化工原理实验指导书

化工原理实验指导书

（2014修订版）

大连大学环境与化学工程学院

2014.3

目 录

绪 论 ........................................................................... 1 实验一、流体流动阻力的测定 ....................................... 5 实验二、流量计的流量校正 ......................................... 11 实验三、离心泵特性曲线的测定 ................................. 16 实验四、恒压过滤常数的测定 ..................................... 20 实验五 对流传热系数与准数关联式常数的测定 ..... 27 实验六 板式精馏塔塔板效率的测定 ......................... 37 实验七 填料吸收塔操作及体积吸收系数测定 ......... 45 实验八 洞道干燥速率曲线的测定 ............................. 51 附录一 相关系数检验表 ............................................... 56 附录二 F分布数值表 .................................................... 57 附录三 阿贝折光仪的使用方法 ................................... 61 附录四 热电偶的工作原理 ........................................... 63 附录五 双对数坐标纸 ................................................... 66

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绪 论

0.1 化工原理实验的意义和目的

化工原理是以研究化工生产过程为对象的工程学科，它紧密联系化工生产实际，是化工专业学生的一门重要技术基础课。实验则是学生学习、掌握和运用这门课程不可缺少的环节。实验是教学中的实践环节，是学生巩固理论知识，从实践中进一步学习新知识的重要途径，它与课堂讲课、习题课、课程设计一样，是教学过程的重要组成部分。所以，学生应当重视实验教学，认真上好实验课。

在近代科学技术的发展中，实验研究是不可缺少的手段和方法。化学工程的建立和发展，如同其他学科一样，除了生产经验的总结外，理论与技术的进步都是建立在实验研究的基础上。由于化学工程领域遇到的问题和处理的现象十分复杂，许多实际问题，不能只依靠几个假设与定理，或通过演绎推理的方法，就能得到可以应用的结果。一般来说，无论理论问题或工程问题，都需要通过实验来验证开始的假设与模型。从实践中发现问题，认识规律，总结经验上升为理论，或者将实验结果归纳整理为经验或半经验结果。工程设计的依据，新技术的开发和应用，都离不开实验研究。化工原理所涉及的绝大部分内容，也多半是以实验为基础的经验或半经验的关联。例如流体在管内流动的阻力计算的研究，摩擦系数λ的确定，就是分析研究了影响阻力大小的许多因素，如管长、管径、管壁粗糙度、流体物性、流动状态等，利用因次分析方法得到一定的准数关系，如：

p/u2fRe,ld,d

fRe,d

然后通过实验确定它们之间的定量关系。如层流区关系式为λ=64/Re，无论是实验研究还是理论推导都证明了这个关系是正确的。湍流区，完全湍流区情况比较复杂，至今还不能完全从理论上得到令人满意的结果，都是借助实验得到结果。例如适用于光滑管，著名的计算式为柏拉修斯公式λ=0.3164/Re0.25。同样在其它化工单元过程中，如过滤、传热、吸收、干燥等过程也都有类似的经验式，需要通过实验来确定各个变量之间的定量关系。由此看来，实验工作是不可缺少的，是化学工程发展的重要基础。

因此，作为化工专业的学生，在学习化工原理的课程中，不仅要认真学习好基础理论知识，同时也要认真学习实验，学会研究化学工程问题的实验方法，把自己培养成既懂理论又会实践的全面发展的合格学生。

化工原理实验课，预达到以下目的：

（1） 配合理论教学，通过实验从实践中进一步学习、掌握和运用学过的基本

理论。

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（2） 运用化工基本理论，分析实验过程中的各种现象和问题，培养训练学生

的分析问题和解决问题的能力。

（3） 了解实验设备的结构、特点，学习常用仪表的使用，使学生掌握化工实

验的基本方法，并通过实验操作进行实验技能的训练和培养。 （4） 通过实验数据的分析处理，编写实验报告，培养、训练学生的实际计算

能力和编写实验报告的能力。

（5） 通过实验逐步培养学生良好的思维方式和工作作风，以严谨、科学、求

实的精神对待实验与研究工作。

0.2 实验的要求

（1） 实验准备

实验前必须认真预习实验讲义和教材有关章节，很好了解所做实验的教材目的、要求、方法和基本原理。在全面预习的基础上写出预习报告(内容应包括：目的、原理、预习中的问题)，并准备好记录用的表格。

进入实验室后，要详细了解实验装置的流程，主要设备的结构，测量仪表的使用及实验操作方法。对实验预期的结果，可能发生的故障和排除方法，作一些基本的分析和估计。

实验前，小组成员必须分工明确，要协调一致，检查、调整设备进入可启动状态，然后再启动（送电、水、蒸汽等）运行。

（2） 实验进行中

实验过程中，应全神贯注地精心操作，随时注意观察现象，注意发现问题。实验中要认真仔细的测定数据，将数据记录在规定的表格中。对数据要判断合理性，对实验过程中出现的数据重复性差，规律性差，应分析实验中的问题，找出原因加以解决。可以进行必要的返工，而任何草率、不负责任的学习态度是不可取的。

做完实验后，要对数据进行初步检查，查看数据的规律性，有无遗漏或记错，一经发现应及时补正。实验记录，应请指导教师检查同意签字后，再停止实验，将设备恢复到实验前的状态。

（3） 实验记录

实验记录是处理实验结果的依据，认真做好实验记录很重要。应按实验内容预先制定好记录表格。记录应认真仔细，整齐清楚。在实验中逐渐养成良好记录习惯。原始的记录要注意保存，以便查对核实时使用。

在实验记录过程中，应注意以下几个问题：

(a) 稳定操作过程。在改变操作条件之后，一定要等过程重新稳定，再开始

读数记录。 对于不稳定的操作过程，要对过程进行熟悉之后，从过程开始，就进行读数记录，并在实验前计划好记录的时刻或位置等。 (b) 记录数据应是直读数值，不要经过运算后再记，例如停表读数1分38秒，

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就应记为1′38″，而不应记为98″。又如U性压差计两臂液柱高差，应分别读数记录，不应只读或只记液柱的差值。

(c) 根据测量仪表的精确度，正确读取有效数字。例如1/10℃分度的温度计，

读数是22.24℃,有效数字为四位，可靠值为三位，读数的最后一位是带有读数误差的估计值，尽管带有误差，在测量工作中还是进行估计，因为估计总比不估计好，一般读数误差不会超过最小刻度±0.5。

(d) 对待实验记录应采取科学的态度，不要主观臆测，修改记录数据，也不

要随意弃舍数据。对可疑数据，除确有明显原因，如读错、误记等，使数据不正常可以弃舍之外，一般应留在数据处理时检查处理。数据检查可以根据专业知识，如热量衡算、物料衡算原则或用误差理论。 (e) 记录数据应注意书写清楚，记错的数字应划掉重写，避免采用涂改的方

法，涂改后的数字容易误读或看不清楚。 （4） 实验报告

实验结束后，应及时处理数据，按实验报告要求，严肃认真地完成实验报告的整理、编写工作。实验报告是实验工作的总结，编写实验报告是对学生能力的训练，因此，要求学生应各自独立的完成报告。应避免抄袭行为。

实验报告应包括以下内容： (a) 实验题目； (b) 实验目的或任务； (c) 实验的基本原理；

(d) 实验设备的流程，简要的操作说明； (e) 原始记录表；

(f) 实验结果的表格、图线或关系式等，并要求有一组实验数据的计算示例。 (g) 讨论

实验报告应有分析和说服力，报告文句应力求简明，书写清楚，正确使用标点，图表应放在适当位置，并装订成册。

报告中应写出姓名、班级、实验时间、同组人和指导教师姓名。 报告应在指定时间内交指导教师批阅。 0.3 实验课堂纪律和注意事项

(a) 准时进实验室，不得迟到或早退，不得无故缺课；

(b) 遵守课堂纪律，严肃认真地进行实验。室内不准吸烟，不准喧哗说笑或

进行与实验无关的活动。

(c) 对实验设备、仪器等在没弄清楚使用方法之前，不得开动。与本实验无

关的设备、仪器不要乱动。

(d) 爱护实验设备、仪表。注意节约使用水、电、气及药品。损坏设备、仪

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器应报告指导教师，填写破损报告单，由实验室审核上报，听候处理。 (e) 保持实验现场和设备的整洁，禁止在设备及台桌等处乱写、乱画，衣物、

书包不要挂在实验设备上，应放在指定地方。

(f) 注意安全及防火。电动机开动前，应观察电机及运转部件附近有无人在

工作，合上电闸时，应谨防触电。注意电机有无怪声和发热。精馏实验附近不得动用明火。

(g) 实验结束时，应安排人员清扫现场卫生。合格之后方可离开。

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实验一、流体流动阻力的测定

一、 实验目的

1． 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。 2． 测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re

的关系曲线。

3． 测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数。 4． 学习倒U形压差计和转子流量计的使用方法。 二、 实验原理

流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。

1．直管阻力摩擦系数λ的测定

流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：

wfpflup1p2lu2 （1-1）

d22dpf2 （1-2）

式中： λ —直管阻力摩擦系数，无因次；

d —直管内径，m；

pf—流体流经l米直管的压力降，Pa；

wf—单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；

ρ —流体密度，kg/m3； l —直管长度，m；

u —流体在管内流动的平均流速，m/s。

层流(滞流)时，

64 （1-3） ReRedu （1-4）

式中：Re —雷诺准数，无因次；

η—流体粘度，kg/(m·s)。

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湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确定。 由式（1-2）可知，欲测定λ，需确定l、d，测定pf、u、ρ、μ等参数。 l、d为装置参数（装置参数表格中给出）， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u通过测定流体流量，再由管径计算得到。

例如本装置采用转子流量计测流量，q，m3/h。

uq (1-5) 2900dpf可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变

送器和二次仪表显示。

（1）当采用倒置U型管液柱压差计时

pfgR (1-6)

式中：R－水柱高度，m。

（2）当采用U型管液柱压差计时

pf0gR (1-7)

式中：R－液柱高度，m；

0－指示液密度，kg/m3。

根据实验装置结构参数l、d，指示液密度0，流体温度t0(查流体物性ρ、η)，及实验时测定的流量q、液柱压差计的读数R，通过式(1-5)、(1-6)或(1-7)、(1-4)和式(1-2)求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。

