化工原理实验指导书-食工质量营养.doc

徐州工程学院化工原理实验指导书化学化工学院化工教研室目 录实验一 离心泵特性曲线的测定1实验二 传热实验5实验三 筛板塔精馏实验10附录 实验报告格式示例15实验一 离心泵特性曲线的测定一、实验目的1了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程（H）、轴功率（P）、以及总效率（）与有效流量（Q）之间的曲线关系。3掌握离心泵流量调节的方法（阀门）和涡轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程H、轴功率N及效率与流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1流量Q的测定与计算采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值Qm3/h。2扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程： ,：分别为泵进、出口的压强 N/m2：液体密度 kg/m3,：分别为泵进、出口的流量m/sg：重力加速度 m/s2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：只要直接读出真空表和压力表上数值，就可以计算出泵的扬程。3轴功率P的测量与计算可由功率传感器测量，功率表显示读取。4效率的计算泵的效率为泵的有效功率Pe与轴功率P的比值。有效功率Pe是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率P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。泵的有效功率Pe可用下式计算： 故 5转速改变时的换算泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的所有实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下： 三、实验装置流程图图1 离心泵特性曲线测定装置流程图1-底阀 2-移动框架 3-离心泵 4-转速传感器 6-涡轮流量计 7-离心泵流量调节阀1 8-阀2 16-压力表、压力传感器 18-温度计 19-真空表、真空度传感器 20-泵灌水口 22-灌水阀 23-放水阀四、实验步骤1 关闭阀1及阀3、阀4、阀5。2打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，仪表上电。 3打开离心泵灌水阀及放水阀，对水泵进行灌水。（注意：若采用自来水管对泵进行灌水，在打开灌水阀时要慢慢打开，且只打开一定的开度，不要开的太大，否则会损坏压力表。）灌好水后关闭泵的放水阀与灌水阀门。4当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时离心泵启动按钮绿灯亮，开始进行离心泵实验。5打开泵的出水阀1（全开），这时流量达到最大值。6等实验数据稳定后，测定泵的真空度p1、泵后压力p2、水温t、流量Q及泵的功率P并记录。7通过调节泵的出口阀1调节流量，改变流量的大小，每次减小0.5m/h的流量，稳定后记录数据。8以同样的方法改变流量并测定实验数据，最少测8次。9实验完毕，关闭水泵出口阀，按下仪表台上的水泵停止按钮，停止水泵的运转。五、实验报告1在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H-Q、P-Q、-Q曲线。2分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。六、实验数据记录、数据处理及计算示例原始数据记录 装置号： 水温： 实验次数流量Q（m3/h）p真空表 KPap压力表KPa转速n（r.p.m）功率P（W）1234567计算结果：实验次数流量Q(m3/h)扬程H/（m）轴功率P/（W）效率/%1234567七、思考题1试从所测实验数据分析，离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？2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，你认为可能的原因是什么？3正常工作的离心泵，采用进口阀门调节流量是否合理？为什么？实验二 传热实验一、实验目的1、通过测定换热器冷、热流体的流量，测定换热器的进、出口温度，熟悉换热器性能的测试方法。2、了解列管式换热器的结构特点及其性能的差别。3、通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对并流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的理解。