2022年食品工程原理实验集锦 .pdf

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1、食品工程原理实验集锦实验一、离心泵特定曲线的测定一、 实验目的1、了解离心泵结构于特性，学会离心泵的操作。2、掌握离心泵特性曲线测定方法。二、 实验原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下扬程 H、轴功率 N及效率与流量 V 之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1、扬程 H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程: p1,p2：分别为泵进、出口的压强 N/m2：液体密度 kg/m3 u1,u2：分别为泵进、出口的流量m/s g：重力加速度 m/s2当泵进、出口管径

2、一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：2、轴功率 N的测量与计算N=0.94w w-电机输出功率； W 可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。3、效率 的计算泵的效率 为泵的有效功率 Ne与轴功率 N的比值。有效功率Ne是流体单位时间内自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率 Ne可用下式计算： Ne=HVg 故=Ne/N=HV g/N 4、转速改变时的换算gppH12guuZZgppH221221212名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

3、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 24 页 - - - - - - - - - 泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：三、 实验装置流程离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图和离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图如图所示：四、 实验步骤及注意事项1、关闭进口阀及管道阀门。2、打开总开关，打开仪表开关通

4、电，把离心泵电源转换到“直接”位置。停止按钮灯亮。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 24 页 - - - - - - - - - 3、打开进口阀，打开离心泵灌水罚，进行水泵灌水（注意：在打开灌水阀时要慢，且只打开一定的开度，不要开太大，否则会损坏压力表）。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。4、一切准备就绪后，按下开启按钮。启动按钮绿灯亮，即可进行实验。5、打开泵的出水阀（全开） ，流量达到最大。6、等待流动和显示的数据稳定后，测定泵的真空度P1，泵后压力 P

5、2，水温 t，流量V 及泵的功率并记录。7、调节泵的出口阀，调节流量，改变流量大小，测定不同流量下的P1,P2,t，V。8、同样方法测定 8 次，同时注意流量不低于3m3/h. 9、实验完毕，关闭水泵出口阀。按下仪表台上的水泵停止按钮，停止运行。10、进入实验数据处理软件，处理数据。五、 原始实验数据（附页）n=2915r/min n=2830 r/min =1.0103kg/m3流量 V/(m3/h) 真空度 /kPa 泵后压力 /kPa 温度 t/泵功率 N/kw 1.41 -7.0 166.0 20.0 1.58 2.14 -7.1 163.5 19.7 1.61 3.10 -7.4 1

6、60.8 19.3 1.63 4.60 -7.5 158.3 19.2 1.68 5.33 -8.3 156.8 19.2 1.70 7.02 -9.0 154.0 19.2 1.77 9.85 -11.1 147.5 19.2 1.87 11.95 -13.7 139.9 19.2 1.95 六、 数据处理以其中第一组数据为例：H=(P2-P1)/g=( 166.0+7.0)1000Pa/(1000kg/m3 9.81m/s2 )=17.64m N=0.94 1.58kw=1.4852kw =Ne/N=HV g/N=( 17.64m 1.41m3 /h 1000 kg/m3 9.81m/s2

7、 )/(3600s1.4852 1000w)=0.0456 所有结果列于下表中序号流量 V/(m3/h) 功率 N/kw H/m /% 1 1.41 1.4852 17.64 4.56 2 2.14 1.5134 17.39 6.70 3 3.10 1.5322 17.15 9.46 4 4.60 1.5792 16.90 13.4 5 5.33 1.5980 16.83 14.38 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 24 页 - - - - - - - -

8、 - 6 7.02 1.6638 16.62 19.11 7 9.85 1.7578 16.17 24.69 8 11.95 1.8330 15.66 27.82 绘制一定转速下的H-V、N-V、 -V 曲线H-V 特性曲线N-V 特性曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 24 页 - - - - - - - - - -V 特性曲线七、 结果分析与讨论发现我们的 -V 特性曲线是单调递增的，与理论上先增后减不符。可能是我们进行的实验流量都普遍较小，还没有到达

