化工原理实验讲义
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（如位置高低、管径大小），它们便会自行转化。如果是理想流体，因其不存在因摩擦和碰撞而产生机械能损失，在不输入外功的情况下，流体在稳定流动中流过各截面上的机械能的总和是相等的。
对实际流体来说，因为存在内摩擦，流动过程中有一部分机械能因摩擦和碰撞转化为热能而损失，在不输入外功的情况下，两截面间机械能的差即为摩擦损失。
流体机械能可用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能的流体高度称为“压头”。表示位能的为位压头；表示动能的称为动压头（或速度头）；表示压强能（或静压能）的称为静压头（或压头）；已损失的机械能称为压头损失。
当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直进，测压管内液柱高度（从测压孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几何高度决定。
当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液体高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映该点水流动能的大小。这时测压管内液体总高度则为静压头与动压头之和。
任何两上截面位压头、动压头、静压头三者总和之差即为损失压头，它表示为液体流经这两个截面之间时机械能的损失。
三、实验装置
实验装置如图1所示。
四、思考题
1．关闭A阀，各测压管旋转时，液位高度H有无变化？这一现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？
2．当测压孔正对水流方向时，各测压管的位高度H的物理意义是什么？
3．开动水泵，开阀A至一定开度，将测压孔转到正对水流方向时，观察各测压管的高度H1，为什么H>H1（对同一点面言）？为什么距离水槽越远，（H－H1）的差值越大？其物理意义是什么？
4．测压孔正对水流方向，开大阀A，流速增大，动压头增大，为什么测压管液位反而下降？
5．将测压孔正对水流方向，转至与水流方向垂直，为什么各测压管的液位下降？下降的液位代表什么压头？
实验三 流体流动阻力的测定
一、实验目的
1．掌握流体流经直管和管件时，阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律；
2．测定直管摩擦系数
与雷诺准数Re的关系，将所得的
～Re方程与公认经验关系式比较；
3．测定阀门的阻力系数
；
4.了解阀门开度对管路压力的影响。
二、实验意义及原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪切力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定机械能。这部分机械能是不能自发地转换成其它机械能形式，或者说在机械能中“永久”消失了，故在利用柏努利方程解决工程中流体输送及与流动有关问题时，不可避免地必须将阻力损失项计算出来。管路通常由直管和管件（如三通、肘管及弯头等）、阀件组成。流体在直管内流动造成的机械能损失称为直管阻力，而通过管件、阀件等局部障碍时，因流道截面的方向与大小发生变化而造成的机械能损失称为局部阻力。
1.直管阻力测定原理：
研究湍流的直管阻力时采用了实验研究法，通过因次分析法规划实验，将物性、流动条件及管道各种几何尺寸等众多因素归纳为：
（3-1）
转换成直管阻力计算式为：
（3-2）
式中：
——直管阻力损失，J/kg；
——直管长度，m；
——直管内径，ｍ；
——流体的速度，m/s；
——摩擦系数。
在内径为d，长度为l的水平直管两端列柏努利方程：
（3-3）
∴
（3-4）
式中：
——两截面的压强差，Pa；
—— 流体的密度，kg/m3
又根据直管阻力计算式：
（3-5）
可得：
（3-6）
∴
（3-7）
又
（3-8）
且
（3-9）
所以，要测定
与Re关系，则只需测出管子的d、l，根据操作温度查出介质的ρ、μ，利用流量计和压差计测出各体积流量
及对应的△p，便可确定对应的
与Re。
2．局部阻力系数（测定阀门的
）
根据
（3-10）
∴
（3-11）
式中：
——阀门前后两截面的压强差，Pa
利用压差计和流量计，只需测出阀门前后的△p及
，便可确定
。
三、思考题
1.测定流体阻力的意义？
2.为确定
与Re的函数关系需测定哪能些数据？宜选用什么仪器仪表来测定，如何处理数据?
3.以水做介质所测得的
～Re的关系曲线能否用于其他流体？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
～Re数据能否关联在同一条曲线上?
