化工原理指导书05.docx
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化工原理指导书05
《化工原理》
上机指导书
中国矿业大学化工系
丁曙光
2002.5.14
学生上机守则
化工学院计算机实验室是提高学生政治思想素质和文化素质的重要阵地，为建立一个健康、安全的上机环境，根据国家的有关法律、法规和学校的有关规定，制定本规定。
1、凡进入机房的人员除须遵守校规校纪外，还必须遵守机房的各项管理规定。
上机学生必须出示学生证，认真登记上下机时间、机号及上机内容。
不得随意更换机位。
2、严禁任何人利用计算机网络观看、传播、拷贝、制作淫秽、反动、迷信等不健康内容。
3、注意个人卫生，保持机房安静，不要随意走动，以免影响他人上机。
4、机房内严禁吸烟，严禁吃零食和乱丢杂物，严禁乱写乱画。
5、严禁携带一次性水杯和潮湿物品进入机房，以免发生电故障。
6、严禁私接电源、拉线路，严禁乱动电闸和消防器材，严禁使用明火。
7、爱护机房内的设备，不得私自拆卸、搬移设备，更不得将机房物品带出。
8、未经允许，不准私自携带各种存储盘进入机房，严防计算机病毒。
9、严禁在计算机上玩游戏。
对违反规定者，机房管理人员有权予以制止。
10、上机者必须遵守安全操作程序，不得破坏计算机系统。
11、尊重机房管理员的安排与建议，如有意见，可向有关领导提出。
本规定自公布之日起执行，由学院有关部门负责解释。
未尽事宜，参照国家及学校相关规定。
化工学院
2002年1月1日
上机实验说明
本课程的上机内容，可以使用任何一种或几种程序语言（包括Excel等）编程实现。
其目的：
①编程训练；②加深课程的理解。
上机实验报告由源程序（调试前初稿及调试好的补充内容）、实际运行结果、结果分析讨论及教师签字共四部分组成。
统一用报告纸，并装订成册后上交评分。
目录
《化工原理》上机
（1）
实验一粘度的插值求取（1学时）
实验二绘制速度分布及剪应力分布的曲线（1学时）
实验三试差法求管径（2学时）
实验四求平均速度及方次（2学时）
实验五选择泵型号（4学时）
实验六K判据法求颗粒沉降速度ut（2学时）
实验七沉降法测定液体粘度（2学时）
实验八求沉降槽的最大沉降面积（2学时）
实验九求导热通量及两层砖间界面温度（2学时）
《化工原理》上机
（2）
实验十画出不同值下的气液平衡线（2学时）
实验十一用安托尼公式求苯-甲苯数据（2学时）
实验十二比较不同q及不同R下的理论板数（2学时）
实验十三求理想物系精馏塔的理论板数（2学时）
实验十四求非理想物系精馏塔的理论板数（2学时）
实验十五操作型精馏塔的计算（2学时）
实验十六求吸收中的传质单元数（2学时）
实验十七气体流量对塔径的影响（2学时）
实验十八多组分吸收的两步图解法（选做，2学时）
实验十九求泡点温度（2学时）
实验二十多组分精馏气化率（2学时）
实验一粘度的插值求取（1学时）
一、实验目的、原理
学习在给定的数据组中，进行插值。
可以采用“两点一线的线性插值法”和“三次样条插值法”等。
线性插值公式：
二、实验内容
某水溶液在20C下，浓度（重量%）与粘度[mPa.s]的关系如下：
浓度，重量%
0
20
30
40
45
50
粘度，mPa.s
1.005
1.776
2.480
3.652
4.621
5.921
三、实验任务
试求出粘度在1.1~5.9之间，任意一个粘度值下的浓度值。
保留三位小数。
四、参考程序框图
五、实验结果记录
六、思考题
经过实践，用结果表述线性插值方法和三次样条插值法相比较，哪种方法精确度更高？
还可以用其它的那些方法实现本题。
实验二绘制速度分布及剪应力分布的曲线（1学时）
一、实验目的、原理
学习用程序语言或其它计算机软件绘制曲线。
二、实验内容
粘度为50mPa.s的油在内径100mm的直圆管内流动，其速度分布表示为：
u=20y–200y2
剪应力分布表示为：
三、实验任务
以你认为最完整的方式，在同一个坐标上绘制这两条曲线。
四、实验结果记录
五、思考题
速度分布与剪应力分布在管中心和管壁处分别有何表现？
实验三试差法求管径（2学时）
一、实验目的、原理
练习用化工原理中最常用的试差法求取管径。
二、实验内容
