中南大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、流體阻力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)直管摩擦阻力 P f 、直管摩擦系數(shù) 的測定方法。2. 掌握直管摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù) Re 之間關(guān)系及其變化規(guī)律。3. 掌握彎頭等局部阻力系數(shù) 測定方法。4. 學(xué)習(xí)流量流速的幾種測量方法和技巧。5. 掌握坐標(biāo)系的選用方法和對數(shù)坐標(biāo)系的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置秒表一塊、溫度計(jì)一支。 圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖表 1 裝置管道尺寸一覽表 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示。主要部分由水槽,不同管徑、材質(zhì)的管子,各種閥門或管件,孔 板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、皮托測速管等組成。最下邊的第五根為內(nèi)徑 6mm 的細(xì)銅管,用于層流流動(dòng)阻力的測定。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1孔板流量計(jì)孔流系數(shù)的測定(2(2-=-

2、=z oo b a oo o o gR A C p p A C u A V (1-1關(guān)聯(lián) Co Re 曲線2 文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)的測定(2(2-=-=z oV o a oV gR A C p p A C V (1-2關(guān)聯(lián) Cv Re 曲線 3 掌握畢托管測速原理o u =(1-3 關(guān)聯(lián) C Re 曲線4 測定流體在螺紋管內(nèi)的 Re 。 5 測定流體在直管內(nèi)的 Re 。6 測定 90o標(biāo)準(zhǔn)彎頭的局部阻力系數(shù) Re 。 7. 滯留區(qū)摩擦系數(shù)的測定,繪制 Re 關(guān)系圖。四、實(shí)驗(yàn)原理l.直管阻力系數(shù)測定直管的摩擦系數(shù)是雷諾數(shù)和管的相對粗糙度(/d的函數(shù),即 =(Re , /d ,因 此,相對粗糙度

3、一定, 與 Re 有一定的關(guān)系。根據(jù)流體力學(xué)的基本理論,摩擦系數(shù)與阻力損 失之間存在如下的關(guān)系:2u d l h 2f =(1-4式中:h f 阻力損失, J/kg; l 管段長度, m ; d 管徑, m ; u 流速, m/s; 摩擦系數(shù)。管路的摩擦系數(shù)是根據(jù)這一理論關(guān)系來測定的。 對已知長度、 管徑的直管, 在一定流速范圍內(nèi),測出阻力損失,然后按式(1-4求出摩擦系數(shù)。根據(jù)能量衡算方程f 22222111h 2u g z p 2u g z p +=+(1-5在一條等直徑的水平管上選取兩個(gè)截面,測定 Re 的關(guān)系,則這兩截面間管段的阻 力損失便簡化為21f p p h -=(1-6兩截面間

4、管段的壓力差(p 1-p 2可用 U 形管壓差計(jì)測量,故可計(jì)算出 h f 。用流量計(jì)測定流體通過相應(yīng)管段的流量,在已知 d 的情況下流速可以通過式 V=d 2u/4計(jì) 算,由流體的溫度可查得流體的密度 、 粘度 , 因此, 對于每一組測得的數(shù)據(jù)可分別計(jì)算 出對應(yīng)的 和 Re ,作出 lg lgRe 圖。 2.局部阻力系數(shù)測定 根據(jù)局部阻力系數(shù)的定義:2u h 2f =(1-7式中: 局部阻力系數(shù)。只要測出流體經(jīng)過管件時(shí)的阻力損失 h f 以及流體通過管路的流速 u ,即可算出局部阻力 系數(shù),由此可作出 lg lgRe 圖。 。不過在測定阻力損失時(shí),測壓孔不能在緊靠管件處,否 則靜壓強(qiáng)差難以測準(zhǔn)

5、。 另外, 還有一個(gè)重要原因, 即管件的阻力損失不僅是流體通過管件的 損失, 還包括由于流體通過管件時(shí), 其前后擾動(dòng)加強(qiáng), 使得前后一小段管子內(nèi)管壁摩擦增加 的損失。 通常測壓孔都開設(shè)在距管件一定距離的管子上, 這樣測出的阻力損失包括了管件和 直管兩部分,因此,計(jì)算管件阻力損失時(shí)應(yīng)扣除直管的阻力損失。五、實(shí)驗(yàn)操作1、孔板流量計(jì)系數(shù)的測定:本裝置的孔板,管徑, d 1 = 40.00;孔徑, d 0 = 24.33, d 0/d = 0.6083。查得此孔板的孔流系數(shù)如下表:表 2 本裝置孔板的孔流系數(shù) 實(shí)際孔流系數(shù)還要乘上一管道粗糙度校正系數(shù) k 2 = 1.0116.開關(guān)適當(dāng)閥門,使水流流程

6、如圖 2: 圖 2 孔板流量計(jì)系數(shù)測定流程打開電源開關(guān)開啟水泵,全開 1#閥門,關(guān)閉 3#閥門,調(diào)節(jié) 2#閥門開度,利用秒表、擺頭 和計(jì)量槽測流量(間隔一定時(shí)間,記錄計(jì)量槽中液體液位,從 U 形管讀取孔板壓差示值, 計(jì)算 Re 01并由式 1-1計(jì)算孔板流量計(jì)孔流系數(shù) C 01值, 改變 2#閥門開度, 利用秒表、 擺頭和計(jì)量 槽測流量從 U 形管讀取孔板壓差示值, 計(jì)算 Re 02并由式 1-1計(jì)算孔板流量計(jì)孔流系數(shù) C 02值, , 如此,得到一組 Re 01, C 01, Re 02, C 02,作出 Re C 0曲線。 2、文丘里流量計(jì)的流量系數(shù)的測定:本裝置的文丘里管, d 1 =

7、25.5; d 0 = 14。 C v = 1.028. 開關(guān)適當(dāng)閥門,使水流流程如圖 2: 圖 3 文丘里流量計(jì)系數(shù)測定流程測量過程同 1。3、畢托管測速測量過程如同孔板流量計(jì)系數(shù)的測定:打開電源開關(guān)開啟水泵,全開 1#閥門,關(guān)閉 2#閥門,調(diào)節(jié) 3#閥門開度,利用秒表、擺頭和計(jì)量槽測流量(間隔一定時(shí)間,記錄計(jì)量槽中液 體液位,從 U 形管讀取孔板壓差示值,計(jì)算 Re 1并由式 1-1計(jì)算畢托管流量計(jì)孔流系數(shù) C 1值, 如此,得到一組 Re 1, C 1, Re 2, C 2,作出 Re C 曲線。4、光滑管阻力系數(shù)測定:開關(guān)適當(dāng)閥門, 使水流流程如圖 2。 通過閥門調(diào)節(jié)流量, 從最小流量

