组成员要做到分工明确、动作协调。,2、实验中的操作训练实验操作是动手动脑的重要过程，学生一定要严格执行实验操作规程。调试时要求细心平稳，仔细观察实验过程中的现象、仪表读数的变化；实验数据要记录在表格内，并注明单位、条件；实验现象要尽量详细记录在记录本内，对有些当时不能理解的实验现象，应重复实验并如实记录，待实验结束经过思考后，提出自己的看法或结论。,3、实验后的总结实验报告,报告要求：（1）每份实验报告后面附一份北方民族大学学生实验原始数据记录纸；（2）实

3、验数据的处理要有计算示例，不能只给出结果；（3）要求对不合理的数据做误差分析；（4）画图要求画在坐标纸上；（5）认真回答思考题。,三、实验室规则,准时进实验室，严肃认真地进行实验，不要进行与实验无关的活动；爱护实验室设备、仪器，未经教师许可，不得乱动实验设备、仪器、阀门以及电器设备；仪器操作不明白时，应请指导教师予以解答，不得随意违章操作。实验中严格按实验讲义中的步骤及指导老师所讲步骤操作；注意安全及防火。,四、实验数据的测量,（一）有效数据的读取1、实验数据的分类：无量纲数据有量纲数据2、直接测量时有效数字的读取3、间接测量时有效数字的选取,（二）有效数字的计算规则,1、有效数字的舍入规则末

4、尾有效数字后的第一位数字若小于5，则舍去；末尾有效数字后的第一位数字若大于5，则将末尾有效数字加上1；末尾有效数字后的第一位数字若等于5，则由末尾有效数字的奇偶而定，当其为偶数或0时，不变；当其为奇数时，则加上1（变为偶数或0）,2、有效数字的运算规则,在加减运算中，各数所保留的小数点后的位数，与各数中小数点后的位数最少的相一致。例如：将13.65,0.0082,1.632三个数相加，应写为：13.65+0.01+1.63=15.29,2、有效数字的运算规则,在乘除运算中，各数所保留的位数，以原来各数中有效数字位数最少的那个数为准，所得结果的有效数字位数，亦应与原来各数中有效数字位数最少的那个

5、数相同。例如：将0.0121，25.64，1.06582三个数相乘，应写为：0.012125.61.06=0.328,2、有效数字的运算规则,在对数计算中，所取对数位数与真数有效数字位数相同。例如：lg55.0=1.74,五、实验数据的测量值及其误差,（一）误差误差：在实验测量过程中，由于测量仪器的精密程度，测量方法的可靠性，以及测量环境、人员等多方面的因素，使测量值与直值间不可避免地存在着一些差异，这种差异称为误差，误差普遍存在于测量过程中。,(二）真值,真值也叫理论值或定义值，是指某物理量客观存在的实际值。由于误差存在的普便性，通常真值是无法测量的。通常通过理论真值、相对真值、近似真值三种

6、方法来选取真值。,（三）误差的表示方法,1、绝对误差某物理量经测量后，测量值与该物理量真值之间的差异，即：绝对误差=测量值真值在工程计算中：绝对误差=测量值精确测量值=测量值算术平均值2、相对误差 绝对误差相对误差=100%真值 当绝对误差很小时，工程中可用测量值代替真值计算相对误差，绝对误差是一个有量纲的值，相对误差是无量纲的真分数。,（三）误差的表示方法,3、引用误差 示值误差引用误差=100%满刻度值测量仪表的精度等级是国家统一规定的，按引用误差的大小分成几个等级，将引用误差的百分数去掉，剩下的数值就称为测量仪表的精度等级。电工仪表的精度等级分别为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，