10C的水以500L/min的流量流过一根300m长的水平管,管壁的绝对粗糙度为0.05mm。
有6m的压头可供克服流动的摩擦阻力（含进、出口阻力）。
三、实验任务
用试差法求管径的最小尺寸。
给出试差中的若干组“摩擦系数，雷诺数，管径”值。
四、实验结果记录
五、思考题
如何考虑直管阻力hf与压头Hf的关系。
可以借适宜的流速范围帮助求解d。
六、参考程序框图
图中e为能够接受的相对误差值，建议为1%。
实验四求平均速度及方次（2学时）
一、实验目的、原理
学习将实验测得的不同半径点处的“点速度”数据，处理成平均速度值。
R—管半径,mm；
Vs—流量,m3/s
二、实验内容
某种流体以稳态在直径为75mm的管中流动，其中各点的点速度ur与该点距离管中心的半径r之间的关系如下表：
r，mm
ur，m/s
r，mm
ur，m/s
0
1.042
22.50
0.919
3.75
1.033
26.25
0.864
7.50
1.019
30.00
0.809
11.25
0.996
33.75
0.699
15.00
0.978
33.625
0.507
18.75
0.955
37.5
0
三、实验任务
求管内的平均流速及n值。
四、实验结果记录
五、思考题
如何正确地解决积分项的问题？
实验五选择泵型号（4学时）
一、实验目的、原理
本题是一个工程性很强的训练题，它包括泵的设计计算和操作计算，还有资料查询和经济核算的训练。
二、实验内容
有40C的水按140m3/h的流量从水池送到某设备上方。
出水口比池中水面高11.5m，设备内为常压。
所有管长及管件的当量长度总共为880m（进、出口阻力略）。
三、实验任务
由适宜的流速范围，以经济核算为准，确定管径（按无缝钢管系列圆整）并选择适宜的泵型号。
泵和电机的价格去图书馆或网上查取；管子的价格按2250元/吨管材计算。
在结果记录中列出清单后，指明最佳方案。
在所选泵允许的压头下（最佳效率范围内），求该管路可提供的最大流量。
四、实验结果记录
u
d
d圆
H
泵型号
泵/电机价格
管路价格
总价格
┇
五、思考题
1.管路特性曲线和泵的特性曲线对你解这道题有何帮助?
2.还有哪些因素影响泵使用的价格？
实验六K判据法求颗粒沉降速度ut（2学时）
一、实验目的、原理
学习使用“多条件”处理问题。
二、实验内容
（1）粒径为30m,颗粒密度s=2000kg/m3,求其在=1.2kg/m3,=0.0185mPa.s的空气中的的沉降速度。
（2）求d=0.08mm,s=7500kg/m3的方铅矿在=1000kg/m3水中的沉降速度。
三、实验任务
K判据以=b/Ren为通式，代入沉降速度计算式中，成为：
令：
不同的K值对应着不同的Re范围，相应的b，n值如下：
ut区域
Re
K
b
n
斯托克斯
1
2.62
24
1.0
艾伦
1~103
2.62~69.1
18.5
0.6
牛顿
103~2103
69.1
0.44
0
四、实验结果记录
五、思考题
K判据可以免去试差求解的繁琐，但是有什么情况未考虑进去？
实验七沉降法测定液体粘度（2学时）
一、实验目的、原理
1.了解如何用沉降法测定液体粘度。
2.学习输出表格式的清单。
二、实验内容
一个d=0.5mm的铜球,s=8.9103kg/m3。
在某种油中沉降,测得沉降速度ut=1.5cm/s,油的密度=850kg/m3,求油的粘度[Pa.s]
三、实验任务
连同其它几组数据一起列出清单:
d
s
ut
1.0
7.8103
0.9
2.0
1.0
2.6103
0.8
20.0
3.0
2.6103
0.8
10.0
1.0
0.9103
0.8
30.0
四、实验结果记录
五、思考题
在不同的Re范围，有着不同的沉降速度计算式，式中又含有待求的粘度项。
求取的方法是什么？
实验八求沉降槽的最大沉降面积（2学时）
一、实验目的、原理
练习数值的排序和比较；选择安全系数。
二、实验内容
将固相浓度为236kg/m3的石灰料浆在连续沉降槽增稠至700kg/m3。
由间歇沉降试验求得颗粒的表面沉降速度与悬浮液中固相浓度的关系如表
C,kg/m3
236358425525600714
U0,m/h
0.1570.050.02780.01270.006460.00158