2．局部阻力系数 的测定

局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 (1) 当量长度法

流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失可看作与某一长度为le的同直径管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失

wf为：

lleu2wfd2 (1-8)

（2）阻力系数法

流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：

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u2w'f (1-9)

2故 pf2pfu2 (1-10)

式中： —局部阻力系数，无因次；

pf －局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。）

u —流体在小截面管中的平均流速，m／s。

待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。

根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度0，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量q、液柱压差计的读数R，通过式(1-5)、(1-6)或(1-7)、(1-10)求取管件或阀门的局部阻力系数。 三、 实验装置

实验装置如图1-1所示。实验装置是由贮水箱、离心泵、不同管径、材质的水管、各种阀门、管件、涡轮流量计和倒U型压差计等部件所组成。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数、光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。流量使用转子流量计测量，将转子流量计的信号传给相应的显示仪表显示出转速，管路和管件的阻力采用倒U型差压计直接读出读数。

实验装置参数如表1所示。 表1 流体流动阻力测定实验装置参数 名称 局部阻力 光滑管 粗糙管 材质 闸阀 不锈钢管 镀锌铁管 管内径（mm） 管路号 1A 1B 1C 管内径 20.0 20.0 21.0 测量段长度（cm） 95 100 100 7 / 69

局部阻力管 光滑管 粗糙管

1－水箱；2－管路泵；3－转子流量计；4－球阀；5－倒U型差压计；6－均压环；

7－球阀；8－局部阻力管上的闸阀；9－出水管路闸阀；10－水箱放水阀；

图1-1 实验装置流程示意图

四、 实验步骤

1. 实验准备

（1）清洗水箱1，清除底部杂物，防止损坏泵的叶轮和涡轮流量计。关闭箱底侧放水阀10，灌清水至离水箱上缘约15cm高度，既可提供足够的实验用水，又可防止出口管处水花飞溅。

（2）接通控制柜电源，打开总开关电源及仪表电源，进行仪表自检。打开水箱与泵连接管路间的球阀，关闭泵的回流阀，全开转子流量计下的闸阀。如上步骤操作后，若泵吸不上水，可能是叶轮反转，首先检查有无缺相，一般可从指示灯判断三相电是否正常。其次检查有无反相，需检查管道离心泵电机部分电源相序，调整三根火线中的任意两线插口即可。

2. 实验管路选择

选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。

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3. 排气

先进行管路的引压操作。需打开实验管路均压环上的引压阀，对倒U型管（结构如图1-2所示）进行如下操作。

a) 排出系统和导压管内的气体。关闭管路总出口阀9，使系统处于零流量、高扬程状态。关闭进气阀门3和平衡阀门4，打开出水活栓5。打开高压侧阀门2和低压侧阀门1，使实验系统的水经过系统管路、导压管、高压侧阀门2、倒U形管、低压侧阀门1排出系统。

b) U型玻璃管吸入空气。排净气泡后，关闭1和2两个阀门，打开平衡阀4、出水活栓5和进气阀3，使玻璃管内的水排净并吸入空气。 c) 平衡水位。关闭平衡阀4、出水活栓5和进气阀3，然后打开1和2两个阀门，让水进入

玻璃管至平衡水位（此时系统中的出水阀门始终是关闭的，管路中的水在零流量时，U形管内水位是平衡的，压差计即处于待用状态。

4．流量调节

进行不同流量下的管路压差测定实验。让流量从0.8到4m3/h范围内变化，每次实验变化0.5m3/h左右。由小到大或由大到小调节管路总出口阀，每次改变流量，待流动达到稳定后，读取各项数据，共作8~10组实验点。获取的实验参数为：流量qv、U型管压差计的左右水柱高度和流体温度t。

5．结束实验

实验完毕，关闭管路总出口阀，然后关闭泵开关和控制柜电源，将该管路的进口球阀和对应均压环上的引压阀关闭，清理装置。 五、 实验报告

1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。

2．根据光滑管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照柏拉修斯方程，计算其误差。

3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。 4．对以上的实验结果进行分析讨论。 六、 思考题

1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么? 2．如何检测管路中的空气已经被排除干净?

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1－低压侧阀门；2－高压侧阀门；

3－进气阀门； 4－平衡阀门；

5－出水阀门

图1-2 倒U型管压差计

3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用? 4．在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?

5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响? 七、 实验数据表

光滑管径 粗糙管径 局部阻力管径 温度： 序流量号 (m3/h)

光滑管mmH2O 左 右 压差 粗糙管mmH2O 左 右 压差 局部阻力mmH2O 左 右 压差 10 / 69

实验二、流量计的流量校正

一、 实验目的

1． 熟悉孔板流量计、文丘里流量计的构造、性能及安装方法。 2． 掌握用体积法测量流量的方法。

3． 测定孔板流量计、文丘里流量计的孔流系数与雷诺准数的关系。 二、 实验原理

对非标准化的各种流量仪表在出厂前都必须进行流量标定，建立流量刻度标尺（如转子流量计）、给出孔流系数（如涡轮流量计）、给出校正曲线（如孔板流量计）。使用者在使用时，如工作介质、温度、压强等操作条件与原来标定时的条件不同，就需要根据现场情况，对流量计进行标定。

孔板、文丘里流量计的收缩口面积都是固定的，而流体通过收缩口的压力降则随流量大小而变，据此来测量流量，因此，称其为变压头流量计。而另一类流量计中，当流体通过时，压力降不变，但收缩口面积却随流量而改变，故称这类流量计为变截面流量计，此类的典型代表是转子流量计。

1.孔板流量计的校核

孔板流量计是应用最广泛的节流式流量计之一，本实验采用自制的孔板流量计测定液体流量，用容量法进行标定，同时测定孔流系数与雷诺准数的关系。

孔板流量计是根据流体的动能和势能相互转化原理而设计的，流体通过锐孔时流速引压管在压差计或差压变送器上显示。其基本构造如图3-1所示。

若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板后所形成的缩脉直径为d2，流体的密度为ρ，则根据柏努利方程，在界面1、2处有：

2u2u12p1p2p （2-1） 2增加，造成孔板前后产生压强差，可以通过

图2-1 孔板流量计

2u2u122p/ （2-2）

由于缩脉处位置随流速而变化，截面积A2又难以测定，而孔板孔径的面积A0

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是已知的，因此，用孔板孔径处流速u0来替代上式中的u2，又考虑这种替代带来的误差以及实际流体局部阻力造成的能量损失，故需用系数C加以校正。式（2-2）改写为

2u2u12C2p/

（2-3）

对于不可压缩流体，根据连续性方程u1=(A0/A1)uo，代入式（2-3）可得：

u0C2p/1(A0/A1)2 （2-4）

令 C0C1(A0/A1)2 （2-5）

则式（2-4）简化为：

u0C02p/ （2-6）

根据u0和A0即可计算出流体的体积流量：

qVu0A0C0A02p/ （2-7）

或 qVu0A0C0A02gR(i)/ （2-8） 式中：qV－流体的体积流量，m3/s； R－U形压差计的读数，m； ρi－压差计中指示液密度，kg/m3； C0－孔流系数，无因次；

C0由孔板锐口的形状、测压口位置、孔径与管径之比和雷诺数Re所决定，具体数值由实验测定。当孔径与管径之比为一定值时，Re超过某个数值后，C0接近于常数。一般工业上定型的流量计，就是规定在C0为定值的流动条件下使用。C0值范围一般为0.6-0.7。

孔板流量计安装时应在其上、下游各有一段直管段作为稳定段，上游长度至少应为10d1，下游为5d1。孔板流量计构造简单，制造和安装都很方便，其主要缺点是机械能损失大。由于机械能损失，使下游速度复原后，压力不能恢复到孔板前的值，称之为永久损失。d0/d1的值越小，永久损失越大。

2. 文丘里流量计的校核

孔板流量计的主要缺点时机械能损失很大，为了克服这一缺点，可采用一渐缩渐括管，如图2-2所示。当流体流过这样的锥管时，不会出现边界层分离及漩涡，

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从而大大降低了机械能损失。这种管称为文丘里管。

文丘里管收缩锥角通常取15°-25°，扩大段锥角要取得小些，一般为5°-7°，使流速改变平缓，因为机械能损失主要发生在突然扩大处。

文丘里流量计测量原理与孔板完全相同，只不过机械能永久损失要小很多。流速、流量计算仍可用式（2-6）、（2-7），式中u0仍代表最小截面处（称为文氏喉）的流速。文丘里管的孔流系数C0约为0.98-0.99。机械能损失约为：

图2-2 文丘里流量计

R 2 （2-9） wf0.1u0文丘里流量计的缺点是加工比孔板流量计复杂，因而造价高，且安装时需占去一定管长位置，但其机械能永久损失小，故尤其适用于低压气体的输送。 三、 实验装置

实验装置如图2-3所示。主要部分由循环水泵、流量计、U型压差计、温度计和水槽等组成，计量槽尺寸： (1号装置) ， (2号装置)，实验主管路为1寸不锈钢管（内径25mm）。

管道离心泵

图2-3 流量计校核实验示意图

四、 实验步骤

1. 熟悉实验装置，了解各阀门的位置及作用；

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2. 对装置中有关管道、导压管、压差计进行排气，使倒U形压差计处于工作状态；

3. 对应每一个阀门开度，用容积法测量流量，同时记下压差计的读数，按由小到大的顺序测量8－10个点，为保证标定精度，再从大流量到小流量重复一次，然后取其平均值；

4. 测量流量时应保证每次测量中，计量桶液位差不小于100mm或测量时间不少于40s； 5. 记录水温； 6. 主要计算过程如下：

（1）根据体积法（秒表配合计量筒）算得流量qV（m3/h）； （2）根据u4qV计算管内流速，其中孔板取喉径d0＝15.347mm，文丘里2d取喉径d＝12.462mm；