5.为保证测量结果在层流或湍流，流体的流量应控制在什么范围？应从大流量做起还是从小流量做起？为什么？
6.测出的直管摩擦阻力与设备的放置状态（如倾斜或竖直）有关吗？为什么？
7.阀门前后压力表的读数随其开度如何变化，为什么？
实验四 流量计校核实验
一、实验目的
1．熟悉孔板和文丘里流量计（均属节流式流量计）的构造，安装及使用方法；
2．标定孔板或文丘里流量计的流量(qv或qm)与压差计读数△p的关系曲线——流量标定曲线；
3．测定孔板（或文丘里）流量计的流量系数Co并了解Co的变化规律。
二、实验意义及原理
化工生产及科学实验过程中，经常检测过程中各种介质的流量，以便生产过程的管理及控制。流量测量的方法和仪器很多，目前常用的流量测量仪有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计和湿式流量计等。本实验利用的节流试流量计大多在出厂时厂家通过实验为用户提供流量曲线，但有时用户遗失了厂家的流量曲线，或被测流体的密度与厂家标定所用的流体密度相差很大，或自制非标准流量计时，均需对流量计进行标定。
差压式流量计是节流元件与差压计相连构成。根据柏努利方程，当流体通过节流口时，由于流道截面的变化，造成流速改变，从而在流量计的上、下游测压口之间会产生压差，该压差△p与流量的关系为：
（4-1）
或
（4-2）
式中：qm(qv)——质量（体积）流量，
（
）；
△p——流量计上、下游的压差，Pa；
A0——节流元件的截面积，m2；
ρ——介质的密度，
；
C0——流量系数
1．标定流量曲线
通过计量筒电子称和记时器可测量去流体的重量及对应的时间，从而测取其质量流量qm，同时又通过压差计读出对应的上、下游压差值△p；这样根据若干个实验点的qm与△p值，便可绘制流量标定曲线qm～△p。
2．确定流量系数Co
根据以上流量计的计算式
（4-3）
由于差压流量计节流元件的截面A0是不变的，加之介质水的密度不变。由上述流量曲线标定实验中各流量qm与压差△p之值，便可计算出对应的流量系数C0值。
又由于雷诺数
（4-4）
其中管径d1为输送管道内径；ρ，μ为水的密度与粘度。流速u1可用下式计算：
（4-5）
故可将流量系数C0与对雷诺数Re的关系标绘在单对数坐标上，便可得到C0与Re的关系曲线，从而可了解流量的变化规律。
三、思考题
1．节流式流量计是否可直接读出流量？其通过什么量来确定流量的？其依据是什么？
2．孔板流量计及文丘里流量计安装时应注意什么问题？
3．根据不同的测压计，流量标定曲线是否可用其它的量来表示？试举例。
4．流量系数Co随Re的变化规律？
5．可通过与其它组同学实验的结果比较，说明孔板流量计与文丘里流量计的流量系数的差异？产生差异的主要原因是什么？
6．孔板流量计（或文丘里流量计）与转子流量计的区别？
实验五 离心泵特性曲线的测定
一、实验目的
1．了解离心泵的工作原理、结构和性能，熟悉离心泵的操作；
2．测定并绘制离心泵在一定转速下的特性曲线。
二、实验意义及原理
离心泵特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。离心泵的特性曲线包括扬程～流量（He～qv）、轴功率～流量（Pa～qv）及效率～流量（η～qv）曲线。
1．He～qv曲线：
在离心泵前后装有真空表及压力表，列出真空表与压力表间的柏努利方程：
（5-1）
可测出真空表与压力表的垂直距离：
（5-2）
又
（5-3）
当离心泵的吸入与排出管直径不变时，u1＝u2；因为压力表与真空表间管道很短，故
可忽略。
∴
（5-4）
改变出口阀门开度，即qv改变（利用流量计显示值，并转换成流量），便可确定对应的H～qv关系。
2．Pa～qv曲线
在离心泵的轴上安装测功率的仪表，该实验装置中用功率表测出电机功率，取轴功率为电机功率的60%，则可测出不同qv时对应之Pa，作出Pa～qv曲线。
3．
～qv曲线
根据有效功率计算式：
（5-5）
及效率计算式：
（5-6）
由前面所测出的qv、He、Pa，则可计算出对应
，找出
与qv对应关系。
三、思考题
1．试从实验结果分析说明为什么要先关闭出口阀后启动泵？
2．当改变出口阀门开度时，离心泵吸入口的真空表读数及出口压力表的读数有何变化?规律如何?