8、到最大流量, 一般測取 8 10組數(shù)。計(jì)算并討論 lg lgRe 關(guān)系。5、螺紋管阻力系數(shù)測定: 圖 4 螺紋管阻力系數(shù)測定流程開關(guān)適當(dāng)閥門, 使水流流程如圖 4。 通過閥門調(diào)節(jié)流量, 從最小流量到最大流量, 一般測取 8 10組數(shù)。計(jì)算并討論 lg lgRe 關(guān)系。6、彎頭阻力測定:開關(guān)適當(dāng)閥門, 使水流流程如圖 2。 通過閥門調(diào)節(jié)流量, 從最小流量到最大流量, 一般測取 8 10組數(shù)。計(jì)算并討論 lg lgRe 關(guān)系。7、滯留狀態(tài)摩擦系數(shù)的測定: 圖 5 滯留狀態(tài)阻力系數(shù)測定流程開關(guān)適當(dāng)閥門,使水流流程如圖 4。為了使閥門調(diào)節(jié)性能良好和穩(wěn)定,要控制閥前壓力。方 法是使閥 5半開,閥 3也半

9、開,然后調(diào)節(jié)原出口閥 6,使此時(shí)小銅管的流量最大,這樣閥前的 壓力就適當(dāng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程閥 6不動(dòng),靠閥 5和閥 3調(diào)節(jié)小銅管流量即可。調(diào)節(jié)流量,從最小 流量到最大流量,一般測取 810組數(shù)。計(jì)算并討論 lg lgRe 關(guān)系。8、數(shù)據(jù)測量完畢 , 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥,切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.泵應(yīng)在流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的情況下啟動(dòng)。2.系統(tǒng)要先排凈氣體,排出測壓計(jì)中的氣泡,以使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。七、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)整理結(jié)果列在表格中,并以其中一組數(shù)據(jù)為例寫出計(jì)算過程。2. 在合適的坐標(biāo)系上標(biāo)繪所測得 lg lgRe 、 lg lgRe 等關(guān)系曲線。3. 根據(jù)所標(biāo)繪的曲線,求本實(shí)

10、驗(yàn)條件下 lg lgRe 、 lg lgRe 關(guān)系式,并與理論公式比 較。八、思考題(1本實(shí)驗(yàn)用水為工作介質(zhì)做出的 Re 曲線,對其它流體能否適用?為什么?(2本實(shí)驗(yàn)是測定等直徑水平直管的流動(dòng)阻力,若將水平管改為流體自下而上流動(dòng)的垂直管, 從測量兩取壓點(diǎn)間壓差的倒置 U 形管讀數(shù) R 到 P f 的計(jì)算過程和公式是否與水平管完全相 同 ? 為什么 ?(3若 U 形管內(nèi)存在氣泡,對測定結(jié)果會(huì)帶來什么樣的影響?操作時(shí)要注意什么?(4 在不同設(shè)備上 (包括相對粗糙度相同而管徑不同 、 不同溫度下測定的數(shù)據(jù)是否能關(guān)連 在一條曲線上?為什么?對流傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對空氣 水蒸氣光滑套管換熱器的實(shí)驗(yàn)

11、研究, 掌握對流傳熱系數(shù) 1的測定方法, 加深對其概念和影響因素的理解。 并應(yīng)用線性回歸分析方法, 確定關(guān)聯(lián)式 Nu=ARem Pr 0.4中常數(shù) A 、 m 的值。通過對管程內(nèi)部插有螺紋管的空氣 水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究,測定其準(zhǔn) 數(shù)關(guān)聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B 、 m 的值和強(qiáng)化比 Nu/Nu0,了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)設(shè)備由兩組黃銅管(其中一組為光滑管,另一組為波紋管組成平行的兩組套 管換熱器, 內(nèi)管為紫銅材質(zhì),外管為不銹鋼管,兩端用不銹鋼法蘭固定?？諝庥尚郎u氣泵吹 出,由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié), 經(jīng)孔板流量計(jì), 由支路控制閥選擇不同的支路進(jìn)入換熱器。管程

12、蒸 汽由加熱釜發(fā)生后自然上升, 經(jīng)支路控制閥選擇逆流進(jìn)入換熱器殼程, 其冷凝放出熱量通過 黃銅管壁被傳遞到管內(nèi)流動(dòng)的空氣, 達(dá)到逆流換熱的效果。 飽和蒸汽由配套的電加熱蒸汽發(fā) 生器產(chǎn)生。該實(shí)驗(yàn)流程圖如圖 7-1所示。表 7-1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖 7-1空氣 -水蒸氣傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1 光滑套管換熱器; 2 螺紋管的強(qiáng)化套管換熱器; 3 蒸汽發(fā)生器; 4 旋渦氣泵; 5 旁路調(diào)節(jié)閥; 6 孔板流量計(jì); 7、 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; 15 放水口; 14 液位計(jì); 16 加水口;裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)表 4-1所示。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)

13、 1測定 68個(gè)不同流速下光滑管換熱器的對流傳熱系數(shù) 1。對 1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸,求關(guān)聯(lián)式 Nu=ARemPr 0.4中常數(shù) A 、 m 的值。 實(shí)驗(yàn) 2測定 68個(gè)不同流速下波紋管換熱器的對流傳熱系數(shù) 1。對 1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸,求關(guān)聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B 、 m 的值。四、實(shí)驗(yàn)原理1.準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)影響對流傳熱的因素很多,根據(jù)因次分析得到的對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)為: Nu=CRemPr nGrl(7-1式中 C 、 m 、 n 、 l 為待定參數(shù)。參加傳熱的流體、流態(tài)及溫度等不同,待定參數(shù)不同。目前, 只能通過實(shí)驗(yàn)來確定特定范圍的參數(shù)。 本實(shí)驗(yàn)是測定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制對流時(shí)的對

14、流傳熱 系數(shù)。 因此,可以忽略自然對流對傳熱膜系數(shù)的影響,則 Gr 為常數(shù)。在溫度變化不太大的情 況下, Pr 可視為常數(shù)。所以,準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式(7-1可寫成Nu =CRe m(7-2待定參數(shù) C 和 m 可通過實(shí)驗(yàn)測定蒸汽、空氣的有關(guān)數(shù)據(jù)后,根據(jù)原理計(jì)算、分析求得。 2.傳熱量計(jì)算努塞爾數(shù) Nu 或 1無法直接用實(shí)驗(yàn)測定,只能測定相關(guān)的參數(shù)并通過計(jì)算求得。當(dāng)通過 套管環(huán)隙的飽和蒸汽與冷凝壁面接觸后, 蒸汽將放出冷凝潛熱, 冷凝成水, 熱量通過間壁傳 遞給套管內(nèi)的空氣, 使空氣的溫度升高, 空氣從管的末端排出管外, 傳遞的熱量由下式計(jì)算。 Q=W e c pc (t 2-t 1 = V1c pc

