2010版生工專業(yè)化工原理實驗講義

1、實驗一 單相流體流動阻力實驗實驗性質(zhì)：驗證必做 實驗課時：3學(xué)時一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)了解直管摩擦阻力hf、直管摩擦阻力系數(shù)的測定方法。2、掌握摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系。3、熟悉壓差的測定方法。二、實驗內(nèi)容1、測定不同的流體流型狀態(tài)下摩擦阻力系數(shù)與Re之間的關(guān)系。2、在對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制 Re的關(guān)系曲線。三、實驗原理直管的摩擦阻力是雷諾數(shù)和管壁相對粗糙度的函數(shù)，即=fRe，/d，所以對一定的相對粗糙度而言特定的直管與Re才有一定的關(guān)系。但隨Re的變化規(guī)律與流體流型有關(guān)。流體以不同的流速在一定的長度等直徑的水平圓型直管內(nèi)流動時，其管路阻力引起的能量損失為： 11又因為摩擦阻力系數(shù)與阻力損失

2、之間有如下關(guān)系范寧公式 12整理21、22兩式得 13分析以上兩式，對實驗來說，直管的長度L和管徑d是的，確定流體的溫度，那么流體的和也是定值。調(diào)節(jié)一系列的流量，通過壓差測定，就可計算一系列的和Re，從而得出隨Re的變化關(guān)系。四、實驗主要儀器及主要技術(shù)數(shù)據(jù) 直管的長度L= 管內(nèi)徑d=.五、實驗方法1、接通電源，翻開數(shù)字式差壓變送器開關(guān)，預(yù)熱15min后，檢察零點方法：不帶電的狀態(tài)下檢察電流表的零點，稱為機(jī)械零點。帶電壯態(tài)下的零點是差壓變送器的零點，稱為電器零點不為零時在老師的指導(dǎo)下調(diào)整。2、向儲水槽內(nèi)注水，到水滿為止。關(guān)閉水泵出口閥即各流量計調(diào)節(jié)閥，開動水泵，分別逐步翻開大流量轉(zhuǎn)子流量計和小流

3、量轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)口閥，可使流量各自到達(dá)最大時，排出流道和導(dǎo)壓管內(nèi)的空氣。此環(huán)節(jié)中，在逐步翻開大流量計時，應(yīng)用夾子夾住U型壓差計的導(dǎo)壓管，待數(shù)字式壓差計和流道中氣體排出后，關(guān)閉大流量計進(jìn)口閥。將U型壓差計導(dǎo)壓管夾子去掉，適當(dāng)翻開大流量計進(jìn)口閥。使流體在U型壓差計的導(dǎo)壓管內(nèi)流動，關(guān)閉閥門，通過U型管頂部旋塞，排出U型壓差計管內(nèi)的空氣并調(diào)節(jié)壓差計兩側(cè)的液位，使其等高。3、確定流道和導(dǎo)壓管內(nèi)的氣體排完后，夾住U型壓差計的導(dǎo)壓管。4、逐步翻開大流量計進(jìn)口閥，每對應(yīng)一定的流量值，待數(shù)字式壓差計的數(shù)值穩(wěn)定后，讀數(shù)單位：KPa。如此，可得一系列流量和P。5、待大流量計最大值測完后，可關(guān)閉其進(jìn)口閥。同時，翻開U型

4、壓差計導(dǎo)壓管夾子，調(diào)節(jié)U型管兩端的液位，使之平齊。翻開小流量轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)口閥，依次測出不同流量對應(yīng)于U型管中的液柱差。6、測試中，為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，每組數(shù)據(jù)應(yīng)重復(fù)測1-3次，且為整體重復(fù)。7、在數(shù)據(jù)測量完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，并切斷電源。注：水溫的測定應(yīng)在實驗前后都測，取其平均值。六、實驗數(shù)據(jù)表水的溫度= 密度= 黏度= 物理量序號Q壓差P Rem3s-1 mmH2OKPa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14七、結(jié)果與分析1、畫出Re的曲線2、數(shù)據(jù)分析，結(jié)論。八、思考題1、是-和-的函數(shù)。2、直管摩擦主力系數(shù)隨Re的變化規(guī)律因-不同而不同。3、本實驗中用水為工作介質(zhì)，

