化工原理實驗指導(dǎo)手冊有機合成工用

1、.有機合成工實驗講義江蘇技術(shù)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院2008年7月*;目 錄1 離心泵性能特性曲線測定實驗11.1實驗?zāi)康?1.2基本原理11.3實驗裝置流程圖31.4實驗步驟41.5實驗報告51.6思考題61.7實驗數(shù)據(jù)記錄72 數(shù)字化對流給熱系數(shù)測定實驗82.1實驗?zāi)康?2.2 基本原理82.3實驗裝置與流程102.4 實驗基本操作及注意事項112.5實驗要求122.6實驗報告122.7思考題133 數(shù)字化精餾塔（篩板和填料塔）實驗143.1實驗?zāi)康?43.2基本原理143.3實驗裝置與流程153.4實驗步驟與注意事項173.5實驗報告183.6思考題183.7實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果示例1

2、93.8 軟件流程圖舉例204 填料吸收實驗214.1 實驗?zāi)康?14.2基本原理214.3實驗裝置與流程224.4 實驗步驟與注意事項224.5 數(shù)據(jù)處理234.6 思考題234.7實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果241 離心泵性能特性曲線測定實驗1.1實驗?zāi)康?測定恒定轉(zhuǎn)速條件下離心泵的有效揚程(H)、軸功率(N)、以及總效率（）與有效流量(V)之間的曲線關(guān)系；2測定改變轉(zhuǎn)速條件下離心泵的有效揚程(H)、軸功率(N)、以及總效率（）與有效流量(V)之間的曲線關(guān)系；3了解離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)操作。1.2基本原理離心泵的特性曲線是選擇和使用離心泵的重要依據(jù)之一，其特性曲線是在恒定轉(zhuǎn)速下?lián)P程H、軸功率N

3、及效率與流量V之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的外部表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用數(shù)學(xué)方法計算這一特性曲線，只能依靠實驗測定。1 ) 流量V的測定與計算采用渦輪流量計測量流量，智能流量積算儀顯示流量值V m3/h。2 ) 揚程H的測定與計算在泵進(jìn)、出口取截面列柏努利方程： (11)p1,p2：分別為泵進(jìn)、出口的壓強 N/m2：液體密度 kg/m3u1, u2：分別為泵進(jìn)、出口的流量m/s g：重力加速度 m/s2當(dāng)泵進(jìn)、出口管徑一樣，且壓力表和真空表安裝在同一高度，上式簡化為： (12)由式（1-2）可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計算出泵的揚程。本實驗中，還采

4、用壓力傳感器來測量泵進(jìn)口、出口的真空度和壓力，由8路巡檢儀顯示真空度和壓力值。3) 軸功率N的測量與計算軸功率可按下式計算：N=M=M （13）式中，N泵的軸功率，WM泵的轉(zhuǎn)矩，N.m泵的旋轉(zhuǎn)角速度，1/sn泵的轉(zhuǎn)速，r/minP測功臂上所加砝碼的質(zhì)量,KgL測功臂長，m； L=0.4867m（馬達(dá)天平法） 由式（13）可知：要測定泵的軸功率，需要同時測定泵軸的轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)速n，泵軸的轉(zhuǎn)矩采用馬達(dá)天平法或功率傳感器測量，泵軸的轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速表直接讀出。4）效率的計算泵的效率為泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是流體單位時間內(nèi)自泵得到的功，軸功率N是單位時間內(nèi)泵從電機得到的功，

5、兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算：Ne=HVg （14）故 =Ne/N=HVg/N （15）5) 轉(zhuǎn)速改變時的換算泵的特性曲線是在指定轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)，就是說在某一特性曲線上的一切實驗點，其轉(zhuǎn)速都是相同的。但是，實際上感應(yīng)電動機在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個實驗點的轉(zhuǎn)速將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數(shù)據(jù)換算為平均轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下： （16）此外，本實驗裝置安裝了變頻器，以改變離心泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)測定變轉(zhuǎn)速時離心泵的性能特性曲線的目的，轉(zhuǎn)速改變后的換算關(guān)系也滿足比例定律（1-6）。本實驗裝置還設(shè)計安裝了用于兩

6、臺離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)操作的閥門，以實現(xiàn)離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)操作。1.3實驗裝置流程圖離心泵性能特性曲線測定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖和離心泵性能特性曲線測定實驗儀控柜面板圖如圖1-1和圖1-2所示：圖1-1 離心泵性能特性曲線測定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖圖1-2離心泵性能特性曲線測定實驗儀控柜面板圖1.4實驗步驟1恒定轉(zhuǎn)速下離心泵性能特性曲線測定實驗步驟：1）儀表上電：打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)；打開三相空氣開關(guān)，打開電磁閥，把離心泵電源轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到直接位置，即為由電源直接啟動，這時離心泵停止按鈕燈亮。2) 打開離心泵出口閥門，打開離心泵灌水閥，對水泵進(jìn)行灌水，注意在打開灌水閥時要慢慢打開，不要

