食品工程原理實(shí)驗(yàn)(整理版)

1、食品工程原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院 葛克山前 言 21世紀(jì)人類將進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，人們正將其視為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后人類社會(huì)所面臨的又一次生產(chǎn)方式、生活方式乃至思維方式的歷史性變革。面對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來，我國高等教育改革勢在必行，以培養(yǎng)出知識(shí)面寬廣且具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的人才。食品工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)作為食品工程類創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在食品工程教育中起著重要的作用，它具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)新性，而且還能培養(yǎng)學(xué)生具有一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。因此，以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究過程中所需的各種能力和素質(zhì)為目的，以強(qiáng)化創(chuàng)新能力為重點(diǎn)，對(duì)食品工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行

2、了相應(yīng)的改革，更新了全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。更新后的實(shí)驗(yàn)主要是符合“素質(zhì)教育”需要的綜合型、研究型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。 本書作為食品工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)書，具有如下特點(diǎn)：（1）將實(shí)驗(yàn)研究過程中所需要的各種能力，通過不同的實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)；而工作作風(fēng)和態(tài)度的培養(yǎng)則貫穿于每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過必做和選做的結(jié)合，來達(dá)到因材施教的目的。（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容盡可能接近工廠實(shí)際，以訓(xùn)練工程能力。由于編者水平有限，時(shí)間倉促，書中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，懇切希望讀者批評(píng)指出。目 錄實(shí)驗(yàn)守則-4對(duì)學(xué)生基本要求- -4實(shí)驗(yàn)1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)-5實(shí)驗(yàn)2 傳熱實(shí)驗(yàn)-9實(shí)驗(yàn)3 過濾實(shí)驗(yàn)- 16實(shí)驗(yàn)4 干

3、燥實(shí)驗(yàn)-21實(shí) 驗(yàn) 守 則 講 究 科 學(xué) 態(tài) 度， 遵 守 課 堂 紀(jì) 律， 敢 于 實(shí) 事 求 是， 勤 于 動(dòng) 腦 動(dòng) 手， 尊 重 老 師 指 導(dǎo)， 愛 護(hù) 儀 器 設(shè) 備， 注 意 人 身 安 全， 保 持 環(huán) 境 衛(wèi) 生。對(duì)學(xué)生基本要求 實(shí)驗(yàn)前必須到現(xiàn)場結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，列出書寫報(bào)告所需要的原始數(shù)據(jù)表，并通過老師的檢查提問，方可參加實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)做完后，所記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)指導(dǎo)老師檢查合格后，才可結(jié)束實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)若有短缺或不合理應(yīng)該補(bǔ)全或重做。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后，指導(dǎo)老師在原始數(shù)據(jù)表上簽字。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將使用的儀器設(shè)備整理復(fù)原。檢查水源、電源、汽源等是否已確實(shí)關(guān)斷，并將場地打掃干凈。

4、用計(jì)算機(jī)整理數(shù)據(jù)時(shí)，要愛護(hù)計(jì)算機(jī)，不要胡亂操作，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問題要及時(shí)報(bào)告老師，要節(jié)約打印紙。 實(shí)驗(yàn)后要認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告要求獨(dú)立完成，若發(fā)現(xiàn)彼此抄襲，對(duì)有關(guān)的所有人都給低于及格分?jǐn)?shù)線的低分。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，除了包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果的表格以及需要的標(biāo)繪曲線外，還必須有計(jì)算舉例。同組人取實(shí)驗(yàn)的不同序號(hào)進(jìn)行舉例，列出全部數(shù)字運(yùn)算過程；若發(fā)現(xiàn)同組中兩人用相同的序號(hào)進(jìn)行計(jì)算舉例，則兩人的報(bào)告均給低分。 對(duì)實(shí)驗(yàn)所測得的數(shù)據(jù)結(jié)果做必要的分析、討論。實(shí)驗(yàn)1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉離心泵的操作方法。2. 掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測定方法、表示方法，加深對(duì)離心泵性能的了解。 3.