5、作出的Re 曲線，對其他流體是否適用？為什么？實驗二 離心泵特性曲線測定實驗性質(zhì)：驗證必做 實驗課時：3學(xué)時一、實驗?zāi)康?.了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，熟悉離心泵的使用；2. 掌握離心泵特性曲線測定方法；3.了解電動調(diào)節(jié)閥的工作原理和使用方法。二、根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)速下泵的揚程H、軸功率N及效率與泵的流量Q之間的關(guān)系曲線，它是流體在泵內(nèi)流動規(guī)律的宏觀表現(xiàn)形式。由于泵內(nèi)部流動情況復(fù)雜，不能用理論方法推導(dǎo)出泵的特性關(guān)系曲線，只能依靠實驗測定。1揚程H的測定與計算取離心泵進(jìn)口真空表和出口壓力表處為1、2兩截面，列機(jī)械能衡算方程： 21由于兩截面間

6、的管長較短，通常可忽略阻力項，速度平方差也很小故可忽略，那么有 22式中： ，表示泵出口和進(jìn)口間的位差，m；和 流體密度，kg/m3 ；g重力加速度 m/s2；p1、p2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓，Pa；H1、H2分別為泵進(jìn)、出口的真空度和表壓對應(yīng)的壓頭，m； u1、u2分別為泵進(jìn)、出口的流速，m/s； z1、z2分別為真空表、壓力表的安裝高度，m。由上式可知，只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，及兩表的安裝高度差，就可計算出泵的揚程。2軸功率N的測量與計算 W 23其中，N電為電功率表顯示值，k代表電機(jī)傳動效率，可取。3效率的計算泵的效率是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是

7、單位時間內(nèi)流體經(jīng)過泵時所獲得的實際功，軸功率N是單位時間內(nèi)泵軸從電機(jī)得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機(jī)械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算： 24 故泵效率為 254轉(zhuǎn)速改變時的換算泵的特性曲線是在定轉(zhuǎn)速下的實驗測定所得。但是，實際上感應(yīng)電動機(jī)在轉(zhuǎn)矩改變時，其轉(zhuǎn)速會有變化，這樣隨著流量Q的變化，多個實驗點的轉(zhuǎn)速n將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數(shù)據(jù)換算為某一定轉(zhuǎn)速n下可取離心泵的額定轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。換算關(guān)系如下：流量 26揚程 27軸功率 28效率 29三、實驗裝置與流程離心泵特性曲線測定裝置流程圖如下：圖1 實驗裝置流程示意圖四、實驗步驟及考前須知一實驗步驟： 1.

8、清洗水箱，并加裝實驗用水。給離心泵灌水，排出泵內(nèi)氣體。 2.檢查電源和信號線是否與控制柜連接正確，檢查各閥門開度和儀表自檢情況，試開狀態(tài)下檢查電機(jī)和離心泵是否正常運轉(zhuǎn)。 3.實驗時，逐漸翻開調(diào)節(jié)閥以增大流量，待各儀表讀數(shù)顯示穩(wěn)定后，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)。離心泵特性實驗局部，主要獲取實驗參數(shù)為：流量Q、泵進(jìn)口壓力p1、泵出口壓力p2、電機(jī)功率N電、泵轉(zhuǎn)速n，及流體溫度t和兩測壓點間高度差H0。 4.測取10組左右數(shù)據(jù)后，可以停泵，同時記錄下設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)如離心泵型號，額定流量、揚程和功率等。二考前須知： 1.一般每次實驗前，均需對泵進(jìn)行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進(jìn)行保養(yǎng)，防止葉輪被固體

9、顆粒損壞。 2.泵運轉(zhuǎn)過程中，勿觸碰泵主軸局部，因其高速轉(zhuǎn)動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。五、數(shù)據(jù)處理1記錄實驗原始數(shù)據(jù)如下表1：實驗日期： 實驗人員： 學(xué)號： 裝置號： 離心泵型號 ，額定流量 ，額定揚程 ，額定功率泵進(jìn)出口測壓點高度差H0= ，流體溫度t 實驗次數(shù)流量Q m3/h泵進(jìn)口壓力p1 kPa泵出口壓力p2 kPa電機(jī)功率N電 kW泵轉(zhuǎn)速n r/m 2根據(jù)原理局部的公式，按比例定律校合轉(zhuǎn)速后，計算各流量下的泵揚程、軸功率和效率，如表2：實驗次數(shù)流量Q m3/h揚程H m軸功率N kW泵效率 %六、實驗報告1分別繪制一定轉(zhuǎn)速下的HQ、NQ、Q曲線2分析實驗結(jié)果，判斷泵最為適宜的工作

