1、宿州學院生物與食品工程學院宿 州 學 院生物與食品工程學院課程教案 課程編碼： 13ZH095406/13ZH096401 總學時周學時： 18 / 2 開課時間： 20152016學年第二學期 授課年級、專業、班級：14食安全/14食科 使用教材：_食品工程原理實驗_教研室： _ 食品 _授課教師： 孫玉雪 _實驗的基本要求食品工程原理實驗要求實驗人在實驗完畢后提交一份合格的實驗報告。要求實驗報告能夠把實驗的任務和實驗觀測的結果用表、圖、公式及文字加以描述，將討論問題簡練明確的表達出來，使閱讀者能夠一目了然。除此以外還必須具備（1）數據是可考的，為此必須認真考慮實驗方案，認真細致的并實事求是

2、的正確記錄原始數據。實驗前做好預習工作，實驗時集中精力，認真仔細觀察實驗現象和記錄儀表指示數，邊實驗邊分析實驗數據是否合理，以便能夠及時排除實驗中的干擾因素;（2）實驗記錄要有校核的可能。因此要清楚說明實驗的時間、地點、條件和同時作實驗的人員。為了保證作出合格的實驗報告，對實驗過程中各個步驟、各個問題，提出如下的說明和要求：1）實驗前的預習工作（1）閱讀實驗講義，弄清本實驗的目的和要求。 （2）根據本次實驗的具體任務，研究實驗的理論根據和實驗的具體做法，分析哪些參數需要直接測量得到，哪些參數不需要直接測量，而能夠間接獲得，并且要估計實驗數據的變化規律。 （3）到實驗室現場了解摸索實驗流程，現看

3、主要設備的構造，測量儀表的種類和安裝位置，了解它們的測量原理和使用方法，最后全面審查整個實驗流程的布置是否合理，審查主要設備的結構和安裝是否合適，測量儀表的量程、精度是否合適以及其所裝位置是否合理。 （4）根據實驗任務和現場勘查，最后規定實驗方案，確定實驗操作程序。2）實驗小組的分工和合作 食品工程原理實驗一般都是由兩人為一小組合作進行的，因此實驗開始前必須作好組織工作，做到既分工，又合作；既能保證質量，又能獲得全面訓練。每個實驗小組要有一個組長負責執行實驗方案、聯絡和指揮，與組員討論實驗方案，使得每個組員各明其職（包括操作、讀取數據、記錄數據及現象觀察等），而且要在適當時候輪換工作。3）實驗

4、必須測取的數據凡是影響實驗結果或是數據整理過程中所必須的數據都必須測取。它包括大氣條件、設備有關尺寸、物料性質及操作數據等，但并不是所有數據都要直接測取的。凡可以根據某一數據導出或從手冊中查出的其他數據，就不必直接測定。例如水的密度、粘度、比熱等物理性質，一般只要測出水溫后即可查出，因而不必直接測定水的密度、粘度、比熱，而只要測定水的溫度就可以了。4）實驗數據的讀取及記錄（1）實驗開始前擬好記錄表格，在表格中應記下各次物理量的名稱、表示符號及單位。每位實驗者都應有一專用實驗記錄本，不應隨便拿一張紙或實驗講義空白處來記錄，要保證數據完整，條理清楚，避免記錄錯誤。 （2）實驗時一定要等現象穩定后才

5、開始讀取數據，條件改變，要稍等一會才讀取數據，這是因為條件的改變破壞了原來和穩定狀態，重新建立穩態需要一定時間（有的實驗甚至花很長時間才能達到穩定），而儀表通常又有滯后現象的緣故。 （3）每個數據記錄后，應該立即復核，以免發生讀錯或記錯數字等事故。 （4）數據的記錄必須反映儀表的精確度。一般要記錄到儀表上最小分度以下位數。例如溫度計的最小分度為1，如果當時的溫度讀數為20.5，則不能記為20；又如果剛好是20，那應該記錄為20.0。 （5）記錄數據要以實驗當時的實驗讀數為準。 （6） 實驗中如果出現不正常情況，以及數據有明顯誤差時，應在備注欄中加以說明。5）實驗過程的注意點有的實驗者在做實驗時