7、開的太大，否則會損壞真空表的。灌好水后關(guān)閉泵的出口閥與灌水閥門。3) 實驗軟件的開啟：打開“離心泵性能特性曲線測定實驗.MCG”組態(tài)軟件，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，按“F5”鍵進(jìn)入軟件運行環(huán)境。按提示輸入班級、姓名、學(xué)號、裝置號后按“確定”進(jìn)入“離心泵性能特性測定實驗軟件”界面，點擊“恒定轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”按鈕，進(jìn)入實驗界面。4) 當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，這時離心泵啟動按鈕綠燈亮。啟動離心泵后把出水閥開到最大，開始進(jìn)行離心泵實驗。5) 打開出口閥門，將流量調(diào)至最大，在“恒定轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”實驗界面中，單擊“電動調(diào)節(jié)閥開度”，輸入調(diào)節(jié)閥開度值調(diào)節(jié)流量。

8、6) 調(diào)節(jié)出口閘閥開度，使閥門全開。等流量穩(wěn)定時，在馬達(dá)天平上添加砝碼使平衡臂與準(zhǔn)星對準(zhǔn)讀取砝碼重量p。在儀表臺上讀出電機轉(zhuǎn)速n，流量v，水溫t，真空表讀數(shù)p1和出口壓力表讀數(shù)p2并記錄；減小調(diào)節(jié)閥開度值減小流量，重復(fù)以上操作，測得另一流量下對應(yīng)的各個數(shù)據(jù)，一般重復(fù)812個點為宜。7) 實驗完畢，按下儀表臺上的水泵停止按鈕，停止水泵的運轉(zhuǎn)。關(guān)閉水泵出口閥。單擊“退出實驗”?；氐健半x心泵性能特性測定實驗軟件”界面，再單擊“退出實驗”按鈕退出實驗系統(tǒng)。2變轉(zhuǎn)速下離心泵性能特性曲線測定實驗步驟：1）儀表上電：打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)；打開三相空氣開關(guān)，打開電磁閥，打開變頻器電源開關(guān)，把離心泵

9、電源轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到變頻位置，變頻器打到自動，這時離心泵停止按鈕燈亮。2) 打開離心泵出口閥門，打開離心泵灌水閥，對水泵進(jìn)行灌水，注意在打開灌水閥時要慢慢打開，不要開的太大，否則會損壞真空表的。灌好水后關(guān)閉泵的出口閥與灌水閥門。3) 實驗軟件的開啟：打開“離心泵性能特性曲線測定實驗.MCG”組態(tài)軟件，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，按“F5”鍵進(jìn)入軟件運行環(huán)境。按提示輸入班級、姓名、學(xué)號、裝置號后按“確定”進(jìn)入“離心泵性能特性測定實驗軟件”界面，點擊“變轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”按鈕，進(jìn)入實驗界面。4) 當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，按下離心泵啟動按鈕，啟動離心泵，這時離心泵啟動按鈕綠燈亮。啟動離心泵后把出水閥開到最大，

10、開始進(jìn)行離心泵實驗。5) 打開出口閥門，將流量調(diào)至最大，在“恒定轉(zhuǎn)速下的離心泵性能特性曲線測定”實驗界面中，單擊“電動調(diào)節(jié)閥開度”，輸入調(diào)節(jié)閥開度值調(diào)節(jié)流量。單擊“轉(zhuǎn)數(shù)”，輸入變動后的轉(zhuǎn)數(shù)，6) 調(diào)節(jié)出口閘閥開度，使閥門全開。等流量穩(wěn)定時，在馬達(dá)天平上添加砝碼使平衡臂與準(zhǔn)星對準(zhǔn)讀取砝碼重量p。在儀表臺上讀出電機轉(zhuǎn)速n，流量v，水溫t，真空表讀數(shù)p1和出口壓力表讀數(shù)p2并記錄；減小調(diào)節(jié)閥開度值減小流量，重復(fù)以上操作，測得另一流量下對應(yīng)的各個數(shù)據(jù)，一般重復(fù)812個點為宜。7) 實驗完畢，按下儀表臺上的水泵停止按鈕，停止水泵的運轉(zhuǎn)。關(guān)閉水泵出口閥。單擊“退出實驗”?；氐健半x心泵性能特性測定實驗軟件”

11、界面，再單擊“退出實驗”按鈕退出實驗系統(tǒng)。8) 關(guān)閉以前打開的所有設(shè)備電源。3.離心泵的串并聯(lián)操作1.5實驗報告 1）在同一張坐標(biāo)紙上描繪一定轉(zhuǎn)速下的HV、NV、V曲線 2) 比較恒定轉(zhuǎn)數(shù)和變動轉(zhuǎn)數(shù)下的離心泵性能特性曲線，并判斷變轉(zhuǎn)數(shù)條件的流量、揚程、功率是否滿足比例定律。3）分析實驗結(jié)果，判斷泵較為適宜的工作范圍。1.6思考題1. 試從所測實驗數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關(guān)閉出口閥門？2. 啟動離心泵之前為什么要引水灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來，你認(rèn)為可能的原因是什么？3. 為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？4. 泵啟動后，出口閥如果打不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？