10、范圍。七、思考題試從所測實驗數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關(guān)閉出口閥門？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？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？是否還有其他方法調(diào)節(jié)流量？泵啟動后，出口閥如果不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？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1200Kg/3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？實驗三 空氣蒸汽對流給熱系數(shù)測定實驗性質(zhì)：驗證選做 實驗課時：3學(xué)時一、實驗?zāi)康?、了解間壁式傳熱元件，掌握給熱系數(shù)測定的實驗方法。2、掌握熱電阻

11、測溫的方法，觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現(xiàn)象。3、學(xué)會給熱系數(shù)測定的實驗數(shù)據(jù)處理方法，了解影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。二、根本原理在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量情況下，冷、熱流體系通過固體壁面?zhèn)鳠嵩M(jìn)行熱量交換，稱為間壁式換熱。如右圖所示，間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成。到達(dá)傳熱穩(wěn)定時，有 31式中：Q 傳熱量，J / s；m1 熱流體的質(zhì)量流率，kg / s； cp1 熱流體的比熱，J / (kg )；T1 熱流體的進(jìn)口溫度，； T2 熱流體的出口溫度，；m2 冷流體的質(zhì)量流率，kg / s； cp2 冷流體的比熱，J /

12、(kg )；t1 冷流體的進(jìn)口溫度，； t2 冷流體的出口溫度，；1 熱流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；A1 熱流體側(cè)的對流傳熱面積，m2； 熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差，；2 冷流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；A2 冷流體側(cè)的對流傳熱面積，m2； 固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差，；K 以傳熱面積A為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù)，W / (m2 )； 冷熱流體的對數(shù)平均溫差，；熱流體與固體壁面的對數(shù)平均溫差可由式32計算， 32式中：TW1 熱流體進(jìn)口處熱流體側(cè)的壁面溫度，；TW2 熱流體出口處熱流體側(cè)的壁面溫度，。固體壁面與冷流體的對數(shù)平均溫差可由式33計算， 33

13、式中：tW1 冷流體進(jìn)口處冷流體側(cè)的壁面溫度，；tW2 冷流體出口處冷流體側(cè)的壁面溫度，。熱、冷流體間的對數(shù)平均溫差可由式34計算， 34當(dāng)在套管式間壁換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以冷空氣或水進(jìn)行對流傳熱系數(shù)測定實驗時，那么由式31得內(nèi)管內(nèi)壁面與冷空氣或水的對流傳熱系數(shù)， 35實驗中測定紫銅管的壁溫tw1、tw2；冷空氣或水的進(jìn)出口溫度t1、t2；實驗用紫銅管的長度l、內(nèi)徑d2，；和冷流體的質(zhì)量流量，即可計算2。然而，直接測量固體壁面的溫度，尤其管內(nèi)壁的溫度，實驗技術(shù)難度大，而且所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差，帶來較大的實驗誤差。因此，通過測量相對較易測定的冷熱流體溫度來間接推算流體與固體壁面間

14、的對流給熱系數(shù)就成為人們廣泛采用的一種實驗研究手段。由式31得， 36實驗測定、并查取下冷流體對應(yīng)的、換熱面積A，即可由上式計算得總給熱系數(shù)K。下面通過兩種方法來求對流給熱系數(shù)。近似法求算對流給熱系數(shù).以管內(nèi)壁面積為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù)與對流給熱系數(shù)間的關(guān)系為， 37式中：d1 換熱管外徑，m； d2 換熱管內(nèi)徑，m； dm 換熱管的對數(shù)平均直徑，m；b 換熱管的壁厚，m； 換熱管材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W / (m )； 換熱管外側(cè)的污垢熱阻，； 換熱管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻，。用本裝置進(jìn)行實驗時，管內(nèi)冷流體與管壁間的對流給熱系數(shù)約為幾十到幾百；而管外為蒸汽冷凝，冷凝給熱系數(shù)可達(dá)左右，因此冷凝傳熱熱阻可忽略，同