（3）读取各流量qV对应的压差计高度差R，根据u0C02p/和

pgR，求得C0值；

（4）根据Redu，求得雷诺数，其中d取对应的d0值；

（5）在单对数坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的C0－Re图。 五、 实验报告

1. 将所有原始数据及计算结果列成表格，并附上计算示例。

2. 在单对数坐标纸上分别绘出孔板流量计和文丘里流量计的C0－Re图。 3. 讨论实验结果。 六、 思考题

1. 孔流系数与哪些因素有关？

2. 孔板、文丘里流量计安装时各应注意什么问题？ 3. 如何检查系统排气是否完全？

4. 从实验中，可以直接得到ΔR－V的校正曲线，经整理后也可以得到C0－

Re的曲线，这两种表示方法各有什么优点？

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七、 实验数据表

根据上述实验填写如下实验数据表。

日期： 实验人员： 学号： 装置号： 计量槽尺寸： (1号装置) ， (2号装置) 序号 文丘里流量计校正实验数据表同上，同一流量计流量需从小到大记录十组数据，再由大到小记录十组数据。

时间(s) 计量槽液位(cm) 初始 结束 Δh 孔板(mmH2O) 左 右 压差 温度(℃) 15 / 69

实验三、离心泵特性曲线的测定

一、 实验目的

1． 了解离心泵结构与特性，熟悉离心泵的使用； 2． 掌握离心泵特性曲线测定方法； 3． 了解电动调节阀的工作原理和使用方法。 二、 实验原理

离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率P、效率η与泵的流量qV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。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。

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、2两截面，列机械能衡算方程：

pupuz111Hz222hf （3-1）

g2gg2g由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项∑hf和速度平方差，有：

22H(z2z1)p2p1H0H1H2 （3-2） g式中： H0=z2-z1，表示泵出口和进口间的位差，m；

p1、p2——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；

H1、H2——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u1、u2——分别为泵进、出口的流速，m/s； z1、z2——分别为真空表、压力表的安装高度，m。

由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。

2．轴功率P的测量与计算

PP电k （W） （3-3）

其中，P电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95。

3．效率η的计算

泵的效率η是泵的有效功率Pe与轴功率P的比值。有效功率Pe是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率P是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。

泵的有效功率Pe可用下式计算：

PeHqVg （3-4） 泵效率为：HqVg100% （3-5） P16 / 69

4．转速改变时的换算

离心泵的特性曲线是在特转速下通过实验测定所得。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量qV的变化，多个实验点的转速n将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为某一定转速n下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下：

nn2n3 HH() PP() （3-6） nnnqHgqVHgV （3-7）

PPqVqV三、 实验装置

离心泵特性曲线测定实验装置如图3-1所示。

图中：

1－水箱； 2－离心泵； 3－转速传感器； 4－泵出口压力表； 5－玻璃转子流量计； 6－出口流量调节闸阀； 7－灌泵漏斗； 8－泵进口压力表； 9－温度计；

四、 实验步骤及注意事项 １．实验步骤：

（1）清洗水箱，并给水箱加水。通过注水漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。

（2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先关闭出口阀，当泵达到额定转速后方可逐步打开出口阀。

（3）实验时，逐渐打开出口流量调节闸阀增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量qV、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率P电、泵转速n、流体温度t和两测压点间高度差H0（H0＝0.1m）。

（4）改变出口流量调节闸阀的开度，测取10组左右数据，并记录设备的相关

图3-1 实验装置流程示意图

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数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口流量调节闸阀关闭。 ２．注意事项：

（1）一般每次实验前，均需对泵进行注水操作，以防止离心泵气缚。同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

（2）泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。

（3）不要在出口流量调节闸阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。 五、 实验报告

1．分别绘制一定转速下的H′～qv′、P′～qv′、η′～qv′曲线； 2．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。 六、 思考题

1. 试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？ 2. 启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？

3. 为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？是否还有其他方法调节流量？

4. 泵启动后，出口阀如果不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？ 5. 正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么？ 6. 试分析，用清水泵输送密度为1200Kg/ｍ3的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？

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七、 实验数据

（1）记录实验原始数据；

实验日期： 实验人员： 学号： 装置号： 离心泵型号： ；额定流量： ；额定扬程： ；

额定功率： ；泵进出口测压点高度差H0： ；流体温度t： 序号 流量qV 3(m/h) 泵进口压力p1 泵出口压力p2 电机功率P电 泵转速n (kPa) (kPa) (kW) (r/min) （2）根据原理部分的公式，按比例定律校核转速后，计算各流量下的泵扬程、

轴功率和效率。 序号 流量q′V (m3/h) 扬程H′ (m) 轴功率P′ (kW) 泵效率η′ (%) 19 / 69

实验四、恒压过滤常数的测定

一、 实验目的

1． 熟悉板框压滤机的构造和操作方法； 2． 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论；

3． 学会测定过滤常数K、qe、τe及压缩性指数s的方法； 4． 了解过滤压力对过滤速率的影响。 二、 实验原理

过滤是利用某种多孔物质为介质处理悬浮液，以达到固、液分离的一种操作过程。即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，从而实现固、液分离。因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。

过滤速度u定义为在单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p、滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质、悬浮液温度、过滤介质的阻力等。

过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，可得过滤速度计算式：

dVdqAp1sAp1su （4-1）

AddrCVVerCVVe式中：u —过滤速度，m/s；

V —通过过滤介质的滤液量，m3； A —过滤面积，m2；τ —过滤时间，s； q —通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2；

△p —过滤压力（表压）pa ；

s —滤渣压缩性系数；

μ—滤液的粘度，Pa.s；r —滤渣比阻，1/m2； C —单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3； Ve —过滤介质的当量滤液体积，m3；

r —滤渣比阻，m/kg；C —单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。

对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令：

2p1sK （4-2）

rC于是式（4-1）可改写为：

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dVKA2 （4-3） d2(VVe)式中：K—过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定，m/s。 将式（4-3）分离变量积分，整理得：

VVe2VeVVedVVe1KA20d （4-4）

2V22VVeKA2 （4-5）

将式（4-4）的积分极限改为从0到Ve和从0到e积分，则：

Ve2KA2e （4-6）

将式（4-5）和式（4-6）相加，可得：

VVe2KA2e （4-7）

式中：e—虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve所需时间，s。 再将式（4-7）微分，得：

2VVedVKA2d （4-8）

将式（4-8）写成差分形式，则

22qqe （4-9） qKK式中：q—每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/ m2；

—每次测定的滤液体积q所对应的时间，s；

q— 相邻二个q值的平均值，m3/ m2。

以q为纵坐标，q为横坐标将式（4-9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距。

斜率： S22； 截距：Iqe； KKqe2I222KII3(s)。 (m)；e得到：K(m/s)；qeKKS2S2S改变过滤压差△P，可测得不同的K值，由K的定义式（4-2）两边取对数得：

lgK1slgpB

条直线，斜率为(1-s)，可得滤饼压缩性指s。 三、 实验装置。

(4-10)

在实验压差范围内，若B为常数，则lgK～lg(△p)的关系在直角坐标上应是一

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本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程如图4-1所示。

1－空压机；2－压力灌；3－安全阀；4－压力表；5－压力传感器；6－清水罐；7－滤框；

8－滤板；9－手轮； 10－通孔切换阀； 11－定值调压阀； 12－电磁阀；

13－配料罐；14－地沟；15－电子天平

图4-1 板框压滤机过滤流程

CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流到电子天平处称量，压缩空气从压力料槽上排空管中排出。

板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积 0.0177m2，框数2个。空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8Mpa。 四、 实验步骤及注意事项 1．实验准备

（1） 配料：在配料罐内配制含CaCO310％～30％（wt. %）的水悬浮液，碳酸钙

事先由天平称重，水位高度按标尺示意，筒身直径35cm。配置时，应将配料罐底部阀门关闭。

（2） 搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，

进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使CaCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。

（3） 设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值

调节阀分别设定为0.1MPa、0.2MPa和0.25MPa（出厂已设定，实验时不需

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要再调压。若欲作0.25MPa以上压力过滤，需调节压力罐安全阀）。设定定值调节阀时，压力罐泄压阀可略开。

（4） 装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，

不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布。（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。

（5） 灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜2/3高度左右。灌清水时，应将

安全阀处的泄压阀打开。

（6） 灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，

使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜1/2~2/3处，关闭进料阀门。 2．过滤过程

（1） 鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应

不断排气，但又不能喷浆。

（2） 过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前料液进

口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表指示过滤压力，清液出口流出滤液。

（3） 每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次△V取800ml

左右。记录相应的过滤时间△τ。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。电子天平将测得滤液质量的数据传给计算机，计算机将其转换成体积后显示在组态软件上。（注意：△V在800ml左右时点击采集数据）

（4） 一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。卸下滤框、滤板、

滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。 3．清洗过程

（1） 关闭板框过滤的进出阀门。将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态

（阀门手柄与滤板平行为过滤状态，垂直为清洗状态）。

（2） 打开清洗液进入板框的进出阀门（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）。

此时，压力表指示清洗压力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比同压力下过滤速度小很多。

（3） 清洗液流动约1min，可观察混浊变化判断结束。一般物料可不进行清洗过

程。结束清洗过程，也是关闭清洗液进出板框的阀门，关闭定值调节阀后进气阀门。 4．实验结束

（1） 先关闭空压机出口球阀,关闭空压机电源。

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（2） 打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。 （3） 卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。

（4） 将压力罐内物料反压到配料罐内备下次使用，或将该二罐物料直接排空后用

清水冲洗。 五、 实验数据处理 1. 滤饼常数K的求取

计算举例：以△P＝1.0kg/cm2时的一组数据为例。 过滤面积A＝0.0177×2=0.0254m2； △V1=637×10-6 m3；△τ1=31.98 s； △V2=630×10-6 m3；△τ2=35.67 s；