9、的最大点。本实验的目的是掌握离心泵特性曲线测定方法。实验时应注意尽量控制流量在整数位便于计算，流量的最小值不能小于3。由于离心泵工作时流量不稳定，读数有误差，还有可能测量离心泵工作范围未取得适当的间隔，使得数据差异有所偏大。 在实验控制流量时，泵的出水阀开关可能未完全打开而出口阀控制的不稳定导致了一定误差。八、 思考题解答1、试从所测实验数据分析离心泵在启动时为什么要关闭出口阀门？答：关闭阀门的原因从试验数据上分析：开阀门时，扬程极小，电机功率极大，可能会烧坏电机。2、启动离心泵之前为什么要引水灌泵？如果灌泵后依然启动不起来，你认为可能的原因是什么？答： 离心泵不灌水很难排掉泵内的空气，导致泵

10、空转而不能排水；泵不启动可能是电路问题或是泵本身已损坏，即使电机的三相电接反了，泵也会启动的。3、为什么用泵的出口阀门调节流量？这种方法有什么优缺点？还有其他方法调节流量？答：用出口阀门调解流量而不用泵前阀门调解流量保证泵内始终充满水，用泵前阀门调节过度时会造成泵内出现负压，使叶轮氧化，腐蚀泵。还有的调节方式就是增加变频 装置。4、泵启动后，出口阀如果打不开，压力表读数是否会逐渐上升？为什么？答：不会，因为当泵完好时，真空表和压力表读数会恒定不变，水泵不排水空转不受外网特性曲线影响。5、正常工作的离心泵，在其进口管路上安装阀门是否合理？为什么? 答： 不合理，安装阀门会增大摩擦阻力，影响流量的

11、准确性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 24 页 - - - - - - - - - 实验 二、流体流动阻力的测定一、 实验目的1. 掌握流体流经直管和管阀件阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动能量损失的变化规律2. 测定直管摩擦系数 与雷诺准数Re 的关系以及流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数二、 实验原理1. 沿程阻力：流体在管道中流动时阻力损失hf=(P2-P1)/ = P/ , 而影响阻力损失因素归纳为P=f(d,l, )P/u2=(du ,l

12、/d, /d)P/=(du , /d) l/d u2/2 令 =(du, /d)，则 hf=P= l/d u2/2 2. 局部阻力； 1）当量长度法： hf=（l+ le ）/d u2/2 2)阻力系数法： hf=u2/2 三、 实验装置流程名称材质管内径测试段长度（ m ）装置 1 装置 2 光滑管不锈钢食品管28.974 28.4755 1.2 粗糙管镀锌铁管27.7406 27.7406 1.2 局部阻力闸阀27.8878 27.8878 1.2 层流管钢管8 8 2.5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名

13、师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 24 页 - - - - - - - - - 四、 实验步骤及注意事项1. 做光滑管、粗糙管局部阻力实验时，关闭阀5、6 2. 打开泵的出口阀 2 与灌水阀、排气阀，给水泵灌水，之后关闭排气阀、出口阀2 和灌水阀，打开总电源开关， 打开仪表电源开关， 把离心泵电源转换开关旋至 直接位置，按下启动按钮启动离心泵3. 缓缓打开泵的出口阀2、10、20、30，做好倒 U压差计的排气准备工作4. 按照倒 U压差计的使用方法，对倒U压差计在常压且零流量情况下进行排气调零5. 当装置确定后，根据 P 和 U的实验测定值，可计算 、，在等温条件下，雷诺

14、数 Re= du，调节流量，可得一系列值，绘图6. 半开阀，缓缓调节阀，待水稳定后，测取压差和流量等有关参数，再改变流量，再一次测量7. 流量从 1 开始，每次改变 0.4 左右，测量数据并记录8. 做层流时，关闭阀4、5，打开 3、6，启动泵后，关闭转子流量计上的层流流量调节阀对小倒 U压差计进行排气调零工作五、 原始实验数据（附页）六、 数据处理1. 粗糙管dluppphf2221p = g ( H2-H1 ) 2rVSVuAuduReu =4VS/ d2=41.0/ 36000.027742=0.460 m/s =2 d hf / l u2=2 0.02774 0.0313/1.20.4

15、6972=0.0066 Re= du =0.02774 0.4697 998/0.001=13003流量hm31.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 4.2流速sm0.4600.6440.8281.0121.1961.3791.9304（pa*s）0.897*10-30.0066 0.0129 0.0317 0.0331 0.0337 0.0389 0.0839 Re 13003 17812 22903 27992 33808 39013 53442 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

16、- - - - - 第 7 页，共 24 页 - - - - - - - - - 100001500020000250003000035000400000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040?Re B2. 光滑管d=28.47mm u =4VS/ d2=41.0/ 36000.028472=0.436m/s =2 d hf / l u2=2 0.02847 0.1324/1.20.4362=0.0308 Re= du =0.02847 0.436 1000/0.897*10-3=13840 流量hm31.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 4.