15、(t 2-t 1 (7-3根據(jù)熱傳遞速率Re 4du V d =其中: , 500.02826W/(m.KdNu =時(shí),空氣的導(dǎo)熱系數(shù) Remc d=因此:Q=KS t m(7-4 所以 KSt m =V1c pc (t 2-t 1(7-5式中:Q 換熱器的熱負(fù)荷(即傳熱速率 , kJ /s ; We 冷流體的質(zhì)量流量, kg /s ; V 冷流體(空氣的體積流量, m 3/s; 1一冷流體(空氣的密度, kg /m 3; K 換熱器總傳熱系數(shù), W/(m 2· ;Cpc 一一冷流體(空氣的平均比定壓熱容, kJ/(kg ·K ; S 傳熱面積, m 2;t m 蒸汽與空氣

16、的對數(shù)平均溫度差,?？諝獾牧髁考皟煞N流體的溫度等可以通過各種測量儀表測得。 綜合上面各式即可算出傳 熱總系數(shù) K 。3.傳熱膜系數(shù)的計(jì)算當(dāng)傳熱面為平壁或者當(dāng)管壁很薄時(shí),總的傳熱阻力和傳熱分阻力的關(guān)系可表示為:211b 1K 1+=(7-6式中:l 空氣在圓管中強(qiáng)制對流的傳熱膜系數(shù), W /(m 2· ; 2 蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù), W /(m 2· 。當(dāng)管壁熱阻可以忽略(內(nèi)管為黃銅管而且壁厚 b 較薄,黃銅導(dǎo)熱系數(shù) 比較大時(shí),1211111K + (7-7蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣傳熱膜系數(shù), 則 K 1。 因此, 只要在實(shí)驗(yàn)中測得冷、 熱流體的溫度及空氣的體積流量,

17、即可通過熱衡算求出套管換熱器的總傳熱系數(shù) K 值,由此 求得空氣傳熱膜系數(shù) 1。 4.努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計(jì)算d 4V d 4dV du Re 1211=(7-8mpc t S dt t -= (c V Kd d Nu 121 (7-9式中: 空氣導(dǎo)熱系數(shù), W /(m · ; 一空氣的粘度, Pa ·s ;d 套管換熱器的內(nèi)管平均直徑, m ; 1 進(jìn)口溫度 t 1時(shí)的空氣密度, kg /m 3。由于熱阻主要集中在空氣一側(cè),本實(shí)驗(yàn)的傳熱面積 S 取管子的內(nèi)表面較為合理,即 S=dl 本裝置 d=0. 0178 m, l=1. 327m 。 5.空氣流量和密度的計(jì)算 空氣密度

18、 1可按理想氣體計(jì)算:(7-10式中:p a 當(dāng)?shù)卮髿鈮? Pa ;t 孔板流量計(jì)前空氣溫度,可取 t=t1;空氣的流量由 1/4噴嘴流量計(jì)測量,合并常數(shù)后,空氣的體積流量可由下式計(jì)算101RC V =(7-11式中:C 0 合并整理的流量系數(shù),其值為 C 0=0. 001 233; R 噴嘴流量計(jì)的壓差計(jì)示值, mrnH 2O 。 V1 空氣的體積流量, m 3/s 。五、實(shí)驗(yàn)操作1.實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備(1向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。 (2檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。(3檢查普通管支路各控制閥是否已打開,保證蒸汽和空氣管路的暢通。 (4接通電源總閘,設(shè)定加熱電壓,啟動(dòng)電熱鍋爐開關(guān),開始加

19、熱。 2.實(shí)驗(yàn)開始(1當(dāng)蒸汽壓力穩(wěn)定后,啟動(dòng)旋渦氣泵并運(yùn)行一段時(shí)間,保證實(shí)驗(yàn)開始時(shí)空氣入口溫 度 1t (比較穩(wěn)定。(2調(diào)節(jié)空氣流量旁路閥的開度或主閥開度,使壓差計(jì)讀數(shù)為所需的空氣流量值。 (3穩(wěn)定 5-8分鐘左右讀取壓差計(jì)讀數(shù),讀取空氣入口、出口溫度值 1t 、 2t 、空氣壓12731.29101330273pP t=+力值 p 1、空氣入出口之間壓力差 p 2、蒸汽溫度值 t 3及壓力值 p 3, 孔板流量計(jì)讀數(shù) p 4, (注意:第 1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)必須穩(wěn)定 5 10分鐘。 若為計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)采集, 則可直接從屏幕上讀取這些 數(shù)值 。(4調(diào)節(jié)空氣流量,重復(fù)(3與(4共測 6-10組數(shù)據(jù)(注意

20、:在最大值與最小值 之間可分為 6-10段,最小、最大流量值一定要做 。(5實(shí)驗(yàn)過程,要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩(wěn)定,在蒸汽鍋爐加熱過程(蒸汽溫度 或壓力變化較大不要記錄數(shù)據(jù)。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束(1關(guān)閉加熱器開關(guān)。(2過 5分鐘后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī),并將旁路閥全開。(3切斷總電源。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)之 前,如果發(fā)現(xiàn)水位過低,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。2、必須保證蒸汽上升管線的暢通。在轉(zhuǎn)換支路時(shí), 應(yīng)先開啟需要的支路閥, 再關(guān)閉另一側(cè), 且開啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢,防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^大突然噴出。3、必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源

21、之前,三個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào) 節(jié)閥(見圖 7-1所示必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí),應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源,然后開啟和關(guān)閉控制 閥。4、調(diào)節(jié)流量后,應(yīng)至少穩(wěn)定 510分鐘后讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5、 實(shí)驗(yàn)中保持上升蒸汽量的穩(wěn)定, 不應(yīng)改變加熱電壓, 且保證蒸汽放空口一直有蒸汽放出。 七、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn) 1的操作步驟、原始數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)結(jié)果表(換熱量、傳熱系數(shù)、各準(zhǔn)數(shù)以及重要 的中間計(jì)算結(jié)果、 準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過程、 結(jié)果與具體的回歸方差分析, 并以其中一組數(shù) 據(jù)的計(jì)算舉例。2、實(shí)驗(yàn) 2的操作步驟、原始數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)整理表(換熱量、傳熱系數(shù)、各準(zhǔn)數(shù)、 Nu 0和強(qiáng) 化比,還包括重要的中間計(jì)算結(jié)果、準(zhǔn)數(shù)