12、為什么？5. 正常工作的離心泵，在其進(jìn)口管路上安裝閥門是否合理？為什么？6. 試分析，用清水泵輸送密度為k的鹽水，在相同流量下你認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？7. 為什么在恒定轉(zhuǎn)速下離心泵的轉(zhuǎn)速會發(fā)生變化，而變轉(zhuǎn)數(shù)時轉(zhuǎn)數(shù)保持不變？8. 為什么要采用離心泵的串并聯(lián)操作？如何選擇離心泵的組合方式？9. 在實驗室裝置條件下，如何實現(xiàn)離心泵的串并聯(lián)操作？若啟動離心泵后，發(fā)現(xiàn)離心泵壓力表和真空表讀數(shù)均為零，可能是什么原因？10. 離心泵工作一段時間后，發(fā)現(xiàn)不能正常工作，流量計顯示流量為零，可能是什么原因？11. 把離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)到1000，發(fā)現(xiàn)離心泵無法輸送液體，試分析原因。12. 離心泵轉(zhuǎn)速由

13、2900調(diào)到2500，離心泵性能特性曲線怎么變化？13. 改變出口閥門的開度，離心泵工作點是否變化？離心泵特性曲線是否變化？14. 實驗結(jié)束，應(yīng)如何關(guān)閉離心泵和電源？為什么？15. 離心泵出口閥門開大，真空表和壓力表讀數(shù)如何變化？為什么？16. 若由實驗室裝置測定離心泵串聯(lián)時的性能特性曲線，則該曲線和理論曲線有何不同，為什么？17. 兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，是否可以得到單臺泵兩倍的流量，為什么？18. 兩臺相同型號的離心泵串聯(lián)，是否可以得到單臺泵兩倍的揚程，為什么？19. 如何由離心泵的性能特性曲線確定離心泵的工作范圍？20. 為什么可以用馬達(dá)天平測定離心泵的軸功率？21. 離心泵開泵時要注

14、意什么？怎樣才能正確的開啟離心泵？1.7實驗數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)記錄裝置號： 水溫： 流量調(diào)節(jié)： 實驗次數(shù)流量（m3/h）P真空表 KPaP壓力表KPa轉(zhuǎn)速（r.p.m）砝碼重量（g）123456789101112原始數(shù)據(jù)記錄裝置號： 水溫： 流量調(diào)節(jié)： 實驗次數(shù)流量（m3/h）P真空表 KPaP壓力表KPa轉(zhuǎn)速（r.p.m）砝碼重量（g）1234567891011122 數(shù)字化對流給熱系數(shù)測定實驗（空氣-水蒸氣體系和水-水蒸氣體系）2.1實驗?zāi)康?. 掌握冷熱流體通過間壁換熱時給熱系數(shù)的測定方法，通過實驗了解給熱的基本規(guī)律； 2. 體現(xiàn)主要熱阻與次要熱阻各自的重要性，體現(xiàn)主要熱阻測流體流速的改變

15、對傳熱速率的影響；3. 測定努塞爾數(shù)Nu與雷諾數(shù)Re的關(guān)系，將測定的Nu與Re進(jìn)行回歸，并與經(jīng)驗公式進(jìn)行驗證性比較。2.2 基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣或水，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣或水，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：VCP(t2t1)0A0(TTW)miAi(twt)m （21）式中：V 被加熱流體體積流量，m3/s； 被加熱流體密度，kg/m3； CP 被加熱流體平均比熱，J/(kg)； 0、i 水蒸氣對內(nèi)管外壁的冷凝給熱系數(shù)和流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，W/(m2)； t1、t2 被加熱流體進(jìn)、出口溫度，；A0、Ai 內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2；

16、(TTW)m 水蒸氣與外壁間的對數(shù)平均溫度差，； （22） (twt)m 內(nèi)壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，； （23）式中：T1、T2 蒸汽進(jìn)、出口溫度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2 外壁和內(nèi)壁上進(jìn)、出口溫度，。當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好，即值很大，且管壁厚度很薄時，可認(rèn)為Tw1tw1，Tw2tw2，即為所測得的該點的壁溫。由式（21）可得： （24） （25）若能測得被加熱流體的V、t1、t2，內(nèi)管的換熱面積A0或Ai，以及水蒸氣溫度T，壁溫Tw1、Tw2，則可通過式（24）算得實測的水蒸氣（平均）冷凝給熱系數(shù)0；通過式（25）算得實測的流體在管內(nèi)的（平均）對流給熱系數(shù)i。在水平管外，蒸汽冷凝

17、給熱系數(shù)（膜狀冷凝），可由下列半經(jīng)驗公式求得： （26）式中：0 蒸汽在水平管外的冷凝給熱系數(shù)，W/(m2)； 水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2)；g 重力加速度，9.81m/s2； 水的密度，kg/m3；r 飽和蒸汽的冷凝潛熱，J/kg； 水的粘度，Ns/m2；d0 內(nèi)管外徑，m；t 蒸汽的飽和溫度ts和壁溫tw之差，。上式中，定性溫度除冷凝潛熱為蒸汽飽和溫度外，其余均取液膜溫度，即tm = (ts + tw) / 2，其中：tw = (Tw1 + Tw2) / 2。流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，可按下列半經(jīng)驗公式求得：湍流時： （27）式中：i 流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，W/(m2)；

