化工原理实验指导书.docx

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1、试验二柏努利试验一、试验目的1、加深对能量转化概念的理解；2、视察流体流经扩大管、缩小管段时，各截面上静压变更。二、试验原理对于不行压缩流体，在导管内作定常流淌，系统及环境又无功的交换时，若以单位质量流体为衡算基准，由于导管截面上的流速不同，而引起相应静压头变更，其关系可由流淌过程中能量gZ1+-+=+-+2+wzJkg(I)P2P?恒算方程来描述，即：式中：蛇一一每千克质量流体具有的位能,：-一表示每千克质量流体具有的动能，；-T一表示每千克质量流体具有的压强能，Hf一一表示每千克质量流体在流淌过程中的摩捺损失，。若以单位重量流体为衡算基准时，则又可表达为Z1+-+j-tt=Z2+-+J-u

2、；+tHfm水柱式中：Z流体的位压头，加液柱；V-流体的压强，；U流体的平均流速，mS1;P流体的密度，m：Z,一流淌系统内因阻力造成的能量损失，J,;Z/一流淌系统内因阻力造成的压头损失，加液柱。因此，由于导管截而和位置发生变更引起流速变更，致使部分静压头转化成动压头，它的变更可由各玻嘀管中水柱高度指示出来。四、试验方法1、非流淌体的机械能分布及其转换演示时，将泵的出口阀和试验导管出口的调整阀全部关闭，系统内的液体处于静止状态。此时，可视察到：试验导管上的全部的测压管中的水柱高度都是相同的，且其液面及溢流水箱内的液面平齐。2、流淌体系的机械能分布及其转换启动循环水泵，将泵出口阀渐渐开启，调整

3、流量至溢流水箱中有足够的溢流水溢出。缓慢地开启试验导管的出口调整阀，使导管内水起先流淌，各测压管中的水柱高度将随之起先发生变更。可视察到：各截面上的水柱高度差随着流体流量的增大而增大。这说明，当流量加大时，流体流过导管各截面上的流速也随之加大。这就须要更多的静压头转化为动压头，表现为每对测压管的水柱高度差加大。同时，各对测压管的右侧管中水柱高度则随流体流量增大而下降，这说明流体在流淌过程中，能量损失及流体流速成正比o流速愈大，流体在流淌过程中能量损失亦愈大。五、试验记录1、非流淌体的机械能分布及其转换流量（表中A、B分别为试验装O置流程图中从左至右的六根测压管，下表同）2、流淌体系的机械能分布

4、及其转换流量12试验三流体流淌阻力测定一、试验目的1 .驾驭流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过试验了解流体流淌中能量损失的变更规律。2 .测定直管摩擦系数人及雷诺准数的关系，将所得的人方程及公认阅历关系比较。3 .测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数&。4 .学会压差计和流量计的运用方法。5 .视察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。二、基本原理流体在管内流淌时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不行避开地要消耗肯定的机械能,这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向变更所引起的局部阻力。1 .沿程阻力流体在水平匀称管道中稳定流淌时，阻力损失表现为压力降低。即影响阻

5、力损失的因素许多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必需通过试验探讨其规律。为了削减试验工作量，使试验结果具有普遍意义，必需采纳因次分析方法将各变量综合成准数关联式。依据因次分析，影响阻力损失的因素有，(1)流体性质：密度P,粘度口；(2)管路的几何尺寸：管径d,管长1,管壁粗糙度J(3)流淌条件:流速可表示为：组合成如下的无因次式：则式中，P-压降直管阻力损失，1-底阀2-移动框架3-离心泵4-转速传感器5-倒U型压差计6-涡轮番量计7-离心泵流量调整阀18-流量校正阀29-阀310-阀411-阀512-均压环13-光滑管14粗糙管15-局部阻力阀16-压力表、压力传感器17-阻

6、力流量调整阀618-温度计19-真空表、真空度传感器20-泵灌水口21-排水口（关）22-濯水阀23-放水阀试验装置如图3-1所示。主要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子流量计等组成。从上向下第一根为不锈钢管,其次根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流淌阻力的测定。第三根为不锈钢管，其上装有待测管件（闸阀），用于局部阻力的测定。倒U型压差计由左向右依次分别为：光滑管压差计、粗糙管压差计及局部阻力压差计。本试验的介质为水，由离心泵供应，经试验装置后的水通过地下管道流人储水箱内循环运用。水流量用装在测试装置的转子流量计测量：，直管段和管件的阻力分别用各自的倒U形压差计