6、，只讀取數據，其它一概不管，這是不對的。實驗過程中除了讀取數據外，還應該做好下列諸事： （1）操作者必須密切注意儀表指示值的變動，隨時調節，務使整個操作過程都在規定條件下進行，盡量減少實驗操作條件與規定操作條件之間的差距。操作人員要堅守崗位，不得擅離職守。 （2）讀取數據后，應立即和前次數據相比較，也要和其它有關數據相對照，分析相互關系是否合理，數據變化趨勢是否合理。如果發現不合理的情況，應該立即共同研究可能存在的原因，以便及時發現問題、解決問題。 （3）實驗過程是還應注意觀察過程現象，特別是發現某些不正?，F象時更應抓住時機，研究產生不正?，F象的原因，排除障礙。6）實驗數據的整理（1） 數據整

7、理時應根據有效數字的運算規則，舍棄一些沒有意義的數字。一個數字的精確度是由測量儀表本身的精確度所決定的，它絕不因為計算時位數增加面提高。但是任意減少位數也是不許可的，因為這樣做就降低了應有的精確度。 （2） 數據整理時，如果過程比較復雜，實驗數據又多，一般以采用列表整理為宜，同時應將同一項目一次整理。這種整理方法既簡潔明了，又節省時間。 （3） 計算示例。在2）所列表的下面要給出計算示例，即任取一列數據進行詳細的計算，以便檢查7)實驗報告的編寫一份優秀的實驗報告必須寫得簡潔明了，數據完整，交待清楚，結論正確，有討論，有分析，得出的公式或曲線、圖形有明確的使用條件。報告的內容一般包括： （1）報

8、告的題目； （2）寫報告人及同實驗小組人員的姓名； （3）實驗的目的； （4）實驗的理論依據； （5）實驗設備說明（應包括流程示意圖和主要設備、儀表的類型及規格）； （6）實驗數據，應包括與實驗結果有關的全部數據，報告中的實驗數據不是指原始數據，而是經過加工后用于計算的全部數據，至于原始記錄則可作為附錄附于報告后面； （7）數據整理及計算示例，其中引用的數據要說明來源，簡化公式要寫出導過程，要列出一列數據的計算過程，作為計算示例； （8）實驗結果，根據實驗任務，明確提出本次實驗的結論，用圖示法、經驗公式或列表法均可，但都必須注明實驗條件； （9）分析討論，要對本次實驗結果作出評價，分析誤差大小

9、及原因，對實驗中發現的問題應作討論，對實驗方法、實驗設備有何建議也可寫入此欄。實驗一 流體流動阻力測定實驗一、 實驗目的 1）掌握流體流經直管和閥門時阻力損失的測定方法，通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規律； 2）測定直管摩擦系數與雷諾準數Re的關系，將所得的Re方程與經驗公式比較； 3）測定流體流經閥門時的局部阻力系數； 4）學會倒U形差壓計、轉子流量計的使用方法； 5）觀察組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用；6）掌握化工原理實驗軟件庫（VB實驗數據處理軟件系統）的使用。二、 基本原理 流體在管內流動時，由于粘性剪應力和渦流的存在，不可避免地要消耗一定的機械能，這種機械能的消耗包括流

10、體流經直管的沿程阻力和因流體運動方向改變所引起的局部阻力。 1)沿程阻力 流體在水平等徑圓管中穩定流動時，阻力損失表現為壓力降低。即 (11) 湍流流體發的流動阻力，目前尚不能完全用理論方法求解，必須通過實驗研究其規律。為了減少實驗工作量，使實驗結果具有普遍意義，必須采用因次分析方法將各變量組合成準數關聯式。根據因次分析，影響阻力損失的因素有： (1)流體性質：密度、粘度； (2)管路的幾何尺寸：管徑d、管長l、管壁粗糙度； (3)流動條件：流速。 可表示為： (12)組合成如下的無因次式： (13) 令 (14)則式（11）變為： （15）式中，稱為摩擦系數。湍流是雷諾準數Re和相對粗糙度的

11、函數，須由實驗確定。 2)局部阻力 局部阻力通常有兩種表示方法，即當量長度法和阻力系數法。 (1)當量長度法 流體流過某管件或閥門時，因局部阻力造成的損失，相當于流體流過與其具有相當管徑長度的直管阻力損失，這個直管長度稱為當量長度，用符號le表示。這樣，就可以用直管阻力的公式來計算局部阻力損失，而且在管路計算時可將管路中的直管長度與管件、閥門的當量長度合并在一起計算，如管路中直管長度為l,各種局部阻力的當量長度之和為 ，則流體在管路中流動時的總阻力損失為 (16) (2)阻力系數法 流體通過某一管件或閥門時的阻力損失用流體在管路中的動能系數來表示，這種計算局部阻力的方法，稱為阻力系數法。 即

