化工實驗教案

1、實驗一 離心泵特性曲線的測定一、實驗目的1 了解離心泵的結構和特性。2 熟悉離心泵的操作方法。3 掌握離心泵特性曲線的測定方法及表示方法。二、實驗內容測定單級離心泵在一定轉速下的特性曲線。三、基本原理離心泵是應用最廣泛的一種液體輸送設備。它的主要特性參數(shù)包括流量、揚程H、功率N、效率h，這些參數(shù)之間存在著一定的關系。在一定的轉速下，H、N、h 都隨流量變化而變化，以曲線形式表示這些參數(shù)之間的關系就是離心泵的特性曲線。離心泵的特性曲線是選用離心泵和確定泵的適宜操作條件的主要依據。對任意一臺離心泵的特性曲線不能用解析法進行計算，只能通過實驗來測定。流量的測定用離心泵的出口閥調節(jié)流量。大流量下通過渦

2、流流量傳感器和流量演算儀直接讀出流量值；小流量下由于渦輪傳感器上的信號失真，需要用計量槽和秒表實測流量，具體有： (21)式中 Q通過離心泵的流量， m3/s； A計量槽的橫截面積， m2； 流體流入計量槽的時間間隔， s； L時間內計量槽液位上升高度， m.。揚程的測定離心泵的揚程又稱離心泵的壓頭，是指泵對單位重量的流體所提供的有效能量，其單位為m，一般由實驗測定。在離心泵的吸入口（取截面1-1）和排出口（取截面2-2）之間列柏努力方程式得： Z1+H=+Hf(1-2) （22）整理得： H=(Z2-Z1)+ Hf(1-2)式中 Z1離心泵的吸入口處截面1-1的高度， m； Z2離心泵的排出

3、口處截面2-2的高度， m； p1離心泵的吸入口處截面1-1的壓強， Pa； p2離心泵的排出口處截面2-2的壓強， Pa； u1離心泵的吸入管內流體的流速， m/s； u2離心泵的排出管內流體的流速， m/s； 流體在實驗溫度下的密度， Kg/m3； g重力加速度， m/s2； Hf(1-2)離心泵的入口和出口之間管路內流體的流動阻力，m。而Hf(1-2)為管路內流動阻力，不包括泵本身內部的流動阻力。當所選截面很接近時，此值很小，可忽略不計。而壓強p1，p2可通過真空表和壓力表的讀數(shù)求出，讀數(shù)單位為Mpa。 p1=pap1×106+h1g (23) p2=pa+p2×10

4、6+h2g (24)式中 Pa當?shù)卮髿鈮海?Pa； P1真空表讀數(shù)， Mpa； P2壓力表讀數(shù)， Mpa； h1真空表測壓管的高度， m； h2壓力表測壓管的高度， m。實驗中有 h1= h2，則 H=(Z2 -Z1)+ (25)軸功率的測定離心泵的軸功率是指泵軸所需的功率，也就是電動機直接傳遞給泵軸的功率大小。實驗中不直接測定泵軸功率，而是用三相功率表測量電動機的輸入功率。 N=N電·h電·h傳 （26）式中 N電電動機的輸入功率， ； h電電動機的效率，從電動機名牌上查得； h傳傳動效率，聯(lián)軸器連接，h傳。N電由三相功率表直接測定，計算式如下 N電a·C

5、83;×10-3 （27）式中 a功率表偏轉格數(shù)； C功率表儀表常數(shù)，格；對33W型功率表，C=40W/格；離心泵的效率h泵的效率是有效功率與軸功率之比。 h= （28）式中 e泵的有效功率，指單位時間流體從泵獲得的功的大小， e=QHrg= （29） h= （210）式中 Q泵流量， m3/s； H泵揚程， m； N泵的軸功率， KW。四、實驗裝置與流程：1 實驗流程裝置及流程如圖所示，水從水池經底閥吸入水泵，增壓后經出口閥調節(jié)流量大小，流經渦輪流量傳感器、計量槽再流回水池。2 主要設備尺寸及儀表規(guī)格(1)循環(huán)水池，規(guī)格：長2000mm×寬1500mm×高110

