化工原理实验指导书食工质量营养.docx
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化工原理实验指导书食工质量营养
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
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（η）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η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/m2ρ：
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η的计算
泵的效率η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18-阀216-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0.5m³/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、η-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KPa
p压力表
KPa
转速n（r.p.m）
功率P（W）
1
2
3
4
5
6
7
……
计算结果：
实验次数
流量Q（m3/h）
扬程H/（m）
轴功率P/（W）
效率η/%
1
2
3
4
5
6
7
……
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，0~100℃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cp＝1005J/（kg∙℃）
60℃以上cp＝1009J/（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）：
1.0m2
（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：
76m3/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70~80℃。
（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10m3/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30~60m3/h，间隔调节一般为4~6m3/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2~4，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：
70~80℃；
（2）冷流体流量控制范围：
30~60m3/h；
（3）热流体流量控制范围：
30~60m3/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
（℃）
1
2
3
4
5
6
……
计算结果cpc＝1005J/（kg∙℃），cph＝1005J/（kg∙℃）
序号
qVc（m3/h）
ρc
kg/m3
Qc
W
ρh
kg/m3
Qh
W
Q
W
Δtm
℃
K（w/m2℃）
1
2
3
4
5
6
……
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
（℃）
1
2
3
4
5
6
……
计算结果cpc＝1005J/（kg∙℃），cph＝1005J/（kg∙℃）
序号
qVc（m3/h）
ρc
kg/m3
Qc
W
ρh
kg/m3
Qh
W
Q
W
Δtm
℃
K（w/m2℃）
1
2
3
4
5
6
……
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
αm——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，αm可近似取塔顶物料的相对挥发度α顶和塔底相对挥发度α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Ø76×4mm，塔板数NP＝16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83-阀94-阀25-阀36-阀47-阀58原料罐排污阀9-阀1010-循环泵11-塔釜排空阀12-塔釜13-阀614-成品罐排空阀15-阀1116-阀717-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100V～150V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=（massfrac.）；塔底：
Xw=（massfrac.）；
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KPa
p压力表KPa
转速n（r.p.m）
功率P（W）
1
16.3
25.5
36.6
2907
1349
2
14.9
21.7
69.4
2911
1313
3
13.4
18.3
93.7
2913
1275
4
11.9
15.8
115.4
2918
1228
5
10.5
13.3
135.5
2921
1176
6
9.1
10.8
154.1
2925
1123
7
7.4
8.7
168.4
2928
1047
8
6.0
7.3
179.2
2934
979
9
4.5
6.0
187.7
2940
907
10
1.5
4.0
196.0
2951
733
11
0
3.0
200.3
2958
647
计算结果：
实验次数
流量Q（m3/h）
扬程H/（m）
轴功率P/（W）
效率η/%
1
16.4
6.62
1378
21.4
2
15.0
9.59
1336
29.3
3
13.5
11.74
1295
33.2
4
11.9
13.67
1241
35.8
5
10.5
15.45
1184
37.3
6
9.1
17.05
1126
37.5
7
7.4
18.27
1047
35.1
8
6.0
19.15
973
32.1
9
4.5
19.80
896
26.9
10
1.5
20.28
716
11.5
11
0.0
20.52
628
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