22、關(guān)聯(lián)式的回歸結(jié)果。3、在同一雙對數(shù)坐標(biāo)系中繪制實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn) 2的 Nu Re 的關(guān)系圖。4、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論。八、思考題(1影響傳熱膜系數(shù)的因素有哪些?(2 在蒸氣冷凝時(shí), 若存在不凝性氣體, 你認(rèn)為將會(huì)有什么影響?應(yīng)該采取什么措施?(3蒸氣冷凝后,將產(chǎn)生冷凝水,如冷凝水不能放出,累積后淹埋加熱銅管,你認(rèn)為 將會(huì)有什么影響?應(yīng)該采取什么措施?(4 本實(shí)驗(yàn)中所測定的壁面溫度是靠近蒸氣側(cè)的溫度, 還是接近空氣側(cè)的溫度?為什 么?(5在實(shí)驗(yàn)中有哪些因素影響實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性?表 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 板框壓濾機(jī)過濾常數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解板框過濾機(jī)的結(jié)構(gòu),掌握其操作方法; 2、 熟悉板框壓濾

23、機(jī)的構(gòu)造和操作;3、 掌握過濾常數(shù)(K 、 q e 、 e 的測定方法; 4、 驗(yàn)證洗水速率與過濾速率的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)裝置 板框過濾機(jī)是常見的間歇式過濾設(shè)備,圖 1為工業(yè)生產(chǎn)中常見的幾種板框式過濾機(jī)。圖 1 常見的幾種板框式過濾機(jī) 本試驗(yàn)所用板框過濾機(jī)的整套裝置由調(diào)漿桶、 清水桶、 壓縮空氣系統(tǒng)、 板框過濾機(jī)和 貯液量筒組成。在調(diào)漿桶內(nèi)配制一定濃度的碳酸鎂(MgCO 3懸浮液,用壓縮空氣將懸浮 液送入板框過濾機(jī)進(jìn)行過濾, 調(diào)節(jié)閥門開度以維持恒壓過濾時(shí)所需要的恒定壓力, 濾液流入 貯液量筒計(jì)量, 洗滌水同樣用壓縮空氣從洗水桶送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行洗滌, 洗滌水也用也用 貯液量筒計(jì)量其液量。 實(shí)驗(yàn)完畢

24、拆卸板框壓濾機(jī), 將板框壓濾機(jī)內(nèi)的濾渣放回調(diào)漿桶。 實(shí)驗(yàn)千斤頂壓緊壓濾機(jī) 自動(dòng)拉板壓濾機(jī) 液壓壓緊壓濾機(jī) 液壓壓緊壓濾機(jī) 圖 2 b過濾實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖三、實(shí)驗(yàn)原理過濾是以某種多控物質(zhì)作為介質(zhì)來處理懸浮乳液的操作。 在外力的作用下, 懸浮液中的 液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截流下來, 從而實(shí)現(xiàn)固液分離, 因此, 過濾操作本質(zhì)上是 流體通過固體顆粒通過床層的流動(dòng), 所不同的是這個(gè)固體顆粒層的厚度隨著過濾過程的進(jìn)行 而不斷增加,故在恒壓過濾操作中,起過濾速率不斷降低。影響過濾速度的主要因素除壓強(qiáng)差 p ,濾餅厚度 L 外,還有濾餅和懸浮頁液的性質(zhì), 懸浮液溫度,過濾介質(zhì)的阻力等,故以應(yīng)用流體力學(xué)的

25、方法處理。比較過濾過程與流體經(jīng)過流動(dòng)床的流動(dòng)可知:過濾速度即為流體通過固定床的表現(xiàn)速度 u 。同時(shí),流體細(xì)小顆粒構(gòu)成的濾餅空隙中的流動(dòng)是層流雷諾數(shù)范圍,因此,可利用流體通 過固定床壓降的簡化模型, 尋求濾液量與時(shí)間的關(guān)系, 應(yīng)用層流時(shí)泊肅葉公式不難推導(dǎo)出過 濾速度計(jì)算式:Lpa K u -'=223 1(1 式中, u 過濾速度, m/sK 康采尼常數(shù),層流時(shí), K =5.0; -床層的空隙率, m 3/m3a-顆粒的比表面積, m 2/m3 p-過濾的壓強(qiáng)差, Pa -濾液的粘度, Pa.s L-床層厚度, m由此可導(dǎo)出過濾基本方程式為:(12Ve V v r p A d dV s+

26、'=- 式中, V 濾液體積, m 3過濾時(shí)間, sA 過濾面積, 0.191m 2S 濾餅壓縮性指數(shù),無因次。一般情況下 S=01,對不可壓縮濾餅 S=0 R 濾餅比阻, 1/m2,r=322/ 1(0. 5-ar '單位壓差下的比阻, 1/m2,r=rs p r 'V 濾餅體積與相應(yīng)濾液體積之比,無因次。 Ve 虛擬濾液體積, 3m恒壓過濾時(shí),令 v r k '=/1, 1(2s p k K -=, A Ve q /=, A Ve q e/=對上式積分可得 ( (2e e K q q +=+式中, q 單位過濾面積的濾液體積,32/m mqe 單位過濾面積的

27、虛擬濾液體積, 23/m m e 虛擬過濾時(shí)間, sK 濾餅常數(shù),由物料特性及過濾壓差所決定, s m /2K , qe , e 三者總稱為過濾常數(shù)。 利用恒壓過濾方程進(jìn)行計(jì)算時(shí), 必須首先需要知道 K , qe , e ,它們只有通過實(shí)驗(yàn)才能確定。對上式微分可得Kd dq q q e =+ (2 e q Kq K dq d 22+=該式表明以 d /dq為縱坐標(biāo),以 q 為橫坐標(biāo)作圖可得一直線,直線斜率為 2/K,截距 為 2 qe /K。在實(shí)驗(yàn)測定中,為便于計(jì)算,微分可用差分替代,把上式改寫成:e q Kq K q 22+= 在恒壓條件下, 用秒表和量筒分別測定一系列時(shí)間間隔 及對應(yīng)的濾液

28、體積 V , 由此算出一系列在直角坐標(biāo)系中的 /q 和 q ,繪制出函數(shù)關(guān)系,得一直線。根據(jù)直線的斜率 和截距便可求出 K 和 qe 。四、實(shí)驗(yàn)操作1、 安裝濾布,調(diào)整設(shè)備(按圖 2所示,從又到左為 1-2-3-2-1-2-3-2-1 ; 2、 采用 MgCO 3粉或上次試驗(yàn)的濾餅攪拌配置 35%的待過濾的料漿;3、 將初步攪拌分散好的料漿懸浮液傾入高位槽,通過高位槽送至攪拌槽(打開排氣閥,進(jìn)料閥,進(jìn)料后關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥,使料漿自流入密封攪拌釜中,進(jìn)一步攪拌分散, 等待進(jìn)入板框?yàn)V機(jī)中;4、 啟動(dòng)密封攪拌釜的攪拌器,并一直開到實(shí)驗(yàn)結(jié)束;5、 加完料后,打開連接攪拌槽與與空壓機(jī)連接閥門(此時(shí)注意

