化工原理实验实验报告.docx
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化工原理实验实验报告
篇一:
化工原理实验报告吸收实验
姓名
专业月实验内容吸收实验指导教师
一、实验名称:
吸收实验
二、实验目的:
1.学习填料塔的操作;
2.测定填料塔体积吸收系数kya.
三、实验原理:
对填料吸收塔的要求,既希望它的传质效率高,又希望它的压降低以省能耗。
但两者往往是矛盾的,故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。
(一)、空塔气速与填料层压降关系
气体通过填料层压降△p与填料特性及气、液流量大小等有关,常通过实验测定。
若以空塔气速uo[m/s]为横坐标,单位填料层压降?
p[mmh20/m]为纵坐标,在z
?
p~uo关系z双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。
当液体喷淋量l0=0时,可知
为一直线,其斜率约1.0—2,当喷淋量为l1时,?
p~uo为一折线,若喷淋量越大,z
?
p值较小时为恒持z折线位置越向左移动,图中l2>l1。
每条折线分为三个区段,
液区,?
p?
p?
p~uo关系曲线斜率与干塔的相同。
值为中间时叫截液区,~uo曲zzz
?
p值较大时叫液泛区,z线斜率大于2,持液区与截液区之间的转折点叫截点a。
姓名
专业月实验内容指导教师?
p~uo曲线斜率大于10,截液区与液泛区之间的转折点叫泛点b。
在液泛区塔已z
无法操作。
塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间,此时塔效率最高。
图2-2-7-1填料塔层的?
p~uo关系图z
图2-2-7-2吸收塔物料衡算
(二)、吸收系数与吸收效率
本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨,氨易溶于水,故此操作属气膜控制。
若气相中氨的浓度较小,则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律,吸收姓名
专业月实验内容指导教师平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。
其吸收速率方程可用下式表示:
na?
kya?
?
?
h?
?
ym
(1)式中:
na——被吸收的氨量[kmolnh3/h];
?
——塔的截面积[m2]
h——填料层高度[m]
?
ym——气相对数平均推动力
kya——气相体积吸收系数[kmolnh3/m3·h]
被吸收氨量的计算,对全塔进行物料衡算(见图2-2-7-2):
na?
v(y1?
y2)?
l(x1?
x2)
(2)式中:
v——空气的流量[kmol空气/h]
l——吸收剂(水)的流量[kmolh20/h]
y1——塔底气相浓度[kmolnh3/kmol空气]
y2——塔顶气相浓度[kmolnh3/kmol空气]
x1,x2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolnh3/kmolh20]
由式
(1)和式
(2)联解得:
kya?
v(y1?
y2)(3)?
?
h?
?
ym
为求得kya必须先求出y1、y2和?
ym之值。
1、y1值的计算:
y1?
0.98v01(4)v02
式中:
v01——氨气换算为标态下的流量[m3/h]
v02——空气换算为标态下的流量[m3/h]姓名
专业月实验内容指导教师
0.98——氨气中含纯nh3分数
对氨气:
v01?
v1t0p0?
02p1?
p2?
(5)?
01t1?
t2
式中:
v1——氯气流量计上的读数[m3/h]
t。
,p。
——标准状态下氨气的温度[k]和压强[mmhg]
t1,p1——氨气流量计上标明的温度[k]和压强[mmhg]
t2,p2——实验所用氨气的温度[k]和压强[mmhg]
?
0——标准状态下氨气的密度(=0.769kg/m3)
?
02——标准状态下空气的密度(=1.293kg/m3)
对空气:
v02?
v2t0p0p3?
p4(6)t3?
t4
式中:
v2——空气流量计读数[m3/h]
t。
,p。
——标准状态下空气的温度[k]和压强[mmhg]
t3,p3——空气流量计上标明的温度[k]和压强[mmhg]
t4,p4——实验所用空气的温度[k]和压强[mmhg]
y1也可用取样分析法确定(略)。
2、y2值分析计算
在吸收瓶内注入浓度为ns的h2so4vs[ml],把塔顶尾气通入吸收瓶中。
设从吸收瓶出口的空气体积为v4[ml]时瓶内h2so4vs即被nh3中和完毕,那么进入吸收瓶的nh3体积vo3可用下式计算:
v03?