3．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，试分析其原因？
4．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？
5．能否用吸入管路上的阀门调节离心泵的流量？为什么？
为什么要在一定转速的条件下测量泵的特性曲线?
6．在一定转速下测定离心泵的特性参数及特性曲线有何实际意义？
7．测定出的离心泵特性曲线中，He、
及Pa随qv的变化规律?
8．测定离心泵特性曲线时，能否将压力表装在出口阀门之后，为什么？
9．可否利用该实验装置测定该管路特性曲线？如何测定？
实验六 恒压过滤常数的测定
一、 实验目的
1．了解过滤机的构造，流程和操作原理，掌握过滤的操作方法；
2．测定不同压力和温度下的恒压过滤常数K，qe和τe，并以实验所得结果验证过滤方程式；
3．通过对过滤常数的测定，比较压力和温度的影响。
二、实验意义及原理
恒压过滤是生产中常采用的过滤方式。在过滤计算中，必须进行过滤实验测取过滤常数，为过滤介质和过滤设备的选型提供依据。
根据恒压过滤方程式：
（6-1）
（6-2）
其中：K——物料特性及过滤压强差所决定的常数，m2/s；
qe——单位过滤面积的虚拟滤液体积，m3/m2；
τe——与qe对应的过滤时间，s。
对（6-1）式两边微分得：
（6-3）
所以
（6-4）
可见
～
为线性关系，其斜率为
,截距为
。
实验中以增量比
取代导数
，测出一系列时刻
的累积滤液体积V，并由此得出一系列的
值，以及与之相对应的
和
之值，便可作出
~
的直线。由该直线的斜率
计算出
，又由该直线的截距
，计算出
，同时可由式（6-2）计算出
。其中
值应取相邻两次
之平均值,即
。
三、思考题
1．实验测定过滤常数的意义何在？
2．为什么过滤开始时，滤液常常有一点混浊，过段时间才能澄清？
3．实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？
4．△q取大些好还是取小些好？同一次实验，△q值不同，所得出K值及qe值会不会不同？
5．滤浆浓度和过滤压强对K值有何影响?
6．过滤压强增加一倍后，在同一过滤时间里，得到同一滤液量所需的时间是否也减少一半?
7．影响过滤速率的因素有哪些?
8．恒压过滤时，增加过滤速率的措施有哪有？
9．操作压强增加一倍时，K值是否也增加一倍？
10．
为过滤介质常数，其反映过滤介质的阻力，是否不论何种物料，只要采同一过滤介质，则其
值不变？
实验七 传热实验
（Ⅰ）空气-水列管换热器
一、实验目的
1．测定列管式换热器空气-水系统的总传热系数K；
2．了解列管换热器的结构
二、基本原理
传热过程计算主要有两类：一类是设计计算，即根据生产要求的热负荷，确定换热器的传热面积；另一类是校检计算，即计算给定换热器的传热量，流体的流量或温度等。两者都是以换热器的热量衡算和传热速率方程为计算基础。
根据总传热速率方程：
（7-1）
有：
（7-2）
实验时，若能测定或确定Q、Δtm和A，则可测定K。
（1）Q
本实验是测定流过管程的热空气加热流过壳程的空气时的传热系数K。在不考虑热损失的条件下，有
（7-3）
式中：
——空气的质量流量，kg/s；
——水的质量流量，kg/s；
——空气的平均比热，J/(kg·K)；
——水的平均比热，J/(kg·K)；
——水的进、出口温度，℃
——空气的进、出口温度，℃
由于水的比热较大，水的进出口温度变化很小，所以一般按热流体来计算Q，即
（7-4）
其中cph可根据定性温度Tm查得，