15、時蒸汽冷凝較為清潔，因此換熱管外側(cè)的污垢熱阻，壁厚為，因此換熱管壁的導(dǎo)熱熱阻可忽略。假設(shè)換熱管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻也忽略不計，那么由式37得， 38 由此可見，被忽略的傳熱熱阻與冷流體側(cè)對流傳熱熱阻相比越小，此法所得的準(zhǔn)確性就越高。傳熱準(zhǔn)數(shù)式求算對流給熱系數(shù)對于流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流對流傳熱時，假設(shè)符合如下范圍內(nèi)：Re=1.01041.2105,Pr0.7120，管長與管內(nèi)徑之比l/d60,那么傳熱準(zhǔn)數(shù)經(jīng)驗式為， 39式中：Nu努塞爾數(shù)，無因次；Re雷諾數(shù)，無因次；Pr普蘭特數(shù)，無因次；當(dāng)流體被加熱時n0.4，流體被冷卻時n0.3； 流體與固體壁面的對流傳熱系數(shù)，W / (m2 )；d 換熱管內(nèi)

16、徑，m； 流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W / (m )； u 流體在管內(nèi)流動的平均速度，m / s； 流體的密度，kg / m3； 流體的粘度，Pa s；cp 流體的比熱，J / (kg )。對于水或空氣在管內(nèi)強(qiáng)制對流被加熱時，可將式39改寫為， 310令， 311 312 313 314那么式47可寫為， 315 當(dāng)測定管內(nèi)不同流量下的對流給熱系數(shù)時，由式314計算所得的C值為一常數(shù)。管內(nèi)徑d2一定時，m也為常數(shù)。因此，實驗時測定不同流量所對應(yīng)的，由式34、36、312、313求取一系列X、Y值，再在XY圖上作圖或?qū)⑺玫腦、Y值回歸成一直線，該直線的斜率即為m。任一冷流體流量下的給熱系數(shù)2可用下式求得

17、， 316冷流體質(zhì)量流量的測定1假設(shè)用轉(zhuǎn)子流量計測定冷空氣的流量，還須用下式換算得到實際的流量， 317式中： V 實際被測流體的體積流量，m3 / s； 實際被測流體的密度，kg / m3；均可取下對應(yīng)水或空氣的密度，見冷流體物性與溫度的關(guān)系式；V 標(biāo)定用流體的體積流量，m3/s； 標(biāo)定用流體的密度，kg / m3；對水1000 kg / m3；對空氣1.205 kg / m3；f 轉(zhuǎn)子材料密度，單位kg / m3。于是 (318)2假設(shè)用孔板流量計測冷流體的流量，那么， (319)式中，V 為冷流體進(jìn)口處流量計讀數(shù)，為冷流體進(jìn)口溫度下對應(yīng)的密度。冷流體物性與溫度的關(guān)系式：在0100之間，冷

18、流體的物性與溫度的關(guān)系有如下擬合公式。1空氣的密度與溫度的關(guān)系式：2空氣的比熱與溫度的關(guān)系式：60以下 J / (kg ), 70以上 J / (kg )。3空氣的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系式： 4空氣的黏度與溫度的關(guān)系式：三、實驗裝置與流程1實驗裝置實驗裝置如圖3-1所示1旋渦式氣泵；2排氣閥；3孔板流量計；4冷流體進(jìn)氣閥；5冷流體進(jìn)口溫度；6冷流體出口溫度； 7冷流體進(jìn)口側(cè)蒸汽溫度； 8冷流體出口側(cè)蒸汽溫度；9冷凝水出口閥； 10壓力表；11蒸汽進(jìn)口閥； 12冷凝水排水口；13紫銅管；14蒸汽進(jìn)口；15冷流體出口；16換熱器；17電氣控制箱圖3-1 空氣-水蒸氣換熱流程圖來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)