22.1nsvs[ml](7)姓名
专业月实验内容指导教师通过吸收瓶空气化为标准状态体积为:
v04?
v4t0p5?
[ml](8)p0t5
式中:
v4——通过吸收瓶空气体积[ml],由湿式气量计读取
t。
,p。
——标准状态下空气的温度[k]和压强[mmhg]
t5,p5——通过吸收瓶后空气的温度[k]和压强[mmhg]
故塔顶气相浓度为:
y2?
v03(9)v04
3、塔底x1~y*1的确定
由式
(2)知:
x1?
x1?
v(y1?
y2)?
x2,若x2=0,则得:
lv(y1?
y2)(10)l
x1值亦可从塔底取氨水分析而得。
设取氨水vn`[ml],用浓度为ns`的h2so4来滴定,中和后用量为vs`[ml],则:
x1?
0.018ns`vs`(11)vn`
又根据亨利定律知,与塔底x1成平衡的气相浓度y1*为:
y1?
?
ex1(12)p
式中:
p——塔底操作压强绝对大气压(atm)
e——亨利系数大气压,可查下表取得:
篇二:
化工原理实验报告
实验报告
课程名称:
学院:
专业班:
姓名:
学号:
同组人员:
实验时间:
指导教师:
化工原理
生物与化学工程学院
制药专升本101
邵丽菁
310044003
张敏玲吴宁宇
2011年4月25日
诸爱士
一、实验课程名称:
化工原理
二、实验项目名称:
空气-蒸汽对流给热系数测定三、实验目的和要求:
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。
四、实验内容和原理
实验内容:
测定不同空气流量下进出口端的相关温度,计算?
,关联出相关系数。
实验原理:
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。
t
t
图4-1间壁式传热过程示意图
达到传热稳定时,有
q?
m1cp1?
t1?
t2?
?
m2cp2?
t2?
t1?
?
?
1a1?
t?
tw?
m?
?
2a2?
tw?
t?
m?
ka?
tm(4-1)
热流体与固体壁面的对数平均温差可由式(4—2)计算,
?
t?
t?
?
?
t2?
tw2?
(4-2)?
t?
tw?
m?
1w1
t1?
tw1ln
t2?
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,
?
t?
t?
?
?
t?
t?
?
tw?
t?
m?
w11w22(4-3)
t?
tlnw11
tw2?
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,
?
t?
t2?
?
?
t2?
t1?
(4-4)?
tm?
1
t?
t2ln1
t2?
t1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?
m2cp2?
t2?
t1?
a2tw?
tm
(4-5)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?
m2cp2?
t2?
t1?
a?
tm
(4-6)
实验测定m2、t1、t2、t1、t2、并查取t平均?
式计算得总给热系数k。
1.近似法求算对流给热系数?
2
1
?
t1?
t2?
下冷流体对应的cp2、换热面积a,即可由上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,
bd2dd2(4-7)11
?
?
rs2?
?
rs12?
k?
2?
dmd1?
1d1
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wm.k;而管外为蒸汽冷凝,冷凝给热系数?
1可达~10wm.k左右,因此冷凝传热热阻为清洁,因此换热管外侧的污垢热阻r
4
2
2
d2
可忽略,同时蒸汽冷凝较?
1d1
s1
d2也可忽略。
实验中的传热元件材料采用紫铜,导热系数为d1
383.8wm?
k,壁厚为2.5mm,因此换热管壁的导热热阻bd2可忽略。
若换热管内侧的污垢热阻rs2也
?
dm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.冷流体质量流量的测定
用孔板流量计测冷流体的流量,则,m2?
?
v(4-9)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。
3.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:
?
?
10?
5t2?
4.5?
10?
3t?
1.2916
(2)空气的比热与温度的关系式:
60℃以下cp=1005j/(kg?
℃),
70℃以上cp=1009j/(kg?
℃)。
(3)空气的导热系数与温度的关系式:
?
?
?
2?
10?
8t2?
8?
10?
5t?
0.0244(4)空气的黏度与温度的关系式:
?
?
(?
2?
10?
6t2?
5?
10?
3t?
1.7169)?
