化工原理實(shí)驗(yàn)講義08.9.1

化工原理實(shí)驗(yàn)講義合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系化工實(shí)驗(yàn)教研室編2007.8．PAGEPAGE19實(shí)驗(yàn)二離心泵特性曲線測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆x心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會(huì)離心泵的操作；掌握離心泵特性曲線測(cè)定方法。二、基本原理HNηV揚(yáng)程H的測(cè)定與計(jì)算在泵進(jìn)、出口取截面列柏努利方程：p H=2g

1+Z2

u2 u2Z+2 11 2g式中：p,p——分別為泵進(jìn)、出口的壓強(qiáng)N/m21 2

ρkg/m3u,u——分別為泵進(jìn)、出口的流量m/s g——重力加速度m/s21 2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(jiǎn)化為：p'p'H 2 1g由上式可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計(jì)算出泵的揚(yáng)程。軸功率N的測(cè)量與計(jì)算軸的功率可按下式計(jì)算：N0.94w w由上式可知：測(cè)定泵的軸功率，只需測(cè)定電機(jī)的輸出功率，乘上功率轉(zhuǎn)換中的倍率即可。η的計(jì)算η是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時(shí)間內(nèi)流體自泵得到的功，軸功率N和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計(jì)算：Ne=HVρg故η=Ne/N=HVρg/N速改變時(shí)的換算n nVV HH( )2流量 n 揚(yáng)程 nn VVHgNN( )3 軸功率 n N 效率離心泵功率轉(zhuǎn)換系數(shù)＝0.89三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程

