食品工程原理实验指导书-11级

1实验一离心泵特性曲线的测定一、实验目的1．了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作。2．测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程（H）、轴功率（P）、以及总效率（η）与有效流量（Q）之间的曲线关系。3．掌握离心泵流量调节的方法（阀门）和涡轮流量传感器及智能流量积算仪的工作原理和使用方法。二、基本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η与流量Q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．流量Q的测定与计算采用涡轮流量计测量流量，智能流量积算仪显示流量值Qm3/h。2．扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：guuZZgppH2212212121p,2p：分别为泵进、出口的压强N/m2ρ：液体密度kg/m31u,2u：分别为泵进、出口的流量m/sg：重力加速度m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安装在同一高度，上式简化为：gppH12由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上数值，就可以计算出泵的扬程。3．轴功率P的测量与计算可由功率传感器测量，功率表显示读取。4．效率η的计算泵的效率η为泵的有效功率Pe与轴功率P的比值。有效功率Pe是流体单位2时间内自泵得到的功，轴功率P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Pe可用下式计算：ePHQg故ePHQgPP5．转速改变时的换算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所有实验点，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：23'()''()'nnQQHHnnnQHgQHgPPnPP流量扬程轴功率效率三、实验装置流程图图1离心泵特性曲线测定装置流程图1-底阀2-移动框架3-离心泵4-转速传感器6-涡轮流量计7-离心泵流量调节阀18-阀216-压力表、压力传感器18-温度计19-真空表、真空度传感器20-泵灌水口22-灌水阀23-放水阀3四、实验步骤1．关闭阀1及阀3、阀4、阀5。2．打开总电源空气开关，打开仪表电源开关，仪表上电。3．打开离心泵灌水阀及放水阀，对水泵进行灌水。（注意：若采用自来水管对泵进行灌水，在打开灌水阀时要慢慢打开，且只打开一定的开度，不要开的太大，否则会损坏压力表。）灌好水后关闭泵的放水阀与灌水阀门。4．当一切准备就绪后，按下离心泵启动按钮，启动离心泵，这时离心泵启动按钮绿灯亮，开始进行离心泵实验。5．打开泵的出水阀1（全开），这时流量达到最大值。6．等实验数据稳定后，测定泵的真空度p1、泵后压力p2、水温t、流量Q及泵的功率P并记录。7．通过调节泵的出口阀1调节流量，改变流量的大小，每次减小0.5m³/h的流量，稳定后记录数据。8．以同样的方法改变流量并测定实验数据，最少测8次。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，停止水泵的运转。五、实验报告1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H-Q、P-Q、η-Q曲线。2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。六、实验数据记录、数据处理及计算示例原始数据记录装置号：水温：℃实验次数流量Q（m3/h）p真空表KPap压力表KPa转速n（r.p.m）功率P（W）12344567……计算结果：七、思考题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？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？3．正常工作的离心泵，采用进口阀门调节流量是否合理？为什么？实验次数流量Q(m3/h)扬程H/（m）轴功率P/（W）效率η/%1234567……5实验二传热实验一、实验目的1、通过测定换热器冷、热流体的流量，测定换热器的进、出口温度，熟悉换热器性能的测试方法。2、了解列管式换热器的结构特点及其性能的差别。3、通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对并流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的理解。二、基本原理本换热器性能测试实训装置，主要对应用较广的列管式换热器进行其性能的测试，并可以进行并流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。热流体放出热量：)-(21TTqcQmhphh冷流体吸收热量：)-(12ttqcQmcpcc平均换热量：2chQQQ热平衡误差：%1002-ΔchQQ对数传热温差：122112212121ln)()(lnΔttTtTtTtTttttm传热系数：mtSQKΔ/式中：cph，cpc——热、冷流体的定压比热，J/(kg∙℃)qmh，qmc——热，冷流体的质量流量，kg/s1T，2T——热流体的进出口温度，℃1t，2t——冷流体的进出口温度，℃6S——换热器的换热面积，m2.注：热、冷流体的质量流量qmh，qmc是根据修正后的流量计体积流量读数qvh，qvc再换算成的质量流量值。本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管程、冷流体走壳程的形式，但是热流体热量仍会有部分损失，为了减小误差，Q采用热流体放出热量与冷流体吸收热量的平均值计算。冷热空气的性质可以查表。