化工原理教案模板

比容：单位质量的流体所具有的体积，用v表示

剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ

压强：流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的压力强度，简称压强

流量：单位时间内通过管道任一截面的流体量

体积流量：单位时间内流体流经管道任一截面的体积，

质量流量：单位时间内流体流经管道任一截面的质量，

流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离，

稳态流动：流体在各截面上的有关物理量仅随位置而变，不随时间改变。

流动边界层：流体流经固体壁面时，由于粘性力的存在，在壁面附近产生了速度梯度，这一存在速度梯度的区域称为流动边界层。

局部阻力：流体流经一定管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。

直管阻力：流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦而产生的阻力。

绝对粗糙度：壁面凸出部分的平均高度，

相对粗糙度：绝对粗糙度与管道直径的比值

水力半径：流体在流道里的流通截面与润湿周边长度之比，（当量直径为4倍的水力半径） 气缚：离心泵启动时，泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。

轴功率N：单位时间电动机输入泵轴的能量。

压头：也叫扬程，是离心泵对单位重量流体所提供的有效能量。

容积损失：叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。

水力损失：黏性液体流经叶轮通道蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。

机械损失：由泵轴和轴承之间，泵轴和填料函等产生摩擦引起的能量损失。

均相物系：物系内部各处组成均匀且不存在相界面。

床层的自由截面积：单位床层截面上未被颗粒占据的面积，流体可自由通过的面积。

床层的比表面积：单位体积床层中所具有的固体颗粒表面积。

自由沉降：单一颗粒在粘性流体中不受其他颗粒干扰的沉降。

离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程。

过滤：利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固液分离。

过滤速率：单位四级获得的滤液体积

过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。

热传导：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热能传递。

热对流：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程

稳态传热：传热过程中，如果传热系统中各处温度只随位置而变，不随时间而变。

等温面：温度场中同一时刻下温度相同的各点组成的面。

温度梯度：等温面法线方向上的温度变化率。

结晶、萃取

1.结晶器

用于结晶操作的设备。结晶器的类型很多，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；
按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆（即母液和晶体的混合物）循环结晶器；
按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品（如化学试剂和生化试剂等）的生产。

1.1强制循环蒸发结晶器

一种晶浆循环式连续结晶器（图1）。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。

1.2DTB型蒸发结晶器

即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器。

1.3奥斯陆型蒸发结晶器

又称为克里斯塔尔结晶器，一种母液循环式连续结晶器。

2.萃取

液－液萃取又称溶剂萃取，是向液体混合物中加入适当溶剂(萃取剂)，利用原混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异，使溶质组分A从原料液转换到溶剂S的过程，它是三十年代用于工业生产的新的液体混合物分离技术。随着萃取应用领域的扩展，回流萃取，双溶剂萃取，反应萃取，超临界萃取以及液膜分离技术相继问世，使得萃取成为分离液体混合物很有生命力的单元操作之一。蒸馏和萃取均属分离液体混合物的单元操作，对于一种具体的混合物，要会经济合理化的选择适宜的分离方法。

一般工业萃取过程分为如下三个基本阶段：

1.1混合过程 将一定量的溶剂加入到原料液中，采取措施使之充分混合，以实现溶质由原料向溶剂的转移的过程；

1.2沉降分层 分离出萃取相与萃余相。

1.3脱出溶剂 获得萃取液与萃余液，回收的萃取剂循环使用。翠取过程可在逐级接触式或微分接触式设备中进行，可连续操作也可分批进行。

3.1 液-液萃取设备

和气-液传质过程类似, 在液-液萃取过程中, 要求在萃取设备内能使两相密切接触并伴有较高程度的湍动,以实现两相之间的质量传递;而后,又能较快地分离.但是, 由于液液萃取中两相间的密度差较小,实现两相的密切接触和快速分离.要比气液系统困难的多.为了适应这种特点,出现了多种结构型式的萃取设备。目前,为了工业所采用的各种类型设备已超过30种,而且还不断开发出新型萃取设备。根据两相的接触方式,萃取设备可分为逐级接触式和微分接触式两大类;根据有无外功输入,又可分为有外能量和无外能量两种。工业上常用萃取设备的分类情况如下表: 本接简要介绍一些典型的萃取设备及其操作特性。

