化工原理实验指导手册有机合成工用.doc
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1、有机合成工实验讲义江苏技术师范学院化学化工学院2008年7月22目 录1 离心泵性能特性曲线测定实验11.1实验目的11.2基本原理11.3实验装置流程图31.4实验步骤41.5实验报告51.6思考题61.7实验数据记录72 数字化对流给热系数测定实验82.1实验目的82.2 基本原理82.3实验装置与流程102.4 实验基本操作及注意事项112.5实验要求122.6实验报告122.7思考题133 数字化精馏塔(筛板和填料塔)实验143.1实验目的143.2基本原理143.3实验装置与流程153.4实验步骤与注意事项173.5实验报告183.6思考题183.7实验数据记录及数据处理结果示例19
2、3.8 软件流程图举例204 填料吸收实验214.1 实验目的214.2基本原理214.3实验装置与流程224.4 实验步骤与注意事项224.5 数据处理234.6 思考题234.7实验数据记录及数据处理结果241 离心泵性能特性曲线测定实验1.1实验目的1测定恒定转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率()与有效流量(V)之间的曲线关系;2测定改变转速条件下离心泵的有效扬程(H)、轴功率(N)、以及总效率()与有效流量(V)之间的曲线关系;3了解离心泵的串联和并联操作。1.2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
3、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 ) 流量V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V m3/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: (11)p1,p2:分别为泵进、出口的压强 N/m2:液体密度 kg/m3u1, u2:分别为泵进、出口的流量m/s g:重力加速度 m/s2当泵进、出口管径一样,且压力表和真空表安装在同一高度,上式简化为: (12)由式(1-2)可知:只要直接读出真空表和压力表上的数值,就可以计算出泵的扬程。本实验中,还采用
4、压力传感器来测量泵进口、出口的真空度和压力,由8路巡检仪显示真空度和压力值。3) 轴功率N的测量与计算轴功率可按下式计算:N=M=M (13)式中,N泵的轴功率,WM泵的转矩,N.m泵的旋转角速度,1/sn泵的转速,r/minP测功臂上所加砝码的质量,KgL测功臂长,m; L=0.4867m(马达天平法) 由式(13)可知:要测定泵的轴功率,需要同时测定泵轴的转矩M和转速n,泵轴的转矩采用马达天平法或功率传感器测量,泵轴的转速由转速传感器、转速表直接读出。4)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
5、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 (14)故 =Ne/N=HVg/N (15)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: (16)此外,本实验装置安装了变频器,以改变离心泵的转速,实现测定变转速时离心泵的性能特性曲线的目的,转速改变后的换算关系也满足比例定律(1-6)。本实验装置还设计安装了用于两台
6、离心泵的串联和并联操作的阀门,以实现离心泵的串联和并联操作。1.3实验装置流程图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1-1和图1-2所示:图1-1 离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图图1-2离心泵性能特性曲线测定实验仪控柜面板图1.4实验步骤1恒定转速下离心泵性能特性曲线测定实验步骤:1)仪表上电:打开总电源开关,打开仪表电源开关;打开三相空气开关,打开电磁阀,把离心泵电源转换开关旋到直接位置,即为由电源直接启动,这时离心泵停止按钮灯亮。2) 打开离心泵出口阀门,打开离心泵灌水阀,对水泵进行灌水,注意在打开灌水阀时要慢慢打开,不要开