N N離心泵性能特性曲線測(cè)定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖如圖2-1：圖2-1離心泵實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖3．儀表控制柜面板如圖2-2所示：圖2-2流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板1、空氣開關(guān)24電源指示燈、流量控制儀6路巡檢儀（單位／：第一通道測(cè)量離心泵進(jìn)口壓力（kp，第二通道測(cè)量離心泵出口壓力（kp測(cè)量離心泵轉(zhuǎn)速（第四通道測(cè)量流體阻力壓差（體溫度（單位：攝氏度7、功率表（K813、離心泵停止按鈕。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)灌泵儲(chǔ)水箱中出水到適當(dāng)位置（大概三分之二處）關(guān)閉閥出并且沒有氣泡灌水完畢，關(guān)閉排氣閥和灌水閥。啟動(dòng)水泵1910數(shù)據(jù)。把轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到直接位置，指示燈12亮，按一下離心泵啟動(dòng)按鈕，離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)按鈕指示燈亮，水泵啟動(dòng)完畢。1最大，每隔2／h采集一組數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集，從最大流量做到0。數(shù)據(jù)采集完畢后，按離心泵停止按鈕，泵停止。5、打開數(shù)據(jù)處理軟件，打開采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出數(shù)據(jù)處理結(jié)果，繪出離心泵特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢注意事項(xiàng)：1、一般每次實(shí)驗(yàn)前，均需對(duì)泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時(shí)注意定期對(duì)泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。2、泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，可能會(huì)纏繞并傷害身體接觸部位。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄No.L/s真空表讀No.L/s真空表讀數(shù)MPa 壓力表讀數(shù)MPa 功率表讀數(shù)w五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告在同一張坐標(biāo)紙上描繪一定轉(zhuǎn)速下的H～VN～Vη～V曲線分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷泵較為適宜的工作范圍。六、思考題試從所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動(dòng)時(shí)為什么要關(guān)閉出口閥門？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(diǎn)？十分還有其他方法調(diào)節(jié)流量？泵啟動(dòng)后，出口閥如果打不開，壓力表讀數(shù)是否會(huì)逐漸上升？為什么？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？試分析，用清水泵輸送密度為1200K／3的鹽水（忽略密度的影響認(rèn)為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？實(shí)驗(yàn)七篩板式精餾塔實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂Y板精溜塔和附屬設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)。掌握精溜過程的基本操作方法。率和單板效率?；亓鞴r。測(cè)定塔頂、塔底液相組成，據(jù)此求取回流比下的理論塔板數(shù)和全塔效率。調(diào)節(jié)精流塔使其穩(wěn)定操作于不同的回流比工況，求取相應(yīng)的全塔效率。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納總結(jié)回流比對(duì)精流塔分離效率的影響二、基本原理在板式精流塔的精溜過程中，每一層塔板的汽、液相間進(jìn)行著熱、質(zhì)傳遞果，常用于板式塔的設(shè)計(jì)中。全回流操作時(shí)的單板效率和全塔效率。單板效率（或液相值之比，單板效率統(tǒng)稱由實(shí)驗(yàn)測(cè)的。汽相單板效率：Emv=(yn-yn+1)/(yn’-yn+1)液相單板效率：Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn’)式中： yn+1 離開第塊塔板的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)xn-1,xn ,摩爾分?jǐn)?shù)y*n ,摩爾分?jǐn)?shù)xxn* T摩爾分?jǐn)?shù):5-1Emv=(xn-1-xn)/(yn*-xn)全塔效率ET=(NT-1)/NP ×100%式中一定分離任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜NP 完成一定分離任務(wù)所需要的實(shí)際塔板數(shù)，本裝置NP=8線見作梯級(jí)，即可得到理論塔板數(shù)。2、部分回流操作是全塔效率的測(cè)定精餾段操作線方程yn+1=Rxn/（R+1）+ XD/（R+1）提餾段操作線方程ym+1=L’xm/（L’-W）-Wxw/(L’-W)線方程y=qx/（q-1）-XF/（q-1）回流比R的確定R=L/D理論塔板數(shù)根據(jù)以上計(jì)算得到的精餾段操作向方程和q線方程，以及取樣得到的餾出液組成Xd，塔釜組成XW和進(jìn)料液組成XF，在y--x圖上用圖解法即可得到理論塔板數(shù)NT。全塔效率ET`=（NT-1）/NP ×100%3、精餾過程穩(wěn)定連續(xù)操作條件物料衡: F=W+D總物料不平衡時(shí),進(jìn)料量大于出料量,回引起淹塔,相反會(huì)引起干塔,.:FXF=WXW+DXDXFXW,XD液D和釜液W.分離能力正常的汽、液負(fù)荷量精餾塔操作時(shí),應(yīng)有正常的氣、液負(fù)荷量，避免發(fā)生以下不正常的操作。液末夾帶漏夜溢流液泛三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程本塔為精餾篩板塔，全塔共有八塊塔板，全塔高度為2.5米，塔身的尺寸結(jié)構(gòu)為：塔徑φ57×3.5mm,80mm210mm，塔板間距為1.5mm6mm.蒸餾釜108×4×400mm.冷凝器為溢蛇管式換熱器，換熱面積為0.06m2，管外走蒸汽，管內(nèi)#300×3×350mm20W—20，流量為0.72m3/h，揚(yáng)程為冷凝器冷凝器回流分配器T1精餾塔T2PT3料泵貯槽蒸餾釜料箱