19、入不銹鋼套管換熱器環(huán)隙，與來自風(fēng)機(jī)的空氣在套管換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷空氣經(jīng)孔板流量計或轉(zhuǎn)子流量計進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管紫銅管，熱交換后排出裝置外。2設(shè)備與儀表規(guī)格1紫銅管規(guī)格：直徑21，長度L=1000mm2外套不銹鋼管規(guī)格：直徑1005mm，長度L=1000mm4鉑熱電阻及無紙記錄儀溫度顯示5全自動蒸汽發(fā)生器及蒸汽壓力表四、實驗步驟與考前須知一實驗步驟1、翻開控制面板上的總電源開關(guān)，翻開儀表電源開關(guān)，使儀表通電預(yù)熱，觀察儀表顯示是否正常。在蒸汽發(fā)生器中灌裝清水至水箱的球體中部，開啟發(fā)生器電源，使水處于加熱狀態(tài)。到達(dá)符合條件的蒸汽壓力后，系統(tǒng)會自動處于保溫狀態(tài)。2、翻開控制

20、面板上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，讓風(fēng)機(jī)工作，同時翻開冷流體進(jìn)口閥，讓套管換熱器里充有一定量的空氣。3、翻開冷凝水出口閥，排出上次實驗余留的冷凝水，在整個實驗過程中也保持一定開度。注意開度適中，開度太大會使換熱器中的蒸汽跑掉，開度太小會使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力過大而導(dǎo)致不銹鋼管炸裂。4、在通水蒸汽前，也應(yīng)將蒸汽發(fā)生器到實驗裝置之間管道中的冷凝水排除，否那么夾帶冷凝水的蒸汽會損壞壓力表及壓力變送器。具體排除冷凝水的方法是：關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥門，翻開裝置下面的排冷凝水閥門，讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走，當(dāng)聽到蒸汽響時關(guān)閉冷凝水排除閥，方可進(jìn)行下一步實驗。5、開始通入蒸汽時，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽閥的開度，讓蒸汽徐徐流

21、入換熱器中，逐漸充滿系統(tǒng)中，使系統(tǒng)由“冷態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)，不得少于10分鐘，防止不銹鋼管換熱器因突然受熱、受壓而爆裂。6、上述準(zhǔn)備工作結(jié)束，系統(tǒng)也處于“熱態(tài)后，調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥，使蒸汽進(jìn)口壓力維持在0. 01MPa，可通過調(diào)節(jié)蒸汽發(fā)生器出口閥及蒸汽進(jìn)口閥開度來實現(xiàn)。7、自動調(diào)節(jié)冷空氣進(jìn)口流量時，可通過儀表調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率來改變冷流體的流量到一定值，在每個流量條件下，均須待熱交換過程穩(wěn)定前方可記錄實驗數(shù)值，一般每個流量下至少應(yīng)使熱交換過程保持15分鐘方為視為穩(wěn)定；改變流量，記錄不同流量下的實驗數(shù)值。8、記錄68組實驗數(shù)據(jù)，可結(jié)束實驗。先關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥，關(guān)閉儀表電源，待系統(tǒng)逐漸冷卻后關(guān)

22、閉風(fēng)機(jī)電源，待冷凝水流盡，關(guān)閉冷凝水出口閥，關(guān)閉總電源。9、翻開實驗軟件，輸入實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行后續(xù)處理。 二考前須知1、先翻開排冷凝水的閥1，注意只開一定的開度，開的太大會使換熱器里的蒸汽跑掉，開的太小會使換熱不銹鋼管里的蒸汽壓力增大而使不銹鋼管炸裂。2、一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的空氣后，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。3、剛開始通入蒸汽時，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥的開度，讓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10分鐘，以防止不銹鋼管因突然受熱、受壓而爆裂。 4、操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa表壓

23、以下，否那么可能造成不銹鋼管爆裂和填料損壞。5、確定各參數(shù)時，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時注意蒸汽量的調(diào)節(jié)和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、翻開數(shù)據(jù)處理軟件，在教師界面左上“設(shè)置的下拉菜單中輸入裝置參數(shù)管長、管內(nèi)徑以及轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子密度。在本套裝置中，管長為1m，管內(nèi)徑為16mm，轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子密度為f 。2、數(shù)字型裝置可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)直接倒入實驗數(shù)據(jù)軟件，可以表格形式得到本實驗所要的最終處理結(jié)果，點“顯示曲線，那么可得到實驗結(jié)果的曲線比照圖和擬合公式。3、數(shù)據(jù)輸入錯誤，或明顯不符合實驗情況，程序會有警告對話框跳出。每次修改數(shù)據(jù)后，都應(yīng)點擊“保存數(shù)據(jù)，再按2步中次序，點擊“顯示結(jié)果和“顯