3.2混合-澄清槽

混合-澄清槽是最早使用,而且目前仍广泛用于工业生产的一种典型逐级接触式萃取设备。它可单级操作,也可多级组合操作.每个萃取级均包括混合槽和澄清槽两个主要部分。为了使不互溶液体中的一相被分散成液滴而均匀分散到另一相中,以加大相际接触面积并提高传质速率,混合槽中通常安装搅拌装置.也可用脉冲或喷射器来实现两相的充分混合。澄清器的作用是将已接近于平衡状态的两液相进行有效的分离.4.塔式萃取设备

习惯上,将高径比很大的萃取装置统称为塔式萃取设备.为了获得满意的萃取效果, 塔设备应具有分散装置,以提供两相混合和分离所采用的措施不同,出现不同结构型式的萃取塔。

4.1填料萃取塔

用于萃取的填料塔与用于气－液传质过程的填料塔结构上基本相同，即在塔体内支承板上充填一定高度的填料层。萃取操作时，连续相充满整个塔中，分散相以液滴状通过连续相。

5.萃取设备的选择

各种不同类型的萃取设备具有不同的特性,萃取过程中物系性质对操作的影响错综复杂.对于具体的萃取过程选择适宜设备的原则是:首先满足工艺条件和要求,,然后进行经济核算,使设备费和操作费总和趋于最低.萃取设备的选择, 应考虑如下的因素: 5.1所需的理论级数

当所需的理论级数不大于2-3级时,各种萃取设备均可满足要求; 当所需的理论级数较多(如大于4-5级)时,可选用筛板塔;当所需的理论级数再多(如10-20级)时, 可选用有能量输入的设备, 5.2生产能力

当处理量较小时,可选用填料塔,脉冲塔.对于较大的生产能力,可选用筛板塔, 转盘塔及混合-澄清槽.离心萃取器的处理能力也相当大.5.5其它

在选用设备时,还需考虑其它一些因素,如:能源供应状况,在缺电的地区应尽可能选用依重力流动的设备;当厂房地面受到限制时,宜选用塔式设备, 而当厂房高度受到限制时,应选用混合澄清槽。

四、课堂小结

本节课所学知识点比较多，但应分清主次，应重点复习需掌握结晶和萃取的定义，了解相关设备的结构及工作原理。

五、布置作业

课后习题3（34-46）。

化工原理仿真实验在教学实践中的研究论文 院系：江苏师范大学科文学院生物化学系

姓名：周红霞

班级：10生物

学号：108316130

摘要:采用图形软件及动画设计软件共同开发的化工原理仿真实验系统以其耗时短，成本低，条件多样化的优点已成为一种发展趋势。本文重点阐述仿真实验的内容、优点及实践意义。

关键词:化工原理实验 仿真实验

正文：随着时代的发展和科学技术的进步,传统的教学思想、教学方法、教学手段等都面临着前所未有的挑战,特别是计算机、多媒体技术、网络技术等都已广泛应用于教学各领域,引发了教学方法和教学手段的革命。仿真实验将成为一种发展趋势。在这样的形势下,化工原理实验课程传统的教学方法也在进行着新的尝试与改革, 化工原理仿真实验也在化工原理实验教学中崭露头角。目前大学里开设的化工原理实验课大都采用传统的分组实验的形式,由于受到场地和实验装置以及课时和师资的限制,很难实现学生个人独立完成实验的目的。很多学生只是听听老师的讲解,看看其他同学做的实验,然后根据同组的数据写出实验报告,就算做完了一个实验。通常只是走一个过场,多数学生并没有什么实际操作,这种现象非常普遍。引入仿真实验教学则在很大程度上解决了这个问题。根据我在仿真实验系统开发中的体会,下面谈点粗浅认识和看法。

江苏师范大学科文学院

1仿真实验的内容

仿真一词译自英文Simulation ,通常译作“模拟”,仿真是利用系统模型对真实系统或设想系统的本质和规律进行研究、分析和实验的方法。化工原理实验教学中的仿真实验则是以真实的实验原理、实验现象、实验过程和实验数据为基础,在计算机上通过动态数学模型进行模拟实验现象,通过互动动画模拟在现场的真实操作,并产生和真实实验一样的操作结果。它主要包括六方面的内容。