12、(17) 式中，局部阻力系數，無因次； u在小截面管中流體的平均流速，ms。 由于管件兩側距測壓孔間的直管長度很短引起的摩擦阻力與局部阻力相比，可以忽略不計。因此hf值可應用柏努利方程由壓差計讀數求取。 三、 實驗裝置與流程 1)實驗裝置 實驗裝置如圖11所示主要由水箱，不同管徑、材質的管子，各種閥門和管件、轉子流量計等組成。第一根為不銹鋼光滑管，第二根為鍍鋅鋼管，分別用于光滑管和粗糙管湍流流體流動阻力的測定。第三根為不銹鋼管，裝有待測閘閥，用于局部阻力的測定。 圖11流體流動阻力測定實驗裝置圖1、 水箱 2、管道泵 3、5、6、球閥 4、均壓環 7、系統排水閥 8、閘閥9、流量調節閥 10、

13、排污水閥 11倒U形差壓計 12、不銹鋼管 13、粗糙管 14、光滑管 15、轉子流量計 16、導壓管 17、溫度計 18、進水閥 2、 本實驗的介質為水。 水流量采用裝在測試裝置尾部的轉子流量計測量，直管段和閘閥的阻力分別用各自的倒U形差壓計測得。倒U形差壓計的使用方法見2.2.1節。 2）裝置結構尺寸 表11 裝置結構尺寸如表11所示。 名稱材質管內徑（mm）測試段長度（m）光滑管不銹鋼管25.981.2粗糙管鍍鋅鐵管27.50局部阻力不銹鋼管25.98/四、 實驗步驟及注意事項 （1）實驗步驟 ：1）熟悉實驗裝置系統；2）打開進水閥(18)給水箱補充水，水位以比水箱上邊低58cm為宜，必

14、須保證管道出水口浸沒在水中；3）啟動管道泵（切記泵禁止無水空轉）；4）打開閥(3)、(5)、(6)、(7)（9）排盡管道中的空氣，之后關閥（7）（9）；5）在管道內水靜止（零流量）時，按2.2.1（4）的倒U型差壓計的使用方法，將三個倒U形差壓計調節到測量壓差正常狀態；6）關閉閥（6），打開閥（9），并調節流量使轉子流量計的流量示值（轉子最大截面處對應的刻度值）分別為1.8、2.4、2.8、3.2、3.6、4.0、4.4、4.8、5.2m3/h，測得每個流量（89個點）下對應的光滑管和粗糙管的阻力（壓差mmH2O），分別記下倒U型差壓計。注意：調節好流量后，須等一段時間，待水流穩定后才能讀數，

15、測完后關閉（9）；7）關閉閥（5），打開閥（6），測得閘閥全開時的局部阻力。（流量設定為1，1.8，2.6m3/h，測三個點對應的壓差，以求得平均的阻力系數）；8）實驗結束后打開系統排水閥（7），排盡水，以防銹和冬天防凍。（2）注意事項：開啟、關閉管道上的各閥門及倒U型差壓計上的閥門時，一定要緩慢開關，切忌用力過猛過大，防止測量儀表因突然受壓、減壓而受損（如玻璃管斷裂，閥門滑絲等）！圖24 倒U形管差壓計1低壓側閥門；2高壓側閥門；3進氣閥門； 4平衡閥門；5出水活栓(3)倒U形管差壓計的使用方法這種壓差計，內充空氣，待測液體液柱差表示了差壓大小，一般用于測量液體小差壓的場合。其結構如圖24示