精餾裝置流程示意圖熟悉本實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)，流程和測(cè)量?jī)x表，了解各部件的作用和儀表的使用方法。預(yù)見配制15%乙醇-丙醇于料液槽內(nèi)，啟動(dòng)旋渦泵，將料液打入高位槽。啟動(dòng)總電源開關(guān)，啟動(dòng)塔釜加熱及塔身伴熱，觀察塔釜、塔身、塔頂溫度及塔板上的氣液接觸狀況，發(fā)現(xiàn)塔頂溫度開始上升時(shí)，打開塔頂冷凝裝置。測(cè)定全回流條件下的單板效率及塔板效率：在一定回流量下，全回流一段時(shí)間，待該塔操作參數(shù)穩(wěn)定后，即可雜塔頂、塔釜及塔板ft個(gè)取樣，用阿貝折光儀進(jìn)行分析。測(cè)定部分回流條件下的全塔板效率。建議進(jìn)料量維持在3L/h，回流比2-4。實(shí)驗(yàn)完畢，停止加熱，關(guān)閉塔釜加熱及塔身伴熱，待無下降液時(shí)，關(guān)閉冷凝裝置。注1）塔釜液位應(yīng)在250-300做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要開啟塔頂防空閥，以保證精餾塔的常壓操作。2180mmHO水量，并對(duì)塔釜加熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。2五、報(bào)告要求1、直角坐標(biāo)紙上繪制X-Y圖，用圖解法求出理論塔板數(shù)。2、求出全塔效率和單板效率。六、思考題1、試分析產(chǎn)品不合格的原因及調(diào)節(jié)方法。2、怎樣的鼓泡狀況才算正常，正常是塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的特點(diǎn)是什么？3、分析影響精餾塔操作穩(wěn)定的因素有那些？如何判斷已達(dá)到穩(wěn)定？4、改變回流比對(duì)塔的操作有何影響？5、影響全塔效率的主要因素有那些？6、精餾塔操作中，塔釜壓力為什么是一個(gè)重要操作參數(shù)？塔釜壓力與哪些因數(shù)有關(guān)？7、板式塔汽液兩相的流動(dòng)特點(diǎn)是什么？8、操作中增加回流比的方法是什么？能否采用減少塔頂出料量D的方法？9、精餾塔在操作過程中，由于塔頂采出率太大而造成產(chǎn)品不合格，恢復(fù)正常的最快、最有效的方法是什么？10、本實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)料狀況為冷態(tài)進(jìn)料，當(dāng)進(jìn)料量太大時(shí)，為什么會(huì)出現(xiàn)精餾段干板，甚至出現(xiàn)塔頂既沒有回流又沒有出料的現(xiàn)象？應(yīng)如何調(diào)節(jié)？11、在部分回流操作時(shí)，你是如何根據(jù)全回流的數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)合適的回流比和進(jìn)料口位置的？如果在精餾操作中，回流比等于或者小于最小回流比，是否表示精餾操作無法進(jìn)行？12、如果增加本塔的塔板數(shù)，在相同的操作條件下是否可以得到純乙醇？為什么？13、總板效率、單板效率、點(diǎn)效率有何不同？若測(cè)定部分回流時(shí)的效率需要測(cè)定哪些組成？14、為什么一般可以把塔釜當(dāng)成一塊理論板處理？附錄：技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)（一）乙醇-丙醇平衡數(shù)據(jù)（摩爾分率）序號(hào)123456T℃97.1693.8592.6691.6088.3286.25X00.1260.1880.2100.3580.461Y00.2400.3180.3390.5500.650序號(hào)7891011T℃84.9884.1383.0680.5978.38X0.5460.6000.6630.8441.0Y0.711Y0.7110.7600.7990.9141.0以上平衡數(shù)據(jù)摘自：J.Gembling,U.OnkenVapor-Liquid Equilbrium Data Collection-Organic Compounds:Alcohol(p.336)（二）乙醇-丙醇折光率與溶液濃度的關(guān)系（以乙醇的濃度為基準(zhǔn)）序號(hào)123456X（w）00.03730.09550.15200.21310.2770X（w）00.04810.12090.18920.26080.332925℃1.38611.38521.38391.38291.38001.378040℃1.38031.37981.37881.37711.37581.3740序號(hào)789101112X(w)0.33930.38810.45840.52120.58770.6530X(w)0.40080.45240.52430.58640.64990.710325℃1.37691.37591.37451.37341.37191.370140℃1.37291.37181.36971.36851.36711.3653序號(hào)131415161718X(w)0.72100.76780.83390.91090.95911.0X(w)0.76300.81150.86730.93010.96831.025℃1.36871.36721.36531.36391.36291.360840℃1.36401.36311.36081.35981.35811.3571折光率與質(zhì)量分率間的關(guān)系可按下列回歸式計(jì)算：25 ℃ W=56.60579-40.84584nd40℃ W=59.28144-42.76903nd其中：W為乙醇的質(zhì)量分率：n為折光率讀數(shù)。d（以上數(shù)據(jù)均由實(shí)驗(yàn)測(cè)得）實(shí)驗(yàn)八 填料精餾塔實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私膺B續(xù)精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及流程。掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。學(xué)會(huì)填料精餾塔等板高度的測(cè)定方法。確定部分回流時(shí)不同回流比對(duì)精餾塔效率的影響。二、基本原理等板高度（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?。它的大小取決于填于雙組分物系，根據(jù)平衡關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得塔頂產(chǎn)品組成X