7、的太大,否则会损坏真空表的。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。3) 实验软件的开启:打开“离心泵性能特性曲线测定实验.MCG”组态软件,进入组态环境,按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“离心泵性能特性测定实验软件”界面,点击“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”按钮,进入实验界面。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。启动离心泵后把出水阀开到最大,开始进行离心泵实验。5) 打开出口阀门,将流量调至最大,在“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”实验界面中,单击“电动调节阀开度”,输入调节阀开度值调节流量。6
8、) 调节出口闸阀开度,使阀门全开。等流量稳定时,在马达天平上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量p。在仪表台上读出电机转速n,流量v,水温t,真空表读数p1和出口压力表读数p2并记录;减小调节阀开度值减小流量,重复以上操作,测得另一流量下对应的各个数据,一般重复812个点为宜。7) 实验完毕,按下仪表台上的水泵停止按钮,停止水泵的运转。关闭水泵出口阀。单击“退出实验”。回到“离心泵性能特性测定实验软件”界面,再单击“退出实验”按钮退出实验系统。2变转速下离心泵性能特性曲线测定实验步骤:1)仪表上电:打开总电源开关,打开仪表电源开关;打开三相空气开关,打开电磁阀,打开变频器电源开关,把离心泵电
9、源转换开关旋到变频位置,变频器打到自动,这时离心泵停止按钮灯亮。2) 打开离心泵出口阀门,打开离心泵灌水阀,对水泵进行灌水,注意在打开灌水阀时要慢慢打开,不要开的太大,否则会损坏真空表的。灌好水后关闭泵的出口阀与灌水阀门。3) 实验软件的开启:打开“离心泵性能特性曲线测定实验.MCG”组态软件,进入组态环境,按“F5”键进入软件运行环境。按提示输入班级、姓名、学号、装置号后按“确定”进入“离心泵性能特性测定实验软件”界面,点击“变转速下的离心泵性能特性曲线测定”按钮,进入实验界面。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。启动离心泵后把出水阀开到最大,开
10、始进行离心泵实验。5) 打开出口阀门,将流量调至最大,在“恒定转速下的离心泵性能特性曲线测定”实验界面中,单击“电动调节阀开度”,输入调节阀开度值调节流量。单击“转数”,输入变动后的转数,6) 调节出口闸阀开度,使阀门全开。等流量稳定时,在马达天平上添加砝码使平衡臂与准星对准读取砝码重量p。在仪表台上读出电机转速n,流量v,水温t,真空表读数p1和出口压力表读数p2并记录;减小调节阀开度值减小流量,重复以上操作,测得另一流量下对应的各个数据,一般重复812个点为宜。7) 实验完毕,按下仪表台上的水泵停止按钮,停止水泵的运转。关闭水泵出口阀。单击“退出实验”。回到“离心泵性能特性测定实验软件”界
11、面,再单击“退出实验”按钮退出实验系统。8) 关闭以前打开的所有设备电源。3.离心泵的串并联操作1.5实验报告 1)在同一张坐标纸上描绘一定转速下的HV、NV、V曲线 2) 比较恒定转数和变动转数下的离心泵性能特性曲线,并判断变转数条件的流量、扬程、功率是否满足比例定律。3)分析实验结果,判断泵较为适宜的工作范围。1.6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. 为什么用泵的出口阀门调节流量?这种方法有什么优缺点?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
12、什么?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?6. 试分析,用清水泵输送密度为k的盐水,在相同流量下你认为泵的压力是否变化?轴功率是否变化?7. 为什么在恒定转速下离心泵的转速会发生变化,而变转数时转数保持不变?8. 为什么要采用离心泵的串并联操作?如何选择离心泵的组合方式?9. 在实验室装置条件下,如何实现离心泵的串并联操作?若启动离心泵后,发现离心泵压力表和真空表读数均为零,可能是什么原因?10. 离心泵工作一段时间后,发现不能正常工作,流量计显示流量为零,可能是什么原因?11. 把离心泵的转数调到1000,发现离心泵无法输送液体,试分析原因。12. 离心泵转速由2
13、900调到2500,离心泵性能特性曲线怎么变化?13. 改变出口阀门的开度,离心泵工作点是否变化?离心泵特性曲线是否变化?14. 实验结束,应如何关闭离心泵和电源?为什么?15. 离心泵出口阀门开大,真空表和压力表读数如何变化?为什么?16. 若由实验室装置测定离心泵串联时的性能特性曲线,则该曲线和理论曲线有何不同,为什么?17. 两台相同型号的离心泵并联,是否可以得到单台泵两倍的流量,为什么?18. 两台相同型号的离心泵串联,是否可以得到单台泵两倍的扬程,为什么?19. 如何由离心泵的性能特性曲线确定离心泵的工作范围?20. 为什么可以用马达天平测定离心泵的轴功率?21. 离心泵开泵时要注意