16、。使用的具體步驟是：1排出系統和導壓管內的氣泡。方法為：關閉進氣閥門(3)和出水活栓(5)以及平衡閥門(4)，打開高壓側閥門(2)和低壓側閥門(1)使高位水槽的水經過系統管路、導壓管、高壓側閥門(2)、倒U形管、低壓側閥門(1)排出系統。2玻璃管吸入空氣。方法為：排空氣泡后關閉閥(1)和閥(2)，打開平衡閥(4)、出水活栓(5)和進氣閥(3)，使玻璃管內的水排凈并吸人空氣。3平衡水位。方法為：關閉閥(4)、(5)、(3)，然后打開(1)和(2)兩個閥門，讓水進入玻璃管至平衡水位(此時系統中的出水閥門是關閉的，管路中的水在靜止時U形管中水位是平衡的)，最后關閉平衡閥（4），壓差計即處于待用狀態。

17、本實驗室的流體流動阻力實驗采用倒U形管差壓計作為測量壓差的儀表之一。 五、 實驗報告 1) 根據粗糙管實驗結果，在雙對數坐標紙上標繪出Re曲線，對照化工原理教材上有關公式，即可確定該管的相對粗糙度和絕對粗糙度。 2) 根據光滑管實驗結果，在雙對數坐標紙上標繪出Re曲線，并對照柏拉修斯方程，計算其誤差。 3) 根據局部阻力實驗結果，求出閘閥全開時的平均值。 4) 對實驗結果進行分析討論。 六、 思考題 1) 在對裝置做排氣工作時，是否一定要關閉流程尾部的流量調節閥（6）?為什么? 2) 如何檢驗測試系統內的空氣是否已經被排除干凈? 3) 以水做介質所測得的Re關系能否適用于其它流體?如何應用?

18、4) 在不同設備上(包括不同管徑)，不同水溫下測定的Re數據能否關聯在同一條曲線上? 5) 如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響?七、 實驗數據記錄及數據處理結果示例實驗裝置：1#；管長L=1.2m； 溫度15 實驗序號流量（m3/h） 光滑管壓差（mmH2O）管徑D=0.02598m粗糙管壓差（mmH2O） 管徑D=0.02750m閘閥（全開）阻力（mmH2O）管徑D=0.02598m11.4415921.8649032.28812742.612017353.015122863.418527273.821933484.226541894.6305484105.03485

19、67計算結果實驗次數流量（m3/h）Re光滑管光滑管expRe粗糙管粗糙管exp11.41.501040.02591.421040.049521.81.931040.02451.831040.045732.22.361040.02252.231040.043242.62.791040.02202.641040.042153.03.221040.02083.041040.041763.43.651040.01983.451040.038773.84.081040.01883.851040.038084.24.501040.01864.261040.039094.64.941040.01784.6

20、71040.0376105.05.8371040.01725.071040.0373圖形閘閥（全開）阻力系數（理論上）=0.5實驗二 離心泵性能特性曲線測定實驗一、 實驗目的1）了解離心泵結構與特性，學會離心泵的操作；2）測定恒定轉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)之間的曲線關系；3）掌握離心泵流量調節的方法（閥門）和渦輪流量傳感器及智能流量積算儀的工作原理和使用方法；4）學會化工原理實驗軟件庫（VB實驗數據處理軟件系統）的使用。5）學會用馬達天平法測軸功率法，并對這兩種方法進行比較。二、 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之一，其特

21、性曲線是在恒定轉速下揚程H、軸功率N及效率與流量V之間的關系曲線，它是流體在泵內流動規律的外部表現形式。由于泵內部流動情況復雜，不能用數學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、出口取截面列柏努利方程： (19)p1,p2：分別為泵進、出口的壓強 N/m2：液體密度 kg/m3u1, u2：分別為泵進、出口的流量m/s g：重力加速度 m/s2當泵進、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： (110) 由式（1-10）可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的

22、數值，就可以計算出泵的揚程。本實驗由真空表和壓力表直接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 （111）式中，N泵的軸功率，WM泵的轉矩，N.m泵的旋轉角速度，1/sn泵的轉速，r/minP測功臂上所加砝碼的質量,KgL測功臂長，m； L=0.4867m（馬達天平法） 由式（111）可知：要測定泵的軸功率，需要同時測定泵軸的轉矩M和轉速n，泵軸的轉速由轉速傳感器、轉速表直接讀出。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是流體單位時間內自泵得到的功，軸功率N是單位時間內泵從電機得到的功，兩者差異反映了水力損失、容積損失和機械損失

