2023年中南大学化工实验报告.pdf
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1、中南大学化学化工学院化工专题实验(20 2 3)实验报告学学专同生业组名号级姓班成员翼帅吉孑黎伟、杨洲游、朱勇秦学桐、李伟豪、巩勇T1.气体PVT关系的研究(热力学,指导教师:李海普)一.实验目的1.观测C。2临界状态现象,增长对临界状态概念的感性结识;2.加深对纯流体热力学状态:汽化、冷凝、饱和态和超临流体等基本概念的理解;测定CO2的PVT数据,在PV图上绘出C。2等温线3.掌握低温恒温浴和活塞式压力计的使用方法。二.实验原理纯物质的临界点表达汽液二相平衡共存的最高温度(T c)和最高压力点(Pc)。纯物质所处的温度高于则不存在液相;压力高于P c,则不存在汽相洞时高于Tc和Pc,则为超临
2、界区。本实验测量T TT=T 三种温度条件下等温线。其中T V T c等温线,为一光滑曲线;T=等温线,在临界压力附近有一水平拐点,并出现汽液不分现象;T 其 中 A0为原料酸物质的量五、实验数据解决将实验数据绘图如下:带水剂用量/ml00.7710.74130.7 0540.8 14 160.8 490.8 60.88-)六、课后思考乙酸乙酯的制备,可以使用一定范围内的带水剂来提高乙醇的转化率,进而提高乙酸乙酯的产量。带水剂的用量应根据反映生成水的量来拟定,本实验用到的带水剂为苯,苯和水在一定组成范围内存在共沸点,当苯和生成的水的比例符合共沸体系的组成时,苯作为带水剂可以将反映中生成的水带出
3、,当苯和生成的水的比例不满足共沸体系的组成时,则不能将水带出,反而稀释了反映物的浓度,导致转化率下降。T3.换热器综合传热系数的测定(传递工程,指导教师:叶红齐)换热器性能测试实验重要相应用较广的间壁式换热器中的三种换热器一一套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器,进行其性能的测试。其中,对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试。换热器性能实验的内容为测定换热器的总传热系数,对数传热温差和热平衡误差等,并就不同换热器、不同两种流动方式、不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。实验的拓展部分是借助FLUENT软件对套管换热器的工作状况进行模拟计算,指导教师可根据
4、已有条件酌情安排。一、实验目的1、熟 悉 换 热 器 性 能 的 测 试 方 法;2、了 解 套 管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差 别;3、加 深 对 顺 流 和 逆 流 两 种 流 动 方 式 换 热 器 换 热 能 力 差 别 的 结 识;4、进 一 步 了 解 传 热 的 微 观 过 程。二、实验装置实 验 装 置 采 用(换 热 器 综合实验台),其 流 程 及 如 图 3.1 所 示。换热形式为热水/冷水换热。图3.1实验台流程图图3.2实验台实物图实验台的实物如图3.2所示,热水加热采用自动限温和自动控温,冷、热流体的进出温度采用温度显仪,可以通过琴键
5、开关来切换测温点。实验台参数:1.换热器换热面积(F):1)套管式换热器 0.45 m22)螺旋板式换热器0.65 m23)列管式换热器 1.0 5 m2.电加热器总功率(名义)7.5 kW3.热水泵1)允许工作温度V80C2)电 机:220V4.转子流量计测量范围(0200 kg/s)三、实验操作1.实验前准备1)熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能;2)切换到需要测试的换热器;3)按顺流(或逆流)方式调整冷流换向阀门组的各阀门;4)热水箱充水,冷水系统与循环水路连接。2.进行实验1)接通电源,启动冷水,启动热水泵(为了提高热水温升速度,也可稍后开冷水),并调节好合适的流量;2)调整控温仪
