内蒙古大学化学原理基础实验讲义13簿膜蒸发实验（B）

1、实验十三 簿膜蒸发实验（B）一.实验目的：1.观察流体水在管内的不同流动状态（泡状流、弹型流、搅拌流和环状流），并加深对其概念的理解。2.通过壁面温度等测量计算在不同流型下的对流传热系数及蒸汽的干度。二、实验原理：（1）单管升膜蒸发器内两相流型在垂直管内汽液两相的流型一般可分为泡状流,弹状流,搅拌流以及环状流.泡状流是指在液相中有近似均匀分散的小气泡的流动;弹状流是指大多数气体是以较大的枪弹形气泡存在并流动,在弹性泡与管壁之间以及两个弹性泡之间的液层中充满了小气泡;搅拌流是弹状流的发展,枪弹形泡被破坏,成狭条状,流型较混乱;环状流则是指含有液滴的连续气相沿管中心向上流动,含有小气泡的液相则沿管

2、壁向上爬行.图2-1垂直管内两相流流型示意图影响汽液两相流型的主要因素有流体物性(粘度.表面张力,密度等),流道的集合形状,放置方式(水平,垂直或倾斜),尺寸,流向以及汽液相的流速等.对于垂直汽液两相向上流动得升膜蒸发器,当流道直径及物料性质固定后,各流型的转变主要决定于汽液流量,而关键参数为汽速.环状流的出现一般是在汽速不小于10m/s,此时料液贴在管内壁拉曳成薄膜状向上流动,环状液膜上升,必须克服其重力以及与壁面的摩擦力.本实验通过在单管升膜蒸发器中以水为物料，通过改变加热功率来观察它们的不同流型，计算出他们的传热系数，干度。由此结果分析总结出它们的规律。计算公式如下：质量衡算：Fx0=(

3、F-W)x1(1)F原料液流量（L/h）W蒸发量（L/h）x0初始液浓度x1完成液浓度热量衡算：=(QQ损)/SI（twtb）(w/m.2.oC)(2)Q损RSRtR(W)(3)R=9.4+0.052（tR-t室）(w/m.2.oC)(4)SI=diL(m.2)(5)SR=dRL(m.2)(6)X=WV/W(7)其中:对流传热系数(w/m.2.oC)Q传热量(W)Q损热损失量(W)tw内壁温度(oC)tb主流温度(oC)SI传热面积（m2）SR热损失面积（m2）di测量管内径(m）dr保温层外径（m）L测量段管长（m）tR保温层外温度(oC)t室室温(oC)X干度(无因次)WV管顶流出蒸汽流量

4、(L/h）W进入釜的冷水流量（L/h）三.实验装置及流程：本实验装置的流程图如图1所示。本套实验装置的主体使蒸发管。水泵通电将物料从水箱通过转子流量计注入预热釜中，预热釜靠电加热器通电加热。加热段是一根长0.75米的222不锈钢管,外面缠上电炉丝与固态变压器连接,通电即可加热;观察段是一根长10厘米的171.5的玻璃段,通过玻璃段可以观察到加热过程中管内液相沸腾时的流型;测量段是一根长0.5米的171.5的紫铜管,管外壁中部焊上热电偶丝,热电偶丝上套上细磁环,防止加热时烧化电偶丝外表皮致使测量不准,外图1薄膜蒸发实验装置流程示意图1.预热釜2.加热段3.观测段4.测量段5.汽液分离器6.液体冷

5、却器7.蒸汽冷凝器8.转子流量计9.回流阀10.水泵11.水箱12.冷却水出口13.冷却水入口层再缠上电炉丝与变压器相接,通电加热(见图2).最后汽液两相在汽液分离器中分离,气体经冷凝器冷凝沿下端塑料管滴入量筒中,根据一定时间内的流量算出冷凝量及干度.液体经冷却器冷却沿下端塑料管返回水箱.各个管段之间依靠法兰连接,法兰之间放有橡皮垫保证密封性能好.在测量段的两端还要连上热电偶丝来测量主流温度.另外在预热釜,加热段,测量段及汽液分离器外层都要包上一层保温棉以防止热量损失.在测量段保温层外要附上一支温度计来读取保温层外温度以计算热损失量.（1）测量段的基本情况：本套实验装置的关键部分就是测量段实验

6、设备.它的性能的好坏直接关系到整个实验能否成功.测量段实验设备图如图2所示:图2测量段实验设备图（2）温度测量空气、水温度及传热管壁温测量全部采用铜康铜热电偶温度计测量，温度T()由数字式毫伏计测出与其对应的热电势E(mv),再由E根据公式:Tw()=1.270523.518E(mv)计算得到。（3）温度计转换开关序号表示0-主体温度、1-内壁温、2-进水温度、3-保温管外温度、4-空气温度四、实验方法和步骤：（1）水箱底阀关闭,箱内充满待测液,泵出口回流阀9处于半开状态.（2）所有电器开关均为关闭状态.（3）冰水桶内放满冰水,热电偶丝冷端插入冰水混合物中.（4）合上电源开关,打开冷却水,启动

7、泵,开启流量计调节阀调节流量为所设定的流量。（5）待蒸发管内充满待测液后,依次给预热釜,加热段,测量段通电加热。序号123456789预热段电压v50709011130150170200200加热段电压v507090110130150170200200测量段电压v686970706970707085进水量l/h151515151515151515（6）通过玻璃段观察流型,当毫伏表中热电势值基本稳定时,记下观察的流型,并记下内壁、主体及空气对应的热电势值。（7）在读取热电势值时,从冷凝器下端出口测取蒸汽冷凝液的流量。（8）读取保温层外壁温度,读数完毕后,先切断加热电路再关闭流量计阀,再停泵,再关闭电源。五.实验注意事项(1)蒸发管、预热管外壁均电加热,操作时注意安全。实验开始先启动泵并调节流量后再加热;实验结束先切断加热电路再关闭流量计阀,再停泵.泵回流阀在试验过程中不许关闭。实验过程要密切观察流型及壁温变化,严防干壁,干壁一旦出现壁温会急剧增加,此时应立即减小或完全切断加热电路电源,否则会损坏设备。五.实验数据的处理：1判断实验条件下各点的流型.。2计算实验条件下各点的传热系数，把实验测定的原始数据及计算所得到的数据列于一表并