三、实验任务
按每天处理的料浆体积为3785m3，确定沉降槽的面积。
四、实验结果记录
C,kg/m3
236358425525600714
A,m2
安全系数：
沉降槽的面积：
五、思考题
料浆的浓度与沉降槽的面积有无关系？
实验九求导热通量及两层砖间界面温度（2学时）
一、实验目的、原理
掌握界面温度的求法。
二、实验内容
燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。
若炉的内表面温度为1400C，外表面温度为100C。
设两层砖
的接触良好，已知耐火砖的导热系数，绝缘砖的导热系数
。
式中的t为该层壁的平均温度。
三、实验任务
试求导热过程的热通量q，以及两层砖之间的界面温度。
四、
参考程序框图
五、实验结果记录
六、思考题
对于不同材料或不同厚度的平壁层，阻力与动力之间有何比例关系。
实验十画出不同值下的气液平衡线（2学时）
一、实验目的、原理
自作CAI演示件。
二、实验内容
以值分别等于2，4，6，8，10时的气液平衡线。
三、实验任务
要给出坐标值，绘出每一条平衡线时要同时显示该线的值，每一条平衡线和相应的值同色，不同值不同色。
四、
实验结果记录
五、思考题
为什么说，某物系的值越大，分离越容易？
实验十一用安托尼公式求苯-甲苯数据（2学时）
一、实验目的、原理
掌握t与x，y间的运算关系，为求灵敏板数打下基础。
二、
实验内容
安托尼公式，p—饱和蒸汽压，kPa；t—物系温度，C；A、B、C—安托尼常数，分别为：
组分
A
B
C
苯
6.023
1206.35
220.24
甲苯
6.078
1343.94
219.58
三、实验任务
求常压下，
（1）对应x=0和x=1的温度；
（2）同
（1）范围的；（3）任意一个x值下的温度。
四、实验结果记录
五、思考题
由拉乌尔定律考虑x=0和x=1时，组分蒸汽与操作压强的关系。
实验十二比较不同q及不同R下的理论板数（2学时）
一、实验目的、原理
（1）比较不同进料热状况及不同回流比下理论板数的变化情况。
（2）掌握Rmin、xd的求法.
二、实验内容
常压连续精馏,=2.46,xD=0.9,xF=0.4,xW=0.02（摩尔分率）。
三、实验任务
（1）填写结果记录所给各项内容。
（2）求理论板数，精确到保留小数3位。
四、实验结果记录
q
1.2
1.0
0.6
0
-0.2
R=3
xd
NT
R=2Rmin
R
xd
NT
五、思考题
在不同的R的计算基准下，xd及NT分别有何变化规律?
实验十三求理想物系精馏塔的理论板数（2学时）
一、实验目的、原理
练习从进料板处向塔的两端用逐板计算法作理论板。
为求灵敏板奠定基础。
二、实验内容
常压精馏苯-甲苯物系，进料热状况分别为：
0.5、1.0、1.2，进料含苯0.4（摩尔分率,下同）塔顶馏出物含苯0.9，釜液含苯0.1，R=1.5Rmin。
三、实验任务
求该塔的理论板数；加料板位置及各板的温度、组成分布
四、实验结果记录
q
0.5
1.0
1.2
Rmin
NT（釜）
NF
序号
备注
xi
t
xi
t
xi
t
五、思考题
进料热状况对理论板数有何影响，为什么？
实验十四求非理想物系精馏塔的理论板数（2学时）
一、实验目的、原理
练习用下列四种计算方法之一，处理非理想物系气、液平衡。
二、实验内容
常压精馏乙醇-水物系，xD=0.82,xF=0.2,xW=0.004（摩尔分率）。
进料q=1，R=2.0。
三、实验任务
求该塔的理论板数；加料板位置及各板的温度、组成分布。
气、液平衡关系处理的计算方法：
（1）三次样条插值法；
（2）最小二乘法回归曲线；
乙醇-水物系t-x-y数据
t
x
y
95.5
85.5
82.7
81.5
79.8
78.74
78.41
78.15
0.019
0.1238
0.2337
0.3273
0.5079
0.6763
0.7472
0.8940
0.1700
0.4704
0.5445
0.5826
0.6564
0.7385
0.7815
0.8940
（3）直接利用x~y数据；（4）两点线性插值法
四、实验结果记录
NT序号
备注
xi
t
五、思考题
处理气、液平衡关系的计算方法还有哪些?