6、0mm；(2)不銹鋼計量槽，規(guī)格：長800mm×寬400mm×高800mm；(3)1BA6離心泵一臺，進口管為DN50，d內=52.5mm；出口管為DN40，d內=41mm；(4)LWGY渦輪流量傳感器一臺，儀表常數(shù)j=72.874.4；(5)LCD2型可編程流量演算儀一臺；(6)D33W型三相功率表一塊；離心泵性能測定實驗裝置流程示意圖1- 離心泵 2-真空表 3-壓力表 4-變頻器 5-功率表 6-流量調節(jié)閥 7-實驗管路 8-溫度計9-渦輪流量計10-實驗水箱11-放水閥 12-頻率計五、實驗步驟1 熟悉設備、流程及所用三相功率表、流量演算儀的使用方法。2 檢查泵軸的

7、潤滑情況，用手轉動聯(lián)軸器看是否轉動靈活。如轉動靈活，表明離心泵可以啟動。3 打開泵的出口調節(jié)閥和充水閥，向泵殼內灌水，直至泵殼內空氣排凈。然后關閉泵的出口調節(jié)閥和充水閥。4 啟動離心泵，緩慢打開調節(jié)閥至全開，使流量達到最大，進行系統(tǒng)的排氣操作。5 數(shù)據測量。將離心泵的出口閥全部開啟，流量達到最大，開始記錄數(shù)據。從最大流量到最小流量（零）依此測取數(shù)據，大流量下流量值從演算儀上讀??；小流量下改用實測流量。實驗中每調節(jié)一個流量后穩(wěn)定一段時間，然后同時記錄流量值、壓力表讀數(shù)、真空表讀數(shù)、功率表偏轉格數(shù)及轉速值，直到出口閥全部關閉，即流量為零時為止。注意不要忘記讀取流量為零時的各有關參數(shù)。6 實驗完畢，

8、關閉泵的出口閥，停泵并關閉電源。做好清潔衛(wèi)生工作。7 測量水溫。取實驗前后水溫的算術平均值作為測量溫度。六、實驗報告1 繪制原始數(shù)據表和數(shù)據整理表。2 在直角坐標紙上繪制一定轉速下泵的特性曲線。3 寫出典型數(shù)據的計算過程，分析和討論實驗現(xiàn)象。七、思考題1 為什么啟動離心泵前要先灌泵？如果灌水排氣后泵仍啟動不起來，你認為可能是什么原因？2 為什么啟動離心泵時要關出口調節(jié)閥和功率表開關？啟動離心泵后若出口閥不開，出口處壓力表的讀數(shù)是否會一直上升，為什么？3 什么情況下會出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象？4 為什么泵的流量改變可通過出口閥的調節(jié)來達到？是否還有其它方法來調節(jié)流量？5 正常工作的離心泵，在其進口管線上設閥

9、門是否合理？為什么？6 為什么在離心泵吸入管路上安裝底閥？7 測定離心泵的特性曲線為什么要保持轉速的恒定？8 為什么流量越大，入口真空表讀數(shù)越大而出口壓力表讀數(shù)越??？注意事項：（1）該裝置應良好地接地。（2）啟動離心泵前，關閉壓力表和真空表的開關 以免損壞壓強表。實驗二、恒壓過濾實驗測定實驗一、 實驗目的1了解板框過濾機的構造、流程和操作方法；2測定某一壓強下過濾方程式中過濾常數(shù)k、qe、qe，增進對過濾理論的理解；3測定洗滌速率與最終過濾速率的關系。二、 實驗內容用板框過濾機在恒定壓力(0.05Mpa，0.1MPa)下分離1015%碳酸鈣溶液，測定濾液量與過濾時間的關系并求得過濾常數(shù)。三、

10、基本原理過濾是將懸浮液送至過濾介質的一側，在其上維持比另一側高的壓力，液體則通過介質而成濾液，而固體粒子則被截流逐漸形成濾渣。過濾速率由過濾壓差及過濾阻力決定，過濾阻力由二部分組成，一為濾布，一為濾渣。因為濾渣厚度隨時間而增加，所以恒壓過濾速率隨著時間而降低。對于不可壓縮性濾渣，在恒壓過濾過情況下，濾液量與過濾時間的關系可用下式表示： (V+Ve)2= K·A2·(q+qe） （31）式中： q 時間內的濾液量 ； Ve虛擬濾液量 ； 過濾面積 ； 過濾常數(shù) ； q過濾時間 ； qe相當于得到濾液Ve所需的過濾時間s。過濾常數(shù)一般由實驗測定。為了便于測定這些常數(shù)，可將（31