17、2流速sm0.4360.6110.7860.9601.1351.3091.8009 （pa*s）0.897*10-30.0308 0.0344 0.0304 0.0297 0.0289 0.0279 0.0223Re 13840 19390 24950 23950 27180 35580 10000200003000040000500000.0220.0240.0260.0280.0300.0320.0340.036?Re B名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共

18、 24 页 - - - - - - - - - 3局部阻力22uhf =2 hf / u2=2 0.1373/0.45672=1.2662 Re= du =0.02789 0.4567 998/0.001=12712流量hm31.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 4.2 流速sm0.4567 0.6366 0.8184 1.0003 1.1822 1.3641 1.9097 1.2662 0.9200 0.8552 0.9548 0.8254 0.7824 0.8415 Re 12712 17719 22779 27843 32906 37894 53155 100002000030

19、0004000050000600000.70.80.91.01.11.21.3?Re B4层流Re= du =0.008 0.4221 998/0.001=3370u =4VS/ d2=40.08/ 36000.0082=0.4221m/s 流量hm30.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 流速sm0.4221 0.3868 0.3316 0.2763 0.2210 0.1658 0.1105 （pa*s）0.001 0.01900.02070.02420.02900.03630.04830.0725Re 337030882647220617641324882名师

20、资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 24 页 - - - - - - - - - 5001000150020002500300035000.010.020.030.040.050.060.070.08?Re B七、 结果分析与讨论1. 本次试验能量损失读数有偏差，因为试验中数据上下弹跳较大，未能稳定后读数。2. 由于实验时没有每一次都进行温度读取，使得粘度有误差。3. 由于操作的误差，导致最终实验数据的偏差。八、 思考题解答1.流动流动时为什么会产生摩擦阻力？摩擦

21、阻力以哪几种型式反映出来？答：流体本身具有粘性，还有流体流动时涡流的存在。一般以沿程阻力和局部阻力反映出来。2.如何检验测试系统内的空气已经被排除干净？若测压管道中存在气体，将对测量带来什么影响？答：实验前和实验后，都应关闭泵的出口阀，检查倒U 形压差计各臂是否相同，如不相同，则证明测压系统中有气泡。3.以水测得的关系能否用于其它液体？答：能用于牛顿流体的类比，牛顿流体的本构一样，应该是类似的平行线。但雷诺数不是很准确。4若是减少流动时的阻力，你认为应从哪些方面着手解决？答：降低流速，增大管径，增大直管摩擦系数和局部阻力系数的降低。在管道壁上施加电场来减少流动阻力，让流体以喷淋的方式流动。实验

22、三、空气蒸汽对流给热系数测定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 24 页 - - - - - - - - - 一、实验目的和要求：1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。二、实验内容和原理实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算，关联出相关系数。实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、

23、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(41)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。达到传热稳定时，有mmWMWpptKAttATTAttcmTTcmQ221112222111（41）热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4 2）计算，22112211lnWWWWmWTTTTTTTTTT（42）式中： TW1热流体进口处热流体侧的壁面温度，；TW2热流体出口处热流体侧的壁面温度，。固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4 3）计算，22112211lnttttttttttWWWWmW（43）式中： tW

24、1 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，；tW2 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，。热、冷流体间的对数平均温差可由式（44）计算，12211221mtTtTlntTtTt（44）当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气， 内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（41）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，MWpttAttcm212222（45）实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径T TWtWt 图 41 间壁式传热过程示意图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

25、 - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 24 页 - - - - - - - - - d2，ldA22；和冷流体的质量流量，即可计算2。然而， 直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。由式（ 41）得，mptAttcmK1222（46）实验测定2m、2121TTtt、并查取2121ttt平均下冷流体对应的2pc、换热面积A，即可由上式计算得总给热系数K。1 近似法求算对流给热系

26、数2以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，11212122211ddddRdbdRKSmS（4 7）用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百KmW.2；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数1可达 KmW.1024左右，因此冷凝传热热阻112dd可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻121ddRS也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为 383.8KmW， 壁厚为 2.5mm， 因此换热管壁的导热热阻mdbd2可忽略。若换热管内侧的污垢热阻2SR也忽略不计，则由式（47）得，K2（48）由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热