7、2.5，5.0七个等级。,（四）误差的分类,1、系统误差系统误差是指在一定条件下，对同一物理量进行多次测量时，误差的数字保持恒定，或按照某种已知函数规律变化。系统误差的大小用正确度来表征。系统误差表明一个测量结果偏离真值或实际值的程度，产生原因通常有：测量仪器、测量方法、环境及人为因素。,（四）误差的分类,2、偶然误差（随机误差）偶然误差由于测量中一系列随机性因素的影响而产生的误差。偶然误差的大小用精密度一词表征。3、过失误差（粗差）过失误差是由于测量过程中明显歪曲测量结果而引起的误差，如测错、读错、记错。产生的主要原因为粗枝大叶、过度疲劳或操作不正确。含有过失误差的测量值被称为坏值，正确的实

8、验结果不应该含有坏值，即所有坏值都要剔除。,六、实验项目,必做项目：实验绪论及化工安全教育 流体流动阻力的测定 离心泵性能实验 传热膜系数测定实验 氧解吸实验 萃取实验 流化干燥实验 板框及动态过滤实验 精馏实验,选做项目：小流量液体流量标定实验 压力标定实验 温度标定实验 雷诺实验 柏努利实验,实验一：流体流动阻力的测定,一、实验目的1、掌握直管摩擦阻力系数的测量方法；2、掌握突扩管及阀门的局部阻力系数的测定方法；3、回归光滑管的Re曲线，并与相应的经验公式进行比较；4、回归层流管的Re曲线，并与相应的经验公式进行比较（选做内容）。,实验一：流体流动阻力的测定,二、基本原理：,因此，通过改变

9、流体的流速可测定出不同Re下的摩擦阻力系数，即可得出一定相对粗糙度的管子的Re关系。,实验一：流体流动阻力的测定,在湍流区内，=f（Re，/d），对于光滑管大量实验证明，当Re在3103至105的范围内，与Re的关系遵循Blasius关系式，即：,对于层流时的摩擦阻力系数，由哈根泊谡叶公式和范宁公式，对比可得：,实验一：流体流动阻力的测定,1离心泵 2 水箱 3 电磁阀 4 涡轮流量计 5 管路切换阀 6 稳流罐 7测量管线 8流量调节阀 9 层流流量调节阀,三、实验装置和流程,实验一：流体流动阻力的测定,自上而下分别为：No1 层流管，为61.7mm的不锈钢管，管长1.2m；No2 球阀与截

10、止阀，为273.5mm的不锈钢管；No3 光滑管，为273mm的不锈钢管，管长1.5m；No4 粗糙管，为272.5mm的镀锌管，管长1.5m；No5 突然扩大管，为223mm483mm的不锈钢管；No6 孔板流量计（涡轮）管线，为483mm的不锈钢管。,实验一：流体流动阻力的测定,四、报告要求1、在双对数坐标纸上标绘出Re-/d 的关系曲线。2、将光滑管的Re 关系与Blasius 公式进行比较。3、计算局部阻力系数。、在双对数坐标纸上绘出层流时的关系曲线（选做）。五、思考题P63,实验二：离心泵性能测定实验,一、实验目的1、了解离心泵的构造，掌握其操作和调节方法；2、测量离心泵在恒定转数下

11、的特性曲线，并确定其最佳工作范围；3、测量管路特性曲线及双泵并联时特性曲线；4、了解工作点的含义及确定方法；5、测定孔板流量计孔流系数C0与雷诺数Re的关系（选做内容）。,实验二：离心泵性能测定实验,二、基本原理,He=H压力表+H真空表+H0,（H0=0.3m）,N轴=N电机电机传动 kw,实验二：离心泵性能测定实验,1 水箱 2 离心泵 3涡轮流量计4 孔板流量计d=21mm 5流量调节阀,三、实验装置和流程,实验二：离心泵性能测定实验,四、报告要求1、画出离心泵的特性曲线，确定该泵较为适宜的工作范围。2、绘出管路特性曲线。3、做出C0Re曲线（选做内容）。五、思考题P67,实验三：板框及