18、 流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2)；di 內(nèi)管內(nèi)徑，m；Re 流體在管內(nèi)的雷諾數(shù)，無因次；Pr 流體的普朗特數(shù)，無因次。上式中，定性溫度均為流體的平均溫度，即tf = (t1 + t2) / 2。過渡流時： ii （28）式中： 修正系數(shù)， 2.3實驗裝置與流程1. 實驗裝置本實驗裝置由蒸汽發(fā)生器、套管換熱器及溫度傳感器、智能顯示儀表等構(gòu)成。其實驗裝置流程如圖2-1所示。圖21 水蒸氣水（或空氣）對流給熱系數(shù)測定實驗流程圖1、水泵或風(fēng)機 2、蒸汽發(fā)生器 3、旁路閥 4、轉(zhuǎn)子流量計 6、蒸汽總閥7、蒸氣調(diào)節(jié)閥 8、9、冷凝水排放閥 10、水或空氣流量調(diào)節(jié)閥11、惰性氣體排放閥 水蒸氣空氣體系：來自蒸

19、汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器，與來自風(fēng)機的空氣進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)管道排入地溝。冷空氣經(jīng)LWQ25型渦輪流量計進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后放空。空氣流量可用閥門調(diào)節(jié)或變頻器自動調(diào)節(jié)。水蒸氣水體系：來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器，與來自高位槽的水進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)管道排入地溝。冷水經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥和LWQ15型渦輪流量計進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后進(jìn)入下水道。水流量可用閥門調(diào)節(jié)或電動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)。2. 設(shè)備與儀表規(guī)格（1）紫銅管規(guī)格：直徑161.5mm，長度L=1010mm；（2）外套玻璃管規(guī)格：直徑1126mm，長度L=1010mm；（3）風(fēng)機：XGB12型

20、，風(fēng)量090m3/h，風(fēng)壓12kPa；（4）壓力表規(guī)格：00.1Mpa。2.4 實驗基本操作及注意事項1.實驗基本操作（一）水蒸汽空氣體系1）數(shù)據(jù)手動采集（1）檢查儀表、風(fēng)機、蒸汽發(fā)生器及測溫點是否正常，檢查進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥（7）是否關(guān)閉。（2）打開總電源開關(guān)、儀表電源開關(guān)、（由教師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸氣總閥（6）；（3）啟動風(fēng)機（1）；（4）調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥（10）的開度，閥門全開使風(fēng)量達(dá)到最大；（5）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關(guān)閉進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥（7），打開蒸汽管冷凝水排放閥（8）； （6）排凈后，關(guān)閉蒸汽管冷凝水排放閥（8），打開進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進(jìn)入換

21、熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃爆裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷凝水不斷地排至地溝；（7）仔細(xì)調(diào)節(jié)進(jìn)系統(tǒng)蒸氣調(diào)節(jié)閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在0.02MPa以下（可通過微調(diào)惰性氣體排空閥使壓力達(dá)到需要的值），以保證在恒壓條件下操作，再根據(jù)測 試要求，由大到小逐漸調(diào)節(jié)空氣流量手動調(diào)節(jié)閥（10）的開度，合理確定36個實驗點，待穩(wěn)定后，分別從溫度、壓力顯示儀表儀（控制面板上）上讀取各有關(guān)參數(shù)；（8） 實驗終了，首先關(guān)閉蒸氣調(diào)節(jié)閥（7），切斷設(shè)備的蒸汽來路，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器（由教師完成）、儀表電源開關(guān)及切斷總電源。2）數(shù)

22、據(jù)自動采集開啟計算機，雙擊桌面的“MCGS運行環(huán)境”，確認(rèn)進(jìn)入，點擊“對流給熱系數(shù)測定實驗（水蒸汽空氣體系）”，待達(dá)到實驗條件要求后，點擊“開始實驗”。“MCGS運行環(huán)境”會每五分鐘自動記錄對流給熱儀表面板上的數(shù)據(jù)。在實驗結(jié)束時，點擊“退出實驗”。打開桌面上“對流給熱實驗數(shù)據(jù)處理”，在看到的“對流給熱_MCGS”中用鼠標(biāo)單擊（水蒸汽空氣體系），就可打開自動采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理了。（二）水蒸汽水體系1）數(shù)據(jù)手動采集（1）檢查儀表、蒸汽發(fā)生器及測溫點是否正常；（2）打開總電源開關(guān)、儀表電源開關(guān)、（由教師啟動蒸汽發(fā)生器和打開蒸氣總閥（6）并使電動調(diào)節(jié)閥的電源呈“關(guān)”狀態(tài)；（3）關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥兩端的閥門

23、，開啟旁路閥，使管內(nèi)通以一定量的水，排除管內(nèi)空氣；（4）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關(guān)閉進(jìn)系統(tǒng)的蒸汽總閥（6），打開蒸汽管凝結(jié)水排放閥（7）；（5）排凈后，關(guān)閉蒸汽管凝結(jié)水排放閥（7），打開進(jìn)系統(tǒng)的蒸氣調(diào)節(jié)閥（7），使蒸汽緩緩進(jìn)入換熱器環(huán)隙（切忌猛開，防止玻璃炸裂傷人）以加熱套管換熱器，再打開換熱器冷凝水排放閥（9）（冷凝水排放閥的開度不要開啟過大，以免蒸汽泄漏），使環(huán)隙中冷凝水不斷地排至地溝；（6）仔細(xì)調(diào)節(jié)進(jìn)系統(tǒng)蒸氣調(diào)節(jié)閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩(wěn)定保持在0.02MPa以下（可通過微調(diào)惰性氣體排空閥使壓力達(dá)到需要的值），以保證在恒壓條件下操作，再根據(jù)測 試要求，由大到小逐漸調(diào)節(jié)空氣