29、要關(guān)閉空氣進(jìn)入洗水貯罐的閥門。6、 觀察空氣進(jìn)入密封攪拌釜管路上的壓力表, 當(dāng)其讀數(shù)到達(dá)規(guī)定壓力 (如 0.2Mpa 時(shí), 開始過濾:打開連接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過濾閥門,讓料漿壓入板框中,并記 錄不同時(shí)間 得到的濾液量 V (每隔 1-3min ,記錄計(jì)量槽液位的高度與時(shí)間間隔以及 相應(yīng)的壓力表讀數(shù);(此時(shí)注意洗水貯罐進(jìn)入板框?yàn)V機(jī)管路上的閥門是否關(guān)閉,如沒有關(guān)閉,否則料漿可能 由此進(jìn)入洗水貯罐中7、 過濾結(jié)束后,關(guān)閉連接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過濾閥門,準(zhǔn)備洗滌; 10、用自來水將洗水貯罐灌滿,關(guān)閉自來水進(jìn)入洗水貯罐的閥門; 11、 將空壓機(jī)壓送出來的空氣接入洗水貯罐中 (關(guān)閉連

30、接密封攪拌釜與板框?yàn)V機(jī)管路上的過濾閥門, 當(dāng)達(dá)到一定壓力后, 打開連接洗水貯罐與板框?yàn)V機(jī)管路上的閥門,立即開始 記錄數(shù)據(jù)(每個(gè) 10-20 sec記錄一次,記錄計(jì)量槽液位的高度與時(shí)間間隔 ; 12、過濾結(jié)束后,拆開板框?yàn)V機(jī),查看濾餅的形狀及特點(diǎn); 13、清洗濾布、板、框,關(guān)水、電,清掃衛(wèi)生。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 注意空氣、物料、洗水的流向或通路:空氣空壓機(jī)密封攪拌釜頂密封攪拌釜底板框壓濾機(jī)下面靠外進(jìn)料管板框板框上面出來空氣空壓機(jī)洗水罐頂洗水罐底板框壓濾機(jī)下面靠內(nèi)進(jìn)料管板框板框上面出來料漿高位攪拌槽 (調(diào)漿桶 自流進(jìn)入密封攪拌釜在空氣壓力下進(jìn)入板框壓濾機(jī)下面靠外進(jìn)料管板框在框內(nèi)形成濾餅(濾液從板

31、框上面管流出來計(jì)量桶 自來水龍頭自流進(jìn)入洗水貯罐在空氣壓力下進(jìn)入板框壓濾機(jī)下面靠內(nèi)進(jìn)料管板框中的濾餅板框上面出來計(jì)量桶2、 板、框的組裝:組裝次序由料漿及洗水、濾液的通道所決定; 按圖 2所示,從又到左為 1-2-3-2-1-2-3-2-1 3、 計(jì)量槽的截面積:250×250mm ;4、 板框洗滌要干凈,防止物料通道堵塞; 5、 拿板框時(shí),注意安全,穩(wěn)拿穩(wěn)放。六、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1、 記錄試驗(yàn)的詳細(xì)步驟與操作;2、 詳細(xì)記錄過濾、洗滌時(shí)得到的流體體積與時(shí)間間隔;3、 認(rèn)真觀察過濾過程中濾液流速的變化,詳細(xì)記載過程的相關(guān)現(xiàn)象; 4、 數(shù)據(jù)處理:根據(jù)試驗(yàn)原理,在坐標(biāo)紙上描圖(參考下面

32、附圖或教材相關(guān)內(nèi)容。 5、 對試驗(yàn)改進(jìn)的方案、建議,或試驗(yàn)過程的心得與體會(huì)。表 1 過濾數(shù)據(jù)記錄 七、思考題1、 在恒壓過濾中,你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)第一點(diǎn)是否有偏高或偏低現(xiàn)象,原因如何,如何對待這異 常數(shù)據(jù)?2、 過濾過程中,攪拌可以停嗎?為什么?3、 若操作壓力增加一倍, 其 K 值是否也增加一倍?要得到同樣的濾液時(shí), 其過濾時(shí)間是否 縮短了一半?4、 過濾開始時(shí),為什么濾液是渾濁的?5、 板框次序裝錯(cuò)了,可能出現(xiàn)那些后果?6、 如果過濾液的粘度比較大,你考慮用什么方法改善過濾速率?離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)離心泵是一種廣泛應(yīng)用于化工系統(tǒng)的流體機(jī)械, 具有性能適應(yīng)范圍廣、 體積小、 結(jié)構(gòu)簡 單、操作容易、

33、操作費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。 通常所選離心泵的流量、 壓頭可能會(huì)和管路的要求的不 一致等原因而要對泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié), 實(shí)質(zhì)是改變離心泵的工作點(diǎn), 離心泵的工作點(diǎn)是由泵的 特性曲線和管路系統(tǒng)特性曲線共同決定的。 由于各種調(diào)節(jié)方式的原理不同, 為了提高效率我 們必須選擇一種最佳的流量調(diào)節(jié)方式, 需要一個(gè)特定的判據(jù)來指導(dǎo)我們的組合選擇。 離心泵 性能可用特性曲線來表示,即揚(yáng)程和流量特性曲線 H-Q 、功率消耗和流量特性曲線 N-Q 、效 率和流量特性曲線 -Q , 這三條關(guān)系曲線只能由實(shí)驗(yàn)測定。 因此, 離心泵在出廠前均由制造 廠測定 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲線,作為離心泵的選用依據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、

34、了解離心泵的結(jié)構(gòu)組成及特性;2、 觀察離心泵的氣體現(xiàn)象;3、 熟悉離心泵操作方法和特性曲線的應(yīng)用;4、 掌握離心泵特性曲線的測定方法、表示方法,加深對離心泵性能的了解;5、 測定離心泵在一定轉(zhuǎn)速下的特性曲線:N-Q 、 H-Q 、 -Q 曲線。二、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)用離心泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 其裝置如圖 1所示, 離心泵用三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng), 水從水池吸 入,經(jīng)整個(gè)管線返回水池。在吸入管進(jìn)口處裝有閥,以便啟動(dòng)前灌滿水;在泵的吸入口和出 口分別裝有真空表和壓力表, 以測量離心泵的進(jìn)出口處壓力; 泵的出口管路裝有孔板流量計(jì) 用做流量測量,并裝有閥門以調(diào)節(jié)流量。 圖 1 離心泵特性曲線實(shí)驗(yàn)裝置(原理示意和實(shí)物圖三、