10?
5
五、主要仪器设备
1.实验装置实验装置如图4-1
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。
六、操作方法与实验步骤
(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。
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。
七、实验数据记录与处理
(下面计算都取第五个值作例子)
1、实验数据记录
项目
次序
1
23456水蒸气压强mpa0.080.080.080.080.08
0.08空气进口温度t1℃35.437.032.429.626.525.6空气出口温度t2℃73.274.873.373.774.677.0空气进口处蒸气温度t1℃101.4100.8100.7101.0100.9100.6空气出口处蒸气温度t2℃101.3
101.2101.0103.0101.2101.0空气流量vm3/h20.0
17.114.411.5
8.2
5.2
2、冷流体的物性等基本数据计算
(1)空气的密度与温度的关系式:
ρ=10-5t2-4.5×10-3t+1.2916
ρ=10-5×26.52-4.5×10-3×26.5+1.2916=1.1793kg/m3
(进口处空气温度密度)ρ=10-5×50.552-4.5×10-3×50.55+1.2916=1.0859kg/m3(定性温度下的空气密度)
(2)空气的比热与温度的关系式:
60℃以下cp=1005j/(kg?
℃),
70℃以上cp=1009j/(kg?
℃)。
定性温度=(t1+t2)÷2=(26.5+74.6)÷2=50.55,所以,取cp=1005j/(kg·℃)
(3)空气的导热系数与温度的关系式:
λ=-2×10-8t2+8×10-5t+0.0244λ=-2×10-8×26.52
+8×10-5×26.5+0.0244=0.02839w/(m·k)
(4)空气的黏度与温度的关系式:
μ=(-2×10-6t2+5×10-3t+1.7169)×10-5
μ=(-2×10-6×26.52+5×10-3×26.5+1.7169)×10-5=1.9645×10-5pa·s
(5)空气质量流量计算ms2=ρv=1.1793×20.0÷3600=2.6862×10-3kg/s
(6)空气流速计算u=v/πr2=8.2÷3600÷(3.14×0.0082)=11.3345m/s
计算结果在下表:
12345空气进口处密度ρkg/m31.14481.13881.15631.16721.1793空气质量流量ms2kg/s0.006360.00541
0.00463
0.003730.002696
1.18300.00171篇三:
化工原理实验传热实验报告
传热膜系数测定实验(第四组)
一、实验目的
1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径
3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法
二、实验内容
1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1
2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’
3、回归α1和α1’联式nu?
a?
rea?
pr0.4中的参数a、a*4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失
二、实验原理
间壁式传热过程是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三个传热过程所组成。
由于过程复杂,影响因素多,机理不清楚,所以采用量纲分析法来确定给热系数。
1)寻找影响因素
物性:
ρ,μ,λ,cp设备特征尺寸:
l操作:
u,βgδt则:
α=f(ρ,μ,λ,cp,l,u,βgδt)2)量纲分析
-3-1-1-3-12-2-1-1
ρ[ml],μ[mlt],λ[mltq],cp[ltq],l[l],u[lt],
-2-3-1
βgδt[lt],α[mtq]]
3)选基本变量(独立,含m,l,t,q-热力学温度)ρ,l,μ,λ4)无量纲化非基本变量
α:
nu=αl/λu:
re=ρlu/μcp:
pr=cpμ/λβgδt:
gr=βgδtl3ρ2/μ25)原函数无量纲化
?
lucp?
?
g?
tl3?
2?
?
l?
f?
?
?
,
?
?
?
?
?
?
2
?
?
6)实验
nu=areaprbgrc
强制对流圆管内表面加热:
nu=areapr0.4圆管传热基本方程:
(t?
t2)?
(t2?
t1)
?
k1?
a1?
?
tmq?
k1?
a11
t1?
t2ln
t2?
t1热量衡算方程:
q?
qm1cp1(t1?
t2)?
qm2cp3(t2?
t1)
圆管传热牛顿冷却定律:
(t?
t1)?
(tw1?
t2)(t?
tw1)?
(t2?
tw2)
q?
?
1?
a1w2?
?
2?
a21
tw2?
t1t1?
tw1lnlntw1?
t2t2?
tw2圆筒壁传导热流量:
q?