24、流量手動調(diào)節(jié)閥（10）的開度，合理確定36個實驗點，待穩(wěn)定后，分別從溫度、壓力巡檢儀及智能流量計算儀（控制面板上）上讀取各有關(guān)參數(shù)；（7）實驗結(jié)束，首先關(guān)閉蒸汽源總閥，切斷設(shè)備的蒸汽來路，經(jīng)一段時間后，在關(guān)閉水手動旁路調(diào)節(jié)閥，然后關(guān)閉蒸汽發(fā)生器（由教師完成）、儀表電源開關(guān)及切斷總電源。2）數(shù)據(jù)自動采集開啟計算機，雙擊桌面的“MCGS運行環(huán)境”，確認(rèn)進(jìn)入，點擊“對流給熱系數(shù)測定實驗（水蒸汽水體系）”，待達(dá)到實驗條件要求后，點擊“開始實驗”?！癕CGS運行環(huán)境”會每五分鐘自動記錄對流給熱儀表面板上的數(shù)據(jù)。在實驗結(jié)束時，點擊“退出實驗”。打開桌面上“對流給熱實驗數(shù)據(jù)處理”，在看到的“對流給熱_MCG

25、S”中用鼠標(biāo)單擊（水蒸汽水體系），就可打開自動采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理了。2. 注意事項（1）一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣或水，方可開啟蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。（2）開始通入蒸汽時，要緩慢打開蒸汽閥門，使蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”不得少于20min，以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。（3）操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下，因為在此條件下壓力比較容易控制。（4）測定各參數(shù)時，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，并且隨時注意惰氣的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。2.5實驗要求1 測出流體在管內(nèi)的（平均）

26、對流給熱系數(shù)i。2 測出水蒸氣（平均）冷凝給熱系數(shù)0。3 在0.02MPa的水蒸氣壓力下，分別估算出冷流體出口溫度在50、70、85下的冷流體流量。4 實際測出上面估算的理論流量。2.6實驗報告1. 將冷流體給熱系數(shù)的實驗值與理論值列表比較，計算各點誤差，并分析討論。2. 說明蒸汽冷凝給熱系數(shù)的實驗值和冷流體給熱系數(shù)的實驗值和對流體給熱系數(shù)實驗值的變化規(guī)律。3. 按冷流體給熱系數(shù)的模型式：，確定式中常數(shù)A及m 。4. 在0.02MPa的水蒸氣壓力下，分別估算出冷流體出口溫度在50、70、85下的冷流體流量。5. 實際測出上面估算的理論流量。2.7思考題1. 傳熱過程在工業(yè)生產(chǎn)中有哪幾方面的應(yīng)用

27、？2. 傳熱的基本方式有幾種，各有何特點？3. 什么叫穩(wěn)定傳熱和不穩(wěn)定傳熱？4. 簡述傅立葉定律，并說明溫度梯度、導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義及其在傳熱過程的實際意義？5. 說明一般情況下其氣體、液體、非金屬固體和金屬固體的導(dǎo)熱系數(shù)大致范圍。6. 寫出穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下多層平壁及多層圓筒壁的導(dǎo)熱方程式。 7. 簡述牛頓的冷卻定律，對流傳熱系數(shù)的物理意義？8. 影響對流傳熱系數(shù)的因素有哪些？9. 寫出Nu、Pr、Re和Gr準(zhǔn)數(shù)式及各準(zhǔn)數(shù)中物理量的單位（法定單位）10. 寫出流體在圓形直管內(nèi)作強制湍流時的對流傳熱系數(shù)計算式。11. 何謂定性溫度、特性尺寸？12. 為什么膜狀冷凝的對流傳熱系數(shù)比滴狀冷凝的對流傳熱

28、系數(shù)時??？13. 生產(chǎn)中的沸騰傳熱為什么要保持在核狀沸騰狀態(tài)？14. 提高對流傳熱系數(shù)的途徑？15. 什么是黑體、白體、透熱體和灰體？提出黑體的概念在工程上有什么意義？16. 什么叫黑度？它在工程計算上有什么意義？17. 為什么設(shè)備有熱損失？如何減少設(shè)備熱損失？18. 什么叫熱負(fù)荷？試說明熱負(fù)荷與傳熱速率之間的關(guān)系？19. 何謂對數(shù)平均溫度差？如何計算？對數(shù)平均溫度差值與流體流向是否有關(guān)？20. 簡述傳熱速率方程式（傳熱基本方程式）各項的意義及單位？21. 寫出并流、逆流、錯流和折流時對數(shù)平均溫度差的計算式？22. 換熱器中并流、逆流操作各有何特點？23. 如何用實驗方法測定總傳熱系數(shù)？實測時