1)选择不同的实验装置:化工原理包括八个实验: ①离心泵性能曲线测定实验; ②流量计曲线标定; ③流体流动阻力系数测定实验; ④换热实验; ⑤精馏实验; ⑥吸收实验; ⑦干燥实验;⑧管路特性曲线 这八个实验基本上包括了化工原理实验课程的主要内容,是最具有代表性的八个实验。在仿真软件中均有设置。

2)实验指导:与实验讲义相关的内容介绍,包括实验目的、实验原理、实验设备、计算公式、实验操作以及注意事项等,也均有详尽的论述。

3)仿真操作:对虚拟装置进行仿真操作。操作界面直观、简洁、友好,使学生读取数据方便而不失真实,特别设计局部放大功能,需要读取数据的仪表、气压计等,都可以放大到最清晰的效果。在实验操作上,也采用相似的设计,感觉真实而又简单明了。

4)数据处理:对实验操作的结果,进行数据的记录、计算、绘制曲线。数据记录由软件或学生自己完成,软件自动生成记录表格,数据处理部分将计算并将结果自动列表,通过连接打印机将实验报告打印出来。这一部分也可以由学生手动计算。

5)考题测试:通过内置题库对学生进行测试。

2 仿真实验的优点

仿真实验与传统的化工原理实验相比较,具有以下明显的优点:

1)仿真实验投资少，维护方便：化工原理实验装置一般价格较高,并且占地大,对于学生较多的班级很难做到人均一台装置,而仿真实验由于由每个学生利用仿真实验软件在计算机上运行,这就解决了学生多而实验装置少的问题。

2)实验操作简便，工艺流程形象逼真：化工原理实验课程对实验装置的结构、实验原理的讲解都是在课堂上进行的,既不够形象、直观,又呆板;而仿真实验的计算技术、图形和图像技术,可以方便、迅速而形象地再现出教学实验装置、实验过程和结果。这种既具体形象又生动逼真的教学,使学生产生如亲临实验现场一般的体验。

3)数据处理、计算、结果分析自动化：化工原理实验的数据处理大多数是一个繁琐的过程,学生往往需要一到两天的时间, 才能完成实验报告。采用仿真实验, 记录实验数据后, 数据处理部分, 计算机可将结果自动列表, 并将数据在坐标图上自动描点, 然后准确的回归并画出连续、平滑的曲线, 大大减少了数据处理所用的时间。

4)仿真实验软件极具扩展性由于仿真实验采用模块化开发技术,这样不仅便于软件的扩展,而且可以增加新的实验装置,教师可根据需要自行增加内容。

3 仿真实验的运用意义

工原理及实验是化工学科的重要技术基础课, 它是化工、轻工、

生物工程、制药工程等专业的必修课。高校化工原理实验教学中的仿真实验一般可分两种情况进行。第一种情况是学校没有化工原理实验装置,可以利用仿真实验完全代替真实实验,模拟实验操作效果;或者只有一小部分装置,不能够满足学生的实验需求,可利用仿真实验弥补缺少的实验。第二种情况是学校拥有完整的化工原理实验装置,但由于学生比较多,教师无法保证每个学生都可以独立完成实验,因而在学生上真实实验装置实验之前,先配以仿真实验进行模拟操作,完成实验预习,再进行真实实验,强化教学效果,这二者结合,效果为最好。

当然仿真实验不可能完全替代真实实验仿真实验是对真实实验的模拟, 与真实的实验操作环境还存在一定的差距, 若学生只知道仿真实验而不知真实实验, 无异于纸上谈兵, 不利于培养学生的动手能力及工程观念。因此, 仿真实验不可能完全替代真实实验, 它是真实实验的一种有效的补充。