7、测量。2 .装置结构尺寸装置结构尺寸如表37所示。表3T装置参数名称材质管内径O测试段长度（m）装置（1）装置（2）光滑不锈钢食品管1.2水进入倒U型差压计中，直到倒U型差压计中的水位高度平衡。关闭平衡阀门4,查看倒U型差压计中的水位是否平衡，平衡就可以接着进行试验，如不平衡则有漏气现象。5 .当装置确定后，依据AP和U的试验测定值，可计算人和乡,在等温条件卜,雷诺数Pu,其中A为常数，因此只要调整流量调整阀,可得一系列的试验点，绘出入曲线。6 .缓缓打开出水阀门6,调整好一个流量，待水稳定后，正确测取压差和流量等有关参数。然后再变更不同流量，正确读取不同流量下的测取压差和流量等有关参数。7

8、.依据本装置特点，流量从】0?起先，每次变更0.4m3测量试验数据并记录，测完数据后整理试验数据并输入试验数据处理是软件处理。8 .做完光滑管试验后，关闭阀5。9 .同理，分别打开阀4、阀3,给倒U型压差计排水后分别进行粗糙管及局部阻力试验。10 .试验结束后，应将装置中的水排放干净。五、试验报告1 .依据粗糙管试验结果，在双对数坐标纸上标绘出入曲线，比照化工原理教材上有关图形，即可估出该管的相对粗糙度和肯定粗糙度。2 .依据光滑管试验结果，比照柏拉修斯方程，计算其误差。3 .依据局部阻力试验结果，求出闸阀全开时的平均&值。4 .对试验结果进行分析探讨。六、思索题1 .在对装置做排气工作时，是

9、否肯定要关闭流程尾部的流量调整阀?为什么？2 .如何检验测试系统内的空气已经被解除干净？3 .以水做介质所测得的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A数据能否关联在同一-条曲线上？5 .假如测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何试验四离心泵特性曲线测定一、试验目的1 .了解离心泵结构及特性，学会离心泵的操作；2 .驾驭离心泵特性曲线测定方法。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和运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N及效率n及泵的流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流淌规律的外部表现形式。由于泵内部流淌

10、状况困难，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠试验测定。1 .扬程H的测定及计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：式中：P12一一分别为泵进、出口的压强2P一流体密度,ub一一分别为泵进、出口的流量g一一重力加速度2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：由上式可知：只要干脆读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。2 .轴功率N的测量及计算轴的功率可按下式计算：式中，N-泵的轴功率，W*-电机输出功率，W由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。3.效率n的计算泵的效率n是泵的有效功率及轴功率N的比值。有效功率是单位时间

11、内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。试验十膜分别试验装置一、试验目的1 .了解超滤膜分别的主要工艺设计参数。2 .了解液相膜分别技术的特点。3 .训练并驾驭超滤膜分别的试验操作技术。4 .熟识浓差极化、截流率、膜通量、膜污染等概念。二、试验原理膜分别是近数卜年发展起来的一种新型分别技术。常规的膜分别是采纳自然或人工合成的选择性透过膜作为分别介质，在浓度差、压力差或电位差等推动力的作用下，使原料中的溶质或溶剂选择性地透过膜而进行分别、分级、提纯或富集。通常原料侧称为膜上游，透过侧称为膜卜.游。膜分别法可以用于液-固（液体中的

12、超微小粒）分别、液-液分别、气-气分别以及膜反应分别耦合和集成分别技术等方面。其中液-液分别包括水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有微粒的液相体系的分别。不同的膜分别过程所运用的膜不同，而相应的推动力也不同。目前己经工业化的膜分别过程包括微滤（）、反渗透（）、纳滤（）、超滤（）、渗析（D）、电渗析（）、气体分别O和渗透汽化O等，而膜蒸储（）、膜基萃取、膜基汲取、液膜、膜反应器和无机膜的应用等则是目前膜分别技术探讨的热点。膜分别技术具有操作便利、设备紧凑、工作环境平安、节约能量和化学试剂等优点，因此在20世纪60年头，膜分别方法自出现后不久就很快在海水淡化工程中得到大规模的商业应用。目前