△q1=△V1/A=637×10-6/0.048=0.013271 m3/m2； △q2=△V2/A=630×10-6/0.048=0.013125 m3/m2； △τ1/△q1=31.98/0.013271=2409.766 sm2/m3； △τ2/△q2=35.67/0.013125=2717.714 sm2/m3； q0=0 m3/m2；

q1= q0+△q1=0.013271 m3/m2； q2= q1+△q2=0.026396 m3/m2；

q1=( q0+q1)/2=0.0066355 m3/m2 ； q2=( q1+q2)/2=0.0198335 m3/m2 ；

依次算出多组△τ/△q及q；

在直角坐标系中绘制△τ/△q～q的关系曲线，如图4-2所示，从该图中读出斜率可求得K。不同压力下的K值列于表4-1中。

表4-1 不同压力下的K值

△P（kg/cm2） 1.0 1.5 2.0

2. 滤饼压缩性指数S的求取

计算举例：在压力△P＝1.0kg/cm2时的△τ/△q～q直线上，拟合得直线方程，根据斜率为2/ K3，则K3=0.00008524。

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过滤常数K（m2/s） 8.524×10-5 1.191×10-4 1.486×10-4 将不同压力下测得的K值作lgK~lg△P曲线，如图4-3所示，也拟合得直线方程，根据斜率为（1－s），可计算得s=0.198。 2800 P=1.0kg/cm2 2400 P=1.5kg/cm2 2000 P=2.0kg/cm2 1600 0.014 0.00 0.000.04 0.028 0.08 0.042 0.12 0.056 0.163 2 q(m/m)

3200-7.2-3.0 -3.5 -7.4dt/dq(sm2 /m3 )lgK-7.6-4.0 -7.8-4.5 -8.0-5.0 0.0 0.3 0.4 0.0 0.1 0.2 0.2 0.4 0.60.8lgP 图4-2 △τ/△q～q曲线 图4-3 lgK~lg△p曲线

六、 实验报告

1．由恒压过滤实验数据求过滤常数K、qe、τe；

2．比较几种压差下的K、qe、τe值，讨论压差变化对以上参数数值的影响； 3．在直角坐标纸上绘制lgK~lg△p关系曲线，求出s； 4．实验结果分析与讨论。 七、 思考题

1. 板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？ 2. 板框压滤机的操作分哪几个阶段？

3. 为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？

4. 影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的K、qe、τe值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？

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八、 实验数据记录表

实验日期： ； 实验人员： ； 学号： ； 装置号： 过滤机型号： ；过滤面积： ；计量槽面积： 配料比（CaCO3/(H2O+ CaCO3）： ；物料温度t： 序号

过滤时间 (s) 滤液计量槽 高度 (cm) 过滤机入口压力p2 (kPa) 过滤机出口压力p2 (kPa) 温度 (℃) 26 / 69

实验五 对流传热系数与准数关联式常数的测定

一、实验目的

1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。

2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化

传热的途径。 二、基本原理

在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）

进行热量交

换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，

固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。

达到传热稳定时，有

 T TW tW t 图4－1间壁式传热过程示意图 Qm1cp1T1T2m2cp2t2t11A1TTWM2A2tWtmKAtm（4－1）

式中：Q － 传热量，J / s；

m1 － 热流体的质量流率，kg / s； cp1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)；

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T1 － 热流体的进口温度，℃； T2 － 热流体的出口温度，℃； m2 － 冷流体的质量流率，kg / s； cp2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)； t1 － 冷流体的进口温度，℃； t2 － 冷流体的出口温度，℃；

1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；

A1 － 热流体侧的对流传热面积，m2；

TTWm－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；

2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；

A2 － 冷流体侧的对流传热面积，m2；

tWtm － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；

K － 以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2 ∙℃)； tm－ 冷热流体的对数平均温差，℃；

热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，

TTWm（4－2）

T1TW1T2TW2TTW1ln1T2TW2

式中：TW1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；

TW2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，

tW（4－3）

tmtW1t1tW2t2ttlnW11tW2t2

式中：tW1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；

tW2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，

tmT1t2T2t1Tt2ln1T2t1

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（4－4）

当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，

2（4－5）

m2cp2t2t1A2tWtM

实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径d2，A2d2l；和冷流体的质量流量，即可计算2。

然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。

由式（4－1）得，

K（4－6）

m2cp2t2t1Atm

实验测定m2、t1、t2、T1、T2、并查取t平均1t1t2下冷流体对应的cp2、换2热面积A，即可由上式计算得总给热系数K。

下面通过两种方法来求对流给热系数。 1． 近似法求算对流给热系数2

以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，

bddd11RS22RS122K2dmd11d1（4－7）

式中：d1 － 换热管外径，m；

d2 － 换热管内径，m；

dm － 换热管的对数平均直径，m； b － 换热管的壁厚，m；

 － 换热管材料的导热系数，W / (m ∙ ℃)；

RS1－ 换热管外侧的污垢热阻，m2KW；

29 / 69

RS2－ 换热管内侧的污垢热阻，m2KW。

用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百

Wm2.K；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数1可达~104Wm2.K左右，因此

d冷凝传热热阻2可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻

1d1RS1d2也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8WmK，d1bd2可忽略。若换热管内侧的污垢热阻dm壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻

RS2也忽略不计，则由式（4－7）得，

2K（4－8）

由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。

2． 传热准数式求算对流给热系数2

对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.0×104～1.2×105,Pr＝0.7～120，管长与管内径之比l/d≥60,则传热准数经验式为， Nu0.023Re0.8Prn （4－9）

式中：Nu－努塞尔数，Nud，无因次； Re－雷诺数，Redu，无因次； cpPr－普兰特数，Pr，无因次；

当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3；

 － 流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；

d － 换热管内径，m；

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 － 流体的导热系数，W / (m ∙ ℃)； u － 流体在管内流动的平均速度，m / s；  － 流体的密度，kg / m3；  － 流体的粘度，Pa ∙ s； cp － 流体的比热，J / (kg ∙℃)。

对于水或空气在管内强制对流被加热时，可将式（4－9）改写为，

12（4－10） 令， （4－11）

10.02340.81.8d212Pr20.42m20.8

1m0.02340.81.8d2

21 X 0.42Pr2m2（4－12）

Y（4－13）

CRS2（4－14）

则式（4－7）可写为，

YmXC （4－15） 当测定管内不同流量下的对流给热系数时，由式（4－14）计算所得的C值为一常数。管内径d2一定时，m也为常数。因此，实验时测定不同流量所对应的t1、t2、T1、T2，由式（4－4）、（4－6）、（4－12）、（4－13）求取一系列X、Y值，再在X～Y图上作图或将所得的X、Y值回归成一直线，该直线的斜率即为m。任一冷流体流量下的给热系数2可用下式求得，

bd2ddRS122 dmd11d10.81 K31 / 69

2（4－16）

2Pr20.4mm220.8

3． 冷流体质量流量的测定

（1）若用转子流量计测定冷空气的流量，还须用下式换算得到实际的流量，

fVVf

（4－17）

式中： V ' — 实际被测流体的体积流量，m3 / s；

ρ' — 实际被测流体的密度，kg / m3；均可取t平均1t1t2下对2应水或空气的密度，见冷流体物性与温度的关系式；

V — 标定用流体的体积流量，m3/s；

ρ — 标定用流体的密度，kg / m3；对水ρ＝1000 kg / m3；对空气ρ

＝1.205 kg / m3；

ρf — 转子材料密度，单位kg / m3。

于是 m2V (4－18)

（2）若用孔板流量计测冷流体的流量，则，

m2V (4－19)

式中，V 为冷流体进口处流量计读数，ρ为冷流体进口温度下对应的密度。

4． 冷流体物性与温度的关系式

在0～100℃之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。 （1）空气的密度与温度的关系式：10t4.510t1.2916 （2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下Cp＝1005 J / (kg ∙℃),

70℃以上Cp＝1009 J / (kg ∙℃)。 （3）空气的导热系数与温度的关系式： 210t810t0.0244

82552310 （4）空气的黏度与温度的关系式：(210t510t1.7169）三、实验装置与流程

1．实验装置

实验装置如图4-1所示

623532 / 69

1－旋涡式气泵；2－排气阀；3－孔板流量计；4－冷流体进气阀；5－冷流体

进口温度；

6－冷流体出口温度； 7－冷流体进口侧蒸汽温度； 8－冷流体出口侧

蒸汽温度；

9－冷凝水出口阀； 10－压力表；11－蒸汽进口阀； 12－冷凝水排水口；13

－紫铜管；

14－蒸汽进口；15－冷流体出口；16－换热器；17－电气控制箱

图4-1 空气-水蒸气换热流程图

来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。

2．设备与仪表规格

（1）紫铜管规格：直径φ21×2.5mm，长度L=1000mm

（2）外套不锈钢管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm （4）铂热电阻及无纸记录仪温度显示 （5）全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表 四、实验步骤与注意事项

（一）实验步骤

1、 打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，

观察仪表显示是否正常。

2、 在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水

处于加热状态。到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。

3、 打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口

阀，让套管换热器里充有一定量的空气。

33 / 69

4、 打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中

也保持一定开度。注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。 5、 在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排

除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。

6、 开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器

中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。

7、 上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸

汽进口压力维持在

0. 01MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。 8、 自动调节冷空气进口流量时，可通过仪表调节风机转速频率来改变冷

流体的流量到一定值，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持15分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。

9、 记录6～8组实验数据，可结束实验。先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进

口阀，关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。

10、 打开实验软件，输入实验数据，进行后续处理。

（二）注意事项

1、 先打开排冷凝水的阀1，注意只开一定的开度，开的太大会使换热器里的

蒸汽跑掉，开的太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力增大而使不锈钢管炸裂。

2、 一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启蒸汽阀门，且

必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。

3、 刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀的开度，让蒸汽徐徐流入换

热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止不锈钢管因突然受热、受压而爆裂。

4、 操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则可能造

成不锈钢管爆裂和填料损坏。

5、 确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意蒸汽量的调节和压

力表读数的调整。 五、实验数据处理

1． 打开数据处理软件，在教师界面左上“设置”的下拉菜单中输入装置参数

管长、管内径以及转子流量计的转子密度。（在本套装置中，管长为1m，

33管内径为16mm，转子流量计的转子密度为ρf ＝7.910kg/m）。

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2． 数字型装置可以实现数据直接倒入实验数据软件，可以表格形式得到本实

验所要的最终处理结果，点“显示曲线”，则可得到实验结果的曲线对比图和拟合公式。

3. 数据输入错误，或明显不符合实验情况，程序会有警告对话框跳出。每次

修改数据后，都应点击“保存数据”，再按2步中次序，点击“显示结果”和“显示曲线”。

4. 记录软件处理结果，并可作为手算处理的对照。结束，点“退出程序”。 六、实验报告

1、冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。 2、冷流体给热系数的准数式：Nu/Pr0.4ARem，由实验数据作图拟合曲线方程，确定

式中常数A及m。

3、以lnNu/Pr0.4为纵坐标，lnRe为横坐标，将两种方法处理实验数据的结果标绘在

图上，并与教材中的经验式Nu/Pr0.40.023Re0.8比较。

七、思考题

1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?