11、)式改寫成下列形式： （q+qe)2=K（q+qe） （32）式中： q=是過濾時間為q 時，單位過濾面積的濾液量，m3/m2； qe=是在qe時間內，單位過濾面積虛擬濾液量，m3/m2。1過濾常數(shù)、Ve 、qe的測定方法：將式（32）進行微分，得 2（q+qe)dq=Kdq即 便 （33）此式形式與Y=A·X+B相同，為一直線方程。若以dq/dq為縱坐標，q為橫坐標作圖，可得一直線，其斜率為2/K，截距為2qe/K，便可求出K、qe和qe。但是dq/dq難以測定，故式（33）左邊的微分dq/dq可用增量比Dq/Dq代替，即： （34）因此，在恒壓下進行過濾實驗，只需測出一系列的Dq

12、、Dq值，然后以Dq/Dq為縱坐標，以q為橫坐標（q取各時間間隔內的平均值）作圖，即可得到一條直線。這條直線的斜率為2/K，截距為2qe/K，進而可算出K、qe的值。再以q=0，q=0代入式（32）即可求出qe。2洗滌率速率與最終過濾速率的測定在一定的壓強下，洗滌速率是恒定不變的，因此它的測定比較容易。它可以在水量流出正常后開始計量，計量多少也可根據需要決定。洗滌速率（)w為單位時間所得的洗滌量。 （)w= （35）式中： VW洗液量 m3； qW洗滌時間 s。VW，qW 均由實驗測得，即可算出（)w 。至于最終過濾速率的測定是比較困難的，因為它是一個變數(shù)，為了測得比較準確，建議過濾操作要進行

13、到濾框全部被濾渣充滿以后再停止。根據恒壓過濾基本方程，恒壓過濾最終速率為： （)E = （36）式中： （)E最終過濾速率； V整個過濾時間q 內所得的濾液總量； q整個過濾時間q 內通過單位過濾面積所得的濾液總量。其它符號的意義與式（31）相同。四、實驗裝置及流程（一）實驗設備的特點 1.該實驗設備由過濾板、過濾框組成的小型工業(yè)用板框過濾機，實驗設備整體美觀、簡單，操作方便。 2.可測定過濾常數(shù): K， qe，e 及s，k。3.實驗數(shù)據穩(wěn)定、可靠，重現(xiàn)性好。4.過濾壓力范圍（0.05-0.2MPa）。（二）設備的主要技術數(shù)據1.旋渦泵: 轉速: 2900轉/分 2.攪拌器: 型號: KDZ-

14、1 ; 功率: 160w 轉速: 3200轉/分;3.過濾板: 規(guī)格: 160*180*11（mm）。4.濾布：型號 工業(yè)用；過濾面積0.0475m2。5.計量桶：長275mm、寬325mm。 HGL-B恒壓過濾常數(shù)測定實驗裝置(板框過濾機)（三）實驗設備流程示意圖 圖一 恒壓過濾實驗流程示意圖1調速器;2電動攪拌器;3、4、6、11、14閥門;5、7壓力表8板框過濾機; 9壓緊裝置;10濾漿槽;12旋渦泵；13-計量桶 。: (見圖一) 如圖一所示，濾漿槽內配有一定濃度的輕質碳酸鈣懸浮液（濃度在2-4%左右），用電動攪拌器進行均勻攪拌(漿液不出現(xiàn)旋渦為好)。啟動旋渦泵，調節(jié)閥門3使壓力表5指

15、示在規(guī)定值。濾液在計量桶內計量。五、實驗方法1準備工作（1）仔細了解板框壓濾機的濾板，濾框的構造及濾板的排列順序。過濾時濾液及洗滌時洗水流徑的路線。（2）測量所用該塊濾框的過濾面積。（3）檢查各閥門的開啟位置，并使其處于關閉狀態(tài)。（4）按順序排列濾板與濾框（1232123）。為了節(jié)省時間，實驗時只用一組板框，因此要把其余組框用盲板（橡膠墊）同實驗用的板框隔開。濾布應先濕透，然后安裝，安裝時濾布孔要對準濾機孔道，表面要拉平整，不能起縐。（5）配置濾漿首先打開進水閥、溢流閥，使料漿管水位至溢流口時，關閉進水閥及溢流閥。然后啟動空壓機，打開壓縮空氣進口閥，使料漿罐內液體處于均勻攪拌狀態(tài)，從加料口加入