为空气进出口平均温度； 空气质量流量
可根据空气的体积流量求得。注意，由转子流量计读得的体积流量应转换成操作温度时的实际流量，转换公式如下：
（7-5）
式中：
——分别为标定空气、操作条件下空气的体积体流量，
；
——分别为标定空气、操作条件下空气的密度，
。
其中操作条件下空气的温度为进转子流量计的空气温度。
（2）Δtm
由于在列管换热器中，冷热流体不是严格的并流或逆流，所以应按下式计算Δtm：
（7-6）
式中：
——温度校正系数。
（3）A
三、思考题
1．转子流量计的刻度为什么要校核，试证明公式（7-5）；
2．本实验中，影响总传热系数K大小的因素有哪些？起主导作用的又为哪些？？
3．本实验中，进一步提高冷却水的流量，能否有效强化传热，为什么？
4．实验开始时，应先开空气加热器电源还是先开空气气源？为什么？
5．如何判定传热过程已达到稳定状态？
6．分析说明总传热系数K接近哪一侧流体的对流传热系数？
7．本实验中，可采取哪些强化传热的措施？
（Ⅱ）蒸汽-空气套管换热器
一、实验目的
1．测定套管换热器的总传热系数K；
2．了解套管换热器的结构。
二、基本原理
根据总传热速率方程：
（7-7）
有：
（7-8）
实验时，若能测定或确定Q、Δtm和A，则可测定K。
（1）Q
本实验是测定流过套管环隙的蒸汽加热流过内管的空气时的传热系数K。在不考虑热损失的条件下，则
（7-9）
式中：
——蒸汽的质量流量，kg/s；
——空气的质量流量，kg/s；
r——蒸汽冷凝潜热，J/kg；
——空气的平均比热，J/(kg·K)；
——空气的进、出口温度，℃
cpc可根据定性温度tm查得，
为冷流体进出口平均温度。
空气质量流量
可由空气的体积流量
换算而来。在实验中，利用孔板流量计测量标准状态时空气的体积流量
，计算式如下：
（7-10）
式中：
——孔板流量计两端压差，kPa；
由于被测管段内温度的变化，还需对体积流量进行进一步的校正：
（7-11）
所以有
（7-12）
（2）Δtm
（7-13）
式中：T——蒸汽温度，℃
（3）传热面积A
（7-14）
式中：d——内管管外径，m；
L——传热管测量段的实际长度，m。
实验装置的有关结构参数如表4-1所示。
表7-1 实验装置结构参数
实验内管内径di（mm） |
20.00 |
实验内管外径do（mm） |
22.0 |
实验外管内径Di（mm） |
50 |
实验外管外径Do（mm） |
57.0 |
测量段（紫铜内管）长度L（m） |
1.00 |
强化内管内插物 （螺旋线圈）尺寸 |
丝径h（mm） |
1 |
节距H（mm） |
40 |
加热釜 |
操作电压 |
≤200伏 |
操作电流 |
≤10安 |
|
|
|
|
三、思考题
1．在蒸汽冷凝时，若存在不凝性气体，你认为将会对实验结果有什么影响？应该采取什么措施？
2．本实验中所测定的壁面温度是靠近蒸汽侧的温度，还是接近空气侧的温度？为什么？
3．本实验中空气和蒸汽的流向对传热效果有无影响？需要考虑它们的相对流动方向吗？
4．环隙间饱和蒸汽的压强如果发生变化，对测量结果是否会发生影响？
5．影响总传热系数K的因素有哪些？起主导作用的又为哪些？
6．分析说明总传热系数K接近哪一侧流体的对流传热系数？
7．本实验中，可采取哪些强化传热的措施？
实验八 精馏实验
一、实验目的
1．了解精馏装置的基本流程组成及筛板、浮阀精馏塔的结构，熟悉精馏操作方法；
2．观察塔内塔板上汽、液两相的流动状况；
3．测定全回流条件下全塔效率。
二、实验意义及原理
精馏是利用液体混合物中各组分的挥发度不同而使之分离的重要化工单元操作，在化工生产中应用十分广泛。