X、D F殘液組成XR和填料層高度ZWHETP＝Z/N。T三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置為填料精餾塔，其特征數(shù)據(jù)如下：塔內(nèi)徑D＝68m，塔內(nèi)填料層總高度Z=1.6（亂堆，進(jìn)料位置距填料層頂面1.2m0.4θФ10×10mm。塔釜液體加熱采用電加熱，塔頂冷凝器為盤管換熱器。供料采用微計(jì)量泵進(jìn)料。填料精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：圖1精餾塔實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-可移動(dòng)框架2-塔釜液位指示器3-塔釜排污閥4-電加熱管5-塔釜溫度傳感器6-閥1進(jìn)料泵進(jìn)料取樣口210-進(jìn)料轉(zhuǎn)子流量計(jì)3413-5原料罐排污閥15-原料罐排空閥16-禁錮腳17-移動(dòng)輪子18-冷凝器19-冷凝盤管20-塔頂排氣管21-玻璃視盅22-123-冷卻水閥門24-225-填料冷卻水調(diào)節(jié)閥門27-28-29塔壓降壓力表30-塔頂出料溫度傳感器31-分配器電磁閥32-回流緩沖罐33-回流溫度傳感器34-回流轉(zhuǎn)子流量計(jì)35-成品取樣口36-成品罐排空閥37-638-7成品罐成品罐排污閥41-原料罐圖2配料管路圖塔釜排污閥83-925-3458原料罐排污閥1010-循環(huán)泵塔釜排空閥12-塔釜13-614-成品罐排空閥15-1116-717-成品罐18-成品罐排污閥19-原料罐排空閥20-原料罐2．儀表控制面板圖3儀表控制板回流比電源開關(guān)儀表電源開關(guān)指示燈塔釜溫度控制儀空氣開關(guān)組流比控制儀表7-加熱管電壓表8-進(jìn)料量手自動(dòng)控制儀9-智能溫度巡檢儀10-動(dòng)切換開關(guān)及調(diào)節(jié)旋鈕11-加熱管啟動(dòng)按鈕12-加熱管停止按鈕13-循環(huán)泵電源開關(guān)14-進(jìn)料泵電源開關(guān)四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)（一）實(shí)驗(yàn)步驟：配料把純凈水和酒精質(zhì)量配置成質(zhì)量濃度為16%~19%212／3以上。822／32和塔釜排空閥。關(guān)閉原料罐排空閥、閥10345液全部流到原料罐中，完成之后關(guān)閉閥5，關(guān)上原料罐排空閥剩很小一個(gè)縫。加熱打開閥6，關(guān)上閥7、進(jìn)料閥12，成品罐的排空閥開一個(gè)很小的縫打開塔頂排氣管的閥門，加熱之前一定要檢查。開，順時(shí)針方向關(guān)閉，逆時(shí)針方向打開。檢查冷卻水流通是否正常。打開控制柜上的電源開關(guān)，把加熱管手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到手動(dòng)，把電加熱罐手動(dòng)調(diào)節(jié)100V～150V之后開始加熱