2、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。 3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？

35 / 69

传热管内径： m 有效长度： m 冷流体为： 热流体：

序号 实验项目 流量计读数 ( ) 流体的实验流量(m3/h) 冷流体的进口温度(℃) 冷流体的出口温度(℃) 热流体进口温度 热流体出口温度 冷流体的平均温度(℃) ρ ( ) η ( ) λ ( ) CP ( ) 传热量 (W) 对流传热系数(W/m2℃) 冷流体速度 (m/s) 雷诺准数 Re 努塞尔准数Nu 普兰特准数Pr 准数关联式 1 2 3 4 5 6

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实验六 板式精馏塔塔板效率的测定

一． 实验目的

1． 了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方

法。

2． 学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3． 学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分

离效率的影响。 二．基本原理

1．全塔效率ET

全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比

值，即

ETNT1NP

（8－1）

式中，NT－完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；

NP－完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置NP＝10。

全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数NT，可由已知的双组分

物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。

2．单板效率EM yn1 单板效率又称莫弗里板效率，如图8－1所示，是指气相 或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔 yn

xn1

板前后的组成变化值之比。 yn1 xn xn1

图8－1 塔板气液流向示意

按气相组成变化表示的单板效率为

EMV（8－2） 37 / 69

ynyn1 *ynyn1按液相组成变化表示的单板效率为

EMLxn1xn *xn1xn（8－3）

式中，yn、yn1－离开第n、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数；

xn1、xn－离开第n-1、n块塔板的液相组成，摩尔分数；

* yn－与xn成平衡的气相组成，摩尔分数；

* xn－与yn成平衡的液相组成，摩尔分数。

3． 图解法求理论塔板数NT

图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe－Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法

完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。

精馏段的操作线方程为：

yn1xRxnD R1R1（8－4）

式中， yn1－精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数； xn－精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；

xD－塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数； R －泡点回流下的回流比。 提馏段的操作线方程为：

WxL' ym1'xm'W

LWLW（8－5）

式中，ym1－提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；

xm－提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数； xW－塔底釜液的液体组成，摩尔分数； L'－提馏段内下流的液体量，kmol/s； W－釜液流量，kmol/s。

加料线（q线）方程可表示为：

y（8－6）

其中，

q1xqxF q1q1cpF(tStF)rF

（8－7）

式中，q－进料热状况参数；

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rF－进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol； tS－进料液的泡点温度，℃； tF－进料液温度，℃；

cpF－进料液在平均温度(tStF)/2下的比热容，kJ/（kmol℃）；

xF－进料液组成，摩尔分数。

回

流

比

R

的

确

定

：

RL D（8－8）

式中，L －回流液量，kmol/s；

D －馏出液量，kmol/s。

式（8－8）只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。

如图8－2所示，从全凝器出来的温度为tR、流量为L的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。

图8－2塔顶回流示意图

对第一块板作物料、热量衡算：

V1L1V2L

（8－9）

V1IV1L1IL1V2IV2LIL

（8－10）

对式（8－9）、式（8－10）整理、化简后，近似可得：

L1L[1（8－11）

cp(t1LtR)r]

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即实际回流比： R1（8－12）

L1 DL[1 R1

cp(t1LtR)rD]

（8－13）

式中，V1、V2－离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s； L1－塔内实际液流量，kmol/s；

IV1、IV2、IL1、IL－指对应V1、V2、L1、L下的焓值，kJ/kmol；

r－回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；

cp－回流液在t1L与tR平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol℃）。

（1） 全回流操作

在精馏全回流操作时，操作线在y－x图上为对角线，如图8－3所示，根据塔顶、塔釜

的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。

图8－3 全回流时理论板数的确定

（2） 部分回流操作

部分回流操作时，如图8－4，图解法的主要步骤为：

A. 根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅

助线；

B. 在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线

于点a、f、b；

C. 在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线；

40 / 69

D. 由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线

于点d；

E. 连接点d、b作出提馏段操作线；

F. 从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就

改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止； G. 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的

那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。

图8－4部分回流时理论板数的确定

三.实验装置和流程

本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。

筛板塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，厚度＝2mm，塔节764，塔板数N＝10块，板间距HT＝100mm。加料位置由下向上起数第3块和第5块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高7.3mm，齿深4.6mm，齿数9个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d0＝1.5mm，正三角形排列，孔间距t＝5mm，开孔数为74个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1块和第10块，斜向上为液相取样口，水平管为气相取样口。

本实验料液为乙醇水溶液，釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体传质后，进入盘管式换热器壳程，冷凝成液体后再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐；残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐。精馏过程如图8－5所示。

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1－塔釜排液口；2－电加热器；3－塔釜；4－塔釜液位计；5－塔板；6－温度计； 7－窥视节；8－冷却水流量计；

9－盘管冷凝器；10－塔顶平衡管；11－回流液流量计； 12－塔顶出料流量计；13－产品取样口；14－进料管路；

15－塔釜平衡管；16－盘管加热器； 17－塔釜出料流量计；18－进料流量计；19进料泵；20－产品储槽；

21－残液储槽； 22－料液取样口；23－冷却水进口；24－惰性气体出口；25－冷却水出口

图8-5 筛板塔精馏塔实验装置图

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四．实验步骤与注意事项

本实验的主要操作步骤如下： 1．全回流 （1） 配制浓度10%~20%(体积百分比)的料液加入贮罐中，打开进料管路上的

阀门，由进料泵将料液打入塔釜，至釜容积的2/3处（由塔釜液位计可观察）。

（2） 关闭塔身进料管路上的阀门，启动电加热管电源，调节加热电压至适中

未知，使塔釜温度缓慢上升（因塔中部玻璃部分较为脆弱，若加热过快玻璃极易碎裂，使整个精馏塔报废，故升温过程应尽可能缓慢）。 （3） 打开塔顶冷凝器的冷却水，调节合适冷凝量，并关闭塔顶出料管路，使

整塔处于全回流状态。

（4） 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓

度XW，送色谱分析仪分析。 2． 部分回流

（1）在储料罐中配制一定浓度的乙醇水溶液（约10~20%）。

（2）待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量。 （3）控制塔顶回流和出料两转子流量计，调节回流比R(R=1~4)。 （4）当塔顶、塔内温度读数稳定后即可取样。 3．取样与分析

（1） 进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出。 （2） 塔板取样用注射器从所测定的塔板中缓缓抽出，取1ml左右注入事先洗

净烘干的针剂瓶中，并给该瓶盖标号以免出错，各个样品尽可能同时取样。

（3） 将样品进行色谱分析。 4．注意事项

（1）塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。

（2）料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过

低会使电加热丝露出干烧致坏。

五．实验报告

1．将塔顶、塔底温度和组成，以及各流量计读数等原始数据列表。 2．按全回流和部分回流分别用图解法计算理论板数。 3．计算全塔效率和单板效率。

4.分析并讨论实验过程中观察到的现象。 六．思考题

1. 测定全回流和部分回流总板效率与单板效率时各需测几个参数？取样位置在何处？

2．全回流时测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，如何求得xn* ，部分回流时，又如何求xn*？

43 / 69

3．在全回流时，测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，能否求出第n层塔板上的以气相组成变化表示的单板效率？ 4．查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值？ 5．若测得单板效率超过100%，作何解释？

6．试分析实验结果成功或失败的原因，提出改进意见。

44 / 69

实验七 填料吸收塔操作及体积吸收系数测定 一、实验目的

1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2．掌握总体积传质系数的测定方法； 3．了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。 二、基本原理

气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。 1． 计算公式

填料层高度Z为

ZLx1dx zdZHOLNOL 0xKxa2xx式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；

Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL 液相总传质单元高度，m； NOL 液相总传质单元数，无因次。 令：吸收因数A=L/mG

NOLymx21ln[(1A)1A] 1Ay1mx1

2． 测定方法

（1）空气流量和水流量的测定

本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

（2）测定填料层高度Z和塔径D；

（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2； （4）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成

y = mx

式中： m 相平衡常数，m=E/P； E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；

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P 总压，Pa，取1atm。 对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算

G(y1y2)L(x1x2)

可得x1 。 三、实验装置 1． 装置流程

1－液体出口阀2；2－风机；3－液体出口阀1；4－气体出口阀；5－出塔气体取样口；6－U型压差计；7－填料层；8－塔顶预分布器；9－进塔气体取样口；10－玻璃转子流量计（0.4~4m3/h）；11－混合气体进口阀1；12－混合气体进口阀

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2；13－孔板流量计；14－涡轮流量计；15－水箱；16－水泵

图5-1 吸收装置流程图

本实验装置流程：由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体混合罐，然后再进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。 2．主要设备

（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。

（2）填料规格和特性：金属丝网波纹规整填料：型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。

（3）转子流量计： 条 件 介质 常用流量 最小刻度 标定介质 标定条件 CO2 2L/min 0.2 L/min CO2 20℃ 1.0133×105Pa （4）空气风机：型号：旋涡式气机 （5）二氧化碳钢瓶； （6）气相色谱分析仪。

四、实验步骤与注意事项

1．实验步骤

1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；

（2）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水； （3）打开仪表电源开关及风机电源开关，进行仪表自检；

4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节玻璃转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节液体出口阀的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气）；

5）启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；

6）仔细调节风机旁路阀门的开度（并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）建议气体流量3－5 m3/h；液体流量0.6-0.8 m3/h；CO2流量2-3L/min。

7）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气体组成；

（8）实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）清理实验仪器和实验场地。 2．注意事项

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（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。

（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。 五、实验报告

1．将原始数据列表。

2．在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳解吸时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。