16、超輕碳酸鈣，使其質量濃度為810%范圍內，全開壓力調節(jié)閥，封閉加料口。（6）準備好實驗用的儀器及工具（如秒表、量筒、溫度計等）。2實驗工作（1）調節(jié)壓縮機出口閥門及壓力調節(jié)閥使料漿罐維持正常的操作壓力（0.05MPa或0.1MPa表壓）。（2）將計量用量筒放置于濾液出口處，準備好秒表。（3）開啟壓濾機和濾漿管入口閥門以及濾液出口閥，操作過程中不斷調節(jié)壓力調節(jié)閥,恒定壓力應以板框入口處壓力表讀數(shù)為準。（4）當有濾液流出時，開始記錄時間，連續(xù)記錄一定濾液量所需時間。開始時，濾液流量較大，可按每1000ml濾液量讀取一個時間。當濾液流量減小時，可按每500或200ml濾液量讀取一個時間。（5）當流速

17、減慢，濾液呈滴狀流出時，即可停止操作。關閉濾漿管入口閥門及濾液出口閥，開始進行洗滌操作。（6）將水放進洗滌罐，關閉進水閥。打開洗水壓縮空氣閥，維持洗滌壓力和過濾壓力一致，開啟洗水進口閥，進行洗滌，洗水穿過濾渣后流入計量筒，同時記錄時間。測取有關數(shù)據，記錄2組洗滌數(shù)據。（7）洗滌完畢，關閉所有閥門，全開壓力調節(jié)閥，待壓力表讀數(shù)為0時，旋開壓緊螺桿，并將板框打開，卸出濾渣。清洗濾布，整理板框，重新組合，調節(jié)另一壓力，進行下一次操作。 六、注意事項 (1) 檢查真空泵內真空泵油是否在視鏡液面以上。(2) 過濾漏斗如圖一安裝，在濾漿中潛沒一定深度，讓過濾介質平行于液面，以防止空氣被抽入造成濾餅厚度不均

18、勻。(3) 用放空閥7調節(jié)，控制系統(tǒng)內的真空度恒定，以保證恒壓狀態(tài)下操作。(4) 電動攪拌器使用方法： 啟動前，旋轉攪拌軸，檢查是否靈活好用。 將調速器指針調至零位。 打開調速器開關。（不允許高速擋位啟動）。 攪拌狀態(tài)下轉速出現(xiàn)異常或實驗完畢后，將調速指針恢復至零位。七、思考題1為什么過濾開始時，濾液常有渾濁，過一定時期才轉清？2濾漿濃度和過濾壓強對K值有何影響？3有哪些因素影響過濾速率？4q取大些好，還是取小一些好?同一次實驗，q取得不同，所得出k、qe之值會不會不同？做q圖時，q值為什么取兩時間間隔的平均值?實驗三、對流傳熱系數(shù)的測定一、 實驗目的1 學會對流傳熱系數(shù)的測定方法。2 測定空

19、氣在圓形直管內(或螺旋槽管內)的強制對流傳熱系數(shù)，并把數(shù)據整理成準數(shù)關聯(lián)式，以檢驗通用的對流傳熱準數(shù)關聯(lián)式。3 了解影響對流傳熱系數(shù)的因素和強化傳熱的途徑。二、實驗內容測定不同空氣流量下空氣和水蒸汽在套管換熱器中的進、出口溫度，求得空氣在管內的對流傳熱系數(shù)。三、基本原理1準數(shù)關聯(lián)式對流傳熱系數(shù)是研究傳熱過程及換熱器性能的一個很重要的參數(shù)。在工業(yè)生產和科學研究中經常采用間壁式換熱裝置來達到物料的冷卻和加熱目的，這種傳熱過程是冷熱流體通過固體壁面（傳熱元件）進行的熱量交換，由熱流體對固體壁面的對流傳熱、固體壁面的熱傳導和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成。由傳熱速率方程式知，單位時間、單位傳熱面所傳

20、遞的熱量為 q=K(T-t) （51）而對流傳熱所傳遞的熱量，對于冷熱流體可由牛頓定律表示 q=ah·(T-Tw1) （52）或 q=ac·(tw2-t) （53）式中 q傳熱量， W/m2； a給熱系數(shù)， W/m2· T熱流體溫度， ； t冷流體溫度， ； Tw1、tw2熱、冷流體側的壁溫， ； 下標：c冷側 h熱側。由于對流傳熱過程十分復雜，影響因素極多，目前尚不能通過解析法得到對流傳熱系數(shù)的關系式，它必須由實驗加以測定獲得各影響因素與對流傳熱系數(shù)的定量關系。為了減少實驗工作量，采用因次分析法將有關的影響因素無因次化處理后組成若干個無因次數(shù)群，從而獲得描述對流