24、示曲線。4、記錄軟件處理結(jié)果，并可作為手算處理的對照。結(jié)束，點“退出程序。六、實驗報告1、冷流體給熱系數(shù)的實驗值與理論值列表比擬，計算各點誤差，并分析討論。2、冷流體給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)式：，由實驗數(shù)據(jù)作圖擬合曲線方程，確定式中常數(shù)A及m。3、以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，將兩種方法處理實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果標(biāo)繪在圖上，并與教材中的經(jīng)驗式比擬。七、思考題1、實驗中冷流體和蒸汽的流向，對傳熱效果有何影響?2、在計算空氣質(zhì)量流量時所用到的密度值與求雷諾數(shù)時的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應(yīng)在什么條件下進(jìn)行計算。3、實驗過程中，冷凝水不及時排走，會產(chǎn)生什么影響？如何及時排走冷凝水？如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行

25、實驗，對關(guān)聯(lián)式有何影響？實驗四 填料塔全回流精餾實驗實驗性質(zhì)：綜合必做 實驗課時：3學(xué)時一、實驗?zāi)康暮鸵?、了解掌握填料式精餾塔的構(gòu)造和操作原理。2、測定全回流條件下的理論塔板數(shù)NT和填料塔等板高度HETP。 二、實驗原理1、在全回餾條件下R=無窮，無加料時，精餾塔由原來的兩段精餾段和提餾段和為一，即僅為精餾段。理想狀態(tài)時，其操作線與y=x線重合，所得理論塔板數(shù)為最少相當(dāng)于傳質(zhì)單元數(shù)。 其理論塔板數(shù)求法依芬斯可吉利蘭特 (相對揮發(fā)度取塔頂和塔底相對揮發(fā)度乘積的方根) 對給定的別離要求，即：D、W給定，由于全回流狀態(tài)下，NT為最少，說明傳質(zhì)效果越差.反之，對給定的填料層高度，全回流時，那么可到

26、達(dá)最高的別離要求。2、有機(jī)物的濃度采用阿貝折射儀測其折光指數(shù)來確定。因有機(jī)混合物的折光指數(shù)具有加和性，為此，只要測出純品和混合物的折光指數(shù)，就可以算出混合物的組成含量摩爾分率。 三、實驗儀器與主要技術(shù)數(shù)據(jù)1、實驗主要儀器: 普通填料塔精餾裝置 阿貝折射儀2、實驗技術(shù)數(shù)據(jù): 填料層高度Z： 填料：2x2mm不銹鋼，網(wǎng)環(huán) 實驗用料：乙醇正丁醇相平衡數(shù)據(jù)： 常壓下乙醇正丁醇平衡數(shù)據(jù)如下表x0y02031y-x相圖四、實驗方法1、實驗前準(zhǔn)備工作先將阿貝折射儀置于白熾燈下。將測量棱鏡和輔助棱鏡上保溫夾套的水進(jìn)出口與超級恒溫水浴之間的橡皮管連接好，然后將恒溫水浴的溫度自控裝置調(diào)節(jié)到所需測量的溫度如25+0

27、.1。待水浴穩(wěn)定10min后即可開始測量。測量方法見附頁1。2、全回流操作1向塔頂冷凝器通入冷卻水，將已配好的料液參加到塔釜中不超過容器的2/3，接通電源，調(diào)節(jié)加熱電壓、電流，對塔釜緩慢加熱加熱電壓、電流按指導(dǎo)老師要求設(shè)定，待塔釜液開始沸騰后，維持15min，或使液泛一次，以使填料完全潤濕。將變壓器調(diào)回至零，稍后，再逐漸升壓加熱至沸，翻開塔身保溫電壓開關(guān)上下保溫電流按指導(dǎo)老師要求設(shè)定，進(jìn)行全回流操作，此刻，回流比通過磁電回流器控制。2觀察塔內(nèi)氣液接觸狀況，當(dāng)塔內(nèi)操作正常，且塔頂、塔釜液體溫度穩(wěn)定不變達(dá)10min及塔釜蒸氣壓恒定時塔釜蒸氣壓可通過U型壓差計觀測，記錄實驗相關(guān)數(shù)據(jù)，并在塔頂、塔底用