二、基本原理本换热器性能测试实训装置，主要对应用较广的列管式换热器进行其性能的测试，并可以进行并流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要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。热流体放出热量： 冷流体吸收热量： 平均换热量： 热平衡误差： 对数传热温差：传热系数： 式中：cph，cpc热、冷流体的定压比热，J / (kg ) qmh，qmc热，冷流体的质量流量，kg/s ，热流体的进出口温度， ，冷流体的进出口温度， S换热器的换热面积，m2. 注：热、冷流体的质量流量qmh，qmc是根据修正后的流量计体积流量读数qvh，qvc再换算成的质量流量值。本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管程、冷流体走壳程的形式，但是热流体热量仍会有部分损失，为了减小误差，Q采用热流体放出热量与冷流体吸收热量的平均值计算。冷热空气的性质可以查表。除查表外，0100间的空气各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：（2）空气的比热与温度的关系式：60以下cp1005 J / (kg ) 60以上cp1009 J / (kg )三、实验装置与流程1实验装置本实验装置采用冷空气和热空气用阀门换向进行并逆流实验；工作流程如图所示，换热形式为热空气冷空气换热式。图2 列管换热器实验装置流程示意图2、实验装置参数本实验加热采用电加热方式，冷热流体的进出口温度采用pt100加智能多路液晶巡检仪表进行测量显示，实训装置参数如下：（1）列管换热器换热面积（S）：1.0 m2 （2）电加热管总功率：2KW（3）冷热流体风机： 允许工作温度：80 额定流量：76 m3/h 电机电压：220V 电机功率：750W（4）孔板流量计： 流量：6-60m3/h 允许工作温度：0-80 四、实验步骤及注意事项1实验前准备（1）熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和功能。（2）按并流（或逆流）方式调整冷流体换向阀门的开或关。逆流时，打开阀2、阀3，关闭阀4、阀5；并流时，打开阀4、阀5，关闭阀2、阀3。（注意：阀门先打开再关闭）2实验操作（1）接通电源：打开传热仪表电源开关，打开热流体风机电源开关，按下加热管启动按钮，开始加热，温度一般控制在7080。（2）实验时，打开换热器热流体进出口阀门。（3）调节流量一定的热流体流量（整个实验过程中保持恒定），注意不能小于10 m3/h，否则会由于风量过小而烧坏加热管。（4）打开变频器电源开关，控制冷流体流量，调整至某一流量值，等系统运行稳定后（冷热流体四个温度相对恒定）记录下冷流体流量、冷流体进、出口温度；热流体流量、热流体进、出口温度。流量范围一般为3060 m3/h，间隔调节一般为46 m3/h。（5）改变冷流体流量，进行上述实验，并把相关数据记录在表格中。（6）若需改变流动方向（并逆流）的实验，重复上述步骤24，并记录实验数据。（7）实验结束后应首先按下加热管电源停止按钮，停止加热，20分钟后等热流体温度降到50后切断所有电源。3实验参数控制范围（1）热流体温度控制范围：7080；（2）冷流体流量控制范围：3060m3/h；（3）热流体流量控制范围：3060m3/h。4注意事项（1）热流体的加热温度不得超过80。（2）开机时先开启风机再启动加热管电源。（3）停机时应先停止加热管电源，20分钟后再关闭风机电源。五、实验报告1以传热系数为纵坐标，冷（热）流体流量为横坐标绘制传热性能曲线。2对实验结果进行分析。六、实验数据记录、数据处理及计算示例流动方式： 并流 热流体流量 序号冷流体流量(m3/h)冷进t1()冷出t2()热进T1()热出T2()123456计算结果 cpc1005 J / (kg )，cph1005 J / (kg )序号qVc（m3/h）ckg/m3QcWhkg/m3QhWQWtmK(w/m2)123456流动方式： 逆流 热流体流量 序号冷流体流量(m3/h)冷进t1()冷出t2()热进T1()热出T2()123456计算结果 cpc1005 J / (kg )，cph1005 J / (kg )序号qVc（m3/h）ckg/m3QcWhkg/m3QhWQWtmK(w/m2)123456七、思考题1实验中有哪些因素会影响操作的稳定性或实验结果的准确性？2. 若要强化换热器的传热，则从哪几个方面考虑？3为提高总传热系数K，可采用哪些方法？其中最有效的方法是什么？实验三 筛板塔精馏实验一、实验目的1了解筛板塔的基本结构及流程。2掌握连续精馏塔的操作方法。3学会全塔效率的测定方法。4了解塔釜液位自动控制、回流比和电加热自动控制的工作原理和操作方法。