21、傳熱過程的無因次方程。在此基礎上組織實驗，并經過數(shù)據處理得到相應的關系式，如流體在圓形（光滑）直管中做強制對流傳熱時傳熱系的變化規(guī)律可用如下準數(shù)關聯(lián)式表示 Nu=CRemPrn (54) (55) (56)式中 Nu努塞爾特準數(shù)； Re雷諾準數(shù)； Pr普蘭特準數(shù)； w空氣的質量流量， Kg¤s； d熱管內徑， m； A換熱管截面積， m2； m定性溫度下空氣的粘度， Pa·S； l定性溫度下空氣的導熱系數(shù)， W¤(m·)； a對流傳熱系數(shù)， W¤(m2·)。當流體被加熱時，n=0.4；被冷卻時，n=0.3。此式的適用范圍：Re>

22、10000，0.7<Pr<120，長與管徑比，低粘度的流體(<2倍常溫下水的粘度)。計算各物理量的定性溫度用進出口溫度的算術平均值。對空氣而言，在較大的溫度和壓力范圍內Pr準數(shù)實際上保持不變，取Pr =0.7。因空氣被加熱，取n=0.4，則（54）式可簡化為： (C=C·Prn=0.867C) （57）對于螺旋槽管的準數(shù)關聯(lián)式：2對流傳熱系數(shù)a的測定在套管換熱器中，環(huán)隙中通水蒸汽，內管管內通空氣，水蒸冷凝放熱加熱空氣，當傳熱達到穩(wěn)定之后空氣側對流傳熱系數(shù)ai與總傳熱系數(shù)K有以下關系： （58）式中 d管壁厚度， m； l管壁材料的導熱系數(shù)， W¤ (m&#

23、183;)； ai管內對流傳熱系數(shù)， W¤ (m2·)； ao管外對流傳熱系數(shù)， W¤ (m2·)。因管內流動的是空氣，管外流動的是水蒸汽，所以兩側污垢熱阻可不計。式中為黃銅管壁熱傳導的熱阻，其中d=0.001m，l=377W¤ (m·)，所以很小，為蒸汽冷凝膜的熱阻，與相比很小可以忽略，所以。根據傳熱速率方程和熱量衡算式有如下關系 (59)其中 式中 Q傳熱速率， W； K總傳熱系數(shù)， W¤ (m2·)； W空氣的質量流量， Kg¤s； Cp空氣的平均比熱， J¤(Kg·)； t出空

24、氣出口溫度， ； t進空氣進口溫度， ； Dt對數(shù)平均溫度差， ； T蒸汽溫度， 。于是式(59)可改寫成 Q= （510）從而得到管內空氣對流傳熱系數(shù)的計算式 (511)式中 VS空氣的體積流量， m3¤s； r流經流量計處空氣密度， Kg¤m3。所以當傳熱達到穩(wěn)定后，用蒸汽溫度可計算出Dtm，利用儀器測出各數(shù)據，就能計算出實測值ai，從而整理出Nu準數(shù)與Re準數(shù)之間的函數(shù)關系，最后確定出式中的C與指數(shù)m。3Re與Nu的計算 （512）式中 di管內徑， m； m定性溫度下空氣的粘度， Pa·S； （513）式中 l定性溫度下空氣的導熱系數(shù)， W¤(m

25、·)。4流量的測量和密度的計算 (514)式中 Pa大氣壓強(可取當?shù)卮髿鈮? mmHg Rp流量計前端被測介質表壓強 mmHg t流量計前端被測介質溫度(可取t=t進) 式中 V0轉子流量計的讀數(shù)； rgo標定轉子時空氣的密度； rs實際操作情況時氣體密度。四、 實驗裝置五、 實驗裝置的基本功能和特點本實驗裝置是以空氣和水蒸汽為介質，對流換熱的簡單套管換熱器和強化內管的套管換熱器。通過對本換熱器的實驗研究，可以掌握對流傳熱系數(shù)i的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。通過對管程內部插有螺旋線圈的空氣-水蒸