3．列出实验结果与计算示例。 六、思考题

1．本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？ 2．测定Kxa有什么工程意义？

3．为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？

4．当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？

表7-2 填料吸收塔传质能力和传质效率测定数据表 实验装置编号： 被吸收的气体混合物 吸收剂 填料种类 填料尺寸 填料比表面积 填料层高度 塔内径 塔截面积 实验序号 实验项目 流量计读数 mmH2O 空气流量 流量计处温度 ℃ 流量计处的体积流量 m3/h 流量计读数 m3/h 氨气流量 流量计处温度 ℃ 流量计处的体积流量 m3/h 流量计读数m3/h 水流量 流量m3/h 滴定用硫酸的浓度 mol/l 滴定用硫酸的体积ml 量气管内空气的总体积 ml 出口气体中溶质的摩尔比 48 / 69

量气管内空气的温度 ℃ 进料溶质在液相中的摩尔比 滴定用硫酸的浓度 mol/l 滴定用硫酸的体积ml 样品的体积 ml 塔底液相的温度 ℃ 相平衡 相平衡常数

表7-3 填料吸收塔传质能力和传质效率测定数据表 实验序号 试验项目 塔底气相浓度 kmol氨/kmol空气 塔顶气相浓度 kmol氨/kmol空气 塔底液相浓度 kmol氨/kmol空气 塔顶液相浓度 kmol氨/kmol空气 进料气体中溶质的摩尔比 kmol氨/kmol空气 平均浓度差 kmol氨/kmol空气 气相总传质单元数 气相总传质单元高度 m 空气的摩尔流量 kmol/h 气相总体操作吸收系数 kmol氨/(m3.h) 回收率 气相给出氨量 kmol氨/h 物料衡算(一) 液相得到氨量 kmol氨/h 气相给出氨量的相对误差 1 2 49 / 69

进塔氨量 kmol氨/h 物料衡算(二) 出塔氨量 kmol氨/h 进塔氨量的相对误差

50 / 69

实验八 洞道干燥速率曲线的测定

一、实验目的

1. 了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。 2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法。

3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平

衡含水量的实验分析方法。

4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响。 二、基本原理

在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时，被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中的被干燥物料的性质千变万化，因此对于大多数具体的被干燥物料而言，其干燥特性数据常常需要通过实验测定。

按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料，则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，再加上气流速度、与物料的接触方式不变，则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。

1. 干燥速率的定义

干燥速率的定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间内所除去的湿分质量。即

U (10－1)

式中，U－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；

A－干燥表面积，m2； W－汽化的湿分量，kg；  －干燥时间，s；

Gc－绝干物料的质量，kg；

X－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示X随干燥时间的增加

而减少。

2. 干燥速率的测定方法

将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量G，直到物料质量不变为止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水

*

分X。再将物料烘干后称重得到绝干物料重Gc，则物料中瞬间含水率X为

GdXdW CAdAd

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XGGc Gc（10－2）

计算出每一时刻的瞬间含水率X，然后将X对干燥时间作图，如图10－1，即为干燥曲线。

图10－1恒定干燥条件下的干燥曲线

上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同

X下的斜率

dX，再由式（10－1）计算得到干燥速率U，将U对X作图，就是d干燥速率曲线，如图10－2所示。

图10－2恒定干燥条件下的干燥速率曲线

3. 干燥过程分析

预热段 见图10－1、10－2中的AB段或AB’段。物料在预热段中，含水率

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略有下降，温度则升至湿球温度tW ,干燥速率可能呈上升趋势变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算中忽略不计，有些干燥过程甚至没有预热段。本实验中也没有预热段。

恒速干燥阶段 见图10－1、10－2中的BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图10－2中，BC段为水平线。

只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总有恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。

降速干燥阶段 随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现“干区”，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同、传质推动力也仍为湿度差，但以物料全部外表面计算的干燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，用Xc表示，对应图10－2中的C点，称为临界点。过C点以后，干燥速率逐渐降低至D点，C至D阶段称为降速第一阶段。

干燥到点D时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这层干燥层才能传递到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点D以后，物料中的非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直至到达点E时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。

降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有CD段；对于某些无孔性吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似DE段的曲线。

与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。 三、实验装置

1．装置流程

本装置流程如图10-3所示。空气由鼓风机送入电加热器，经加热后流入干燥室，加热干燥室料盘中的湿物料后，经排出管道通入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器转化为电信号，并由智能数显仪表记录下来（或通过固定间隔时间，读取该时刻的湿物料重量）。

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图10-3干燥装置流程图

1－风机； 2－管道； 3－进风口； 4－加热器； 5－厢式干燥器； 6－气流均布器； 7－称重传感器； 8－湿毛毡； 9－玻璃视镜门； 10，11，12－蝶阀 2．主要设备及仪器

（1）鼓风机：BYF7122,370W； （2）电加热器：额定功率4.5KW； （3）干燥室：180mm×180mm×1250mm； （4）干燥物料：湿毛毡或湿砂；

（5）称重传感器：CZ500型，0～300g。 四、实验步骤与注意事项

1．实验步骤

（1）放置托盘，开启总电源，开启风机电源。 （2）打开仪表电源开关，加热器通电加热，旋转加热按钮至适当加热电压（根

据实验室温和实验讲解时间长短）。在U型湿漏斗中加入一定水量，并关注干球温度，干燥室温度（干球温度）要求达到恒定温度（例如70℃）。 （3）将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。 （4）当干燥室温度恒定在70℃时, 将湿毛毡十分小心地放置于称重传感器上。

放置毛毡时应特别注意不能用力下压，因称重传感器的测量上限仅为300

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克，用力过大容易损坏称重传感器。

（5）记录时间和脱水量，每分钟记录一次重量数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。

（6）待毛毡恒重时，即为实验终了时，关闭仪表电源，注意保护称重传感器，

非常小心地取下毛毡。

（7）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。 2. 注意事项

（1）必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。

（2）特别注意传感器的负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，绝对

不能下压，以免损坏称重传感器。

（3）实验过程中，不要拍打、碰扣装置面板，以免引起料盘晃动，影响结果。 五、实验报告

1. 绘制干燥曲线（失水量~时间关系曲线）； 2. 根据干燥曲线作干燥速率曲线； 3. 读取物料的临界湿含量； 4. 对实验结果进行分析讨论。 六、思考题

1. 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？

2. 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么？控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么？

3. 为什么要先启动风机，再启动加热器？实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？如何判断实验已经结束？

4. 若加大热空气流量，干燥速率曲线有何变化？恒速干燥速率、临界湿含量又如何变化？为什么？

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附录一 相关系数检验表

n-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

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5% 0.997 0.950 0.878 0.811 0.754 0.707 0.668 0.632 0.602 0.578 0.553 0.532 0.514 0.497 0.482 1% 1.000 0.990 0.950 0.917 0.874 0.834 0.798 0.765 0.735 0.708 0.684 0.661 0.641 0.623 0.606 n-2 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 5% 0.468 0.458 0.444 0.433 0.423 0.413 0.404 0.396 0.383 0.381 0.374 0.367 0.361 0.355 0.349 1% 0.590 0.575 0.561 0.549 0.537 0.526 0.515 0.505 0.496 0.487 0.473 0.470 0.463 0.456 0.449 n-2 35 40 45 50 60 70 80 90 100 125 150 200 300 400 1000 5% 0.325 0.304 0.258 0.273 0.250 0.232 0.217 0.205 0.195 0.174 0.159 0.138 0.113 0.098 0.002 1% 0.418 0.393 0.372 0.354 0.325 0.302 0.283 0.267 0.254 0.228 0.208 0.181 0.143 0.128 0.081 附录二 F分布数值表

a=0.25

f2 f1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 60 ∞ 6.83 7.56 8.20 8.58 8.82 8.98 9.10 9.19 9.26 9.32 9.41 9.49 9.58 9.76 9.85 2.57 3.00 3.15 3.23 3.28 3.31 3.34 3.35 3.37 3.38 3.39 3.41 3.43 3.46 3.48 2.02 2.28 2.36 2.39 2.41 2.42 2.43 2.44 2.44 2.44 2.45 2.46 2.46 2.47 2.47 1.81 2.00 2.05 2.06 2.07 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 2.08 1.69 1.85 1.88 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.80 1.89 1.89 1.89 1.88 1.87 1.87 1.62 1.76 1.78 1.79 1.79 1.78 1.78 1.78 1.77 1.77 1.77 1.76 1.76 1.74 1.74 1.57 1.70 1.72 1.72 1.71 1.71 1.70 1.70 1.69 1.69 1.68 1.68 1.67 1.65 1.65 1.54 1.66 1.67 1.66 1.66 1.65 1.64 1.64 1.64 1.63 1.62 1.62 1.61 1.59 1.59 1.51 1.62 1.63 1.63 1.62 1.61 1.60 1.60 1.59 1.59 1.58 1.57 1.55 1.54 1.53 10 1.49 1.60 1.60 1.59 1.59 1.58 1.57 1.56 1.56 1.55 1.54 1.53 1.52 1.50 1.48 1.47 1.58 1.58 1.57 1.56 1.55 1.54 1.53 1.53 1.52 1.51 1.50 1.49 1.47 1.45 12 1.46 1.56 1.56 1.55 1.54 1.53 1.52 1.51 1.51 1.50 1.49 1.48 1.47 1.44 1.42 13 1.45 1.55 1.55 1.53 1.52 1.51 1.50 1.40 1.49 1.48 1.47 1.46 1.45 1.42 1.40 14 1.44 1.53 1.53 1.52 1.51 1.50 1.49 1.48 1.47 1.46 1.45 1.44 1.43 1.40 1.38 15 1.43 1.52 1.52 1.51 1.49 1.48 1.47 1.46 1.46 1.45 1.44 1.43 1.41 1.39 1.38 16 1.42 1.51 1.51 1.50 1.48 1.47 1.46 1.45 1.44 1.44 1.43 1.41 1.40 1.36 1.34 17 1.42 1.51 1.50 1.49 1.47 1.46 1.45 1.44 1.43 1.43 1.41 1.40 1.39 1.35 1.33 18 1.41 1.50 1.49 1.48 1.46 1.45 1.44 1.43 1.42 1.42 1.40 1.39 1.38 1.34 1.32 19 1.41 1.49 1.49 1.47 1.46 1.44 1.43 1.42 1.41 1.41 1.40 1.38 1.37 1.33 1.30 20 1.40 1.49 1.48 1.47 1.45 1.44 1.43 1.42 1.41 1.40 1.39 1.37 1.36 1.32 1.29 21 1.40 1.48 1.48 1.46 1.44 1.43 1.42 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.35 1.31 1.28 22 1.40 1.48 1.47 1.45 1.44 1.42 1.41 1.40 1.39 1.39 1.37 1.36 1.34 1.30 1.28 23 1.30 1.47 1.47 1.45 1.43 1.42 1.41 1.40 1.39 1.37 1.37 1.35 1.34 1.30 1.27 24 1.39 1.47 1.46 1.44 1.43 1.41 1.40 1.39 1.38 1.38 1.36 1.35 1.33 1.29 1.26 25 1.39 1.47 1.46 1.44 1.42 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.36 1.34 1.33 1.28 1.25 30 1.33 1.45 1.44 1.42 1.41 1.39 1.38 1.37 1.36 1.35 1.34 1.32 1.30 1.26 1.23 40 1.36 1.44 1.42 1.40 1.39 1.37 1.36 1.35 1.34 1.33 1.31 1.30 1.28 1.22 1.19 60 1.35 1.42 1.41 1.38 1.37 1.35 1.33 1.32 1.31 1.30 1.29 1.27 1.25 1.19 1.15 120 1.34 1.40 1.39 1.37 1.35 1.33 1.31 1.30 1.29 1.28 1.26 1.24 1.22 1.16 1.10 ∞ 1.32 1.39 1.37 1.35 1.33 1.31 1.29 1.28 1.27 1.25 1.24 1.22 1.19 1.12 1.00 57 / 69