综上所述,可以清楚看出,仿真实验引入到化工原理实验课中,对于提高整体教学效果的作用是非常明显的。在使用上,虽然仿真实验不能完全代替真实实验,但它们之间具有互补性,而且仿真实验有它自己的优势:首先,利用仿真实验,可以保证每个学生都能自己动手做实验,观察实验现象,验证公式、原理定理,提高了学生实际动手能力。同时,对于难做的实验,学生可以重复进行实验,而不受时间、场地、安全等实际实验条件的限制。其次,仿真实验使理论教学与实验教学更为紧密地联系在一起,既方便了课堂的实验演示,又增加了课堂内

容。三是减轻了教师对实验装置的维护压力,减少了教师实验前的准备工作量。四是仿真实验软件可直接安装在现有的网络教学计算机上,而无需增加硬件投资,同时它和多媒体课件可以资源共享,符合现代多媒体教学的要求。

化工原理实验仿真教学方法以真实实验为基础,吸收和运用了先进的教学思想,利用现代化的教学手段,培养了学生的实际动手能力,将实验改革引入了新的天地。所以在化工原理实验教学中开展仿真实验已经成为化工原理实验教学改革的新方向。

参考文献

[1]陈祖福.迎接知识经济时代,转变教育思想观念,振兴和创新高等教育[J ] .大学化学,1999 (1) .

[2]李金云.浅谈高校化工原理实验教学中的计算机辅助教学—— 仿真实验[1].潍坊学院学报, 2002, 2( 2) .

1、流体流动：

流体静力学、流体流动中的守恒原理、流体流动的内部结构、阻力损失、输送管路计算、流速与流量的测定。

2、流体输送设备：

离心泵、往复泵和通风机、鼓风机，真空泵工作原理。

3、液体的搅拌：

混合机理、搅拌器的性能和搅拌功率。

4、流体通过颗粒层的流动：

颗粒床层的特性、流体通过固定床层的压降、过滤原理及设备、过滤过程计算和过滤过程的强化。

5、颗粒的沉降和流态化：

颗粒的沉降运动、重力与离心沉降设备、固体流态化技术。

6、传热：

热传导、对流给热、无相变时对流给热过程分析及数学描述、相变（沸腾与冷凝）给热、热辐射、传热计算和换热器。

7、吸收：

气液相平衡、传质机理与吸收速率、低含量气体吸收的计算。

8、液体精馏：

两组分溶液的气液平衡、平衡蒸馏与简单蒸馏、双组分连续精馏的设计型计算、双组分连续精馏的操作型计算、间歇精馏、恒沸精馏和萃取精馏。

9、气液传质设备：

对板式塔和填料塔的设计有一定的了解。

10、液液萃取：

液液相平衡、萃取过程计算、萃取设备。

11、固体干燥：

干燥静力学、干燥速率与干燥过程计算、干燥器。

12、化工原理实验:

单相流动阻力实验；
离心泵的操作和性能测定实验；
传热系数测定实验；
精馏塔实验；
吸收塔实验；
干燥速率曲线测定实验。

二、考试说明

1、考试形式均为笔试，考试时间为三小时，考试满分为150分。

2、考试大体上分化工原理课程部分和化工原理实验二大部分。化工原理课程部分总计125分，考题题型包括填空题（约占15%）、选择题（约占25%）、计算题（约占50%）及公式推导题（约占10%）。化工原理实验部分总计25分，考题题型包括选择题和简答题。

化工原理实验心得

院系：化学化工学院

专业：应用化学（含职教师范）学号：姓名：

**** ****

2014.12.05

化工原理实验是化工原理中理论与实践相联系、相结合的重要教学环节之一。其基本任务是巩固和加深对化工原理课程中基本理论只是的理解，通过实验操作喝实验现象的观察，使我们掌握一定的基本实验技能。

这个学期我们通过流体流动阻力的测定、离心泵性能、传热系数的测定等实验，通过实验的方式，我觉得让我们对课上的基础理论知识有了更为深刻的理解，更加地了解了化工原理的理论与实践的结合，记忆更加深刻，有助于我们在这一门课程上的学习。