5、 掌握離心泵特性管路特性曲線的測定方法、表示方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 練習(xí)離心泵的操作。2. 測定某型號(hào)離心泵在一定轉(zhuǎn)速下，H（揚(yáng)程）、N（軸功率）、h（效率）與Q（流量）之間的特性曲線。3. 測定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理 （一）離心泵特性曲線離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號(hào)和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程H、軸功率及效率均隨流量Q而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測出HQ、NQ及 Q關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測定方法如下： H的測定： 在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程 上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的

6、流體流動(dòng)阻力(不包括泵體內(nèi)部的流動(dòng)阻力所引起的壓頭損失)，當(dāng)所選的兩截面很接近泵體時(shí)，與柏努利方程中其它項(xiàng)比較，值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?將測得的和的值以及計(jì)算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。 N的測定： 功率表測得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1.0，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即： 泵的軸功率N電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kW 電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)的輸入功率×電動(dòng)機(jī)的效率。 泵的軸功率功率表的讀數(shù)×電動(dòng)機(jī)效率，kw。 的測定 其中 kw式中： 泵的效率； N 泵的軸功率，kw； Ne 泵的有效功率，kw； H 泵的壓頭，

7、m； Q 泵的流量，m3/s； 水的密度，kg/m3。（二）管路特性曲線當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。在一定的管路上，泵所提供的壓頭和流量必然與管路所需的壓頭和流量一致。若將泵的特性曲線與管路特性曲線繪在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算同上。四、實(shí)驗(yàn)裝置的流程水泵1將水槽10內(nèi)的水輸送到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)流量，流體經(jīng)渦輪流量計(jì)9計(jì)量后，流回儲(chǔ)水槽。流程示意圖見圖1。

8、 圖1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-離心泵 2-真空表 3-壓力表 4-變頻器 5-功率表 6-流量調(diào)節(jié)閥 7-實(shí)驗(yàn)管路 8-溫度計(jì)9-渦輪流量計(jì)10-實(shí)驗(yàn)水箱11-放水閥 12-流量數(shù)顯示儀五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 向儲(chǔ)水槽10內(nèi)注入清水。2. 檢查流量調(diào)節(jié)閥6，壓力表3及真空表2的開關(guān)是否關(guān)閉(應(yīng)關(guān)閉)。3啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置總電源，用變頻調(diào)速器上、及鍵設(shè)定頻率后，按run鍵啟動(dòng)離心泵，緩慢打開調(diào)節(jié)閥6至全開。待系統(tǒng)內(nèi)流體穩(wěn)定，打開壓力表和真空表的開關(guān)，方可測取數(shù)據(jù)。4.測取數(shù)據(jù)的順行可從最大流量至0，或反之。一般測1012組數(shù)據(jù)。5.每次在穩(wěn)定的條件下同時(shí)記錄：流量、壓力表、真空表、功率表

9、的讀數(shù)及流體溫度。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，停泵，切斷電源。六、注意事項(xiàng)1裝置電路采用五線三相制配電，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)良好地接地。2使用變頻調(diào)速器時(shí)一定注意FWD指示燈亮，切忌按FWD REV鍵REV指示燈亮，電機(jī)反轉(zhuǎn)。3. 啟動(dòng)離心泵前，關(guān)閉壓力表和真空表的開關(guān) 以免損壞壓強(qiáng)表。七、報(bào)告內(nèi)容 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果列在數(shù)據(jù)表格中（見表1），并以一組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算舉例。 在合適的坐標(biāo)系上標(biāo)繪離心泵的特性曲線，并在圖上標(biāo)出離心泵的各種性能（泵的型號(hào)、轉(zhuǎn)速和高效區(qū)）。表1、離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（水溫 兩測壓點(diǎn)高差0.18m）序號(hào)入口壓力P入出口壓力P出電機(jī)功率流量Q壓頭H泵軸功率N/(MPa)/(

10、MPa)/(kw)/(m3/h)/(m)/（w）/(%)1234567891011123思考題 試分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看一看，隨著泵出口流量調(diào)節(jié)閥開度的增大，泵入口真空表讀數(shù)是減少還是增加，泵出口壓強(qiáng)表讀數(shù)是減少還是增加。為什么? 本實(shí)驗(yàn)中，為了得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)流量范圍下限應(yīng)小到零，上限應(yīng)盡量的大。為什么? 離心泵的流量，為什么可以通過出口閥來調(diào)節(jié)?往復(fù)泵的流量是否也可采用同樣的方法來調(diào)節(jié)。為什么? 實(shí)驗(yàn)2 傳熱實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過對(duì)空氣水蒸氣簡單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常