6、,使其能使加热水温控制在8 0以下的某一指定温度,一般为50;3)将热水箱的手动和自动电加热器均送电投入使用;4)待自动电加热器第一次动作之后,切断手动电加热器开关,此后,加热系统进入自动控温状态。5)运用温度测点选择琴键开关和温度数显仪,观测和检查换热器冷、热流体的进出口温度;6)待冷、热流体的温度基本稳定后,即可测读出这些测温点的温度数值,同时在流量计测读冷、热流体的流量读数;把这些测试结果记录在事先设计好的实验登记表中(见下页)。7)如需要改变流动方向(顺、逆流)的实验、或需要绘制换热器传热性能曲线而规定改变工况(如改变冷水(热水)流速(或流量)进行实验、或需要反复进行实验时,都要重新安
7、排实验。实验过程与上述基本相同,分别记录下这些实验的测试数据。8)实验结束后,一方面关闭电加热器,5分钟后切断所有电源。四、实验数据解决规定1 .实验数据登记表(见实验原始数据记录);2.数据计算热流体放热量:Q i=Cpimi(T 1 T2)W冷流体吸热量:Qz=Cp2m2(t 2ti)W平均换热量:Q=与言W热平衡误差:=QQ2X100%QW对数传热温差:AT2-AT,AT,-AT2rcj,AT2.AT,In -In L E AT2传热系数:FxAtlW/(m2 )J式中:C p t、C p z热、冷流体的定压比热;CPI=CP2=4 1 7 8 J/kg m .m2-热、冷流体的质量流量
8、热 kg/s;T i、T 2-热流体的进出口温度 C 5、“一一冷流体的进出口温度 ;F 一一换热器的换热面积 m温差逆流顺流单位A T 1=T 1 t?T1-t 1AT 2 =Tz-tiT 2 “23.绘制传热性能曲线,并作比较1)采 用 Or i g i n 软件,以传热系数为纵坐标,冷 水(热水)流速(或流量)为横坐标绘制传热性能曲线。两条曲线要绘制到同一个图中;2 )对不同型式的换热器性能、对同种换热器在不同工况下的传热性能进行比较和讨论;3)分析热平衡误差,讨论实验结果。五、实验注意事项1 .热流体在热水箱中加热温度不得超过8 0。2 .实验台使用前应加接地线,以保证安全。六、实验结
9、果表 3 1 实验数据螺旋板式换热器热流体冷流体流量计读数L/hT i 进口温度。CT 2 出口温度。C流量计读数L/hh进口温度。Ct2 出口温度。C颂流4 06 03 4802 53 36 06 23 8.5802 53 7806 23 9.8802 54 01 0 06 24 0.2802 54 1-1 2 06 14 1802 54 2.5逆流4 06 22 8802 53 9.56 06 23 1802 54 2.2806 13 3802 54 61 0 06 03 6802 54 81 2 05 93 9802 54 8-列管式换热器顺流-4 05 63 5802 53 26 05
10、 83 7.8802 53 3805 94 0.5802 53 41 0 06 04 0.5802 53 61 2 06 04 2802 538,表 3-2 数据解决热流体放热量k W冷流体吸热量k W平均换热量 k W热平衡误差 k WT lA T 2 C对流传热误差C传热系数kW/(m2 C )1.2070.7 4 280.974 90.47623519.56310.15 6 81.6 3 641.1 1411.3 7530.3 79 8371.51 1.07 4 90.19 1 0 42.0 6111.39 2 71.7 2 690.3871370.27.04930.376 92.530
11、11.48 5 51.3 9 270.7501370.89.44170.2 2 692.78 5 31.6 2 482.20510.5263361.51 0.8 5 570.31251.5 7 841.34621.46230.15 8 822.539.67790.2 32 52.15861.59691.8 7780.2 9 911 9.8611.55 8 50.2622.5 9 9 61.949 72.2 7 470.2 8 571 5811.13590.31432.78532.13542.4 6040.26 4 1121 111.4 9270.32 9 42.7 8532.13542.4 6