精馏过程是在精馏塔内进行的，根据精馏塔内构件不同，可将精馏塔分为板式塔和填料塔两大类，前者称为级式接触传质设备，后者称为微分式接触传质设备。
塔板是板式精馏塔的主要构件，是汽、液两相接触实现传质、传热的重要场所。通过塔底的再沸器对塔釜液体加热使之汽化，上升的蒸汽穿过塔板上的孔道和板上的液体接触进行传质传热，塔顶的蒸汽经冷凝器冷凝后，部分作为塔顶产品，部分冷凝液作为回流返回塔内。来自塔顶的液体自上而下经过降液管流至下层塔板口，再横向经过整个塔板，漫过溢流堰，经另一侧的降液管流下。汽、液两相在塔内整体呈逆流，板上呈错流，这是板式塔内汽、液两相的流动特征。一个好的塔板，总希望其处理能力大，效率高，阻力小，结构简单。工业上常用的塔板有筛板、浮阀塔板、泡罩塔板等。
塔板效率是精馏塔设计的重要参之一，有关塔板效率的定义有点效率、Murphree效率、湿板效率和全塔效率。影响塔板效率的因素很多，如塔板结构、汽液相流量、接触状况以及物性等诸多因素都对塔板效率有不可忽视的影响。迄今为止，板效率的计算问题尚未得到很好的解决，一般还是通过实验的方法测定。工程上有实际意义的是在全回流条件下测定全塔效率。
研究精馏原理过程中，采用数学模型法，先按每块塔板均能达到最大分离程度的理论塔板考虑，求出所需理论塔板数
，再通过实验测出反映理论塔板与实际塔板差异的塔板效率
，转换成所需实际塔板数
。
（8-1）
对一已知混合液，由实验中测得稳定条件下塔顶馏出液浓度
及塔底釜液浓度
，即可根据物系的相平衡关系，通过图解法或逐板计算法，求取
（不包括蒸馏釜），再根据设备的实际塔板数
计算
。
三、思考题
1．如何判断塔的操作已达到稳定？影响精馏操作稳定的因素有哪些？
2．在正常操作时，影响精馏塔全塔效率的因素有哪些？
3．全回流的特征有哪些？
4．回流量大小受哪些因素的影响？回流量大小对全塔效率有无影响？为什么？
5．进料量对塔板层数有无影响，为什么？
6．回流温度对塔的操作有何影响？
7．板式塔有哪些不正常操作状况，如何处理？
实验九 吸收实验
（Ⅰ）吸收与解吸实验
一、实验目的
1．熟悉填料塔的构造与操作；
2．测定总传质系数
，并分析影响因素。
二、实验意义及原理
吸收系数
如同传热计算中传热系数一样，对吸收计算起着至关重要的作用。若无准确可靠的吸收系数数据，则无法进行吸收计算。
传质过程影响因素十分复杂，对不同物系，不同设备如不同填料类型和尺寸以及不同流动状况与操作条件，吸收系数均不相同。实验测定是获得吸收系数的根本途径。
本实验测定富氧水在解吸塔中总传质系数
。
因为
难溶于水，所以富氧水浓度很小，可认为平衡关系符合亨利定律，且传质阻力几乎全部集中在液膜中，即
，属液膜控制。
根据：
（9-1）
∴
（9-2）
其中：
（9-3）
（9-4）
可见只需由流量计、溶氧仪、测出L及进出塔浓度
、
，再根据填料塔的填料层高度Z和塔径D，计算出
，便可确定
。
说明：
（1）因为
在水中溶解度很小，操作线为一水平线。
（2）气液相浓度可采用摩尔分率。
实验中两个水样的氧浓度由9079型测氧仪测得。
三、思考题
1．吸收与解吸过程的区别是什么？可否通过解吸实验测定吸收系数
，为什么？
2．通过实验数据分析，水吸收
为液膜控制还是气膜控制？
3．试分析液泛对分离效果的影响？
4．试分析影响总传质系数
的因素有哪些？
5．简述本装置氧气流量计的使用要点？
（Ⅱ）丙酮吸收实验
一、实验目的
1． 填料塔的结构与操作
2． 测定总传质系数
，并分析影响因素
二、实验意义及原理