a=0.10

f1 f2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 30 60 ∞ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20 60 ∞ 39.9 49.5 53.6 55.8 57.2 58.2 58.9 59.4 59.9 60.2 60.7 61.2 61.7 62.8 63.3 8.53 9.00 9.16 9.24 9.29 9.33 9.35 9.37 9.38 9.39 9.41 9.42 9.44 9.47 9.49 5.54 5.46 5.39 5.34 5.31 5.28 5.27 5.25 5.24 5.23 5.22 5.20 5.18 5.15 5.12 4.54 4.32 4.19 4.11 4.05 4.01 3.98 3.95 3.94 3.92 3.90 3.87 3.84 3.79 3.76 4.06 3.78 3.62 3.52 3.45 3.40 3.37 3.34 3.32 3.30 3.27 3.24 3.21 3.14 3.10 3.78 3.46 3.29 3.18 3.11 3.05 3.01 2.98 2.96 2.94 2.90 2.87 284 2.76 2.72 3.59 3.26 3.07 2.96 2.88 2.83 2.78 2.75 2.72 2.70 2.67 2.63 2.59 2.51 2.47 3.46 3.11 2.92 2.81 2.78 2.67 2.62 2.59 2.56 2.54 2.50 2.46 2.42 2.34 2.29 3.36 3.01 2.81 2.69 2.61 2.55 2.51 2.47 2.44 2.42 2.38 2.34 2.30 2.21 2.16 3.28 2.92 2.73 2.61 2.52 2.46 2.41 2.38 2.35 2.32 2.28 2.24 2.20 2.11 2.06 3.23 2.86 2.66 2.54 2.45 2.39 2.34 2.30 2.27 2.25 2.21 2.17 2.12 2.01 1.97 3.18 2.81 2.61 2.48 2.39 2.33 2.28 2.24 2.21 2.19 2.15 2.10 2.06 1.96 1.90 3.14 2.76 2.56 2.43 2.35 2.28 2.23 2.20 2.16 2.14 2.10 2.05 2.01 1.90 1.85 3.10 2.73 2.52 2.39 2.31 2.24 2.19 2.15 2.12 2.10 2.05 2.01 1.96 1.86 1.80 3.07 2.70 2.49 2.36 2.27 2.21 2.16 2.12 2.09 2.06 2.02 1.97 1.92 1.82 1.76 2.97 2.59 2.38 2.25 2.16 2.00 2.04 2.00 1.96 1.94 1.89 1.84 1.79 1.68 1.61 2.88 2.49 2.28 2.14 2.05 1.98 1.93 1.88 1.85 1.82 1.77 1.72 1.67 1.54 1.46 2.79 2.39 2.18 2.04 1.95 1.87 1.82 1.77 1.74 1.71 1.66 1.60 1.54 1.40 1.29 2.71 2.30 2.08 1.94 1.85 1.77 1.72 1.67 1.63 1.60 1.55 1.49 1.42 1.24 1.00 a=0.05 161.4 199.5 215.7 224.6 230.2 234 236.8 238.9 240.5 241.9 243.9 245.9 248 252.2 254.3 18.51 19.00 19.16 19.25 19.30 19.33 19.35 19.37 19.38 19.4 19.41 19.43 19.45 19.48 19.5 10.13 9.95 9.28 9.12 9.01 8.94 8.89 8.85 8.81 8.79 8.74 8.70 8.66 8.57 8.53 7.71 6.94 6.59 6.39 6.26 6.16 6.09 6.04 6.00 5.96 5.91 5.86 5.80 5.69 5.63 6.61 5.79 5.41 5.19 5.05 4.95 4.48 4.82 4.77 4.74 4.68 4.62 4.56 4.43 4.36 5.99 5.14 4.78 4.53 4.39 2.28 4.21 4.15 4.1 4.06 4.00 3.94 3.87 3.74 3.67 5.59 4.74 4.35 4.12 3.97 3.87 3.97 3.37 3.68 3.64 3.57 3.51 3.44 3.3 3.23 5.32 4.46 4.07 3.84 3.69 3.58 3.50 3.44 3.39 3.35 3.28 3.22 3.15 3.01 2.93 5.12 4.26 3.86 3.63 3.48 3.37 3.29 3.23 3.18 3.14 3.07 3.01 2.94 2.79 2.71 4.96 4.10 3.71 3.48 3.33 3.22 3.14 3.07 3.02 2.98 2.91 2.85 2.77 2.62 2.54 4.84 3.98 3.59 3.36 3.2 3.09 3.01 2.95 2.29 2.85 2.79 2.72 2.65 2.49 2.40 4.75 3.89 3.49 3.26 3.11 3.00 2.91 2.85 2.80 2.75 2.69 2.62 2.54 2.38 2.30 4.67 3.81 3.41 3.18 3.03 2.29 2.83 2.77 2.71 2.67 2.60 2.53 2.46 2.30 2.21 4.60 3.74 3.34 3.11 2.96 2.85 2.76 2.7 2.65 2.6 2.53 2.46 2.39 2.22 2.13 4.54 3.68 3.29 3.06 2.90 2.79 2.71 2.64 2.59 2.54 2.48 2.40 2.33 2.16 2.07 58 / 69

f1 f2 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 30 40 60 120 ∞ 1 1 4.49 4.45 4.41 4.38 4.35 4.32 4.30 4.28 4.25 4.24 4.17 4.08 4.00 3.92 3.84 2 3.36 3.59 3.55 3.52 3.49 3.47 3.44 3.42 3.40 3.39 3.52 3.23 3.15 3.07 3.00 3 3.24 3.2 3.16 3.13 3.1 3.07 3.05 3.03 3.01 2.99 2.92 2.84 2.76 2.68 2.60 4 3.01 2.96 2.93 2.9 2.87 2.84 2.82 2.80 2.78 2.76 2.69 2.61 2.53 2.45 2.37 5 2.85 2.81 2.77 2.74 2.71 2.68 2.66 2.64 2.62 2.60 2.55 2.45 2.37 2.29 2.21 6 7 8 9 10 12 2.42 2.38 2.34 2.31 2.28 2.25 2.25 2.20 2.18 2.16 2.09 2.00 1.92 1.83 1.75 15 2.35 2.31 2.27 2.23 2.2 2.18 2.15 2.13 2.11 2.08 2.01 1.92 1.84 1.75 1.67 20 2.28 2.23 2.19 2.16 2.12 2.10 2.07 2.05 2.03 2.01 1.93 1.84 1.75 1.66 1.57 60 2.11 2.06 2.02 1.98 1.95 1.92 1.89 1.86 1.84 1.82 1.74 1.64 1.53 1.43 1.32 ∞ 2.01 1.96 1.92 1.88 1.84 1.81 1.78 1.75 1.73 1.71 1.62 1.51 1.39 1.25 1.00 2.74 2.66 2.59 2.54 2.49 2.7 2.61 2.55 2.49 2.45 2.66 2.58 2.51 2.46 2.41 2.63 2.54 2.48 2.42 2.38 2.6 2.51 2.45 2.39 2.35 2.57 2.49 2.42 2.37 2.32 2.55 2.46 2.40 2.34 2.30 2.53 2.44 2.37 2.32 2.27 2.51 2.42 2.36 2.30 2.25 2.49 2.40 2.34 2.28 2.24 2.42 2.33 2.27 2.21 2.16 2.34 2.25 2.18 2.12 2.08 2.25 2.17 2.10 2.04 1.99 2.17 2.09 2.02 1.96 1.91 2.10 2.01 1.94 1.88 1.83 a=0.01 4052 4999 5403 5625 5764 5859 5928 5982 6022 6056 6106 6157 6209 6313 6366 99.36 99.37 99.39 99.40 99.42 99.43 99.45 99.48 99.50 2 98.50 99.00 99.17 99.25 99.30 99.33 27.67 27.49 27.35 27.23 27.05 26.87 26.69 26.32 26.13 3 34.12 30.82 29.46 28.71 28.24 27.91 14.98 14.80 14.66 14.55 14.37 14.20 14.02 13.65 13.46 4 21.20 18.00 16.69 15.98 15.52 15.21 10.46 10.29 10.16 10.05 9.89 9.72 9.55 9.20 9.02 5 16.26 13.27 12.06 11.39 10.97 10.67 6 13.75 10.92 9.78 9.15 8.75 8.47 8.26 8.1 7.98 7.87 7.72 7.56 7.4 7.06 6.88 7 12.25 9.55 8.45 7.85 7.46 7.19 6.99 6.84 6.72 6.62 6.47 6.31 6.16 5.82 5.65 8 11.26 8.65 7.59 7.01 6.63 6.37 6.18 6.03 5.91 5.81 5.67 5.52 5.36 5.03 4.86 9 10.56 8.02 6.99 6.42 6.06 5.8 5.61 5.47 5.35 5.26 5.11 4.96 4.81 4.48 4.31 10 10.04 7.56 6.55 5.99 5.64 5.39 5.2 5.06 4.94 4.85 4.71 4.56 4.41 4.08 3.91 11 9.65 7.21 6.22 5.67 5.32 5.07 4.89 4.74 4.63 4.54 4.40 4.25 4.10 4.78 3.60 12 9.33 6.93 5.95 5.41 5.06 4.82 4.64 4.50 4.39 4.30 4.16 4.01 3.86 3.54 3.36 13 9.07 6.70 5.74 5.21 4.86 4.62 4.44 4.30 4.19 3.10 3.96 3.82 3.66 3.34 3.17 14 8.86 6.51 5.56 5.04 4.69 4.46 4.28 4.14 4.03 3.94 3.8 3.66 3.51 3.18 3.00 15 8.68 6.36 5.42 4.89 4.56 4.32 4.14 4.00 3.89 3.8 3.67 3.52 3.37 3.05 2.87 16 8.53 6.23 5.29 4.77 4.44 4.2 4.03 3.89 3.78 3.69 3.55 3.41 3.26 2.93 2.75 17 8.40 6.11 5.18 4.67 4.34 4.10 3.93 3.79 3.68 3.59 3.46 3.31 3.16 2.83 2.65 18 8.29 6.01 5.09 4.58 4.25 4.01 3.84 3.71 3.60 3.51 3.37 3.23 3.08 2.75 2.57 19 8.18 5.93 5.01 4.5 4.17 3.94 3.77 3.63 3.52 3.43 3.30 3.15 3.00 2.67 2.49 20 8.10 5.85 4.94 4.43 4.1 3.87 3.7 3.56 3.46 3.37 3.23 3.09 2.94 2.61 2.42 59 / 69