35、實(shí)驗(yàn)原理在離心泵進(jìn)出口管裝設(shè)真空表和壓力表,在相應(yīng)的兩截面列出機(jī)械能衡算方程式(以 單位重量液體為衡算基準(zhǔn) :f 22222111H 2gu g p z H 2g u g p z +=+ (1 由于在測試離心泵特性曲線時(shí), 兩取壓口盡量靠近離心泵的進(jìn)出日, 因此直管段摩擦損 失很小,其損失歸入離心泵的效率,所以上式(1的能量損失 H f =0。令:gpH 11= g p H 22= 120z z h -= (2 所以式(1變?yōu)?2gu u h H H H 2122021-+= (3 式中:H 1-泵入口真空表讀數(shù),換算為 mH 2O 表示;H 2-泵出口壓力表讀數(shù),換算為 mH 2O 表示;h

36、 0-壓力表與真空表測壓孔之間的垂直距離, m ;u 1-吸入管內(nèi)水的流速, m /s ;u 2-排出管內(nèi)水的流速, m /s ;g -重力加速度, 9. 8lm /s 2。由式(3計(jì)算出揚(yáng)程,此即為離心泵給單位重量流體提供的能量,由于體積流量可由 1、離心泵; 2、泵進(jìn)口閥; 3、泵出口閥; 4、真空表; 5、壓力表; 6、轉(zhuǎn)速表; 7、轉(zhuǎn)速傳感器; 8、冷卻風(fēng)扇; 9、灌水閥; 10、特種法蘭; 11、彎頭; 12、頻率表; 13、透明渦輪流量計(jì); 14、計(jì)量槽; 15、水槽; 16、溫度計(jì)渦輪流量計(jì)測得,因此流體獲得的有效功率 N e 為:Ne = Q·H ·

37、3;g (4根據(jù)離心泵效率的定義及有效功率表達(dá)式(5 ,有:1000Ng QH = (5 式中:Q -流量, m 3/s ;H -壓頭, m ;-被輸送液體密度, kg /m 3;N -泵的軸功率, kW 。試驗(yàn)過程中,各參數(shù)的測定方法如下:1、流量 Q采用孔板流量計(jì)讀數(shù)。2、揚(yáng)程 H根據(jù)所測到的壓力、流量等,由(3式計(jì)算。3.軸功率 N (即泵輸入功率從電機(jī)功率表上直接讀出電機(jī)功率 N e (e =95% , 再轉(zhuǎn)換成為軸功率 N :N =N e ×e 。四、實(shí)驗(yàn)操作1、 先熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作過程和掌握儀表的使用方法;2、 打開灌水閥向離心泵充水,直到灌滿水為止;3、 關(guān)閉離心泵的

38、出口閥;4、 啟動(dòng)離心泵,待泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常后逐漸開大出口閥直到全開為上,觀察流量(水銀柱的變化大小的變化,以及電機(jī)功率、真空表、壓力表的讀數(shù)的變化;5、 開始記錄數(shù)據(jù):將出口閥關(guān)閉,此時(shí)流量為零,記錄電機(jī)的功率以及真空表、壓力表的讀數(shù);6、 將流量(汞柱差為零至最大之間合理分成 10-12份,依次加大出口閥門的開度,亦即從小到大, 分 10-12次將閥門開到最大, 記錄每一次閥門改變后汞柱差 (流量 、 電機(jī)功率、真空表、壓力表的讀數(shù);7、 然后,反過來從最大流量逐步減小到零為止,同樣讀取并記錄 10-12組數(shù)據(jù);8、 關(guān)閉出口閥后,停泵;9、 測量水溫和記錄操作時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、

39、 相關(guān)參數(shù):泵進(jìn)出水管內(nèi)徑 24mm ;壓力表與真空表之間距離為 20cm ;2、 試驗(yàn)過程中注意安全,防止碰壞指示劑水銀柱,離高速旋轉(zhuǎn)的軸遠(yuǎn)一些;3、 試驗(yàn)結(jié)束后,切斷電源。六、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1、 記錄試驗(yàn)過程詳細(xì)步驟、試驗(yàn)原是數(shù)據(jù)及相關(guān)現(xiàn)象;2、 按照試驗(yàn)原理提供的相關(guān)公式,或參考教材在坐標(biāo)紙上描出 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲線(見 下圖 ; 3、 從 H-Q 、 N-Q 、 -Q 曲線上找出該泵合適的工作區(qū)間;4、 對試驗(yàn)結(jié)果(包括一些奇異的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行討論。七、思考題1、 離心泵的主要部件及其功能?2、 為什么要先灌泵?3、 離心泵開啟前為什么要關(guān)出口閥?4、 離心泵流量的

40、調(diào)節(jié)方式有那些?工業(yè)生產(chǎn)上常采用哪種方式進(jìn)行流量調(diào)節(jié)?5、 什么是離心泵的氣蝕現(xiàn)象、氣傅現(xiàn)象,怎樣解決?干燥實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握干燥曲線和干燥速率曲線的測定方法。2、學(xué)習(xí)物料含水量的測定方法。3、加深對物料臨界含水量 Xc 的概念及其影響因素的理解。4、學(xué)習(xí)恒速干燥階段物料與空氣之間對流傳熱系數(shù)的測定方法。5、學(xué)習(xí)用誤差分析方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差估算。二、實(shí)驗(yàn)裝置干燥器類型:洞道式循環(huán)干燥器洞道尺寸:長 1.10米、寬 0.125米、高 0.180米;加熱功率:500w 1500w ; 空氣流量:1-5m 3/min; 干燥溫度:40-120重量傳感器顯示儀:量程(0-200g ,精度 0

41、.2級(jí);干球溫度計(jì)、濕球溫度計(jì)顯示儀:量程(0-150,精度 0.5級(jí);孔板流量計(jì)處溫度計(jì)顯示儀:量程(0-100,精度 0.5級(jí);孔板流量計(jì)壓差變送器和顯示儀:量程(0-4Kpa ,精度 0.5級(jí);電子秒表絕對誤差 0.5秒。 圖 1 實(shí)驗(yàn)流程圖1-風(fēng)機(jī), 2-孔板流量計(jì), 3-傾斜式壓差計(jì), 4-風(fēng)速調(diào)節(jié)閥, 5-電加熱器, 6-干燥室 7-試樣架, 8-熱重天平, 9-電流表, 10干球溫度計(jì), 11-濕球溫度計(jì), 12-導(dǎo)電溫度計(jì) 13-晶體管繼電器, 14加熱開關(guān), 15, 16片式閥門三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容每組在某固定的空氣流量和某固定的空氣溫度下測量一種物料干燥曲線、 干燥速率曲線和 臨界