填料吸收主要用于气体净化、原料气的分离和尾气回收等，是重要的化工单元操作之一。总传质系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，对于吸收计算是必须的。影响总传质系数的因素十分复杂，迄今还没有通用的计算方法，通过实验测定是获得总传质系数的最佳途径。
本实验采用的是丙酮－空气－水物系，丙酮在水中溶解度较大，故传质阻力主要集中在气膜中。由于在实验中将丙酮控制在较低浓度，因此可认为气－液平衡关系服从亨利定律。又由于系统在常压下操作，因此相平衡常数仅受温度影响。
根据
（9-7）
可知
（9-8）
其中
（9-9）
可见，由流量计读出气相流量
，并测定气液进出口浓度
，
，
，
，再根据填料塔的填料层高度
和塔径
(可导出塔截面积
)，可确定
。
本实验装置可直接显示填料塔气液进出口温度，据此确定系统工作温度，根据表9-1可插值查得相平衡常数。
气液进出口样品浓度采用HW－2000色谱工作站测定。
二、思考题
1．吸收与解吸过程的区别是什么？可否通过解吸实验测定吸收系数
，为什么？
2．试分析影响总传质系数
的因素有哪些？
3．根据实验数据分析温度对吸收操作的影响。
4．简述本装置温度补偿系统的作用和操作。
5．若想通过本装置获得高浓度的吸收液，应如何操作？
表9-1 水－丙酮系统低浓度相平衡常数
液相浓度 x |
平衡常数m |
10℃ |
20℃ |
30℃ |
40℃ |
50℃ |
0.01 |
0.894 |
1.58 |
2.67 |
4.34 |
6.81 |
0.02 |
0.888 |
1.51 |
2.47 |
3.93 |
5.98 |
0.03 |
0.886 |
1.47 |
2.35 |
3.64 |
5.44 |
0.04 |
0.855 |
1.41 |
2.22 |
3.42 |
5.11 |
实验十 干燥实验
一、实验目的
1．熟悉干燥器的构造和操作；
2．测定物料在恒定干燥条件下的干燥速率曲线（NA~Xm）及确定临界含水量。
二、实验意义及原理
对流干燥是空气与湿物料间湿热交换的复杂过程。目前主要依靠实验测定的干燥曲线或干燥速率曲线作为干燥器设计依据。
干燥速率U是指单位时间内单位表面积从被干燥物料上汽化的水分量，
。干燥速率曲线即为干燥速率
随物料中含水量X的变化关系，实验中以
取代
，则干燥速率可改写为：
（10-1）
——湿物料质量差（相邻两次物料的质量差），即为汽化水分之质量，
=
；用天平称量；
为相应的两次时间差，s；用秒表记录
A为干燥物料的表面积，m2，根据表面尺寸计算。
实验中物料中的含水量Ｘ应取物料的平均含水量
（干基）
=
（10-2）
其中
；
Gc——绝干物料量，kg。
将实验中测出的若干个干燥速率NA物料含水量Xm标绘出干燥速率曲线（NA~Xm）在干燥速率曲线找出恒速干燥阶段与降速干燥阶段转折出对应的物料含水量，即为临界含水量Xm
三、思考题
1．什么是恒定干燥条件，恒定干燥条件下的干燥速率有何规律？如何在实验中实现。
2．实验过程中干、湿球温度是否变化？为什么？
3．如何判别实验已经结束？
4．改变实验条件（如气流温度，气流速率，物料厚度），干燥速率曲线有何变化？
5．在等速阶段和降速阶段分别主要除去的是什么性质的水分？
6．恒速干燥阶段与降速干燥阶段的特征是什么？各段速率主要取决于什么？各段应如何提高干燥速率？
7．测定干燥速率曲线有何工程意义？
8．物料所含水分可分为平衡水分与自由水分，其划分标准是什么？物料中所含水分也可分为结合水分与非结合水分，其划分标准又是什么？这两种被划分水分间的关系是什么？
9．临界含水量XC的定义，与哪些因素有关？，恒速阶段干燥速率UC增大，则XC如何变化？