23、的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算：Ne=HVg （112）故 =Ne/N=HVg/N （113）5) 轉速改變時的換算泵的特性曲線是在指定轉速下的數據，就是說在某一特性曲線上的一切實驗點，其轉速都是相同的。但是，實際上感應電動機在轉矩改變時，其轉速會有變化，這樣隨著流量的變化，多個實驗點的轉速將有所差異，因此在繪制特性曲線之前，須將實測數據換算為平均轉速下的數據。換算關系如下： （114）三、 實驗裝置流程圖離心泵性能特性曲線測定系統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1-2和圖1-3所示：圖1-2 離心泵性能特性曲線測定系統裝置工藝控制流程圖圖1-3離心泵性能特

24、性曲線測定實驗儀控柜面板圖四、 實驗步驟及注意事項1實驗步驟：1）關閉離心泵進口閥，打開出口閥，打開離心泵灌水閥，對水泵進行灌水，灌好水后關閉泵的出口閥與灌水閥門。2) 當一切準備就緒后，打開總電源開關，打開儀表電源開關；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。啟動離心泵后先把進口閥開到最大再把出水閥開到最大，開始進行離心泵實驗。3) 通過泵出口閘閥調節流量：調節出口閘閥開度，使閥門全開。等流量穩定時，在馬達天平上添加砝碼使平衡臂與準星對準讀取砝碼重量p。在儀表臺上讀出電機轉速n，流量v，水溫t，功率表w，在真空表和壓力表上讀數真空度p1和出口壓力p2并記錄；關小閥門減小流量

25、，重復以上操作，測得另一流量下對應的各個數據，一般測定89個點為宜。4) 實驗完畢，按下儀表臺上的水泵停止按鈕，停止水泵的運轉。關閉水泵出口閥。關閉以前打開的所有設備電源。五、 實驗報告 1）在同一張坐標紙上描繪一定轉速下的HV、NV、V曲線2）分析實驗結果，判斷泵較為適宜的工作范圍。六、 思考題1) 試從所測實驗數據分析，離心泵在啟動時為什么要關閉出口閥門？2）啟動離心泵之前為什么要灌泵？如果灌泵后依然啟動不起來，你認為可能的原因是什么？3) 為什么用泵的出口閥門調節流量？這種方法有什么優缺點？4) 泵啟動后，出口閥如果打不開，壓力表讀數是否會逐漸上升？為什么？5) 正常工作的離心泵，在其進

26、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（忽略密度的影響），在相同流量下你認為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？七、 實驗數據記錄及數據處理結果示例原始數據記錄裝置號：1# 水溫：15.0實驗次數流量（m3/h）P真空表 MPaP壓力表MPa轉速（r.p.m）砝碼重量（kg）114.10.06820.10929030.684213.10.0610.122829080.662312.20.05350.135429100.637411.10.0450.1529140.61459.60.0390.161129160.58568.90.0320.172429160.5

27、52780.02640.182929220.525870.02190.190129290.497960.01780.197429330.4651050.01420.201329390.430113.80.01220.204829420.40122.80.01010.20729480.3601320.00850.208929540.330140.90.00740.209529600.2961500.00640.210429610.265圖形計算結果：流量V(/h)揚程H/（m）軸功率/（W）效率/%15.7215.401173.6356.1814.4417.491138.6160.3713.47

28、18.051099.4760.2112.5019.151065.5561.1711.5420.081045.6760.3110.5620.72996.9259.739.5921.19943.5558.718.6321.97900.8457.287.6622.34854.5854.526.7022.49804.7250.945.7322.58751.1546.58a) 實驗三 對流給熱系數測定實驗（空氣-水蒸氣體系）一、 實驗目的1)觀察水蒸氣在水平管外壁上的冷凝現象；2）測定空氣在圓形直管內強制對流給熱系數和換熱器總傳熱系數并隨著流量的變化規律；3）掌握熱電阻測溫方法；4）掌握化工原理實驗軟件

29、庫（VB實驗數據處理軟件系統）的使用。二、 基本原理在套管換熱器中，環隙通以水蒸氣，內管管內通以空氣，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣，在傳熱過程達到穩定后，有如下關系式：VCP(t2t1)0A0(TTW)miAi(twt)m （115）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 水蒸氣對內管外壁的冷凝給熱系數和流體對內管內壁的對流給熱系數，W/(m2)； t1、t2 被加熱流體進、出口溫度，；A0、Ai 內管的外壁、內壁的傳熱面積，m2；(TTW)m 水蒸氣與外壁間的對數平均溫度差，； （116） (twt)m 內壁與流體