26、氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數(shù)關聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強化比Nu/Nu0，了解強化傳熱的基本理論和基本方式。實驗裝置的主要特點如下： 1.實驗操作方便,安全可靠。 2.數(shù)據穩(wěn)定,強化效果明顯，用圖解法求得的回歸式與經驗公式很接近。 3.水,電的耗用小,實驗費用低。4.傳熱管路采用管道法蘭聯(lián)接,不但密封性能好,而且拆裝也很方便。箱式結構，外觀整潔，移動方便。（二）強化套管換熱器實驗簡介強化傳熱又被學術界稱為第二代傳熱技術，它能減小初設計的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動力消耗，

27、更有效地利用能源和資金。強化傳熱的方法有多種，本實驗裝置是采用在換熱器內管插入螺旋線圈的方法來強化傳熱的。蒸汽支路控制閥10普通管套管換熱器旁路調節(jié)閥孔板流量計強化管套管換熱器風機出口管蒸汽支路控制閥11空氣支路控制閥9空氣支路控制閥8氣-汽對流傳熱實驗裝置（三）設備主要技術數(shù)據：1. 傳熱管參數(shù): 表1 實驗裝置結構參數(shù)實驗內管內徑di（mm）20.00實驗內管外徑do（mm）22.0實驗外管內徑Di（mm）50實驗外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內管）長度l（m）1.50強化內管內插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓200伏 操作電流10安2. 空氣

28、流量的測定：孔板流量計與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成空氣流量計。 3.溫度測量： (1) 空氣進、出傳熱管測量段前的溫度由電阻溫度計測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。 (2) 管外壁面平均溫度Tw( )由數(shù)字式毫伏計測出與其對應的熱電勢E(mv,熱電偶是由銅康銅組成),再由 E 根據公式:Tw()=8.521.26×E(mv)計算得到。 4.電加熱釜：加熱電壓由PT-139E控制儀表來控制。5. 旋渦氣泵, 型號：XGB2。四、實驗設備流程圖: 見附圖所示。普通套管換熱器；2、內插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3、蒸汽發(fā)生器；4、旋渦氣泵；5、旁路調節(jié)閥；6、孔板流量計；7、風機出口溫度

29、（冷流體入口溫度）測試點；8、9空氣支路控制閥；10、11、蒸汽支路控制閥；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位計；18、冷凝液回流口附圖：空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置流程圖五、實驗步驟1 把蒸汽發(fā)生器加蒸餾水至恒定水位，然后關閉蒸汽閥，打開總電源開關，給溫控儀設定適當溫度。2 待蒸汽發(fā)生器內溫度接近設定溫度時，打開蒸汽閥門，使蒸汽進入套管環(huán)隙，并打開放氣閥排除不凝性氣體。微開排液閥，以便冷凝水及時排除。3 打開空氣旁通閥，開啟風機，調節(jié)閥門使流量到指定刻度，待穩(wěn)定后，記錄數(shù)據4 改變空氣流量，穩(wěn)定后，讀取數(shù)據。5 實驗結束后，先關閉空氣調節(jié)閥后

30、關閉風機，最后關閉總電源開關。6 讀大氣壓力計值，記錄操作條件下大氣壓強值。注意:實驗過程中應及時排除不凝性氣體和冷凝水。但在排放過程中，盡量不要影響實驗操作的穩(wěn)定性。六、注意事項 (1) 檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內。特別是每個實驗結束后，進行下一實驗之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應及時補給水量。(2) 必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開。在轉換支路時，應先開啟需要的支路閥，再關閉另一側，且開啟和關閉控制閥必須緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出。(3) 必須保證空氣管線的暢通。即在接通風機電源之前，兩個空氣支路控制閥之一和旁路調節(jié)閥必

31、須全開。在轉換支路時，應先關閉風機電源，然后開啟和關閉控制閥。 (4) 電源線的相線，中性線不能接錯，實驗桌鐵架一定要接地(最起碼也要接中性線)。七、數(shù)據整理表、準數(shù)關聯(lián)圖及回歸結果表1 普通管實驗記錄1234567孔板壓差（Kpa)5.354.573.772.832.081.360.56空氣入口溫度t1(）44.5042.9039.8037.8034.7032.9032.00t1(Kg/m3)1.121.131.141.141.151.161.16空氣出口溫度t2(）69.3068.9067.6067.2066.4066.5068.40壁面熱電勢Tw(mv)4.224.234.234.234

32、.234.234.23壁面溫度Tw (）98.2098.4298.4298.4298.4298.4298.42管內平均溫度at(）56.9055.9053.7052.5050.5549.7050.20at(kg/ m3)1.091.091.101.101.111.111.11at*1002.872.872.852.842.832.822.82Cp at1009.1009.1009.1009.1009.1009.1010.at *100001.991.981.971.971.961.961.96管內平均溫差t(）24.8026.0027.8029.4031.7033.6036.40平均溫差tm(