29、安裝哪些儀表？測取那些數(shù)據(jù)？24. 什么叫強化傳熱過程？強化傳熱過程的有效途徑是什么？25. 什么叫單管（殼）程？什么叫多管（殼）程？26. 簡述列管式換熱器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點？27. 固定管板列管式換熱器在什么情況下需要有溫差補償裝置？常用的補償裝置有哪幾種？28. 簡述熱管的工作原理及特點？29. 簡述套管式、蛇管式、板式、螺旋板式、板翹式換熱器的簡單結(jié)構(gòu)及主要特點。30. 什么叫加熱劑和冷卻劑？工程上常用來作加熱劑和冷卻劑的物質(zhì)有哪些?3 數(shù)字化精餾塔（篩板和填料塔）實驗3.1實驗?zāi)康?. 了解連續(xù)精餾塔（篩板和填料塔）的基本結(jié)構(gòu)及流程。2. 掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。3. 學(xué)會板式精餾塔全

30、塔效率、單板效率或填料塔等板高度的測定方法。4. 確定部分回流時不同回流比對精餾塔效率或等板高度的影響。5. 了解氣相色譜儀的使用方法。6. 了解塔釜液位自動控制和電加熱自動控制的工作原理和操作方法。3.2基本原理1. 篩板塔1）全塔效率ET全塔效率ET（NT-1）/NP，其中NT為塔內(nèi)所需理論板數(shù)（含塔釜），NP為塔內(nèi)實際板數(shù)。板式塔內(nèi)各層塔板上的氣液相接觸效率并不相同，全塔效率簡單反映了塔內(nèi)塔板的平均效率，它反映了塔板結(jié)構(gòu)、物系性質(zhì)、操作狀況對塔分離能力的影響，一般由實驗測定。式中NT由已知的雙組分物系平衡關(guān)系，通過實驗測得塔頂產(chǎn)品組成XD、料液組成XF、熱狀態(tài)q、殘液組成XW、回流比R等

31、，即能用圖解法求得。2）單板效率EM是指氣相或液相經(jīng)過一層實際塔板前后的組成變化與經(jīng)過一層理論塔板前后的組成變化的比值。按氣相組成表示的單板效率： （3-1）按液相組成表示的單板效率： （3-2）2. 填料塔 等板高度（HETP）是指與一層理論塔板的傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨?。它的大小取決于填料的類型、材質(zhì)與尺寸，受系統(tǒng)物性、操作條件及塔設(shè)備尺寸的影響，一般由實驗測定。對于雙組分物系，根據(jù)平衡關(guān)系，通過實驗測得塔頂產(chǎn)品組成XD、料液組成XF、熱狀態(tài)q、殘液組成XW、回流比R和填料層高度Z等有關(guān)參數(shù)，用圖解法求得理論板數(shù)后，即可確定：HETPZ/NT3.3實驗裝置與流程本實驗裝置有篩板塔，其特征數(shù)

32、據(jù)如下：1.不銹鋼篩板塔塔內(nèi)徑D內(nèi)66mm，塔板數(shù)NP16塊。塔釜液體加熱采用電加熱，塔頂冷凝器為列管換熱器。供料采用LMI電磁微量計量泵進(jìn)料。篩板精餾塔實驗裝置如圖31所示： 圖31 篩板精餾塔流程圖2.不銹鋼填料塔塔內(nèi)經(jīng)D內(nèi)68mm，塔內(nèi)填料層高度Z=1.0m(亂堆），填料為不銹鋼環(huán)散裝填料，尺寸66mm，比表面積440m2/m3，空隙率噢0.7 m3/m3，堆積密度700kg/m3，填料因子1500 m-1，填料層支承柵板開孔率75%。塔底電加熱，加熱功率2.5kw。塔頂冷凝器為列管換熱器。供料采用LMI電磁微量計量泵進(jìn)料。 填料精餾塔實驗裝置如圖32所示：圖32 填料精餾塔流程圖3.儀

33、表控制板圖3.4實驗步驟與注意事項 1. 實驗步驟 （一）全回流（1）配制濃度16%19%(用酒精比重計測)的料液加入釜中，至釜容積的2/3處；另配濃度為1020%的乙醇溶液加入儲料罐中（不少于罐容積的1/2）。（2）檢查各閥門位置，啟動儀表電源，再啟動電加熱管電源，調(diào)節(jié)加熱電壓調(diào)節(jié)旋鈕使加熱電壓為150V，給釜液緩緩升溫，10分鐘后再調(diào)節(jié)加熱電壓為220V，若發(fā)現(xiàn)液沫夾帶過量，可將加熱電壓適當(dāng)調(diào)低。 （3）塔釜加熱開始后，打開冷凝器的冷卻水閥門，流量調(diào)至200-400L/h左右，使蒸汽全部冷凝實現(xiàn)全回流。（4）把“手動 回流比控制 自動”撥鈕打到“手動”上，關(guān)閉塔頂出料的閥門（左側(cè)轉(zhuǎn)子流量計

34、閥門），全開回流的閥門（右側(cè)轉(zhuǎn)子流量計閥門），同時打開控制面板上回流電磁閥開關(guān)。（5）當(dāng)發(fā)現(xiàn)有回流時，開始記錄第一組數(shù)據(jù)。此后，每隔5min記錄一組數(shù)據(jù)。（6）當(dāng)塔頂出料及回流流量、塔頂溫度及塔釜溫度穩(wěn)定（10min波動不大于0.3）后，用注射器從第7塊板（從上往下數(shù)）左上取樣口及右下取樣口取樣，用分別貼有標(biāo)簽的樣品瓶從塔頂取樣口及塔釜取樣口取樣，進(jìn)行色譜分析，測定濃度x6、x7、xD、xW。 （二） 部分回流（1）待塔全回流操作穩(wěn)定時，打開進(jìn)料閥，開啟進(jìn)料泵電源，調(diào)節(jié)進(jìn)料量至適當(dāng)?shù)牧髁?。（進(jìn)料泵沖程為100時，頻率采用6070/min，如已經(jīng)在此范圍內(nèi)，則不需調(diào)節(jié)）。（2）從原料灌貯槽取原料