开始的时候我并不是很了解，也不是很理解许多实验仪器的使用方法以及如何通过实验的方法验证课上学的理论知识，虽然说每次实验可前，都有可以参考的书籍，但是在没有真正接触刀实验的时候还是会有一些一头雾水的感觉。我觉得课前老师的讲解非常重要，自己不明白的地方，通过老师的讲解和操作便会豁然开朗。如果不知道或是不明白实验的原理和实验仪器的操作方法，那么是不会真正利用到实验的真正价值的。

让我印象最深的是离心泵特性曲线测定实验。

第一，这个实验的目的是了解离心泵的结构与特性，熟悉离心泵的操作和测定离心泵在一定转速下的特性曲线。

第二，这个实验的原理是离心泵的特性曲线是在恒定转速下泵的扬程，轴功率及效率与泵的流量之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。

（1） 扬程H的测定与计算

取离心泵进口真空表和出口压力表处为1,2截面，列伯努利方程

z1+（p0-p1）/ρg+u1^2/2g+H=z2+(p0+p2)/ ρg+u2^2/2g+Hf,1-2 （2） 轴功率N的测量与计算

泵的轴功率=电动机的输入功率×电动机的效率×传动效率=N电η电η传 （3） 效率η的计算 Η=Ne/N=Hqvρg/N (4)转速改变时的换算

泵的特性曲线是在一定转速下的实验所得，但实际上感应电动机在转矩的改变时，其转速会有变化，因此需换算。

一般以4～5人为一小组合作进行实验，实验前必须作好组织工作，做到既分工、又合作，每个组员要各负其责，并且要在适当的时候进行轮换工作，这样既能保证质量，又能获得全面的训练。

第三，实验流程

泵将水箱中的水吸入泵体，吸入导管上装有泵进口压力传感器，吸入导管的底端装有底阀，其作用是防止灌泵时水漏出，实验中通过软件改变电动调节阀开度调节流量，流量值由涡轮流量计测，离心泵进，出口处的压力由压力传感器测。

第四，实验数据处理

（1） 根据所测数据计算对应流量下的H,N, η。

（2） 根据比例定律，求出转速为2900r/min时，对应流量下泵的H’，N’ ，η’。

数据处理过程中应注意实验中由于水的循环使用，温度会不断升高，这样水的密度会随着变化，所以密度应取对应温度时的值。还有绘图时应尽量使各曲线在同一区域，是美观并便于分析。

最后，通过做这个实验发现做此实验应注意以下这些事项

（1）实验设备的启动操作，应按教材说明的程序逐项进行，设备启动前必须检查：

（a）对泵、风机、压缩机、真空泵等设备，启动前先用手扳动联轴节，看能否正常转动。

（b）设备、管道上各个阀门的开、闭状态是否合乎流程要求。

上述两点皆为正常时，才能合上电闸，使设备运转。

（2）操作过程中设备及仪表有异常情况时，应立即按停车步骤停车并报告指导教师，对问题的处理应了解其全过程，这是分析问题和处理问题的极好机会。

（3）操作过程中应随时观察仪表指示值的变动，确保操作过程在稳定条件下进行。出现不符合规律的现象时应注意观察研究，分析其原因，不要轻易放过。

我认为实验的过程是一个既快乐而又充满理性知识的过程，就像书本上的知识能够用到实处，不再那么枯燥无味。通过自己动手操作和计算将原理进行证明，自己亲身奖励去学习化工原理的相关知识。

例如流动阻力的测定实验目的是让我们了解流动阻力的测定方法，确定摩擦系数与雷诺准数的关系以及局部阻力。由于一开始对这个试验不是很了解，所以流体的流量过小达不到实验的预期效果。

化工原理实验最重要的是将理论付诸实践当中，平时我们上化工原理课的时候，只能通过老师的讲解，自己的想象了解知识，许多时候我们甚至不能知道为什么就能有这样的结论。而化工原理实验就提供给我们这样一个平台，我们可以通过实验锻炼动手能力，团队合作能力不再读死书，死读书。

学习化工原理实验课程，可以在学习化工原理理论知识的基础上，进一步理解一些比较典型的或已被应用的化工过程与设备的原理和操作，巩固的深化化工原理理论知识

以上是我对这学期的几个实验的总结，通过这些实验我也确实从中学到了不少知识，对我的生活和学习都有很大的帮助。希望在这些实验的基础上能把下学期的实验做的更好。

吸收实验

?