30、間的對數平均溫度差，； （117）式中：T1、T2 蒸汽進、出口溫度，；Tw1、Tw2、tw1、tw2 外壁和內壁上進、出口溫度，。當內管材料導熱性能很好，即值很大，且管壁厚度很薄時，可認為Tw1tw1，Tw2tw2，即為所測得的該點的壁溫。由式（117）可得： （118） （119）若能測得被加熱流體的V、t1、t2，內管的換熱面積A0或Ai，以及水蒸氣溫度T，壁溫Tw1、Tw2，則可通過式（118）算得實測的水蒸氣（平均）冷凝給熱系數0；通過式（119）算得實測的流體在管內的（平均）對流給熱系數i。在水平管外，蒸汽冷凝給熱系數（膜狀冷凝），可由下列半經驗公式求得： （120）式中：0 蒸汽

31、在水平管外的冷凝給熱系數，W/(m2)； 水的導熱系數，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。流體在直管內強制對流時的給熱系數，可按下列半經驗公式求得：湍流時： （121）式中：i 流體在直管內強制對流時的給熱系數，W/(m2)； 流體的導熱系數，W/(m2)；di 內管內徑，m；Re 流體在管內

32、的雷諾數，無因次；Pr 流體的普朗特數，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 （122）式中： 修正系數， 三、 實驗裝置與流程1）實驗裝置本實驗裝置由蒸汽發生器、套管換熱器及溫度傳感器、智能顯示儀表等構成。其實驗裝置流程如圖1-4所示。圖14 水蒸氣空氣對流給熱系數測定實驗流程圖1、風機 2、蒸汽發生器 3、旁路閥 4、轉子流量計 6、蒸汽總閥7、蒸氣調節閥 8、9、冷凝水排放閥 10、空氣流量調節閥11、惰性氣體排放閥 水蒸氣空氣體系：來自蒸汽發生器的水蒸氣進入玻璃套管換熱器，與來自風機的空氣進行熱交換，冷凝水經管道排入地溝。冷

33、空氣經轉子流量計進入套管換熱器內管（紫銅管），熱交換后放空。空氣流量用閥門調節。2）設備與儀表規格（1）紫銅管規格：直徑161.5mm，長度L=1200mm；（2）外套玻璃管規格：直徑1126mm，長度L=1200mm；（3）風機：XGB13型，風量090m3/h，風壓12kPa；（4）壓力表規格：00.1Mpa；（5）轉子流量計LZB-25，2.5-25m3/h。13.4 實驗步驟及注意事項1）實驗步驟（1）檢查儀表、風機、蒸汽發生器及測溫點是否正常，檢查進系統的蒸氣調節閥（7）是否關閉。（2）打開總電源開關、儀表電源開關、（由教師啟動蒸汽發生器和打開蒸氣總閥（6）；（3）啟動風機（1）；（

34、4）調節手動調節閥（10）的開度，閥門全開使風量達到最大；（5）排除蒸汽管線中原積存的冷凝水（方法是：關閉進系統的蒸氣調節閥（7），打開蒸汽管冷凝水排放閥（8）； （6）排凈后，關閉蒸汽管冷凝水排放閥（8），打開進系統的蒸氣調節閥（7），使蒸汽緩緩進入換熱器環隙（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），使環隙中冷凝水不斷地排至地溝；（7）仔細調節進系統蒸氣調節閥（7）的開度，使蒸汽壓力穩定保持在0.02MPa以下（可通過微調惰性氣體排空閥使壓力達到需要的值），以保證在恒壓條件下操作，再根據測 試要求，由大到小逐漸

35、調節空氣流量手動調節閥（10）的開度，合理確定36個實驗點，待穩定后，分別從溫度、壓力顯示儀表儀（控制面板上）上讀取各有關參數；（8） 實驗終了，首先關閉蒸氣調節閥（7），切斷設備的蒸汽來路，關閉蒸汽發生器（由教師完成）、儀表電源開關及切斷總電源。 2）注意事項（1）一定要在套管換熱器內管輸以一定量的空氣，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”轉變為“熱態”不得少于5min，以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。（3）操作過程中，蒸汽壓力要求控制在0.02MPa

