化工原理实验讲义

发布 2024-04-16 18:05:09 阅读 2079

化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室。

编写说明。近几年来,本实验室的实验装置中的大部分都进行了更新或改造。过去编写的实验讲义已经不能适应目前的状况,兄弟院校的相关实验教程也由于装置、内容、重点等方面的差异而有一定的局限。

所以有必要重新编写一本适用的实验讲义。这有助于提高实验教学质量,改善教学效果。

本实验讲义的大部分内容,曾经以补充讲义电子版的形式提供给2003和2004级两个年级的本科生700多名同学试用,取得了比较满意的效果。此次正式交付印刷,又增补了一些必要的基础知识,各个实验项目的思考题,以及选修实验项目的内容。第。

一、第二章由毋俊生执笔,其余章节由邓文生,康惠宝执笔,全书由刘文芳排版编辑。本次又根据2011年更换的设备,对流体阻力测定、干燥实验、雷诺实验部分进行了修订,并对其它部分的一些笔误进行了更正。虽然编者都具有较长期指导本实验课程的经历,但受知识结构、理解深度、认识水平等方面的局限,不当之处在所难免。

期望使用本讲义的老师和同学提出您的意见、建议和指正。

2007年7月编。

2012年4月修订。

目录。第 1 章化工基础实验技术 2

1.1 温度的测量 2

1.2 压力的测量 3

1.3 流量的测量 5

第 2 章实验数据分布及基本数据处理 9

2.1 实验数据的分布 9

2.2 实验数据的基本处理 9

2.3 实验报告的基本要求 10

第 3 章化工原理基本实验 12

3.1 流体流动阻力的测定 12

3.2 离心泵特性曲线的测定 16

3.3 对流传热系数的测定 20

3.4 填料塔压降曲线和吸收系数的测定 23

3.5 精馏塔效率的测定 28

3.6 干燥速率曲线的测定 32

3.7 扩散系数的测定 35

3.8 液—液萃取塔的操作 39

第 4 章演示实验 42

4.1 雷诺实验 42

4.2 机械能守恒与转换 45

4.3 边界层形成与分离 47

第 5 章化工流动过程综合实验 48

实用的膨胀式温度计有玻璃管液体温度计,双金属片温度计和压力表式温度计。

玻璃管液体温度计利用液体的体积与温度之间的关系,用毛细管内液体上升的高度来指示被测温度。一般测量范围在100℃~ 600℃。这种温度计结构简单,使用方便,测量精度较高(0.

1~2.5级)。工作液体多使用汞和酒精,封装时充入惰性气体,以防止液柱断开。

双金属片温度计制作成表盘指针形式。双金属片结合成一体,一端固定,另一端自由。由于不同金属的热膨胀系数的差异而产生弯曲变形,带动指针的位移。

一般测量范围在80℃ ~600℃。这种温度计结构简单,使用方便,但测量精度不高(1~2.5级)。

压力表式温度计的工作原理与机械式压力表相同。被封装在测温元件内的液体或气体,在定容条件下当温度变化时压力随着变化,带动与弹性元件相联接的指针的位移。一般测量范围在0℃~ 300℃。

这种温度计结构也比较简单,但测量精度不高(1~2.5级)。

电偶是由两种不同的导体在两端相联接组成的回路。两种导体之间的接触电势随温度的变化而变化,同一种导体的两端温度不同时也会产生温差电势。当组成电偶的两种导体一定时,回路中的电势由电偶两联接点的温度差决定,在电势与温度差之间建立起确定的关系。

用来测定温度差的电偶称作热电偶。在热电偶回路中接入测量电势的仪表就组成热电偶温度计。多数热电偶的电势与温度差之间成近似线性关系。

这种温度计一般测量范围在-200℃ ~1800℃,精度较高(0.5~1.0级)。

低温时也可使用,但精度较差。使用时稍微麻烦一点,需要提供一个冷端参考温度(恒温低温热源)以及测量电势的外加电路。这类温度计有的直接输出电压值,有的经过仪表换算(模数转换)输出摄氏温度值。

也可以把电压信号输出到其它模数转换接口(如微机接口)进行处理或显示。

利用导体或半导体的电阻值与温度之间的确定关系制作的温度计。它也需要外加电路来测量电阻。比如用标准电压源测电流或用标准电流源测电压。

但是不需要提供参考温度。这种温度计一般测量范围在200℃~ 650℃,精度较高(0.5~3.