28、取樣杯取樣，恒溫后用阿貝折射儀測量樣品折光指數(shù)，計算濃度。3、實驗結(jié)束后，關(guān)閉塔釜加熱器、塔身加熱器開關(guān)，待塔頂溫度降至常溫時，關(guān)閉循環(huán)冷卻水，讓實驗裝置和儀器恢復(fù)原狀。五、考前須知1、本實驗裝置全部采用玻璃制成，采用涂鍍于塔體外表的導(dǎo)電透明膜對塔加熱。在加熱過程中不應(yīng)過快，以免塔器炸裂。2、開車時，應(yīng)先向塔頂分餾頭通冷卻水，再向塔釜加熱。停車反之。六、實驗數(shù)據(jù)表塔釜加熱電壓 塔身保溫電壓 塔釜加熱電流 塔身保溫電流 塔頂溫度 折光儀恒溫溫度 樣品折光指數(shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)W摩爾分?jǐn)?shù)x塔頂塔釜原料理論板數(shù)NT= 七、實驗結(jié)果分析 八、思考題 1、如何判斷精餾塔的操作是否已經(jīng)穩(wěn)定？ 2、全回流精餾實驗有何

29、指導(dǎo)意義？附頁1：阿貝折射儀的測量方法1、恒溫準(zhǔn)備詳見實驗步驟。2、加樣：松開棱鏡組上的鎖鈕，將輔助棱鏡翻開，用少量乙醚或無水酒精清洗鏡面，用揩鏡紙將鏡面揩干，待棱鏡枯燥后，閉合輔助棱鏡，將試樣滴管從加液小槽中參加，然后旋緊鎖鈕。3、對光和調(diào)整：轉(zhuǎn)動手柄，使刻度盤標(biāo)尺的示值最小，并調(diào)反射鏡，使入射光進(jìn)入棱鏡組，使測量望遠(yuǎn)鏡中的視場最亮。再調(diào)目鏡，使現(xiàn)場準(zhǔn)緣到達(dá)最清晰。轉(zhuǎn)動手柄，直至觀察到視場中的明暗界線。此時假設(shè)出現(xiàn)彩色光帶，那么應(yīng)調(diào)節(jié)消色散手柄，直到視場內(nèi)呈現(xiàn)清晰明暗界線為止。將明暗界線對準(zhǔn)準(zhǔn)絲交點上，此時從讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中讀出的讀數(shù)即為折光率ND值.4、實驗結(jié)束時，先將恒溫水浴的電源關(guān)掉，同時

30、關(guān)掉白熾燈，然后將外表擦干凈。附頁： 乙醇正丁醇質(zhì)量濃度與折光指數(shù)對照表質(zhì)量濃度%折光指數(shù)nDt=180實驗五 枯燥特性曲線測定實驗實驗性質(zhì)：驗證 實驗課時：3學(xué)時一、實驗?zāi)康?. 了解洞道式枯燥裝置的根本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2. 學(xué)習(xí)測定物料在恒定枯燥條件下枯燥特性的實驗方法。3. 掌握根據(jù)實驗枯燥曲線求取枯燥速率曲線以及恒速階段枯燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實驗分析方法。4. 實驗研究枯燥條件對于枯燥過程特性的影響。二、根本原理在設(shè)計枯燥器的尺寸或確定枯燥器的生產(chǎn)能力時，被枯燥物料在給定枯燥條件下的枯燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等枯燥特性數(shù)據(jù)是最根本的技術(shù)依據(jù)參數(shù)。由于實際生產(chǎn)