12、040.26 4 1111412.439 80.304 30.97 4 90.6 4 990.81240.400131311.98 9 50.0 6451.40660.74281.07470.6 1 7 7334.814.6 2 740.06991.81050.83 5 61.32 3 10.736 8346.516.6 2070.07582.3 7 911.02 1 31.700 20.7 9 86354.51 4.8 6 880.10892.5 0 681.20691.85 6 90.70013541 4.2 9190.12 3 70.6-0.3-0.0-1-1-1-1-1-1-40 60
13、 80 100 120热水流量图 3-1 传热性能曲线七、分析与讨论从实验的结果中看,本实验的平衡误差大约早2%1 0%左右。从整个实验的的过程中,互查的来源很多:-方面,换热器过于陈旧,其内部的结垢和破损,会导致传热系数的增大导致热量的损失;并且,实验的条件在一定限度上会影响传热,流量采用的人工控制,会多少的产生误差,水流的不稳定以及系统的的自身误差也会使实验结果产生偏差;尚有温度计的刻度是0.2一格,误差非常大,对本次实验温度测试影响很大.T4.不锈钢表面电化学着色实验(无机化工,指导老师:满瑞林)一、实验目的和规定1、了解不锈钢电化学着色基本原理、设施和作色方法;2、了解和掌握作色不锈钢
14、质量测定和表征方法二、实验原理1、作色原理不锈钢通过电化学着色解决后,在表面形成了无色的氧化膜,由于光的干涉所致(见图1 )显示出各种色彩,膜的颜色与膜层厚度和膜的折射率有直接的联系。当不锈钢表面氧化膜的折射率n 一定期,干涉色重要决定于氧化膜的厚度h和自然光入射角度i。当垂直观看时,膜的厚度n与颜色的关系见表1。2图 1 彩色不锈钢颜色的产生表 1 膜厚h 与颜色的关系序号颜色膜厚h(nm)波长入(nm)1蓝8045 0 4 802金黄1 1 05 8 0 6 003玫瑰红14 06507504墨绿190500 5 6 05柠檬黄2405 6 0 58 06玫瑰红2 60650 750实验证
15、明,在有效着色范围内,膜层厚度随着着色进程进行而连续增长,最初薄氧化膜显示棕色、蓝色,进而中档厚度膜显示金黄色、紫红色,后来厚膜则显示草绿色、黄绿色、黑色。2、电化学作色不锈钢表面形成的无色氧化膜是铝酸盐在电解溶液中被阴极还原的结果,还原形成的铝氧化物在阴极不锈钢表面沉积,随着膜厚的不断增长,从而显示出不同的色彩。阳极反映:2比0 4e=4H+O2 t(1)阴极反映:Mo(V-+4H+2 e=MoO2+2H2O2H+2e=H2 t(2)(3)三、着色基本配方1、着色溶液成分:铝 酸 钠 100 g/L,着色液温度40,电流密度0.15O.2A/dm2,不锈钢为阴极,铅板为阳极2、电解抛光溶液硫
16、酸(H 2s o1 0%,少量添加剂,电流密度0.1 5-0.2 A/dm2,室温,时间3 5 分,阳极不锈钢,阴极铅板四、实验装置和环节实验装置见图2,涉及电源,电化学作色槽,实验环节为:不锈钢板一磨板一水洗一电解抛光解决一着色一烘干一成品图 2不锈钢着色实验室装置图反映槽,铅板,不锈钢板,水浴锅着色过程中,随着时间的变化,颜色呈现规律性变化:褐色f蓝色f金黄色f紫红色f鲜绿色一紫红色f草绿色f紫红色一深绿色f黑色,可控性良好,可直接采用时间控制法。五、产品质量表征1、颜色表征采用hp-200精密色差仪来测定同一批次产品的颜色,若颜色都为金黄色,则说明着色稳定。同时测定不同批次产品的色差,若
17、没有色差,则说明产品颜色重现性良好。具体方法如下文所述。采 用hp-200精密色差仪可测量不锈钢颜色的L、A、B和X、Y、Z值。在1 9 31年CIE图中,x色度坐标相称于红原色的比例,y色度坐标相称于绿原色的比例。在马蹄形的轨道光谱图中,每个波长的位置可以看到:光谱的红色波段集中在图的右下部,绿色波段集中在图的上部,蓝色波段集中在轨迹图的左下部。中心的白光点E的饱和度最低,光源轨迹线上饱和度最高。如图所示,假如连接色度图中心的白光点E和不同色光波长点,你可以把不同颜色的彩色区域分开。因此,假如能计算出某颜色的色度坐标x、y,可以明确地设立其颜色特性的颜色。例如,样品表面蓝色的颜色坐标x=0.