33、）40.0341.1643.2444.3046.0646.7245.83空氣流量Vt1(m3/h)51.7947.7743.2137.3431.8825.7216.49管內流量V(m3/h)53.8249.7345.1339.1133.5327.1317.47u(m/s)47.5843.9739.9034.5829.6423.9915.45傳熱量qc(W)407395386355329283198i（W/m2·）1621531421271149769Re52012483104432938645334592719717466Nu11310710090816849Nu/(Pr0.4)13

34、0123115104937956表2 強化管實驗記錄1234567孔板壓差（Kpa)3.963.172.451.921.521.18空氣入口溫度t1(）38.1037.9035.2032.2030.2028.90t1(Kg/m3)1.141.141.151.161.171.17空氣出口溫度t2(）72.8073.5073.3072.8072.6072.60壁面熱電勢Tw(mv)4.244.244.244.244.244.24壁面溫度Tw (）98.6398.6398.6398.6398.6398.63管內平均溫度at(）55.4555.7054.2552.5051.4050.75at(kg/

35、m3)1.091.091.101.101.101.11at*1002.862.862.852.842.832.83Cp at100910091009100910091009at *100001.9831.9841.9771.9691.9641.961管內平均溫差t(）34.735.638.140.642.443.7平均溫差tm(）40.7540.3541.5142.9843.8744.35空氣流量Vt1(m3/h)44.3039.6334.7230.6127.1723.90管內流量V(m3/h)46.7741.9036.8632.6529.0725.63u(m/s)44.6439.9935.1

36、831.1627.7424.46傳熱量qc(W)496.6456.0431.1408.8381.3347.0i（W/m2·）201.51186.90171.75157.29143.71129.40Re473124232537513335233001226547Nu135.53125.62115.88106.6197.7088.12Nu099.6391.5083.4376.5570.3464.03Nu/Nu01.361.371.391.391.391.38Nu/(Pr0.4)156.6145.1133.9123.2112.9101.8八、思考題1 實驗過程中，蒸汽溫度改變對實驗結果有什

37、么影響？如何保持蒸汽溫度恒定？2 本實驗中，空氣與蒸汽流徑能否改變？這樣安排的優(yōu)點是什么？3 實驗過程中，如何判斷傳熱達到穩(wěn)定？4 蒸汽冷凝過程中不凝性氣體存在對實驗結果會有什么影響？應采取什么措施解決？實驗四、精餾塔全塔效率的測定一、實驗目的1. 了解精餾裝置的基本流程及篩板精餾塔的結構，熟悉精餾操作方法；2. 測定全回流條件下總板效率(或單板效率)。二、實驗原理 在板式精餾塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，氣液兩相在塔板上接觸以實現(xiàn)傳質，以達到分離的目的。如果在每層塔板上，離開塔板的液體組成與蒸汽組成處于平衡狀態(tài)，則該塔板稱為理論板。然而在實際操作的塔中，由于接觸時間有限，氣液兩

38、相不可能達到平衡，即實際塔板達不到一塊理論板的分離效果，因此精餾塔所需要的實際板數(shù)總比理論板數(shù)多。對二元物系，全回流時，根據塔頂、塔底氣液組成可求出理論塔板數(shù)。理論塔板數(shù)與實際塔板數(shù)之比即為塔的總板效率E 。數(shù)學表達式為： （1） 式中：總板效率； 理論板層數(shù)； 實際板層數(shù)。 理論板層數(shù)的求法可用圖解法。本實驗是使用乙醇正丙醇二元物系在全回流條件下操作，只需測定塔頂餾出液組成和釜液組成又，即可用圖解法求得，實際板層數(shù)為已知，所以利用式(1)可求得塔效率。三、精餾塔實驗裝置篩板塔精餾實驗開總電源電加熱調壓關總電源電加熱開關回流比開關測溫點切換0塔頂1塔底2、進料加熱電流加熱電壓溫度回流比概貌控制