12、动态过滤实验,一、实验目的及任务1、熟悉板框过滤机的结构和操作方法；2、测定在恒压过滤操作时的过滤常数；3、掌握过滤问题的简化工程处理方法；4、熟悉烛芯动态过滤器的结构与操作方法；5、测定不同压差、流速及悬浮液浓度对过滤速率的影响。,实验三：传热膜系数测定实验,一、实验目的1、掌握传热膜系数的测定方法；2、测定强化与非强化传热过程中，传热膜系数准数关联式的系数A和指数m、n；3、测定套管换热器的静压损失与雷诺准数的关系(选做内容）；4、通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。,实验三：传热膜系数测定实验,二、基本原理,实验三：传热膜系数测

13、定实验,实验三：传热膜系数测定实验,1、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3、补水口 4、补水阀 5、排水阀6、套管换热器 7、放气阀 8、冷凝水回流管 9、空气流量调节阀10、压力（压差）传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机,三、实验装置与流程,实验三：传热膜系数测定实验,四、报告要求1、在双对数坐标系中绘出Nu/Pr0.4Re的关系图。2、整理出流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数半经验关联式。3、将实验所得到的半经验关联式和公认的关联式进行比较。五、思考题P75,实验四：氧解吸实验,一、实验目的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

14、握总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。4、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。,实验四：氧解吸实验,二、基本原理 1、填料塔流体力学特性 2、传质实验本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，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。,实验四：氧解吸实验,三、装置和流程,实验四：氧解吸实验,四、报告要求1、计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速下，lgP与lgu的关系曲线，并找出泛点与载点。、计算实验条件下（一定喷淋量、一定空塔气速）的液相体积总传质系数Kxa及液相总

15、传质单元高度HOL。五、思考题P83,实验五：精 馏 实 验,一、实验目的1、测定精馏塔在全回流及部分回流条件下的全塔效率；2、测定精馏塔在全回流条件下的单板效率；3、测定精馏塔在全回流条件下塔体浓度（温度）分布；4、测定再沸器的传热膜系数（选做内容）。,实验五：精 馏 实 验,二、实验原理,实验五：精 馏 实 验,板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，有两种定义方法：1、总板效率E,2、单板效率E mL,实验五：精 馏 实 验,三、装置及流程,实验五：精 馏 实 验,四、报告要求、在直角坐标系中绘制x-y图，用图解法求出理论板数；、测定精馏塔在全回流条件下塔体浓度（温度）分布；、全回流条

16、件下的全塔效率和单板效率；、部分回流条件下的全塔效率；、结合精馏操作对实验结果进行分析。五、思考题P78,实验六：转 盘 塔 萃 取 实 验,一、实验目的1、了解转盘萃取塔的结构和特点；2、掌握液液萃取塔的操作；3、掌握传质单元高度的测定方法，并分析外加能量对液液萃取塔传质单元高度和通量的影响。,实验六：转 盘 塔 萃 取 实 验,二、基本原理萃取是利用原料液中各组分在两个液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分离。,实验六：转 盘 塔 萃 取 实 验,三、装置及流程,1、萃取塔 2、轻相料液罐 3、轻相采出罐 4、水相贮罐 5、轻相泵 6、水泵,实验六：转 盘 塔 萃 取 实 验,四、报告要

17、求、根据所测数据计算转盘塔的传质单元高度；、并分析不同轻、重相流率、不同搅拌转速对传质系数的影响。五、思考题1、萃取的目的是什么？原理是什么？2、萃取溶剂的必要条件是什么？3、萃取设备按两相的接触方式分类可分成哪几类？各有何特点？转盘萃取塔属于哪一类？,实验七：流化床干燥实验,一、实验目的1、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法；2、测定流化床的床层压降与流速的关系曲线；3、测定被干燥物料的含水量（温度）随时间的变化曲线；4、测定干燥速率曲线，并确定临界含水量X0及恒速阶段的传质系数KH及降速阶段的比例系数KX。,实验七：流化床干燥实验,二、基本原理1、流化曲线：通过测量不同空气流量不的床层压