36、（表壓），因為在此條件下壓力比較容易控制。（4）測定各參數時，必須是在穩定傳熱狀態下（空氣出口溫度穩定），并且隨時注意惰性氣體的排空和壓力表讀數的調整。每組數據應重復23次，確認數據的再現性、可靠性。五、 實驗報告1）將冷流體給熱系數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的實驗值和冷流體給熱系數的實驗值和對流體給熱系數實驗值的變化規律。3）按冷流體給熱系數的模型式：，確定式中常數A及m 六、 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）蒸汽冷凝過程中，若存在不冷凝氣體，對傳熱有何影響、應采取什么措施？3）實驗過程中，冷凝水不及時排走，會產

37、生什么影響？如何及時排走冷凝水？4）實驗中，所測定的壁溫是靠近蒸汽側還是冷流體側溫度？為什么？5）如果采用不同壓強的蒸汽進行實驗，對關聯式有何影響？七、 實驗數據記錄及數據處理結果示例實驗裝置：4#；空氣水蒸氣體系：實驗壓力：P0.02MPa實驗次數流量V(m3/h)t1()t2()TW11()TW12()TW13()TW21()TW22()TW23()T1()T2()121.6734.983.5111.1111.7111.3111.1111.1111.1111.6111.2217.4435.384.7110.8111.3111.0110.8110.8110.9111.5111.038.793

38、4.585.3111.4111.8111.6111.3111.3111.3111.8111.4計算結果實驗次數冷流體流量（m3/h）管內理論值(w/m2c)管內實驗值(w/m2c)總傳熱系數(w/m2c)121.67181.3143.3142.8217.44152.2120.4119.638.9489.363.162.9實驗四 填料吸收塔實驗一、 實驗目的1. 了解填料塔吸收裝置的基本結構及流程；2. 掌握總體積傳質系數的測定方法；3. 測定填料塔的流體力學性能；4. 了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積傳質系數的影響；5. 掌握氣相色譜儀和六通閥在線檢測CO2濃度和測量方法；6. 學會化工

39、原理實驗軟件庫（VB實驗數據處理軟件系統）的使用；二、 基本原理氣體吸收是典型的傳質過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價，所以氣體吸收實驗選擇CO2作為溶質組分是最為適宜的。本實驗采用水吸收空氣中的CO2組分。一般將配置的原料氣中的CO2濃度控制在10%以內，所以吸收的計算方法可按低濃度來處理。又CO2在水中的溶解度很小，所以此體系CO2氣體的吸收過程屬于液膜控制過程。因此，本實驗主要測定Kxa和HOL。1）計算公式填料層高度Z為 （123）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系數，kmol / (m3s)； HOL 傳質單元高

40、度，m；NOL 傳質單元數，無因次。令：吸收因數A=L/mG （124） （125）2）測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實驗采用轉子流量計測得空氣和水的流量，并根據實驗條件（溫度和壓力）和有關公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定塔頂和塔底氣相組成y1和y2；（3）平衡關系。本實驗的平衡關系可寫成y = mx （126） 式中：m 相平衡常數，m=E/P；E 亨利系數，Ef(t)，Pa，根據液相溫度測定值由附錄查得；P 總壓，Pa，取壓力表指示值。對清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。三、 實驗裝置與流程1裝置流程本實驗裝置流程如圖15所示：水經轉子流量計后送入填料塔塔頂再經

41、噴淋頭噴淋在填料頂層。由風機輸送來的空氣和由鋼瓶輸送來的二氧化碳氣體混合后，一起進入氣體混合穩壓罐，然后經轉子流量計計量后進入塔底，與水在塔內進行逆流接觸，進行質量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣放空，由于本實驗為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實驗過程可看成是等溫吸收過程。圖15 吸收裝置流程圖2主要設備（1）吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內裝有金屬絲網板波紋規整填料，填料層總高度2000mm.。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料規格和特性：金屬絲網板波紋填料：型號JWB700Y，填料尺寸為1

42、0050mm，比表面積700m2/m3。（3）轉子流量計；介質條 件最大流量最小刻度標定介質標定條件空氣4m3/h0.1 m3/h空氣20 1.0133105Pa40m3/hCO2160 L/h10 L/h空氣20 1.0133105Pa水1000L/h20 L/h水20 1.0133105Pa（4）風機：XGB11型，風量090m3/h，風壓14kPa；（5）二氧化碳鋼瓶；（6）氣相色譜儀（型號：SP6801）；（7）色譜工作站：浙大NE2000。四、 實驗步驟與注意事項1. 填料塔的流體力學性能測定 1）實驗步驟（1）熟悉實驗流程；（2）裝置上電，儀表電源上電，打開風機電源開關；（3）測定