21 8.02 5.78 4.87 4.37 4.04 3.81 3.64 3.51 3.40 3.31 3.17 3.03 2.88 2.55 2.36 22 7.95 5.72 4.82 4.31 3.99 3.76 3.59 3.45 3.35 3.26 3.12 2.98 2.83 2.50 2.31 23 7.88 5.66 4.76 4.26 3.94 3.71 3.54 3.41 3.30 3.21 3.07 2.93 2.78 2.45 2.26 24 7.82 5.61 4.72 4.22 3.90 3.67 3.50 3.36 3.26 3.17 3.03 2.89 2.74 2.4 2.21 25 7.77 5.57 4.68 4.18 3.86 3.63 3.46 3.32 3.22 3.13 2.99 2.85 2.70 2.36 2.17 30 7.56 5.39 4.51 4.02 3.70 3.47 3.30 3.17 3.07 2.98 2.84 2.70 2.55 2.21 2.01 40 7.31 5.18 4.31 3.83 3.51 3.29 3.12 2.99 2.89 2.80 2.68 2.52 2.37 2.02 1.80 60 7.08 4.98 4.13 3.65 3.34 3.12 2.95 2.82 2.72 2.63 2.50 2.35 2.20 1.84 1.60 120 6.85 4.76 3.95 3.48 3.17 2.96 2.79 2.68 2.56 2.47 2.34 2.21 2.03 1.66 1.38 ∞ 6.63 4.61 3.78 3.32 3.02 2.80 2.64 2.51 2.41 2.32 2.18 2.04 1.88 1.47 1.00

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附录三 阿贝折光仪的使用方法

1. 了解浓度——折光指数标定曲线的适用温度。

2. 看恒温槽触点温度计的触点是否在标定曲线的适用温度附近，若是，暂不要动

触点温度计。

3. 开动恒温槽，待恒温后，看折光仪测量室内的温度是否正好等于标定曲线的适

用温度。若否，则应当适当调节恒温槽的触点温度计。

4. 用折光仪测定无水乙醇的折光指数，看折光仪的“零点”是否正确。

5. 测定某物质（包括无水乙醇）的折光指数的步骤如下：

（1） 测量折光指数时，放置待测液体的薄片空间可称为：“样品室”。测量之前

应用镜头纸将样品室的上下磨砂玻璃表面擦拭干净，以免留有其他物质影响测定的精确度。

（2） 在样品室关闭且锁紧手柄的挂钩刚好挂上的状态下，用医用针筒将待测液

体从样品室侧面的小孔内注入样品室内，然后立即旋转样品室的锁紧手柄，将样品室锁紧（锁紧即可，不可用力过大）。

（3） 适当调节样品室下方和竖直大圆盘侧面的反光镜，使两镜筒内的视场明亮。 （4） 从目镜中可看到刻度的镜筒叫“读数镜筒”，另一个镜筒叫“望远镜筒”。

先估计一下样品折光指数数值的大致范围，后转动竖直大圆盘下方侧面的手轮，将刻度调至样品折光指数的附近。

（5） 转动目镜底部侧面的手轮，使望远镜筒视场中黑白色外无其它颜色；再转

动竖直大圆盘下方侧面的手轮，将视场中黑白分界线调至斜十字线的中心（如附图1所示）。

（6） 根据读得的折光指数ND和样品室处的温度 ，从浓度—折光指数标定曲线查

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改样品的质量分率。

6. 要注意保持折光仪的清洁，严禁油手或汗手触及光学零件，必要时可用干净的

镜头纸或脱脂棉轻轻的擦拭。如光学零件表面有油垢，可用脱脂棉蘸少许汽油轻擦干净。

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附录四 热电偶的工作原理

热电偶是一种广泛使用的测温元件，它的优点是结构简单、坚固耐用、使用方便、测温范围宽、测量精度高，便于远距离传送和集中检测。

一、 热电偶的测量原理

热电偶是根据热电效应制成的一种测温元件，热电效应是指在两根不同金属导线组成的闭合电路中，若导线两个接点的温度不同，就会有电流产生。如图所示：

产生电流的原因在于闭合电路两个连接点的两侧之间均有电位差。电位差的大小取决于两导体的材料和连接点的温度。当材料确定后两连接点温度不同时，电位差就不相等，电路中就会产生电动势。该电动势是热端点温度t和冷端点温度t0的复函数（不是温度差t-t0的函数），所以又称为热电势。在A、B两根不同导线组成的电路中，产生的热电势EAB(t0,t)，等于两端点处的电位差之差，即

工作端（热端） 自由端（冷端）

附图3 热电偶测温原理图

EABt0,teBAteBAt0

“热端”、“冷端”是一种习惯称呼，在“工业热电偶技术条件”中分别称为工作端和自由端。

二、 热电偶回路的基本定律 1.中间导体定律

在热电偶回路中任意处接入材质均匀的第三种金属导线，只要此导线的两端温度相等，则第三种导线接入不会影响热电偶的热电势。

根据中间导体定律，只要显示仪表和连接导线接入热电偶回路的两端温度相等，则它们对热电偶产生的热电势就没有影响。另外，热电偶的焊接点也相当于第三种金属，只要整个含点温度一致，也不会影响热电势大小。

2.中间温度定律

热电偶AB在接点温度t1，t3时的热电势等于热电偶在接点温度为t1，t2和t2，

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t3时的热电势的总和。

EABt1,t3EABt1,t2EABt2,t3

三、 热电偶冷端的温度补偿

由热电偶测温原理知，只有当热电偶的冷端温度保持不变时，测得的热电势才是被测温度的单值函数。但在实际应用时，由于热电偶的工作端（热端）与自由端（冷端）离得很近，且冷端又暴露于空间，易受到周围环境温度波动的影响，因而它的温度不能保持恒定。为使测温准确、可靠、现采用下述几种方法是冷端温度保持恒定。

1. 补偿导线法

用一种与热电偶有相同的热电性质、价廉的补偿导线将冷端延伸到恒定处或温度波动较小的地方（如控制室）。补偿导线面积的选择应据显示仪表的要求及连接距离来确定。

2. 冷端温度校正法

如果冷端温度高于0℃，但恒定于t0℃，则测得的热电势要小于该热电偶的分度值。此时，为求得真温度可用下式进行修正：

Et1,0Et,t0EABt0,0

3. 冷端恒温法

在实验室最常用的是冰浴法，使冷端温度保持为恒定0℃。通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后将试管放入装满冰水混合物的容器中，使冷端保持0℃。

4. 补偿电桥法

利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化。

上述四种方法中，补偿导线是最基本的，它常被单独或和其他三种方法中的任意一种或两种一起使用。

四、 热电偶的校正和使用注意事项

根据测量范围和对象选择或制作适当的热电偶。本室使用的热电偶主要是“铜—康铜”和“镍铬—考铜”热电偶。

1. 热电偶的校正

热电偶在使用前先要进行校正，校正热电偶时，将热电偶的冷端保持恒定0℃，将热端和标准温度计一起进入恒温水浴中，用标准温度计来测定热端的温度。分别测出不同温度下所对应的热电势毫伏数，作出E—t的对应曲线或关联式，称此曲线为校正曲线。有了校正曲线或关联式，便可用此热电偶来测定流体或固体壁面温度。以热电偶产生的热电势mV数值查得对应的温度t，便是被测温度。

2. 使用注意事项

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（1） 热电偶和仪表分度号必须一致。

（2） 热电偶插入被测介质中长度，不应小于热电偶保持套管外径的8~10

倍，且工作端与被测流体的流动方向相对。

（3） 为保护补偿导线不受外来机械损伤和由于外磁场而造成对电子显示仪

表的影响，补偿导线等应加屏蔽，并不得有曲折迂回等情况。

（4） 应注意热电极和大地之间有良好的绝缘，否则将有热电势的损耗，直

接影响测量结果的准确性；严重时，甚至会影响仪表的正常运行。

（5） 由于热电偶在使用一段时间后，热端受氧化、腐蚀和高温下热电偶材

料的再结晶，都会使热电特性发生变化。为保证测试准确度，热电偶应定期进行校验。

总之，在应用热电偶测温时，首先必须正确地选型，然后合理地安装与使用。同时还必须避免污染，并尽可能地设法消除各种外界影响，减小附加误差，以达到测温准确，简便和耐用等目的。

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234567891234567891附录五 双对数坐标纸

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