除查表外，0~100℃间的空气各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：2916.1105.410325tt（2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下cp＝1005J/(kg∙℃)60℃以上cp＝1009J/(kg∙℃)三、实验装置与流程1．实验装置本实验装置采用冷空气和热空气用阀门换向进行并逆流实验；工作流程如图所示，换热形式为热空气——冷空气换热式。图2列管换热器实验装置流程示意图72、实验装置参数本实验加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用pt100加智能多路液晶巡检仪表进行测量显示，实训装置参数如下：（1）列管换热器换热面积（S）：1.0m2（2）电加热管总功率：2KW（3）冷热流体风机：允许工作温度：80℃额定流量：76m3/h电机电压：220V电机功率：750W（4）孔板流量计：流量：6-60m3/h允许工作温度：0-80℃四、实验步骤及注意事项1．实验前准备（1）熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和功能。（2）按并流（或逆流）方式调整冷流体换向阀门的开或关。逆流时，打开阀2、阀3，关闭阀4、阀5；并流时，打开阀4、阀5，关闭阀2、阀3。（注意：阀门先打开再关闭）2．实验操作（1）接通电源：打开传热仪表电源开关，打开热流体风机电源开关，按下加热管启动按钮，开始加热，温度一般控制在70~80℃。（2）实验时，打开换热器热流体进出口阀门。（3）调节流量一定的热流体流量（整个实验过程中保持恒定），注意不能小于10m3/h，否则会由于风量过小而烧坏加热管。（4）打开变频器电源开关，控制冷流体流量，调整至某一流量值，等系统运行稳定后（冷热流体四个温度相对恒定）记录下冷流体流量、冷流体进、出口温度；热流体流量、热流体进、出口温度。流量范围一般为30~60m3/h，间隔调节一般为4~6m3/h。（5）改变冷流体流量，进行上述实验，并把相关数据记录在表格中。（6）若需改变流动方向（并~逆流）的实验，重复上述步骤2~4，并记录实8验数据。（7）实验结束后应首先按下加热管电源停止按钮，停止加热，20分钟后等热流体温度降到50℃后切断所有电源。3．实验参数控制范围（1）热流体温度控制范围：70~80℃；（2）冷流体流量控制范围：30~60m3/h；（3）热流体流量控制范围：30~60m3/h。4．注意事项（1）热流体的加热温度不得超过80℃。（2）开机时先开启风机再启动加热管电源。（3）停机时应先停止加热管电源，20分钟后再关闭风机电源。五、实验报告1．以传热系数为纵坐标，冷（热）流体流量为横坐标绘制传热性能曲线。2．对实验结果进行分析。六、实验数据记录、数据处理及计算示例流动方式：并流热流体流量序号冷流体流量(m3/h)冷进t1(℃)冷出t2(℃)热进T1(℃)热出T2(℃)123456……计算结果cpc＝1005J/(kg∙℃)，cph＝1005J/(kg∙℃)序号qVc（m3/h）ρckg/m3QcWρhkg/m3QhWQWΔtm℃K(w/m2℃)1239456……流动方式：逆流热流体流量序号冷流体流量(m3/h)冷进t1(℃)冷出t2(℃)热进T1(℃)热出T2(℃)123456……计算结果cpc＝1005J/(kg∙℃)，cph＝1005J/(kg∙℃)序号qVc（m3/h）ρckg/m3QcWρhkg/m3QhWQWΔtm℃K(w/m2℃)123456……七、思考题1．实验中有哪些因素会影响操作的稳定性或实验结果的准确性？2.若要强化换热器的传热，则从哪几个方面考虑？3．为提高总传热系数K，可采用哪些方法？其中最有效的方法是什么？10实验三筛板塔精馏实验一、实验目的1．了解筛板塔的基本结构及流程。2．掌握连续精馏塔的操作方法。3．学会全塔效率的测定方法。4．了解塔釜液位自动控制、回流比和电加热自动控制的工作原理和操作方法。二、基本原理精馏是将混合液加热至沸腾，所产生的蒸汽（气相）与塔顶回流液在塔内逆流接触，在塔板上多次进行易挥发组分部分气化难挥发组分部分冷凝的过程，发生了热量与质量的传递，从而使混合液达到分离的目的。通常板式塔内各层塔板上的气液相接触效率并不相同，全塔效率简单反映了塔内塔板的平均效率，它反映了塔板结构、物系性质、操作状况对塔分离能力的影响，一般由实验测定。全塔效率PTTNNE式中NT——塔内所需理论板数NP——塔内实际板数对于理想双组分溶液的精馏，在全回流操作的条件下，理论塔板数也可以用芬斯克公式进行计算：1lg)1)(1(lgminmWWDDxxxxN式中：Nmin——全回流时所需要的最少理论塔板数αm——全塔物料的平均相对挥发度d，w——分别代表塔顶馏出液和塔釜液当塔顶、塔底物料的相对挥发度相差不大时，αm可近似取塔顶物料的相对挥发度α顶和塔底相对挥发度α底的几何平均值：底顶m11部分回流：NT由已知的双组分物系平衡关系，通过实验测得塔顶产品组成XD、料液组成XF、热状态q、残液组成XW、回流比R等，即能用图解法求得。精馏段：111RxxRRyDnn线：q11qxxqqyFFFsPFrttcq)(1式中：rF——进料液组成下的汽化潜热ts——进料液的泡点温度tF——进料液温度CPF——进料液在平均温度下(ts-tF)/2的比热容三、实验装置与流程不锈钢筛板塔：塔径Ø76×4mm，塔板数NP＝16块。塔釜液体加热采用电加热，塔顶冷凝器为列管换热器。供料采用磁力驱动泵进料。筛板精馏塔实验装置如图3所示：图3筛板精馏塔流程图12四、实验步骤与注意事项1．配料（1）把水和酒精质量配置成质量浓度为16%~19%的溶液，把配好的溶液从成品罐排空阀上的漏斗加至成品罐2/3以上。（2）关闭阀9、塔釜排污阀和阀8，打开塔釜排空阀和阀2，让溶液从成品罐流入塔釜中，至塔釜2/3处，关闭阀2和塔釜排空阀。（3）关闭原料罐排空阀、阀10、阀3和阀4打开原料罐排空阀和阀5让成品罐剩下中的溶液全部流到原料罐中，完成之后关闭阀5，关上原料罐排空阀剩很小一个缝。2．加热（1）打开塔顶排气管的阀门，加热之前一定要检查。（2）检查塔釜、成品罐和原料罐上的液位指示器上的阀门是否打开，没有打开的一定要打开，顺时针方向关闭，逆时针方向打开。（3）检查冷却水流通是否正常。（4）打开控制柜上的电源开关，打开仪表电源，仪表电源指示灯亮，轻轻按一下电