你所选用的计算方法有何优点?
实验十五操作型精馏塔的计算（2学时）
一、实验目的、原理
掌握“操作型”计算的方法。
二、实验内容
某精馏塔有10块理论板（不含釜），用于分离苯-甲苯物系。
xF=0.4,xD>0.95,xW<0.06（摩尔分率），进料q=1,（设=2.46）。
三、实验任务
求：
R至少为多大？
NF=？
理论板数保留两位小数时，xW=？
四、实验结果记录
五、思考题
当理论板数相对误差的允许值由0.1增至0.01时,R值的变化有多大?
建议用“二分法”求。
即：
取R1=Rmin，R2=4Rmin；若以R=R2求出一个NT’满足<题目给定的理论板数NT，则初始R2确定；然后以R=（R1+R2）/2求出NT’，与任务给定值相比较，若实验十六求吸收中的传质单元数（2学时）
一、实验目的、原理
练习用积分图解法或近似图解法计算。
二、实验内容
填料吸收塔，用水吸收SO2气体，原料气中SO2含量为5%（体积%），要求吸收率达95%。
塔径0.8m，操作温度303K，压力100kPa；入塔气流量1000m3/h（操作状态），用水量为最小值的1.2倍。
三、实验任务
求传质单元数。
SO2与水的平衡关系：
a,kgSO2/100kgH2O
0.1
0.2
0.3
0.5
0.7
1.0
1.5
P,mmHg
4.7
11.8
19.7
36.0
52.0
79.0
125
四、实验结果记录
五、思考题
在什么情况下,NT=NOG?
实验十七气体流量对塔径的影响（2学时）
一、实验目的、原理
了解气体的体积流量对气、液分离塔的塔径尺寸的影响。
二、实验内容
连续精馏塔分离乙醇-水物系。
已知xD=0.85,xF=0.4,xW=0.002（摩尔分率），F=100kmol/h。
三、实验任务
填写结果记录所给各项内容。
四、实验结果记录
q
0.5
1.0
1.2
DD，m
DF，m
DW，m
五、思考题
若为了便于加工和安装而采用同一直径的塔径，请问采取什么措施可以保证各段塔内浮阀孔速相近？
实验十八多组分吸收的两步图解法（选做，2学时）
一、实验目的、原理
用两步法确定多组分吸收时，各组分的吸收率。
二、实验内容
某吸收塔有6块理论板。
操作温度40C，压强1MPa；C1~C3
组分
C1
C2
C3
Y1i
0.87
0.05
0.08
mi
19.5
3.9
1.32
X2=0，L/V=0.8。
三、实验任务
求C1~C3的吸收率。
四、实验结果记录
五、思考题
该法用简单的相似三角形解决了原来要用试差图解才能解决的问题。
请想一想，在你的学习中还有哪些可以用简单的办法解决的复杂问题？
实验十九求泡点温度（2学时）
一、实验目的、原理
练习泡点温度的求取。
二、实验内容
由正丁烷
（1）,正戊烷
（2）,和正已烷（3）组成的混合物送到绝对压力为0.8Mpa的精馏塔的加料板。
混合物的组成为：
x1=0.15，x2=0.4。
三、实验任务
求混合物的泡点温度。
提供此时的各组分的气相组成及总值。
四、实验结果记录
五、思考题
当压力变小或变大时，对泡点温度有何影响？
实验二十多组分精馏气化率（2学时）
一、实验目的、原理
了解精度对气化率的影响。
二、实验内容
上题中的混合液在120℃进行部分气化。
三、实验任务
求气化率及气、液组成。
给出中间几次试差求得的结果。
四、实验结果记录
五、思考题
多组分精馏比双组分精馏难度增加的主要原因是什么？
请使用者提出宝贵的意见。
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