14、什么?怎样才能正确的开启离心泵?1.7实验数据记录原始数据记录装置号: 水温: 流量调节: 实验次数流量(m3/h)P真空表 KPaP压力表KPa转速(r.p.m)砝码重量(g)123456789101112原始数据记录装置号: 水温: 流量调节: 实验次数流量(m3/h)P真空表 KPaP压力表KPa转速(r.p.m)砝码重量(g)1234567891011122 数字化对流给热系数测定实验(空气-水蒸气体系和水-水蒸气体系)2.1实验目的1. 掌握冷热流体通过间壁换热时给热系数的测定方法,通过实验了解给热的基本规律; 2. 体现主要热阻与次要热阻各自的重要性,体现主要热阻测流体流速的改变对
15、传热速率的影响;3. 测定努塞尔数Nu与雷诺数Re的关系,将测定的Nu与Re进行回归,并与经验公式进行验证性比较。2.2 基本原理在套管换热器中,环隙通以水蒸气,内管管内通以空气或水,水蒸气冷凝放热以加热空气或水,在传热过程达到稳定后,有如下关系式:VCP(t2t1)0A0(TTW)miAi(twt)m (21)式中:V 被加热流体体积流量,m3/s; 被加热流体密度,kg/m3; CP 被加热流体平均比热,J/(kg); 0、i 水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数,W/(m2); t1、t2 被加热流体进、出口温度,;A0、Ai 内管的外壁、内壁的传热面积,m2;(
16、TTW)m 水蒸气与外壁间的对数平均温度差,; (22) (twt)m 内壁与流体间的对数平均温度差,; (23)式中:T1、T2 蒸汽进、出口温度,;Tw1、Tw2、tw1、tw2 外壁和内壁上进、出口温度,。当内管材料导热性能很好,即值很大,且管壁厚度很薄时,可认为Tw1tw1,Tw2tw2,即为所测得的该点的壁温。由式(21)可得: (24) (25)若能测得被加热流体的V、t1、t2,内管的换热面积A0或Ai,以及水蒸气温度T,壁温Tw1、Tw2,则可通过式(24)算得实测的水蒸气(平均)冷凝给热系数0;通过式(25)算得实测的流体在管内的(平均)对流给热系数i。在水平管外,蒸汽冷凝给
17、热系数(膜状冷凝),可由下列半经验公式求得: (26)式中:0 蒸汽在水平管外的冷凝给热系数,W/(m2); 水的导热系数,W/(m2);g 重力加速度,9.81m/s2; 水的密度,kg/m3;r 饱和蒸汽的冷凝潜热,J/kg; 水的粘度,Ns/m2;d0 内管外径,m;t 蒸汽的饱和温度ts和壁温tw之差,。上式中,定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外,其余均取液膜温度,即tm = (ts + tw) / 2,其中:tw = (Tw1 + Tw2) / 2。流体在直管内强制对流时的给热系数,可按下列半经验公式求得:湍流时: (27)式中:i 流体在直管内强制对流时的给热系数,W/(m2);
18、流体的导热系数,W/(m2);di 内管内径,m;Re 流体在管内的雷诺数,无因次;Pr 流体的普朗特数,无因次。上式中,定性温度均为流体的平均温度,即tf = (t1 + t2) / 2。过渡流时: ii (28)式中: 修正系数, 2.3实验装置与流程1. 实验装置本实验装置由蒸汽发生器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。其实验装置流程如图2-1所示。图21 水蒸气水(或空气)对流给热系数测定实验流程图1、水泵或风机 2、蒸汽发生器 3、旁路阀 4、转子流量计 6、蒸汽总阀7、蒸气调节阀 8、9、冷凝水排放阀 10、水或空气流量调节阀11、惰性气体排放阀 水蒸气空气体系:来自蒸汽
19、发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器,与来自风机的空气进行热交换,冷凝水经管道排入地沟。冷空气经LWQ25型涡轮流量计进入套管换热器内管(紫铜管),热交换后放空。空气流量可用阀门调节或变频器自动调节。水蒸气水体系:来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器,与来自高位槽的水进行热交换,冷凝水经管道排入地沟。冷水经电动调节阀和LWQ15型涡轮流量计进入套管换热器内管(紫铜管),热交换后进入下水道。水流量可用阀门调节或电动调节阀自动调节。2. 设备与仪表规格(1)紫铜管规格:直径161.5mm,长度L=1010mm;(2)外套玻璃管规格:直径1126mm,长度L=1010mm;(3)风机:XGB12型,
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