化工原理实验讲义(最终版).doc

目 录 绪 论 1 实验一 雷诺实验 3 实验二 伯努利方程实验 4 实验三 流体流动阻力的测定 6 实验四 流量计校核实验 10 实验六 恒压过滤常数的测定 15 实验七 传热实验 17 实验八 精馏实验 23 实验十 干燥实验 29 绪 论 一、化工原理实验的特点 《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。 虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。 化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。 二、化工原理实验的要求 1.巩固和深化理论知识。化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。这些内容是很抽象的，还应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授的内容。我们针对这部分的要求在每个实验的后面布置了许多思考题，可引导和启发同学们认真做实验，并通过实验环节，理解过程原理及各种影响因素。故要求同学们在做实验和完成实验报告中认真完成这些思考题。 2. 初步掌握化工工程问题的研究方法，熟悉化工数据基本测试技术。工程中无论实验研究法和数学模型法均离不开实验测定各种化工数据。通过实验过程可进一步认识解决工程问题的这些方法，同时也熟悉这些设备、仪表的结构、主要性能及基本操作。 三、化工原理实验预习报告 每次做实验前必须将实验预习报告交给实验指导教师检查合格后方能进行实验。 实验预习报告内容： （1）实验目的及内容： 做什么？ （2）实验意义及原理： 为什么做？ （3）实验中必须取哪些数据，列出数据记录简表： 如何做？ 四、化工原理实验报告内容 1．实验目的； 2．实验原理：要说明实验的依据及要测量的数据； 3．实验装置：实验流程图和流程说明； 4．实验主要操作步骤； 5．实验数据记录：列表记录实验中数值及单位； 6．数据整理：列出数据整理表，并写出数据计算过程示例； 7．实验结果及结论：将实验结果用图形或关系式表示出，并得出结论； 8．分析与讨论：就实验中的问题进行分析； 9．思考题。 实验一 雷诺实验 一、实验目的 1.观察流体在管内流动的两种不同型态； 2.确定临界雷诺数 二、基本原理 流体流动有两种不同型态，即层流（滞流）和湍流（紊流）。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，湍流时质点在沿管轴流动的同时还作杂乱无章的随机运动。雷诺数是判断流动型态的准数。若流体在圆管内流动，则雷诺数可用下式表示： （1-1） 式中：——圆管内径，m； u —— 流速，m/s； —— 流体密度，kg/m3； ——流体粘度，Pa·s。 一般认为Re＜2000时，流动型态为层流；Re＞4000，流动型态为湍流。Re数在两者之间时为过渡区，有时为层流，有时为湍流，流动型态与环境有关。 对一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流速有关。本实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。 三、思考题 1．影响流动型态的因素有哪些？ 2．如果管子是不透明的，应如何来判断管中的流动型态？ 3．能否只用流速判断管中的流动型态？为什么？ 4．为什么要研究流动型态？在化工过程中有何意义？ 5．通过本实验能观察到哪些流体流动现象？ 实验二 柏努利方程实验 一、实验目的 1．熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，进一步理解柏努利方程的含义； 2．观察流速的变化规律； 3．观察各项压头变化的规律。 二、基本原理 流动的流体具有位能、动能和静压能三种机械能，这三种能量可以相互转换。当管路条件改变时（如位