31、中的被枯燥物料的性質(zhì)千變?nèi)f化，因此對于大多數(shù)具體的被枯燥物料而言，其枯燥特性數(shù)據(jù)常常需要通過實驗測定。按枯燥過程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將枯燥過程分為恒定枯燥條件操作和非恒定枯燥條件操作兩大類。假設(shè)用大量空氣枯燥少量物料，那么可以認(rèn)為濕空氣在枯燥過程中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，那么稱這種操作為恒定枯燥條件下的枯燥操作間歇枯燥。1. 枯燥速率的定義枯燥速率的定義為單位枯燥面積提供濕分汽化的面積、單位時間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即 (1)式中， U枯燥速率，又稱枯燥通量，kg/m2s；A枯燥外表積，m2；W汽化的濕分量，kg；枯燥時間，s； Gc絕干物料的質(zhì)量，kg；X

32、物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號表示X隨枯燥時間的增加而減少。2. 枯燥速率的測定方法將濕物料試樣置于恒定空氣流中進(jìn)行枯燥實驗，隨著枯燥時間的延長，水分不斷汽化，濕物料質(zhì)量減少。假設(shè)記錄物料不同時間下質(zhì)量G，直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹?，也就是物料在該條件下到達(dá)枯燥極限為止，此時留在物料中的水分就是平衡水分X*。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重Gc，那么物料中瞬間含水率X為 2計算出每一時刻的瞬間含水率X，然后將X對枯燥時間作圖，如圖1，即為枯燥曲線。圖1恒定枯燥條件下的枯燥曲線上述枯燥曲線還可以變換得到枯燥速率曲線。由已測得的枯燥曲線求出不同X下的斜率，再由式1計算得到枯燥速率U，將U對X作圖

33、，就是枯燥速率曲線，如圖2所示。圖2恒定枯燥條件下的枯燥速率曲線3. 枯燥過程分析預(yù)熱段 見圖1、2中的AB段或AB段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度那么升至濕球溫度tw ,枯燥速率可能呈上升趨勢變化，也可能呈下降趨勢變化。預(yù)熱段經(jīng)歷的時間很短，通常在枯燥計算中忽略不計，有些枯燥過程甚至沒有預(yù)熱段。本實驗中也沒有預(yù)熱段。恒速枯燥階段 見圖1、2中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。但由于這一階段去除的是物料外表附著的非結(jié)合水分，水分去除的機(jī)理與純水的相同，故在恒定枯燥條件下，物料外表始終保持為濕球溫度tw，傳質(zhì)推動力保持不變，因而枯燥速率也不變。于是，在圖2中，BC段為水平線

34、。只要物料外表保持足夠濕潤，物料的枯燥過程中總有恒速階段。而該段的枯燥速率大小取決于物料外表水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的空氣枯燥條件，故該階段又稱為外表汽化控制階段。降速枯燥階段 隨著枯燥過程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分移動到外表的速度趕不上外表水分的氣化速率，物料外表局部出現(xiàn)“干區(qū)，盡管這時物料其余外表的平衡蒸汽壓仍與純水的飽和蒸汽壓相同、傳質(zhì)推動力也仍為濕度差，但以物料全部外外表計算的枯燥速率因“干區(qū)的出現(xiàn)而降低，此時物料中的的含水率稱為臨界含水率，用Xc表示，對應(yīng)圖2中的C點，稱為臨界點。過C點以后，枯燥速率逐漸降低至D點，C至D 階段稱為降速第一階段?？菰锏近cD時，物料全部外表都成為干區(qū)，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動，汽化所需的熱量必須通過已被枯燥的固體層才能傳遞到汽化面；從物料中汽化的水分也必須通過這層枯燥層才能傳遞到空氣主流中?？菰锼俾室驘?、質(zhì)傳遞的途徑加長而下降。此外，在點D以后，物料中的非結(jié)合水分已被除盡。接下去所汽化的是各種形式的結(jié)合水，因而，平衡蒸汽壓將逐漸下降，傳質(zhì)推動力減小，枯燥速率也隨之較快降低，直至到達(dá)點E時，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。降速階段枯燥速率曲線的形狀隨物料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而異，不一定都呈現(xiàn)前面所述的曲線CDE形狀。對于某些多孔性物料，可能降速兩個階段的界限不是很明顯，曲線好似只有CD段；對于某些無孔性吸水物料，汽化只在外