39、面板（一）實驗設備的特點 1. 該精餾裝置全部采用不銹鋼材料制成并安裝玻璃觀測管能夠在實驗過程中使學生可以清晰見到每塊塔板上氣液傳質過程的全貌,擴展學生的視野,提高實驗教學效果。 2. 該精餾裝置具有節(jié)電的優(yōu)點。每套裝置只需1.5千瓦左右的電負荷,就可以完成全回流和部分回流各種條件下的精餾操作實驗,而且設備造價較低,經久耐用。3. 設備小型化,學生易于操作,且數(shù)據重現(xiàn)性良好。（二）設備的主要技術數(shù)據 (一) 精餾塔 名 稱直 徑（毫米）高度（毫米）板間距（毫米）板 數(shù)(塊)板型、孔徑（毫米）降液管材 質塔 體76×3.58001009篩板 1.88×1.5不銹鋼塔 釜100

40、×2300不銹鋼 (二) 物系 (乙醇正丙醇) 1. 純度:分析純. 2. 料液濃度:15-25(乙醇質量百分數(shù)).3. 濃度分析用阿貝折光儀(用戶自備).(三)儀器儀表：1. 電流變送器： 型號：PA-139 規(guī)格：（0-20）A2.回流比顯示儀：型號：PT-139E 規(guī)格：（0-99）4.溫度顯示儀：型號：PT-139 規(guī)格：（0-150）5.電壓變送器：型號：PZ-139 規(guī)格：（0-220）V（三）實驗設備流程示意圖: 見附圖一所示. 四、實驗步驟1熟悉裝置在使用本設備前應了解設備的基本結構，以及所需的控制儀表盤的布置情況，并按正確的操作方法使用設備。 2加料配制一定濃度(1

41、5%(v)左右)的酒精-正丙醇溶液由供料泵注入蒸餾釜內至液位計上的標記為止。3預熱通電啟動，調節(jié)電壓到140180V，對釜內料液加溫，并開啟冷卻水閥，仔細觀察塔內汽液二相的狀況，控制加熱量（用調節(jié)電壓來實施）。進行全回流操作，控制蒸發(fā)量，4全塔效率測定當塔頂氣液鼓泡正常，操作穩(wěn)定，且待塔頂、塔釜溫度恒定不變后，即可開始取樣。分別由塔頂取樣管和釜底取樣考克用注射器接取適當試樣，取樣前應先取少量試樣將注射器沖洗一、二遍。用阿貝折光儀分析其組成6結束完成以上各操作步驟后，觀察有無漏液現(xiàn)象。將電源調壓器減小至零，關閉加熱器，最后切斷電源，待塔內無回流時關閉冷卻水，清理現(xiàn)場。五、實驗數(shù)據計算過程及結果(

42、1) 全回流塔頂樣品折光指數(shù)nD1.3610乙醇的質量分率58.84411642.61325 ×nD 58.84411642.61325 ×1.3610 =0.847摩爾分率 同理：塔釜樣品折光指數(shù)nD1.3780乙醇的質量分率58.84411642.61325 ×nD 58.84411642.61325 ×1.3780 =0.132 摩爾分率xw=0.155在平衡線和操作線之間圖解理論板4.03 （見圖二） 全塔效率(2) 部分回流（R=4）塔頂樣品折光指數(shù)nD1.3640，塔釜樣品折光指數(shù)nD1.3785，進料樣品折光指數(shù)nD1.3740由全回流計算

43、出質量、摩爾濃度XD0.77 ；Xw0.129；Xf0.351進料溫度tf29.6，在Xf0.351下泡點溫度88.7乙醇在59.15下的比熱Cp1=3.07（kJ/kg.），正丙醇在59.15下的比熱Cp2=2.85（kJ/kg.）乙醇在88.7下的汽化潛熱r1=819（kJ/kg）正丙醇在88.7下的汽化潛熱r2=680（kJ/kg）混合液體比熱Cpm=46×0.351×3.07+60×（1-0.351）×2.85=160.54（kJ/kmol.）混合液體汽化潛熱r pm=46×0.351×819+60×（1-0.351）×680=39702（kJ/kmol） q線斜率5.16在平衡線和精餾段操作線、提餾段操作線之間圖解理論板板數(shù)4.55（見圖三） 全塔效率附圖一、精餾實驗裝置流程示意圖1-高位槽；2-精餾塔塔體；3-轉子流量計；4-電加熱器；5-塔頂冷凝器；6-線圈；7-回流比控制器；8-塔頂產品接料瓶；9-液面計；10塔釜產品冷卻器；11-塔釜產品出料管 實驗五、干燥曲線和干燥速率曲線的測定一、實驗目的1. 了解洞道式循環(huán)干燥器