一、实验目的

1、? 熟悉填料吸收塔结构和流程

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、? 掌握气相总体积系数kYa和气相总传质单元高度HOG的测定方法。

?

二、实验原理

1、? 填料塔流体力学特性

图2-73 填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的压降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数，气体通过填料层引起的压降与空塔气速关系如图2-73所示：

当无液体喷淋时，干填料层压降Dp对气速u的关系在双对数坐标中可得斜率为1.8~2的直线，（图中aaˊ线）。当有液体喷淋时，在低气速下，（c点以前）对填料表面覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大，压降正比于气速的1.8~2次幂，由于持液使填料层的空隙率减少，因此，压降高于相同气速下的干填料层压降，是图中bc段为恒持液区。随气速的增加液膜增厚，出现填料层持液量增加的“拦液状态”（或称载液现象），此时的状态点，图中的c点称载点或拦液点。气速大于载点气速后，填料层内的持液量随气速的增大而增加，压降与气速关系线的斜率增大，图中cd段为载液区段。当气速继续增大，到达图中d点，该点成为泛点，泛点对应的气速称为液泛气速或泛点气速。此时上升气流对液体产生的曳力使液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，使填料层压降急剧上升，压降与气速关系线变陡，图中d点以上的线段为液泛区段。填料塔实际操作的气速控制在接近液泛但又不发生液泛时的气速，此时传质效率最高。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。

2、? 气相总体积吸收系数kYa的测定

(1)?? 气相总体积吸收系数

?? （2—63）

式中：V ——惰性气体流量，kmol/s;

z ——填料层的高度，m;

W——塔的横截面积，m2;

Y

1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol（溶质）/kmol（惰性组分）；
——塔顶与塔底两截面上吸收推动力与的对数平均值，称为对数平均推动力。

?? （2—64）

在本实验中，由测定进塔气体中的氨量和空气量求出Y1，由尾气分析器测出Y2，再由平衡关系求出Y*。数据整理步骤如下：

(1)?? 空气流量

标准状态的空气流量为V。用下式计算：

? （2—65）

式中：V1——标定状态下的空气流量，(m3/h);

T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，kPa;

T

1、P1——标定状态下空气的温度和压强， kPa;

T

2、P2——使用态下空气的温度和压强， kPa;

(2)?? 氨气流量

标准状态下氨气流量 用下式计算：

（2—66）

式中：——氨气流量计示值，(m3/h)；

——标准状态下空气的密度,kg/m3；

——标准状态下氨气的密度, kg/m3。

若氨气中含纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V0〞用下式计算：

??? ?（2—67）

(3)?? 混合气体通过塔截面的摩尔流速：

（2—68）

式中：d——填料塔内径，m。

(4)?? 进塔气体浓度

?? （2—69）

式中：n1——氨气的摩尔分率。

n2——空气的摩尔分率。

根据理想气体状态方程式：

∴? ?（2—70）

(5)?? 平衡关系式

如果水溶液\n

Y*=mx??? （2—71）

式中：m——相平衡常数，

?? （2—72）

H——亨利系数，Pa；

p——系统总压强，Pa.

? （2—73）

?

式中：p*——平衡时的氨气分压,(mmHg或Pa)，其数值可从附录5.1氨气的平衡分压表查得。

(6)?? 出塔气体（尾气）浓度

出塔气体（尾气）浓度由尾气分析仪测得，具体见附录5.4，尾气浓度的测定方法。

尾气中氨的浓度由下式计算：

??? （2—74）

式中：T

1、p1——空气流经湿式气体流量计的压强和温度；

T0、p0——标准状态下空气的温度和压强；

V1——湿式气体流量计所测得的空气体积，ml；

Vs——硫酸体积，L；

Cs——硫酸浓度，mol/L；

rs——反应式中硫酸配平系数，本实验rs =1；

r2——反应式中氨配平系数，本实验r2=2。

(7)?? 出塔液相浓度

根据物料平衡方程：

（2—75）

因进塔液相为清水，即X2=0，则

? （2—76）

(8)?? 计算

由对数平均推动力公式计算，其中∵X2=0∴Y*=0

(9)?? 求气相总体积吸收系数KYa

3、? 传质单元高度HOG的测定

? （2—77）

式中：HOG——气相总传质单元高度，m；

NOG——气相总传质单元数，无因次。

z已知，NOG求出后，则HOG可求得。

?