18、190 2,Y=O.2 302,它在色度图中的位置为A点,对区域内的蓝绿色。当然,不同的颜色在色度图坐标将占据不同的位置。因此,色度图可以代表各种颜色的色彩特性的中点位置。但是前面讨论过的色度坐标只规定了颜色的色度,对颜色的亮度没有规定。若要唯一地拟定颜色,还必须拟定其亮度特性,即丫值大小。众所周知,光反射率p=物体表面的亮度/入射光源的亮度=丫/丫。所以亮度因数丫=1 0 Op因此,无论是色度坐标x、y,还是颜色的亮度因数Y,颜色外观可以完全唯一拟定为了直观地表达,这三个参数的含义,下文用一个立体图(图3)图像表达。图3色度坐标图本实验色差检测按照C IE(国际标准照明委员会)建立的一系列表
19、达可见光谱的颜色空间标准进行。目前业界最常用的是C I E _ L a b色空间。C IE _ L a b色空间以L值表达颜色的明度、a值表达颜色的绿红值、b值表达颜色的蓝黄值。假如单纯以一组L a b值来判断某个颜色并没有太大的实际意义,但是当我们对两个颜色进行比较时,我们可以通过这两个颜色的L a b差值来判断出它们之间的差别 采用精密色差仪来检测不同批次产品颜色的差异,可以精确测出产品之间颜色的差值即A E值。当 E值为一级时,我们认定产品之间没有色差。A E值和色差分析之间的关系如表2所示。精密色差仪如图4所示。表2 A E值与色差分析之间的关系色差A E范围色差分析0 A E 0.2
20、 5一级:色差非常小或没有;非常抱负匹配0.25 AE 0.5二级:色差微小;可接受的匹配0.5V Evi.0三级:微小到中档;在一些应用中可接受1.0A E2,0四级:中档;在特定应用中可接受2.0A E4,0六级:较大差距;在大部分应用中不可接受图4精密色差仪2、耐蚀性表征本实验按GB4 1 0 127-20 2 3 即不锈钢三氯化铁隙缝腐蚀实验方法进行耐蚀性检测。一方面,配 制 I 0%的 FeCI3溶液,将 1 0 0 g 分析纯FeC13溶于9 0 0 m l的 0.0 5mol/L盐酸溶液水溶液制得。另一方面,将样板裁成规定试样尺寸为5 0 mmX 2 5mmX5mm,称量初始重量
21、。再用胶带密封样板的四边和背面,以消除机械破坏带来的影响。缠好胶带后计算表面积,将试样所需溶液量倒入实验容器中,每平方厘米试样表面积所需的实验溶液量应在20 m1 以上。常温下浸泡一定期间后,取出样板,清洗干净,烘干24 小时后称量终重。用下列公式计算失重腐蚀速率,M-M=式中:R 一 失重腐蚀速率,单位为克每平方米小时(g/m2h);M 简-实验前试样的质量,单位为克(g);M 后一实验后试样的质量,单位为克(g);S-试样的总表面积,单位为平方米(n?);T 实验时间,单位为小时(h)六、数据解决一、色差仪数据三个刺激值X=37.7 0Y=39.6 2Z=1 1.62X=3 7.91Y=4
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- 2023 年中 南大 化工 实验 报告
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