11、數(shù)A、m的值。 通過對(duì)管程內(nèi)部插有螺旋線圈的空氣水蒸氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu0，了解強(qiáng)化傳熱的基本理論和基本方式。 了解套管換熱器的管內(nèi)壓降和Nu之間的關(guān)系。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求光滑管螺旋管實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 測定56個(gè)不同流速下簡單套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)。 對(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。 測定56個(gè)不同流速下強(qiáng)化套管換熱器的對(duì)流傳熱系數(shù)。 對(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值。 同一流量下，按實(shí)驗(yàn)一所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求得Nu0，計(jì)算傳熱強(qiáng)化比Nu/Nu0。

12、 三、實(shí)驗(yàn)原理 普通（光滑管）套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測定 對(duì)流傳熱系數(shù)的測定對(duì)流傳熱系數(shù)可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來測定。因?yàn)?lt;< ,所以傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù) 熱冷流體間的總傳熱系數(shù) （W/m2·） （1）式中：管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2)； Qi管內(nèi)傳熱速率，W； Si管內(nèi)換熱面積，m2； 對(duì)數(shù)平均溫差，。 對(duì)數(shù)平均溫差由下式確定： （2）式中：ti1，ti2冷流體的入口、出口溫度，； tw壁面平均溫度，； 因?yàn)閾Q熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用tw 來表示，由于管外使用蒸汽，近似等于

13、熱流體的平均溫度。 管內(nèi)換熱面積： （3）式中：di內(nèi)管管內(nèi)徑，m； Li傳熱管測量段的實(shí)際長度，m。 由熱量衡算式： （4）其中質(zhì)量流量由下式求得： （5）式中：Vi冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3 / h； cpi冷流體的定壓比熱，J / (kg·)； i冷流體的密度，kg /m3。 cpi和i可根據(jù)定性溫度tm查得，為冷流體進(jìn)出口平均溫度。ti1，ti2， tw， Vi可采取一定的測量手段得到。 對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為 . （6） 其中： ， ， 物性數(shù)據(jù)i、cpi、i、i可根據(jù)定性溫度tm查得。經(jīng)過計(jì)算可知，對(duì)于

14、管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pri變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡化為： （7）這樣通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Rei與，然后用線性回歸方法確定A和m的值。強(qiáng)化套管換熱器傳熱系數(shù)、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式及強(qiáng)化比的測定強(qiáng)化傳熱又被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，它能減小初設(shè)計(jì)的傳熱面積，以減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱能力；使換熱器能在較低溫差下工作；并且能夠減少換熱器的阻力以減少換熱器的動(dòng)力消耗，更有效地利用能源和資金。強(qiáng)化傳熱的方法有多種，本實(shí)驗(yàn)裝置是采用在換熱器內(nèi)管插入螺旋線圈的方法來強(qiáng)化傳熱的。圖1 螺旋線圈強(qiáng)化管內(nèi)部結(jié)構(gòu)螺旋線圈的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，螺旋線圈由直徑3mm以下的銅絲和鋼絲

15、按一定節(jié)距繞成。將金屬螺旋線圈插入并固定在管內(nèi)，即可構(gòu)成一種強(qiáng)化傳熱管。在近壁區(qū)域，流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，一面還周期性地受到線圈的螺旋金屬絲的擾動(dòng)，因而可以使傳熱強(qiáng)化。由于繞制線圈的金屬絲直徑很細(xì)，流體旋流強(qiáng)度也較弱，所以阻力較小，有利于節(jié)省能源。螺旋線圈是以線圈節(jié)距H與管內(nèi)徑d的比值以及管壁粗糙度（）為主要技術(shù)參數(shù)，且長徑比是影響傳熱效果和阻力系數(shù)的重要因素?？茖W(xué)家通過實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了形式為的經(jīng)驗(yàn)公式，其中B和m的值因螺旋絲尺寸不同而不同。在本實(shí)驗(yàn)中，采用關(guān)滑管中的實(shí)驗(yàn)方法確定不同流量下的Rei與，用線性回歸方法可確定B和m的值。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），