三、实验装置及流程

图2-74 吸收装置流程图

l—风机；
2—空气调节阀；
3—油分离器；
4—转子流量计；
5—填料塔；
6—栅板；
7—排液管；

8—喷头；
9—尾气调压阀；
10—尾气取样管；
11—稳压瓶；
12—旋塞；
13—吸收盒；
14—湿式气体流量计；

15—总阀；
16—水过滤减压阀；
17—水调节阀；
18—水流量计；
19—压差计；
20、21—表压计；

22—温度计；
23—氨瓶；
24—氨瓶阀；
25—氨自动减压阀；

26、27—氨压力表；
28—缓冲罐；

29—膜式安全阀；
30—转子流量计；
31—表压计；
32—闸阀

四、实验步骤及注意事项

1、? 实验步骤

（1）?? 填料塔流体力学测定操作

1）? 先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机运转后再逐渐关小旁通阀调节空气流量。做无液体喷淋时，干填料层压降Dp对应气速u的关系。

2）? 全开旁通阀，再打开供水系统在一定液体喷淋量下，缓慢调节加大气速到接近液泛，使填料湿润，然后再回复到预定气速进行正式测定。

3）? 正式测定时固定某一喷淋量，测量某一气速下填料的压降，按实验记录表格记录数据。

4）? 实验完毕停机时，必须全开空气旁通阀，待转子降下后再停机。

（2）?? 气相总体积吸收系数测定的操作

1）? 实验前确定好操作条件（如氨气流量、空气流量、喷淋量）准备好尾气分析器。

2）? 按前述方法先开动水系统和空气系统，再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，尽可能节约氨气。

2、? 注意事项

(1) 填料塔流体力学测定操作，不要开动氨气系统，仅用水与空气便可进行操作。

(2) 正确使用供水系统滤水器，首先打开出水端阀门，再慢慢打开进水阀，如果出水端阀门关闭情况下打开进水阀，则滤水器可能超压。

(3) 正确使用氨气系统的开动方法，事先要弄清氨气减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值，关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，低压氨气压力表的示值达到5ⅹ104Pa或8ⅹ104Pa时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。

(4) 尾气浓度的测定，详见附录5.4。

?

五、实验报告要求

1、? 在双对数坐标纸上绘出干填料层压降Dp与空塔气速u的关系曲线及一定液体喷淋密度下的压降Dp与空塔气速u的关系曲线。

操作条件下液体的喷淋密度 [m3/m2.h]

??? （2—78）

2、? 测定含氨空气~水系统在一定的操作条件下的气相总体积吸收系数KYa和传质单元高度HOG。

六、思考题

1、? 阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。

2、? 为什么要测Dp~u的关系曲线？实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系？

3、? 为什么引入体积吸收系数KYa？它的物理意义是什么？

混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度是怎样测定？

化工原理实验期末小结

院系：
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2014.11.01

这学期化工原理实验课堂上我们一共做了八个实验，都是一些非常重要的实验，分别为流体阻力的测定、离心泵特性曲线的测定、传热综合试验、过滤实验以及伯努利方程实验。现在实验已经结束，通过对这五个实验的学习，我加深了对化工原理课上一些理论的理解，也熟悉了实验的流程、操作步骤、并掌握了实验的内容，现结合以上几个实验对化工原理实验作如下总结。