18、降。2、干燥特性曲线,实验七：流化床干燥实验,三、装置及流程,1、空气加热器 2、放净口 3、不锈钢筒体 4、取样口5、玻璃筒体 6、气固分离段 7、加料口 8、旋风分离器9、孔板流量计d0=20mm 10、风 机 11、湿球温度水筒,实验七：流化床干燥实验,四、报告要求、在双对数坐标纸上绘出流化床的pu图；、绘出干燥速率与物料含水量关系图，并注明干燥操作条件；、确定临界含水量X0及恒速阶段的传质系数KH及降速阶段的比例系数KX。五、思考题P89,实验八：板框及动态过滤实验,二、基本原理,恒压过滤方程：,对上式微分可得：,用/q替代d/dq,实验八：板框及动态过滤实验,三、装置和流程,1 压缩

19、机 2 配料釜 3 供料泵 4 圆形板框过滤机 5 压力控制阀 6 旁路阀,（1）板框过滤实验流程图,实验八：板框及动态过滤实验,（2）动态过滤实验流程,1、压缩机 2、磁力泵 3、原料罐 4、小储罐 5、旋涡泵 6、电子天平 7、烧杯 8、烛芯过滤器 9、进料调节阀 10、孔板流量计 11、旁路阀 12、电磁阀,实验八：板框及动态过滤实验,四、报告要求1、在坐标纸上绘出/qq的关系图，求出的值K、qe、e的值。2、得出完整的过滤方程式。3、列出过滤最终速率与洗涤速率的比值。4、绘制动态过滤速率趋势图。5、绘制操作压力、流体速度和悬浮液含量对过滤速率的关系图。五、思考题P70，P72,实验九：

20、小流量液体流量标定实验,一、实验目的学会标定10100ml/min的转子流量计，标定其他类型小流量计，标定小流量传感器。二、实验原理转子流量计具有一定的精度范围，测量值存在偏差，尤其是小流量的测定，结果导致的相对误差较大，因此在测量精度要求较高的条件下，需要对转子流量计进行标定。,三、装置及流程,实验九：小流量液体流量标定实验,实验十：压力标定实验,一、实验目的利用标准压力传感器标定压力表或真空表。二、基本原理压力表或真空表在长期使用后，测量准确度会发生变化，因此需要校正其测量读数。,实验十：压力标定实验,三、装置及流程,1、空气压缩机(真空泵)2、进气阀 3、缓冲罐 4、压力表 5、排气阀

21、6、标准压力传感器 7、智能显示仪表,实验十一：温度标定实验,一、实验目的利用电桥和标准铂电阻校正热电偶及铂电阻。二、基本原理在生产制造热电偶或热电阻的过程中，由于生产工艺的限制，很难保证生产出来的热敏元件都具有相同的特性；此外还由于某些热敏元件自身的特性，如热电偶在低温时具有一定的非线性等原因，故在使用这些热敏元件进行精密测量时，需要先对它们进行校正。即要找到这些元件在不同温度下的测量值与真实值之间的偏差，进而能够对测量值进行修正，使其具有较高的测量精度。,实验十一：温度标定实验,三、装置及流程,1、电桥 2、标准铂电阻 3、铂电阻 4、热电偶 5、水浴 6、热电偶温度表 7、铂电阻温度表,一、实验目的,观察流体流动状态观察层流状态下流体在管道内质点的速度分布,二、实验原理,Re4000:湍流,实验十二：雷诺实验,三、操作,打开红墨水阀门，调节水流量，仔细观察现象。,四、记录现象,管径：温度：,实验十二：雷诺实验,流动状态示意图,实验十二：雷诺实验,实验装置图,一、实验目的,验证伯努利方程演示沿程阻力损失现象和局部阻力损失现象。,二、实验原理,实验十三：柏努利实验,三、操作,启动泵，改变两次水流量qV,1,qV,2,四、记录现象,实验十三：柏努利实验,实验简图,机械能守恒：W1W2W3W4,测压管液柱高度分析,实验装置图,谢谢大家！,