43、干塔時填料塔的壓降，即在進水閥關閉時，打開進氣閥并調節流量從2、4、6、8、10 m3/h、至最大 ，分別讀取對應流量下的壓降值，注意塔底液位調節閥要關閉，否氣體會走短路，尾氣放空閥全開；（4）測定一定噴淋量時填料塔的壓降，即打開進水閥，設定一定的水流量值，如200、400、600、800l/h時，在對應的某水流量下，調節氣體的流量，從2、4、6、8、10 m3/h、至最大 （液泛），分別讀取對應流量下的壓降值，注意塔底液位調節閥要調節液封高度，以免氣體走短路，尾氣放空閥全開；2）注意事項（1）固定好操作點后，應隨時注意調整以保持各量不變。2. 填料塔的吸收傳質性能測定 1）實驗步驟（1）熟悉

44、實驗流程和弄清氣相色譜儀及其配套儀器結構、原理、使用方法及其注意事項；（2）裝置上電，儀表電源上電，打開風機電源開關；（3）開啟進水總閥，使水的流量達到400l/h左右。讓水進入填料塔潤濕填料。（4）塔底液封控制：仔細調節閥門的開度，使塔底液位緩慢地在一段區間內變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣。（5）打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調節鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關方向與普通閥門的開關方向相反，順時針為開，逆時針為關），使其壓力穩定在0.2Mpa左右；（6）仔細調節空氣流量閥至4m3/h，并調節CO2調節轉子流量計的流量，使其穩定在120l/h；（7）仔細調節尾氣放空閥的開度，直至塔中壓力穩定

45、在實驗值；（8）待塔操作穩定后，讀取各流量計的讀數及通過溫度數顯表、壓力表讀取各溫度、壓力，通過六通閥在線進樣，利用氣相色譜儀分析出塔頂、塔底氣相組成；（9）增大水流量值至600l/h、800l/h，重復步驟（6）（7）（8），測定水流量增大對傳質的影響。（10）實驗完畢，關閉CO2鋼瓶總閥，再關閉風機電源開關、關閉儀表電源開關，清理實驗儀器和實驗場地。2）注意事項（1）固定好操作點后，應隨時注意調整以保持各量不變。（2）在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩定時間，一定要等到穩定以后方能讀取有關數據。五、 實驗報告1) 將原始數據列表。2） 列出實驗結果與計算示例。六、 思考題1）本實驗中，

46、為什么塔底要有液封？液封高度如何計算？2）測定填料塔的流體力學性能有什么工程意義？3）測定Kxa有什么工程意義？4）為什么二氧化碳吸收過程屬于液膜控制？5）當氣體溫度和液體溫度不同時，應用什么溫度計算亨利系數？七、 實驗數據記錄及數據處理結果示例實驗裝置：1#； 操作壓力115.0kPaV1氣量m3/hV2水量l/h塔底wt %塔頂wt %T1氣溫T2液溫2.08003.70782.26527.55.3計算結果塔底液相組成：0.002504mol %；塔頂液相組成：0.0 mol %；液相總傳質單元數：4.3；液相總傳質系數：3322.7 Kmol/(m3/h)測量條件：色譜型號：GC-200

47、0A 柱類型：填充柱柱規格：GDX-103 載氣類型：氫氣載氣流量：50ml/min 進樣量：1ml 檢測器溫度：78 進樣器溫度：80 柱溫：40原料氣：峰號峰名保留時間峰高峰面積含量1空氣 0.407137583.594349031.46996.28462二氧化碳 0.6653877.41213440.7533.7078尾氣：峰號峰名保留時間峰高 峰面積 含量1空氣 0.323142736.094355399.406 97.73482二氧化碳 0.5902326.473 8236.945 2.2652實驗五 篩板精餾塔實驗一、 實驗目的1）了解連續篩板精餾塔的基本結構及流程。2）掌握連續篩板精餾塔的操作方法。3）學會板式精餾塔全塔效率、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）學會化工原理實驗軟件庫（VB實