?
?
?
a2?
a1
ln(a2/a1)ln[tw2?
tw2)/(tw1?
tw1)]
?
(tw2?
tw2)?
(tw1?
tw1)
0.54
空气流量由孔板流量测量:
qv?
26.2?
?
p[m3h-1,kpa]
空气的定性温度:
t=(t1+t2)/2[℃]三、实验流程
1、蒸汽发生器2、蒸汽管3、补水漏斗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、压力传感器11、孔板流量计12、空气管13、风机
图1、传热实验流程
套管换热器内管为φ27×3.5mm黄铜管,长1.25m,走冷空气,外管为耐高温玻璃管,壳程走100℃的热蒸汽。
进、出口温度由铂电阻(pt100)测量,使用时测温点位于管道中心。
壁温1、壁温2由热电偶测量,测温点通过锡焊嵌入管壁中心,测量值为壁中心温度。
蒸汽发生器加热功率为1.5kw,变频器为西门子420型,风机为xgb型旋涡气泵,最大静风压17kpa,最大流量100m3/h。
此外,还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。
四、实验操作
1、检查蒸汽发生器中的水位,约占液位计高度4/5左右,如不够需加水;
2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮,开仪表开关,等待20分钟套管间充满水蒸汽;3、约到15分钟时,观察壁温1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况;4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时,全开流量调节阀,用鼠标点击上图中绿色按钮启动风机预热设备5分钟;
5、通过计算机间隔3~4hz调节频率10→50→10hz,每个点稳定约1.5分钟记录数据,注意随时查看结果,调整布点及发现错误等;
6、加入静态混合器进行强化传热实验,先将出口温度计拔出,旋转放入混合器,再将温度计放回中心位置。
调节频率10→50hz,孔板压降最小值大于0.1kpa;7、测完数据关风机,2分钟后,检查壁温100℃基点偏差;
8、关闭加热器,与6步相同取出静态混合器放好,检查液位加水,关闭计算机。
五、实验数据
表1选择上行数据空气普通对流给热系数表(l=1.25,d=0.020m),100℃基点=99.9℃
2空气强化对流给热系数表(加入混合器),100℃基点=99.9℃
六、实验结果作图及分析数据处理:
已知公式:
?
?
0.7063?
2?
10?
4t?
kg/m3?
?
(1.71?
0.005t)?
10?
5pa?
s
?
?
(2.4513?
0.0074t)?
10?
2?
w/(m?
k)pr?
0.7063?
2?
10?
4tcp?
1.005kj?
(kg?
k)
以表1中第一组数据为例:
(99.65?
31.2)?
(99.65?
61.7)(t?
t)?
(tw?
t2)
△tm=w1℃=?
501.09℃
(tw?
t1)(99.65?
31.7)lnln(tw?
t2)(99.65?
61.7)
vs?
26.2?
p
0.54
?
1
?
26.2?
4.27
0.54
?
57.38m?
h
3?
1
?
558.63j?
s
-1
q?
?
vscp(t2?
t1)/3600?
1.1072?
57.38?
1005?
(61.7-31.2)/3600
?
?
qa?
tm
?
558.63
3.14?
0.02?
1.25?
51.09
?
99.53
?
139.28w?
m
-2
?
k
?
1
nu?
?
d?
du?
?
139.28?
0.02
0.0280
re?
?
?
?
4qm
?
d?
?
4?
vs3600?
d?
?
4?
1.1072?
57.38
3600?
3.14?
0.02?
1.94?
10
-5
?
57793.99
nup
0.4
r
99.530.697
0.4
?
115.00
pr?
0.7063?
2?
10
?
4
t=0.7063-2?
10
-4
*46.95=0.697
由公式lg
nupr
0.4
0.4
?
lga?
mlgre可知,分别对nu/pr和re取对数,并作图所作出的直
线的斜率即为m;截距即为lga.。
普通由图可知:
m=0.73,lga=-1.89,进而得出a=0.013。
因此得出关联结果为:
nu?
0.013re
强化后
0.73
pr
0.4
,继而得出传热膜系数?
?
0.013
?
?
dud(
?
)
0.76
(
cp?
?
)
0.4
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