27、阻相比越小，此法所得的准确性就越高。2 冷流体质量流量的测定用孔板流量计测冷流体的流量，则，2mV(49) 式中， V 为冷流体进口处流量计读数，为冷流体进口温度下对应的密度。3 冷流体物性与温度的关系式在 0100之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。（1）空气的密度与温度的关系式：523104.5101.2916tt（2）空气的比热与温度的关系式：60以下pC1005J / (kg ? ), 70以上pC1009J / (kg ? ) 。（3）空气的导热系数与温度的关系式：8252108100.0244tt名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

28、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 24 页 - - - - - - - - - （4）空气的黏度与温度的关系式：6235(2105101.716910tt）三、主要仪器设备1实验装置实验装置如图4-1 所示来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。2设备与仪表规格（ 1）紫铜管规格： 直径 212.5mm， 长度 L=1000mm ； （2） 外套不锈钢管规格： 直径 1005mm

29、，长度 L=1000mm ； （4）铂热电阻及无纸记录仪温度显示；（5）全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表。四、操作方法与实验步骤（一）实验步骤1、打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。2、在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水处于加热状态。到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。3、打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一定量的空气。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

30、 - - 第 13 页，共 24 页 - - - - - - - - - 4、打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。5、在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。6、开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐

31、充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10 分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。同时，打开顶端放气阀，将设备内的空气排出，至排气管有蒸汽放出，关闭排气阀。7、上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽进口压力维持在0. 01MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。8、自动调节冷空气进口流量时，可通过仪表调节风机转速频率来改变冷流体的流量到一定值，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持15 分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。9、记录 68 组实验数据， 可结

32、束实验。 先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀， 关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。10、打开实验软件，输入实验数据，进行后续处理。五、实验数据记录与处理取序 1 作为计算实例：实验数据：空气进口温度t1=34.7；空气出口温度t2=78.6；空气进口处蒸汽温度T1=108.7 ；空气出口处蒸汽温度T1=108.7 ；空气流量V=20.0m3/h；数据处理：空气进口密度523104.5101.2916tt1.1475kg/ m3，t=t1；空气质量流量2mV=0.0064kg/s；空气流速u=27.63m/s；空气定性温度221tt=56.65

33、；t2-t1= 43.9 ；换热面积11ldA= 0.0503m2；空气的比热Cp2=1005J / (kg ? ) ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 24 页 - - - - - - - - - 对数平均温度12211221lntTtTtTtTtm=48.80；总给热系数mptAttcmK1222= 114.65511 W/(m2 )；流体粘度6235(2105101.716910tt）= 1.994E-05 Pas,t=定性温度；流体导热系数8252

34、108100.0244tt= 0.0288678 W/(m )；雷诺数duRe= 23699.222；普兰特数2Prpc= 0.6940949；理论值=4. 08.0PrRe023.0d= 113.33827W/(m2)；杜赛尔数dNu= 62.817787。六、实验结果与分析1、冷流体给热系数实验计算值与理论值列表比较：次序1 2 3 4 5 6 7 总给热系数 K 114.66108.9399.7186.5170.7353.6846.05理论值 113.34103.9394.7881.1465.0547.7738.48误差1.16%4.81%5.21%6.62%8.73%12.36%19.

35、68%分析讨论：1）在对实验值与理论值进行比较得，在温度的较小时误差较大，随着温度的升高，误差减小。但在t1=34.7时误差最小，即在空气流速最大时，产生的误差最小。所以迪图斯 -贝尔特公式在本实验中适合于空气进口温度为3139，此时误差较小。2）产生误差的原因可能有：随着温度的升高，气体的粘度增大；空气流量减小使空气流速减小使传热过程更复杂。2、实验数据图表：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 24 页 - - - - - - - - - ln(Nu/Pr

36、0.4)ln(Re)R2 = 1y = 0.8x - 3.77230123458.899.29.49.69.81010.2ln(Re)ln(Nu/Pr0.4)由图表得拟合曲线方程： y = 0.8x - 3.7723；则 m =0.8；ln(A)=-3.7723；A=e-3.7723=0.0230；所以实验数据可证明教材中的经验式Nu/Re0.4=0.023Re0.8的准确性。七、讨论、心得思考题：1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？答：无影响。因为Q= Atm，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故tm 不变，而 和 A不受冷流体和蒸汽的流向的影响，所以传热