0级)。低温测量精度高于热电偶温度计。与热电偶相比,测温元件体积较大,响应较慢,抗冲击性较差。

这类温度计一般经过仪表换算(模数转换)输出摄氏温度值。也可以把电压信号输出到其它模数转换接口(如微机接口)进行处理或显示。

非接触式温度计采用检测热辐射强度的方法,用来测量高温对象。又可区分为检测单色辐射或全辐射。由于在被测对象和检测元件之间的介质对辐射的吸收和反射的影响,会产生相应的测量误差。

测量精度的分级(1.0~1.5级)并不是很确切。

通常用来测量600℃ 以上的高温。

由温度计本身的特点所决定,需要对读数进行校正的主要是玻璃管液体温度计和热电偶温度计。

玻璃管液体温度计的刻度虽然有半浸入、全浸入和整体浸入三种标定方式,但最常见的是全浸入标定,即温度计浸入被测介质的深度正好与毛细管内的液位对齐。这样的条件在测量过程中往往难以满足,所以在对温度测量精度要求较高时,需要对温度计读数进行修正。按照温度计测量原理:

v = v0k(t - t011)

式中:v — 液体在温度为t时的体积,v0 — 温度为t0时的体积,k — 工作液体相对于玻璃的体积热膨胀系数(液体与玻璃的体积热膨胀系数之差)

若环境温度为t1,则温度计示值以下,被测介质界面以上暴露在环境中的那一段h1(图中标注为n)是处于环境温度t1。因为毛细管的直径是一定的,所以对于露出的这一部分,体积比也等于高度比,这时在温度计上读出的高度就包含了一个差值h,计算公式如下:

h = h1k(t1 - t) -h112)

用h对温度计读数进行修正,即从温度计读数减去这个值。h1由温度计的刻度读取,校正后的温度:

t* =t + h13)

为了提高精度,以上步骤可重复几次。

热电偶温度计需要提供低温端标准参考温度,一般都是取水的冰点(水和冰的混合物)0℃。这个条件满足时,不需要进行校正。对于不便于提供标准参考温度的场合,低温端温度即环境温度(或其他方便的设定温度)。

出厂时以标准温度标定的分度就需要进行校正。从道理上讲,如果所用热电偶的电势与温度差之间是严格的线性关系,则只需要把指示温度(或由所测电势计算得到的温度)加上冷端温度与(低温端标准参考温度)0℃之差,就能得到正确的测量温度。但是一般热电偶的电势与温差之间都不是严格的线性关系,因此就需要先查得所使用的热电偶冷端温度与0℃之差所对应的电势,把它加在测得的电势之上,然后再用这个电势的和查得所对应的温度。

这样的校正工作当然是必须知道所用热电偶的电势温差特性曲线。用公式来表示:

e(t,0) =e(t0,0) +e(t,t014)

即摄氏温度 t-0所对应的电势等于t0-0所对应的电势与 t-t0 所对应的电势之和。

笼统地说,首先要选择符合测量范围和测量精度的温度计。其次应保证温度计的热敏元件与被测介质有良好的接触。若使用接触式温度计测量固体壁面的温度则需要设置适当的结构,选择导热系数大、热稳定性好的液体作为媒介,在被测固体与测温包之间建立起热平衡。

玻璃温度计如果加了护套,则在被测介质与温度计之间达到热平衡就需要较长的时间。要持续观察一段时间,确信指示值已不再变化。使用配备标准冷端的热电偶温度计时,确保电极浸泡在冰水混合物中。

在使用玻璃水银温度计时应多加小心,万一破碎了要立即进行处理,用硫粉覆盖洒出的水银,并轻轻翻动以促进其反应。将反应后的硫化汞及剩余的硫粉**,交废药废液**站处理,以免污染环境,损害健康。

我们通常所说的压力是指压强,与英文中的pressure相对应。在化工领域一般都是指流体的压力。

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