二、基本原理精馏是将混合液加热至沸腾，所产生的蒸汽（气相）与塔顶回流液在塔内逆流接触，在塔板上多次进行易挥发组分部分气化难挥发组分部分冷凝的过程，发生了热量与质量的传递，从而使混合液达到分离的目的。通常板式塔内各层塔板上的气液相接触效率并不相同，全塔效率简单反映了塔内塔板的平均效率，它反映了塔板结构、物系性质、操作状况对塔分离能力的影响，一般由实验测定。全塔效率 式中NT塔内所需理论板数 NP塔内实际板数对于理想双组分溶液的精馏，在全回流操作的条件下，理论塔板数也可以用芬斯克公式进行计算： 式中：Nmin全回流时所需要的最少理论塔板数m全塔物料的平均相对挥发度d，w分别代表塔顶馏出液和塔釜液当塔顶、塔底物料的相对挥发度相差不大时，m可近似取塔顶物料的相对挥发度顶 和塔底相对挥发度底 的几何平均值： 部分回流：NT由已知的双组分物系平衡关系，通过实验测得塔顶产品组成XD、料液组成XF、热状态q、残液组成XW、回流比R等，即能用图解法求得。精馏段： 式中：rF进料液组成下的汽化潜热 ts进料液的泡点温度 tF进料液温度 CPF进料液在平均温度下(ts-tF)/2的比热容三、实验装置与流程不锈钢筛板塔：塔径764mm，塔板数NP16块。塔釜液体加热采用电加热，塔顶冷凝器为列管换热器。供料采用磁力驱动泵进料。筛板精馏塔实验装置如图3所示： 图3-a 筛板精馏塔流程图图3-b 配料管路图1-塔釜排污阀 2-阀8 3-阀9 4-阀2 5-阀3 6-阀4 7-阀5 8原料罐排污阀 9-阀10 10-循环泵 11-塔釜排空阀 12-塔釜 13-阀6 14-成品罐排空阀 15-阀11 16-阀7 17-成品罐 18-成品罐排污阀 19-原料罐排空阀 20-原料罐四、实验步骤与注意事项1配料（1）把纯净水和酒精质量配置成质量浓度为16%19%的溶液，关闭成品罐排污阀、阀5、阀2、阀1、打开成品罐排空阀和阀7，把配好的溶液从成品罐排空阀上的漏斗加至成品罐2/3以上。（2）关闭阀9、塔釜排污阀和阀8，打开塔釜排空阀和阀2，让溶液从成品罐流入塔釜中，至塔釜2/3处，关闭阀2和塔釜排空阀。（3）关闭原料罐排空阀、阀10、阀3和阀4打开原料罐排空阀和阀5让成品罐剩下中的溶液全部流到原料罐中，完成之后关闭阀5，关上原料罐排空阀剩很小一个缝。2加热（1）打开阀6，关上阀11、阀7、进料阀1和进料阀2，成品罐的排空阀开一个很小的缝、。（2）打开塔顶排气管的阀门，加热之前一定要检查。（3）检查塔釜、成品罐和原料罐上的液位指示器上的阀门是否打开，没有打开的一定要打开，顺时针方向关闭，逆时针方向打开。（4）检查冷却水流通是否正常。（5）打开控制柜上的电源开关，打开仪表电源，仪表电源指示灯亮，轻轻按一下电加热管启动按钮。启动指示灯亮。把电压调到100V150V之后开始加热。3全回流（1）当加热到玻璃视盅中的塔板有蒸汽上升时，适当打开冷却水调节阀门。（2）适当的调节加热电压，不要出现液泛现象。（液沫夹带过量时调低电压）（3）等塔板各层的温度，回流的流量都稳定之后，分别取塔顶样品、塔釜残液样品、原料样品送到色谱中化验，把数据输入到计算机数据处理软件中，就可计算出全回流下的全塔平均效率。4结束实验（1）实验结束后，关上进料泵电源，回流比分配器电源，电加热罐电源。（2）打开成品罐放空阀、原料罐上的放空阀、阀8、阀10和11阀，关上阀6和阀3，打开循环泵电源，把塔釜和原料罐的料打到成品罐中混合，打完之后关上成品罐和原料罐上的所有阀门，关上仪表电源和总电源，为下次重做实验做好实验。5注意事项（1）实验前，必须手动（电压为100V）给釜中缓缓升温，30min后再进行塔釜温度手自动控制，否则会因受热不均而导致玻璃视盅炸裂。（2）塔顶放空阀一定要打开。（3）料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。（4）部分回流时，进料泵电源开启前务必打开进料阀，否则会损害进料泵。五、实验报告1将塔顶、塔底温度和组成等原始数据列表。2计算理论板数和全塔效率。3分析并讨论实验过程中观察到的现象。六、实验数据记录、数据处理及计算示例实验数据：全回流塔顶Xd= (mass frac.)；塔底：Xw= (mass frac.)；实验结果：Nt= ；E= 。 七、思考题1全回流操作的目的？如何确定全塔效率？2精馏操作应防止几种不正常的操作现象？3为什么要在塔顶冷凝器上安装排气阀？附录 实验报告格式示例离心泵特性曲线的测定一、实验目的见实验指导书二、基本原理见实验指导书（注意不要一字不差拷贝，要简明扼要，有公式必须用公式说明）三、实验步骤见实验指导书，条理清晰，简单明了。四、实验数据记录及数据处理 根据实验报告的要求来做，实验结果有图的要附图原始数据记录 装置号： 1 水温： 17.5 实验次数流量Q（m3/h）p真空表 KPap压力表KPa转速n（r.p.m）功率P（W）116.325.536.629071349214.921.769.429111313313