37、效果不变。2、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。答：不一致。 计算空气质量流量时所用到的密度值是冷流体进口温度下对应的密度；求雷诺数时的密度值时是冷流体进出口算术平均温度对应的密度。3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对关联式有何影响？答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速率。在外管最低处设置排水口，若压力表晃动，则及时打开排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。在不同压强下测试得到的数据，将会对产生影响，因为PV

38、=nRT，P与 V 是变量， P 变化后 T 也随之改变， T 改变后，蒸汽进口处的温度就会改变，tm 也会改变。心得：在没有做实验之前，因为对实验仪器的不了解，所以认为实验很难操作。但是在认真预习的前提下， 并且听取老师的讲解后，便能掌握具体的操作步骤完成实验。但是对于实验的原理并没有充分的理解。我觉得做实验的过程是一个充满理性知识的过程，就像书本上的知识跳跃了起来一样。虽然在实验过程中的许多步骤都是重复的，但是通过自己的亲手操作和认真计算将原理进行证明的过程使我仿佛能够体会到科学家们智慧的结晶，而我也身临其境的体会到了学习化工原理的乐趣。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

39、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 24 页 - - - - - - - - - 实验最重要的就是将理论付诸实践，平时上课时只能通过老师的讲解和自己的想象了解知识，虽然老师上课时会有形象的比喻让我们能够容易接受，但是许多时候我都不能明白为什么就能有这样的结论。而通过实验，给了我一个深入了解化工原理知识的平台。最后，我认为实验报告的数据处理过程十分重要，在处理数据之中， 解决问题便是对实验原理的进一步理解。实验四精馏实验一、实验目的1、了解筛板式精馏塔的结构，学习数字显示仪表的原理及使用。2、学习筛板式精馏塔的

40、操作方法，观察汽液两相接触状况的变化。3、测定在全回流时精馏塔总板效率，分析汽液接触状况对总板效率的影响。4* 、测定在全回流时精馏塔的单板效率。分析汽液接触状况对单板效率的影响。5* 、测定部分回流时的总板效率，分析气液接触状况对总板效率的影响。6* 、测定精馏塔在全回流下塔体浓度（温度）分布。带 *项为教学大纲要求之外项目。二、实验原理 ：在精馏过程中， 由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液在塔板上多次部分汽化部分冷凝，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。回流是精馏操作的必要条件，塔顶的回流量与采出量之比称为回流比。回流比是精馏操作的主要参数，它的大小直接影响精馏

41、操作的分离效果和能耗。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要无穷多块塔板，在工业上是不可行的。若在全回流下操作，既无任何产品的采出，也无任何原料的加入，塔顶的冷凝液全部返回到塔中，这在生产中无任何意义。但是，由于此时所需理论板数最少，易于达到稳定，故常在科学研究及工业装置的开停车及排除故障时采用。通常回流比取最小回流比的1.2 2.0 倍。1塔板效率板式精馏塔中汽液两相在各塔板上相互接触而发生传质作用，由于接触时间短暂和不够充分，并且汽相上升也有一些雾沫夹带，因此其传质效率总不会达到理论板效果。通常用塔板效率来表示塔板上传质的完善程度。塔板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数。影响塔

42、板效率的因素很多，大致归纳为： 流体的物理性质（如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等）塔板结构以及操作条件等，由于影响塔板效率的因素相当复杂，目前仍以实验的方法测定。a. 总板效率（或全塔的效率） ：反映全塔中各层塔板的平均分离效果，常用于板式塔的设计。（2-44）式中： ET总板效率 NT理论板数 NP实际板数全回流操作时理论板数可通过逐板计算或利用汽液平衡数据通过图解法求出。（1）逐板计算法求理论板数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 24 页 - -

43、- - - - - - - 据芬斯克方程式1lg)xx1)(x1xlg(NminmwwDD（不包括再沸器）式中： xD塔顶液相组成，摩尔分率；xW塔底液相组成，摩尔分率m塔内平均相对挥发度，可取塔顶与塔釜间的几何平均值。m=釜顶、（2）图解法求理论板数利用相平衡数据作出平衡线，根据测出的xD、xW，在对角线和平衡线间交替作梯级，即可求出全回流时的理论板数。b. 单板效率，反映单独的一块板上传质的效果，是评价塔板式性能优劣的重要数据，常有于塔板的研究。（2-45）式中：以液相浓度表示的单板效率； xn，xn-1 第 n 块板和第n-1 块板液相浓度；与离开第n 块板的气体相平衡的液相浓度总板效率