13、除海水、苦咸水的大规模淡化以及纯水、超纯水的生产外，膜分别技术还在食品工业、医药工业、生物工程、石油、化学从动力学上讲，膜通量的一般形式：式中，为膜通量，R为膜的过滤总阻力，为膜自身的机械阻力，为浓差极化阻力，为膜污染阻力。过滤时，由于筛分作用，料液中的部分大分子溶质会被膜截留，溶剂及小分子溶质则能自由的透过膜，从而表现出超虑膜的选择性。被截留的溶质在膜表面出积聚，其浓度会渐渐上升，在浓度梯度的作用下，接近膜面的溶质又以相反方向向料液主体扩散,平衡状态时膜表面形成一溶质浓度分布的边界层，对溶剂等小分子物质的运动起阻碍作用，如图所示。这种现象称为膜的浓差极化，是一可逆过程。膜污染是指处理物料中的

14、微粒、胶体或大分子由于及膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜空内吸附和沉积造成膜孔径变小或孔堵塞，使膜通量的分别特性产生不行逆变更的现象。膜分别单元操作装置的分别组件采纳超滤中空纤维膜。当欲被分别的混合物料流过膜组件孔道时，某组分可穿过膜孔而被分别。通过测定料液浓度和流量可计算被分别物的脱除率、回收率及其他有关数据。当配置真空系统和其他部件后，可组成多功能膜分别装置，能进行膜渗透蒸发、超滤、反渗透等试验。三、试验装置及流程1 .超滤膜分别试验装置：超滤膜分别综合试验装置及流程示意图如图10-1所示。中空纤维超滤膜组件规格为10截留分子量为10000,内压式,膜面积为0.Im2,

15、纯水通量为34：50截留分子量为50000,内压式，膜面枳为0.1m；纯水通量为6-8：100截留分子量为100000,外压式，膜面积为0.1m：纯水通量为4060。图IOT超滤膜分别试验装置流程图卜原料液水箱2-循环泵3-旁路调压阀14-阀25-膜组件1（）06-浓缩液阀47-流量计阀58-透过液转子流量计9-阀310-膜组件1（）11-浓缩液阀612-反冲口13-流量计阀714-透过液转子流量计15-压力表16-透过液水箱17-反冲洗管路18-反冲洗阀门本试验将料液由输液泵输送，经粗滤器和精密过滤器过滤后经转子流量计计量后从下部进入到中空纤维超滤膜组件中，经过膜分别将料液分为二股：一股是透

16、过液一一透过膜的稀溶液（主要由低分子量物质构成）经流量计计量后回到低浓度料液储罐（淡水箱）；另一股是浓缩液一一未透过膜的溶液（浓度高于料液，主要由大分子物质构成）经回到高浓度料液储罐（浓水箱）。溶液中的浓度采纳分光光度计分析。在进行一段时间试验以后，膜组件须要清洗。反冲洗时，只需向淡水箱中接入清水，打开反冲阀，其它操作及分别试验相同。中空纤维膜组件简洁被微生物侵蚀而损伤，故在不运用时应加入爱护液。在本试验系统中，拆卸膜组件后加入爱护液（1%5$甲醛溶液）进行爱护膜组件。电源：220V功率:90W最高工作温度：5or最高工作压力：0.12 .纳滤、反渗透膜分别试验装置：纳滤、反渗透膜分别综合试验

17、装置及流程示意图如图2所示。纳滤膜组件：纯水通量为：通1,膜面枳为0.4m氯化钠脱盐率：406件,操作压力：0.6；反渗透膜组件：纯水通量为：101,膜面积为04m脱盐率：9097%,操作压力：0.6o电源：220V泵电源：24V功率：50W3 高工作温度：50C4 高工作压力：0.8图2纳滤、反渗透膜分别试验装置流程图原料液水箱2-循环泵3-旁路调压阀14-阀25-反渗透膜组件6-浓缩液阀47-流量计阀58-透过液转子流量计9-阀310-纳滤膜组件11-浓缩液阀613-流量计阀714-透过液转子流量计15-压力表16-透过液水箱17-反冲洗管路18-反冲洗阀门四、试验步骤1、打算工作(1)、

18、配制15%的甲醛作为爱护液；(2)、配制1%的聚乙二醇溶液：(3)、发色剂的配制：、A液：精确称取1.6000g次硝酸钿置于1()0容量瓶中，加冰乙酸20,全溶后用蒸储水稀释至刻度，有效期半年。、B液精确碘化钾40OOOOg置于】00棕色容量瓶中，蒸饲水稀释至刻度。、试剂：量取A液、B液各5置F1.oo棕色容量瓶中，加冰乙酸40,蒸镭水稀释至刻度，有效期半年。、醋酸缓冲溶液的配制：称取0.2醋酸纳溶液590及0.2冰乙酸溶液410置于1000容量瓶中,配制成值为4.8的醋酸缓冲溶液.(4)、打开751型分光光度计预热；(5)、用标准溶液测定工作曲线用分析天平精确称取在60C下干燥4小时的聚乙二