42、含水量。測定恒速干燥階段物料與空氣之間對流傳熱系數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)原理 物料在恒定干燥條件下的干燥過程分為三個(gè) 階段:物料預(yù)熱階段; 恒速干燥階段; 降速 階段圖 9-2。圖中 AB 段處于預(yù)熱階段,空氣中部分 熱量用來加熱物料。 在隨后的第階段 BC , 由于物 料表面存在自由水分, 物料表面溫度等于空氣的濕 球溫度 tw ,傳入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水 分, 物料含水量隨時(shí)間成比例減少, 干燥速率恒定 且較大。 到了第階段, 物料中含水量減少到某一 臨界含水量時(shí), 由于物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散慢于物料 表面的蒸發(fā),不足以維持物料表面保持潤濕,則物料表面將形成干區(qū),干燥速率開始降低,含水量越小,速率

43、越慢,干燥曲線 CD 逐漸達(dá)到平衡含水量 X *而終止。干燥速率曲線只能通過 實(shí)驗(yàn)測得, 因?yàn)楦稍锼俾什粌H取決于空氣的性質(zhì)和操作條件, 而且還受物料性質(zhì)、 結(jié)構(gòu)以及 所含水分的性質(zhì)的影響。干燥速率為單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上汽化的水分質(zhì)量,用微分式表示,則為Ad dwu =kg/m2s (1式中:u 干燥速率 kg/m2s A 干燥表面 m2 d 相應(yīng)的干燥時(shí)間 s dw 汽化的水分量 kg因?yàn)?dx G dw c -=所以式 (1 可改寫為=-=A xG Ad dx G Ad dw u cc(2圖 9-2 干燥速率曲線式中:cG 濕物料中絕干物料的質(zhì)量 kgx 濕物料含水量 kg水 /kg 絕干

44、料 負(fù)號(hào)表示物料含水量隨干燥時(shí)間的增加而減少。1( ( 1( (+-=-=i s i s c ci s c c i s c c G G G G G G G G G x G (3式中:(i s G 、1(+i s G 分別為 時(shí)間間隔內(nèi)開始和終了時(shí)濕物料的質(zhì)量 kg圖 3中的橫坐標(biāo) x 為相應(yīng)于某干燥速率下的物料的平均含水量。1221( (1- +=+=+ci s i s i i G G G x x x (4以 u 為縱坐標(biāo),某干燥速率下的濕物料的平均含水量 為橫坐標(biāo),即可繪出干燥速率曲線。五、實(shí)驗(yàn)操作1、實(shí)驗(yàn)前量取試樣尺寸(長、寬、高 ,并稱量絕干物料的質(zhì)量。2、將已知絕干質(zhì)量的物料試樣放入水

45、中浸泡,稍候片刻取出,讓水分均勻擴(kuò)散至整個(gè)試 樣,然后稱取濕試樣質(zhì)量。4、 開啟風(fēng)機(jī),調(diào)節(jié)風(fēng)速調(diào)節(jié)閥至預(yù)定風(fēng)速值。適當(dāng)打開閥 15、 16,調(diào)好觸點(diǎn)溫度計(jì)至預(yù)定溫度(這些一旦調(diào)整好后可以固定下來 ,開加熱器。5、 將晶體管繼電器開關(guān)打開,并打開一組或二組輔助加熱器。待溫度接近預(yù)定溫度時(shí)應(yīng)注意觀察, 視情況增減輔助加熱, 避免 “ 超溫失控 ” 或 “ 欠溫失控 ” , 直至確信控制正常后, 才 讓其自動(dòng)運(yùn)行。6、檢查天平是否靈活,并調(diào)平衡。記下支架重量。待空氣狀態(tài)穩(wěn)定后,打開干燥室門,將 濕試樣放到支架上。 立刻加砝碼使天平接近平衡, 但砝碼一邊稍輕, 待水分干燥至天平指針 平衡時(shí)開動(dòng)秒表。7

46、、減去 1克砝碼,待水分再至天平平衡時(shí),記下干燥時(shí)間、干濕球溫度計(jì) 10和 11讀數(shù)、 傾斜式壓差計(jì) 。以后再減去 1克砝碼,如此往復(fù)進(jìn)行,直至試樣接近平衡水分為止。8、實(shí)驗(yàn)結(jié)束,先關(guān)電加熱器,使系統(tǒng)冷卻后再關(guān)風(fēng)機(jī),卸下試樣,并收拾整理現(xiàn)場。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)對濕球溫度計(jì)不要經(jīng)常補(bǔ)水, 以防冷水加入使溫度降低, 需很長一段時(shí)間才能達(dá)到平衡;七、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制出干燥曲線、 干燥速率曲線, 并得出恒定干燥速率、 臨界含水量、 平衡含水量。2.畫出實(shí)驗(yàn)流程示意圖;3.對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。4. 試分析空氣流量或溫度對恒定干燥速率、臨界含水量的影響。表 1 干燥速率曲線

47、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 八、思考題(1在 7080的空氣流中干燥,經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間,能否得到絕干物料?為什么? 通常要獲得絕干物料采用什么方法?(2測定干燥速率曲線有何意義?它對設(shè)計(jì)干燥器及指導(dǎo)生產(chǎn)有些什么幫助?(3使用廢氣循環(huán)對干燥作業(yè)有什么好處?干燥熱敏性物料或易變形、開裂的物料為 什么多使用廢氣循環(huán)?怎樣調(diào)節(jié)新鮮空氣和廢氣的比例?(4為什么在操作過程中要先開鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)后再開電熱器?填料式精餾塔的操作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1熟悉填料塔的結(jié)構(gòu)及精餾流程;(2掌握精餾塔內(nèi)出現(xiàn)的幾種操作狀態(tài),并分析這些操作狀態(tài)對塔性能的影響。(3測定全回流操作條件和部分回流條件下塔頂和塔釜液濃度;(4本裝置可作間歇精餾操作訓(xùn)練(

48、保持餾出液組成恒定的間歇精餾和回流比保持恒定的間歇精餾二、實(shí)驗(yàn)裝置本精餾塔是微分接觸式的填料塔。 整套裝置由塔體、 供料系統(tǒng)、 產(chǎn)品貯槽和調(diào)節(jié)控制儀 表柜等部分組成。裝置總高度 3400mm ,塔釜與產(chǎn)品貯槽固定在槽鋼制成的底座上。塔身主要參數(shù):1. 塔釜:250×340×3mm 材質(zhì):不銹鋼2. 塔徑:50mm3. 塔節(jié):57×3.5mm (其中五節(jié)材質(zhì):不銹鋼(包括法蘭4. 塔體結(jié)構(gòu)H 1=500mm; H 2=200mm; H 3=400mm; H 4=400mm; H 5=300mm再分布器:錐形結(jié)構(gòu)調(diào)料支撐板:柵條形結(jié)構(gòu)5. 冷凝器盤管:L=2500mm