44、与单板效率的数值常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。当物系与板型确定后，可通过改变汽液符合达到最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，以评价其性能优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔设计中。三、实验装置及流程1. 精馏塔精馏塔为筛板塔， 全塔共 8 块塔板， 塔身的结构尺寸为塔径（573.5 ）mm， 塔板间距80mm；溢流管截面积78.5mm，溢流堰高12mm，底隙高度6mm；每块塔板开有43 个直径为1.5mm 的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。为了便于观察塔板

45、上的汽液接触情况，塔身设有一节玻璃视盅，在第16 块塔板上均有液相取样口。蒸馏釜尺寸为108mm4mm400mm。 塔釜装有液位计、 电加热器（1.5KW ） 、 控温电加热器 （200W） 、温度计接口、 测压口和取样口，分别用于观测釜内液面高度，加热料液， 控制电加热器， 测量塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器，换热面积0.062m，管外走蒸汽，管内走冷却水。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

46、- - - - 第 18 页，共 24 页 - - - - - - - - - 精馏装置流程示意图（1）1、塔顶冷凝器2、塔身 3、视盅 4、塔釜 5、控温棒 6、支座 7、加热棒8、塔釜液冷却器9、转子流量计10、回流分配器11、原料液罐12、原料泵 13、缓冲罐2. 回流分配装置回流分配装置由回流分配器与控制器组成。控制器由控制仪表和电磁线圈构成。回流分配器由玻璃制成，它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。两个出口管分别用于回流和采出。引流棒为一根 ?4mm的玻璃棒，内部装有铁芯，塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下，在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。即当控制器电路接通后，电

47、磁线圈将引流棒吸起，操作处于采出状态。当控制器电路断路时，电磁线圈不工作，引流棒自然下垂，操作处于回流状态。此回流分配器既可通过控制器实现手动控制，也可通过计算机实现自动控制。3. 测控系统在本实验中， 利用人工智能仪表分别测定塔定温度、塔釜温度、 塔身伴热温度、 塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数，该系统的引入，不仅使实验更为简便、快捷，又可实现计算机在线数据采集与控制。4 物料浓度分析本实验所用的体系为乙醇- 正丙醇，由于这两种物质的折射率存在差异，且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系，故可通过阿贝折光仪（使用方法详见第六章）分析料液的折射率，从而得到浓度。

48、这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单， 但精度稍低； 若要实现高精度的测量，可利用气相色谱进行浓度分析。混合料也的折射率与质量分数（以乙醇计）的关系如下。40 m=58.2068 42.1941nD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 24 页 - - - - - - - - - 式中 m 料液的质量分数； nD料液的折射率（以上数据为由实验测得）。四、操作要点 对照流程图，先熟悉精馏过程中的流程，并搞清仪表上的按钮与各仪表相对应的设备与测控点。 全回流操

49、作时，在原料贮罐中配置乙醇含量20% 25% （摩尔分数）左右的乙醇- 正丙醇料液，启动进料泵，向塔中供料至塔釜液面达250300mm 。 启动塔釜加热及塔身伴热，观察塔釜、塔身、塔顶温度及塔板上的气液接触状况（观察视镜） ，发现塔板上有料液时，打开塔顶冷凝器的水控制阀。 测定全回流情况下的单板效率及全塔效率，在一定的回流量下，全回流一段时间，待该塔操作参数稳定后， 即可在塔顶、 塔釜及相邻两块塔板上取样，用阿贝折光仪进行分析，测取数据 （重复 23 次） ，并记录各操作参数。 实验完毕后，停止加料，关闭塔釜加热及塔身伴热，待一段时间后（视镜内无料液时），切断塔顶冷凝器及釜液冷却器的供水，切断

50、电源，清理现场。五、报告要求 在直角坐标系中绘制x-y 图，用图解法求出理论板数。 求出全塔效率和单板效率。 结合精馏操作对实验结果进行分析。六、数据处理（1）原始数据实验数据：塔顶 nd1=1.3595;nd2=1.3595 ；塔釜 nd1=1.3732;nd2=1.373; 第四块板nd1=1.361;nd2=1.361; 第五块板nd1=1.3617;nd2=1.3619;（2）数据处理a. 始数据处理：原始数据记录处理如下：测量位置折射率 nD 平均折光率nD 乙醇质量分 m 乙醇摩尔分数 X 1 2 塔顶1.35951.35951.35950.8475920.878845名师资料总结