35、液，用色譜分析其組成xF。（3）確認(rèn)“手動 回流比控制 自動”撥鈕指在“手動”位置。（4）調(diào)節(jié)塔頂出料和回流的流量以得到合適的回流比（一般調(diào)節(jié)回流比為24）。（5）當(dāng)塔頂出料及回流流量、塔頂溫度及塔釜溫度穩(wěn)定（10min波動不大于0.3）后即可取樣分析(取樣位置與全回流同)。（6）重復(fù)（4）（5）步驟,另取一回流比進(jìn)行實驗。（7）取樣完畢，關(guān)閉加熱電源、加料泵和液控電磁閥開關(guān)，而保持儀表和回流電磁閥為打開狀態(tài)。待實驗結(jié)束、離開實驗室之前，關(guān)閉所有電源，并關(guān)閉冷凝水。2. 取樣與分析（1） 閥門取樣：原料液、塔頂及塔釜液從各相應(yīng)的取樣閥放出。（2） 注射器取樣：用已標(biāo)號的注射器從塔板上、下液體取

36、樣口緩緩抽出液體至最大刻度，（3） 各個樣品盡可能同時取樣。（3） 將樣品進(jìn)行色譜分析。3. 磁力驅(qū)動計量泵（LMI）的使用先打開進(jìn)料閥，再打開操作面板上進(jìn)料泵電源開關(guān)。流量調(diào)節(jié)通過控制柜上“加料泵控制”表調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式由教師現(xiàn)場指導(dǎo)，此處略。（計量泵沖程和頻率均為100時，流量為9.5L/h，實際流量可依此計算）4. 注意事項（1）塔頂放空閥一定要打開。（2）料液一定要加到設(shè)定液位2/3處方可打開加熱管電源，否則塔釜液位過低會使電加熱絲露出干燒致壞。（3）部分回流時，進(jìn)料泵電源開啟前務(wù)必先打開進(jìn)料閥，否則會損害進(jìn)料泵。(4) 進(jìn)行部分回流操作過程中，要保持回流比穩(wěn)定，否則誤差較大。(5) 部

37、分回流操作過程中要注意塔釜內(nèi)液位，防止料液流失導(dǎo)致電加熱器干燒而損壞設(shè)備。3.5實驗報告1. 將塔頂、塔底溫度和組成等原始數(shù)據(jù)列表。2. 計算全回流及不同回流比下部分回流的理論塔板數(shù)。3. 計算篩板塔的全塔效率及單板效率或填料塔的等板高度。4. 分析并討論實驗過程中觀察到的現(xiàn)象。3.6思考題1. 如何判斷塔的操作已達(dá)到穩(wěn)定?2.什么是全回流?全回流操作有哪些特點，在生產(chǎn)中有什么實際意義?3.測定全回流和部分回流總板效率與單板效率時各需測幾個參數(shù)？取樣位置在何處？4. 全回流時測得板式塔上第n、n-1層液相組成，如何求得xn*?部分回流時，又如何求xn* ？5. 在全回流時，測得板式塔上第n、n

38、-1層液相組成后，能否求出第n層塔板上的以氣相組成變化表示的單板效率？6. 若測得單板效率超過100%，作何解釋？7. 查取進(jìn)料液的汽化潛熱時定性溫度取何值？8. 精餾塔操作中,塔釜壓力是否為重要操作參數(shù)？塔釜壓力與哪些因素有關(guān)？9. 什么是板式塔的“靈敏板”？觀察“靈敏板”的溫度有什么作用？10. 進(jìn)料量對精餾塔板層數(shù)有何影響？為什么？11. 通常，精餾操作回流比R=(1.12.0)Rmin，試分析根據(jù)哪些因素確定倍數(shù)的大小。12. 如何選擇進(jìn)料熱狀態(tài)？冷料進(jìn)料對精餾塔操作有什么影響?進(jìn)料口位置如何確定?13. 若精餾塔加料偏離適宜位置（其它操作條件均不變），將會導(dǎo)致什么結(jié)果？14. 實驗完

39、畢后，為何要保留回流比控制電源處于“開”的狀態(tài)？15. 塔板效率受哪些因素影響？ 16. 精餾塔的常壓操作是怎樣實現(xiàn)的 如果要改為加壓或減壓操作,又怎樣實現(xiàn)？17. 板式塔氣液兩相的流動特點是什么？ 18. 為什么乙醇水系統(tǒng)精餾采用常壓操作而不采用加壓精餾或真空精餾？ 19. 什么叫回流比？精餾中為什么要引入回流比？試說明回流的作用。能否根據(jù)實驗裝置情況,確定和控制回流比？ 20. 試分析實驗結(jié)果成功或失敗的原因，提出改進(jìn)意見。3.7實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果示例實驗裝置：數(shù)字化篩板精餾實驗裝置1#； 計量泵頻率: 次/min 實驗原始數(shù)據(jù)： 表3-1 全回流原始數(shù)據(jù)時間測溫點溫度1（塔頂）2