19、醇1.OOOg,精确到，溶于100O的容量瓶中，配制成溶液，分别吸取聚乙二醇溶液1.0、3.0、5.0、7.0、9.0溶于10。的容量瓶内配制成浓度为10、30、50、70、90的标准溶液。再各打算量取25加入100容量瓶中,分别加入发色剂和醋酸缓冲溶液各10,稀释至刻度，放置15分钟后用I比色池用分光光度计测量光密度。以去离子水为空白，作标准曲线。2、试验操作(1)、用自来水清洗膜组件23次，洗去组件中的爱护液。排尽清洗液，安装膜组件。(2)、打开阀1,关闭阀2、阀3及反冲洗阀门。(3)、将配制好的料液加入原料液水箱中，分析料液的初始浓度并记录。（4）、开启电源，使泵正常运转，这时泵打循环水

20、。（5）、选择须要做试验的膜组件，打开相应的进口阀，如若选择做超滤膜分别中的1万分子量膜组件试验时，打开阀3。（6）、组合调整阀门1、浓缩液阀门，调整膜组件的操作压力。超滤膜组件进口压力为O.040.07：反渗透及纳滤为0.40.6。（7）、启动泵稳定运转5分钟后，分别取透过液和浓缩液样品，用分光光度计分析样品中聚乙烯醇的浓度。然后变更流量,重复进行试验,共测厂3个流量。期间留意膜组件进口压力的变更状况，并做好记录,试验完毕后方可停泵。（8）、清洗中空纤维膜组件。待膜组件中料液放尽之后，用自来水代替原料液，在较大流量下运转20分钟左右，清洗超滤膜组件中残余的原料液。（9）、试验结束后，把膜组件

21、拆卸卜来，加入爱护液至膜组件的2/3高度。然后密闭系统，避开爱护液损失。（10）、将分光光度计清洗干净，放在指定位置，切断电源。（11）、试验结束后检查水、电是否关闭，确保所用系统水电关闭。五、试验数据处理1 .试验条件和数据记录如F压强（表压）：；温度：C试验序号起止时间浓度（）流量原料液浓缩液透过液透过液2 .数据处理（1）、料液截留率聚乙二醉的截留率R式中，GI为原料初始浓度，G为透过液浓度。（2）、透过液通量式中，V为渗透液体积，S为膜面积，。为试验时间。（3）、浓缩因子式中，N为浓缩因子，C2为浓缩液浓度。六、留意事项1、泵启动之前肯定要“灌泵”，即将泵体内充溢液体。2、样品取样方法

22、：从表面活性剂料液储罐中用移液管吸取5浓缩液配成100溶液：同时在透过液出口端和浓缩液出口端分别用100烧杯接取透过液和浓缩液各约50,然后用移液管从烧杯中吸取透过液10、浓缩液5分别配成100溶液。烧杯中剩余的透过液和浓缩液全部倒入表面活性剂料液储罐中，充分混匀后，随后进行下一个流量试验。3、分析方法：浓度的测定方法是先用发色剂使显色，然后用分光光度计测定。苜先测定工作曲线，然后测定浓度。汲取波长为690。详细操作步聚为：取定量中性或微酸性的溶液加入到50的容量瓶中，加入8发色剂，然后用蒸储水稀释至标线，摇匀并放置15后，测定溶液吸光度，经查标准工作曲线即可得到溶液的浓度。4、进行试验前必需将爱护液从膜组件中放出，然后用自来水细致清洗，除掉爱护液：试验后，也必需用自来水细致清洗膜组件，洗掉膜组件中的，然后加入爱护液。加入爱护液的目的是为了防止系统生菌和膜组件干燥而影响分别性能。5、若长时间不用试验装置，应将膜组件拆下，用去离子水清洗后加上爱护液爱护膜组件。5、受膜组件工作条件限制，试验操作压力须严格限制：建议操作压力不超过0.10,工作温度不超过45C,值为213。七、思索题1 .请简要说明超滤膜分别的基本机理。2 .超滤组件长期不用时，为何要加爱护液？3 .在试验中，假如操作压力过高会有什么后果？4 .提高料液的温度对膜通量有什么影响？