49、 14×2 材質(zhì):不銹鋼6. 加熱器SRY-2不銹鋼 1kW, 2kW 各一支供料系統(tǒng):供料泵:小型增壓磁力泵 1臺(tái)供料槽:不銹鋼材質(zhì)產(chǎn)品流量計(jì):LZB-3WB 2.525 ml/min回流流量計(jì):LZB-3WB 660 ml/min供料流量計(jì):LZB-4 110 l/h調(diào)節(jié)控制系統(tǒng):儀表控制柜:裝有顯示、控制調(diào)節(jié)儀表以及固態(tài)繼電器、繼電器等。智能數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器:AL-708J 3臺(tái)數(shù)顯電壓表 1支 可控硅調(diào)壓器 1臺(tái) 圖 1 精餾塔結(jié)構(gòu)圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 全回流操作;2. 計(jì)算全回流時(shí)的理論塔板數(shù)和等板高度(HETP ;3. 對 1520%(v 的水和乙醇混合液進(jìn)行精餾分離,以達(dá)到

50、塔頂餾出液乙醇濃度大于 93%(v ,塔釜?dú)堃阂掖紳舛刃∮?3%(v ;4. 練習(xí)使用阿貝折射儀,繪制酒精濃度與折光率標(biāo)準(zhǔn)曲線;5. 通過定容法測定酒精濃度。四、實(shí)驗(yàn)原理1. 理論塔板數(shù)和等板高度 HETP 塔板數(shù) N T 可通過乙醇水的平衡數(shù)據(jù)(見附表作圖得出(見圖 2 。 等 板高度 HETP 可由公式 Z=HETP×N T 計(jì)算得出 。2.操作因素對塔性能的影響對精餾塔而言, 所謂操作因素主要是指如何正確選擇回流比、 塔內(nèi)蒸氣速度、 進(jìn)料熱狀 況等。(1回流比的影響對于一個(gè)給定的塔, 回流比的改變將會(huì)影響產(chǎn)品的濃度、 產(chǎn)量、 塔效率和加熱蒸氣消耗 量等。適宜的回流比 R 應(yīng)該在

51、小于全回流而大于最小回流比的范圍內(nèi),通過經(jīng)濟(jì)衡算且滿足 產(chǎn)品質(zhì)量要求來決定。 (2塔內(nèi)蒸氣速度塔內(nèi)蒸氣速度通常用空塔速度來表示。241d V u s =(12-2式中:u 空塔速度, m/s;Vs 上升的蒸氣體積流量, m 3/s 。對于精餾段 V=(R +l D(12-3 00S PT TP 3600D 1R (4. 22V +=(12-4 對于提餾段 V = V+(q -1 F(12-5式中:V 提餾段上升蒸氣量, kmol /s 。0' S PT TP 36004V . 22' V =(12-6可見,即使塔徑相同,精餾段和提餾段的蒸氣速度也不一定相等。塔內(nèi)蒸氣速度與精餾塔

52、關(guān)系密切。適當(dāng)?shù)剡x用較高的蒸氣速度,不僅可以提高塔板效率,而且可以增大塔的生產(chǎn)能力。但是, 如果速度過大, 則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生霧沫夾帶及減少了氣 液兩相接觸時(shí)間而使塔板效率下降, 甚至產(chǎn)生液泛而使塔被迫停止運(yùn)行。 因而要根據(jù)塔的結(jié) 構(gòu)及物料性質(zhì),選擇適當(dāng)?shù)恼魵馑俣取Ｎ?、?shí)驗(yàn)操作五、實(shí)驗(yàn)操作1.精餾塔的操作程序精餾塔的啟動(dòng)和操作可參考下列程序:(1 配制約 5%(v 酒精水溶液注入蒸餾釜內(nèi)至液位計(jì)上的標(biāo)記為止 (約塔釜 2/3處 。 供料槽內(nèi)配置 1520%(v 酒精水溶液;(2開冷水閥門,向冷凝器供水;(3開啟電源,調(diào)節(jié)電壓給蒸餾釜加熱;(4有回流后,先作全回流,控制蒸發(fā)量,這時(shí)“靈敏板”溫度應(yīng)控制

53、在設(shè)定范圍內(nèi);(5操作基本穩(wěn)定(蒸餾釜蒸氣壓力及塔頂溫度不變后,開始塔頂、塔釜溶液取樣 分析,分別通過比重法和阿貝折射儀測定酒精濃度,前后取樣 3組,分析平均值;(6啟動(dòng)料泵向精餾塔供料,控制一定流量,進(jìn)行部分回流操作,操作基本穩(wěn)定(蒸 餾釜蒸氣壓力及塔頂溫度不變后,開始進(jìn)樣、塔頂、塔釜溶液取樣分析,分別通過比重法 和阿貝折射儀測定酒精濃度;(7調(diào)整回流比,可使產(chǎn)品達(dá)到要求濃度;(8實(shí)驗(yàn)完畢后,即停止供電,運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)時(shí)期后,才停止向冷凝器供水,不得過早停 水,避免酒精的損失和著火的危險(xiǎn)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1 本實(shí)驗(yàn)過程中,要特別注意安全,嚴(yán)禁干燒加熱器,以免發(fā)生觸電事故。(2 開車時(shí)必須先接通冷

54、卻水,方能進(jìn)行塔釜加熱,停車時(shí)則反之。(3 取樣時(shí),打開取樣旋塞要緩慢,以免燙傷。(4 塔頂殘留不凝性氣體要排出干凈,否則將影響產(chǎn)品的采出和濃度監(jiān)測。 3七、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理1. 比重法測定酒精濃度將 25ml 容量瓶干燥后秤取重量 G1,并予以標(biāo)記。該采樣時(shí),接取一定量(25ml 酒精溶液(以稍微超過容量瓶刻度為宜 ,通過水冷至 室溫, 用溫度計(jì)測量其溫度。 然后定容, 秤取質(zhì)量 G2。 可以得到酒精溶液質(zhì)量為 m=G2-G1, 計(jì)算其密度 =m / 0.025kg/m3,查表 1乙醇水溶液的密度表可得其酒精濃度(如果溶液 溫度不在表中,可用插值法計(jì)算 。2. 折光率法測定酒精濃度取不同濃度的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液(5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, ,測定其折光率,作出濃度與折光率標(biāo)準(zhǔn)曲線。采集試樣后,測定其折光率,根 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到試樣乙醇濃度,并與定容法結(jié)