流体阻力的测定实验旨在让我们了解流体流动阻力的测定方法，确定摩擦系数与雷诺准数的关系以及局部阻力。离心泵特性曲线实验旨在让我们了解离心泵的基本操作，为以后的泵与风机课程提供了入门的基础，另外就是测定单机离心泵在一定转速下的特性曲线。由于一开始对这两个实验不是很了解，使得流体的流量过小达不到实验预期效果。第二次实验是传热试验，这个实验是为了让我们掌握传热系数的测定方法。并比较汽—水套管、裸管和保温管的单位管长下的传热速率，掌握热电偶测温原理。第三次实验是伯努利方程实验。实验中，我们了解了通过实验的方法对伯努利方程进行了验证，让我们更能深刻的认识和学习伯努利方程以及运用伯努利方程解决一些实际问题。这学期的化工原理课使我收获很多，使我对基础知识有了更深的了解，同时也锻炼了我的动手能力和理论联系实际的能力，加深了我对化工原理的浓厚兴趣。

离心泵的流量调节，其实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵的特性曲线和管路特性曲线所决定，只要改变丙条特性曲线之一均能达到目的。

（1）改变出口阀门开度

设离心泵原工作点Ｍ对应的流量为ＱＭ。若关小出口阀门阻力↑，曲线变陡，工作点由M→M1，流量QM到QM1减少。若开大出口阀门阻力↓，曲线变平坦，工作点由M→M1，流量QM到QM2增大。利用阀门调节流量迅速方便，且流量可连续变化，故通常采用此法调节。但关小阀门，阻力增大，需额外多消耗部分动力。

（2）改变泵的转速

泵的转速改变，其特性曲线也随之改变。当n向n1增大，泵特性曲线上移，工作 点由Ｍ→Ｍ１，流量QM到QM1增大。当n向n2减小，泵特性曲线下移，工作点由Ｍ→Ｍ２，流量QM到QM2减少。这种调节方法需要价格昂贵的变速机构，且不能做到流量的连续调节，很少采用。但流量随转速降低而减小，动力消耗相应降低，从动力消耗角度考虑则较为合适。

一般以3～4人为一小组合作进行实验，实验前必须作好组织工作，做到既分工、又合作，每个组员要各负其责，并且要在适当的时候进行轮换工作，这样既能保证质量，又能获得全面的训练。实验操作注意事项如下：

（1）实验设备的启动操作，应按教材说明的程序逐项进行，设备启动前必须检查：

（a）对泵、风机、压缩机、真空泵等设备，启动前先用手扳动联轴节，看能否正常转动。

（b）设备、管道上各个阀门的开、闭状态是否合乎流程要求。

上述两点皆为正常时，才能合上电闸，使设备运转。

（2）操作过程中设备及仪表有异常情况时，应立即按停车步骤停车并报告指导教师，对问题的处理应了解其全过程，这是分析问题和处理问题的极好机会。

（3）操作过程中应随时观察仪表指示值的变动，确保操作过程在稳定条件下进行。出现不符合规律的现象时应注意观察研究，分析其原因，不要轻易放过。

化工原理实验从各个方面锻炼了我们的能力。首先，在每次实验前，我们都会写预习报告，了解实验目的，清楚实验原理，实验仪器，这培养了我们自学的能力；
其次，在实验过程中，我们需要耐心，细心，认真的完成实验步骤，记录实验数据；
最后就是实验过后的数据处理和回答思考题，这也是完成一个实验的最后一个阶段，是整个实验最终能够出结果的重要阶段，通过数据处理我们可以跟所学知识进行比较，看是否能够验证试验原理，实验做得是否成功，而思考题更是将我们引入了一个深入思考实验的阶段，让我们对实验更加清楚。

上了几节实验课我渐渐的发现，原来这些实验器材都和化工仪器厂或者其他工厂里边的大型器械非常相近，这为我们以后踏入社会熟悉仪器的使用有很直接的关系。化工原理实验最重要的就是将理论付诸实践，平时我们上化工原理课的时候，只能通过老师的讲解，自己的想象了解知识，许多时候我们甚至不能明白为什么就能有这样的结论。而化工原理实验就提供给我们一个平台，一个能更深入了解化工原理知识、更锻炼自己动手能力、在学习上更加丰富的平台。我们可以通过实验锻炼动手能力，团队合作能力，更能够把理论上的知

识在实践中具体应用，增强了理论与实际的相结合。

以上是我对这学期的几个实验的总结，通过这些实验我也确实从中学到了不少知识，对我的生活和学习都有很大的帮助。希望在这些实验的基础上能把下学期的实验做的更好。

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