40、3456789101112131415塔釜表3-2 部分回流原始數(shù)據(jù)時 間測溫點溫度1（塔頂）23456789101112131415塔釜回流流量L/h出料流量L/h色譜檢測數(shù)據(jù)：全回流塔頂xD=89.457%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；塔底：xW=1.518%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；乙醇摩爾校正因子0.543；實驗結(jié)果：Nt=5.66；ET=0.292圖形3.8 軟件流程圖舉例4 填料吸收實驗4.1 實驗?zāi)康?. 熟悉填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2. 了解填料塔的性能，測定液泛線；3. 了解吸收因數(shù)對傳質(zhì)單元高度和總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響。4.2基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。本實驗以水為吸收劑吸收空氣與CO

41、2混合氣中的CO2。實驗內(nèi)容包括兩部分：液泛線的測定；改變空塔氣速和液體噴淋量對Kxa和HOL的影響。VL1）液泛線的測定對于填料塔，當(dāng)噴淋量改變時，液泛空塔氣速也會改變（噴淋量增大時，液泛氣速將減?。砸悍簳r的噴淋量對空塔氣速作圖可得液泛線。液泛線如右圖：2）吸收因數(shù)A對Kxa和HOL的影響填料層高度Z為 （41）式中：L 液體通過塔截面的摩爾流量，kmol / (m2s)； Kxa X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol / (m3s)； HOL 傳質(zhì)單元高度，m； NOL 傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸收因數(shù) A=L/mG （42） （43）當(dāng)改變氣、液流量時，A將改變，由式4-3和4-

42、1知，還將進(jìn)而影響Kxa和HOL。改變A可以通過改變氣體流量和液體流量來實現(xiàn)，即實驗中改變氣、液流量，測定有關(guān)數(shù)據(jù)，計算Kxa和HOL。具體計算方法參見化工原理實驗指導(dǎo)書。4.3實驗裝置與流程略。參見化工原理實驗指導(dǎo)書。4.4 實驗步驟與注意事項1. 液泛線的測定 1）實驗步驟（1）熟悉實驗流程，檢查氣體流量計下端閥門是否全關(guān)（順時針旋轉(zhuǎn)到底為全關(guān)），檢查U形管壓差計兩臂液面是否在同一水平面上；（2）裝置上電，儀表電源上電，打開風(fēng)機電源開關(guān)；（3）關(guān)閉塔底液位調(diào)節(jié)閥，尾氣放空閥則要全開；（4）設(shè)定水流量值為500L/h，同時開始調(diào)節(jié)塔底液位調(diào)節(jié)閥，保持液封的液面在液位計中間位置，以免氣體走短路

43、。調(diào)節(jié)氣速至發(fā)生液泛，記錄數(shù)據(jù)； （5）調(diào)節(jié)水流量為550、600、650、950、1000，分別記錄液泛數(shù)據(jù)。2）注意事項（1）由于液泛發(fā)生需要液體積累滿全塔，因此需要一定時間，所以調(diào)節(jié)氣體流量后要注意觀察，確認(rèn)不能發(fā)生液泛后再增加氣體流量。（2）觀察到液泛現(xiàn)象后立即記錄數(shù)據(jù)，然后迅速調(diào)小氣體流量，防止液泛過度導(dǎo)致U形管壓差計進(jìn)水而影響后續(xù)實驗順利進(jìn)行。要等到體系穩(wěn)定后再讀數(shù)，否則誤差較大。（3）注意控制塔底液封水位，控制不好數(shù)據(jù)將無規(guī)律。2. 吸收系數(shù)對吸收傳質(zhì)性能影響的測定 1）實驗步驟（1）熟悉實驗流程，弄清氣相色譜儀及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項；（2）裝置上電，儀表電

44、源上電，打開風(fēng)機電源開關(guān)；（3）開啟進(jìn)水總閥，使水的流量達(dá)到300L/h左右。讓水進(jìn)入填料塔潤濕填料。（4）塔底液封控制，方法同上。（5）打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時針為開，逆時針為關(guān)），使其壓力穩(wěn)定在0.20MPa左右，并調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計的流量，使其穩(wěn)定在100L/h；（6）打開尾氣取樣閥（塔頂取樣），同時確認(rèn)原料氣取樣閥關(guān)閉；（7）仔細(xì)調(diào)節(jié)尾氣放空閥及小流量計下方進(jìn)氣閥的開度，使混合氣流量穩(wěn)定在4m3/h，氣體進(jìn)塔壓力穩(wěn)定在0.015MPa左右，觀察色譜六通閥是否有氣體快速通過；（8）保持各流量計穩(wěn)定的情況下通氣15分鐘以上。待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的讀數(shù)及通過溫度數(shù)顯表、壓力表讀取各溫度、壓力，通過六通閥在線進(jìn)樣，利用氣相色譜儀分析塔頂氣相組成（連續(xù)采樣3次取平均值，控制3次測量誤差小于5%）；（9）切換取樣閥開關(guān)（打開塔底氣體取樣閥