16、可以用強(qiáng)化比的概念作為評(píng)判準(zhǔn)則，它的形式是：，其中Nu是強(qiáng)化管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，Nu0是普通管的努塞爾準(zhǔn)數(shù)，顯然，強(qiáng)化比1，而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。需要說明的是，如果評(píng)判強(qiáng)化方式的真正效果和經(jīng)濟(jì)效益，則必須考慮阻力因素，阻力系數(shù)隨著換熱系數(shù)的增加而增加，從而導(dǎo)致?lián)Q熱性能的降低和能耗的增加，只有強(qiáng)化比較高，且阻力系數(shù)較小的強(qiáng)化方式，才是最佳的強(qiáng)化方法。 四、實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)流程圖及基本結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)驗(yàn)流程圖見圖2-2，基本結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。圖2 空氣-水蒸氣傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1、 普通套管換熱器；2、內(nèi)插有螺旋線圈的強(qiáng)化套管換熱器；3、蒸汽發(fā)生器；4、旋渦氣泵；5、旁路調(diào)節(jié)閥；6、孔板流量計(jì)；7、風(fēng)機(jī)

17、出口溫度（冷流體入口溫度）測試點(diǎn)；8、9空氣支路控制閥；10、11、蒸汽支路控制閥；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位計(jì)；18、冷凝液回流口如圖2所示，實(shí)驗(yàn)裝置的主體是兩根平行的套管換熱器，內(nèi)管為紫銅材質(zhì)，外管為不銹鋼管，兩端用不銹鋼法蘭固定。實(shí)驗(yàn)的蒸汽發(fā)生釜為電加熱釜，內(nèi)有1根2.5kW螺旋形電加熱器，用200伏電壓加熱（可由固態(tài)調(diào)壓器調(diào)節(jié)）。氣源選擇XGB-2型旋渦氣泵，使用旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量。蒸汽空氣上升管路，使用三通和球閥分別控制氣體進(jìn)入兩個(gè)套管換熱器?？諝庥尚郎u氣泵吹出，由旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)孔板流量計(jì)，由支路控制閥選擇不同的支路進(jìn)入換

18、熱器。管程蒸汽由加熱釜發(fā)生后自然上升，經(jīng)支路控制閥選擇逆流進(jìn)入換熱器殼程，由另一端蒸汽出口自然噴出，達(dá)到逆流換熱的效果。裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。表1 實(shí)驗(yàn)裝置（換熱管）結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)管內(nèi)徑di（mm）20.00實(shí)驗(yàn)內(nèi)管外徑do（mm）22.0實(shí)驗(yàn)外管內(nèi)徑Di（mm）50實(shí)驗(yàn)外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內(nèi)管）長度l（m）1.20強(qiáng)化內(nèi)管內(nèi)插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓200伏 操作電流10安 實(shí)驗(yàn)的測量手段 空氣流量的測量空氣主管路由孔板與差壓變送器和二次儀表組成空氣流量計(jì)，孔板流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其流量計(jì)算式為： （8）式中： - 20 下的體積

19、流量，m3/h ；-孔板兩端壓差，kPa。 實(shí)驗(yàn)條件下的空氣流量V (m3/h)則需按下式計(jì)算: （9）式中：V-實(shí)驗(yàn)條件（管內(nèi)平均溫度）下的空氣流量，m3/h； -換熱器管內(nèi)平均溫度，； t0=20。 （2）溫度測量 (a) 空氣入傳熱管前的溫度t1 ( )由電阻溫度計(jì)測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。 (b) 空氣出傳熱管測量段時(shí)的溫度t2 ( )由電阻溫度計(jì)測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。(c) 管外壁面平均溫度tw( )由數(shù)字溫度計(jì)測出,（熱電偶是由銅康銅組成)。 五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟 1.實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備,檢查工作. (1) 向電加熱釜加水至液位計(jì)上端紅線處。 (2) 向冰水保溫瓶中加入適量

20、的冰水,并將冷端補(bǔ)償熱電偶插入其中。 (3) 檢查空氣流量旁路調(diào)節(jié)閥是否全開。(4) 檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。(5) 接通電源總閘，設(shè)定加熱電壓，啟動(dòng)電加熱器開關(guān)，開始加熱。2. 實(shí)驗(yàn)開始. 人工實(shí)驗(yàn)操作 (1).合上電源總開關(guān)。 (2).打開加熱電源開關(guān),設(shè)定加熱電壓(不得大于200V),直至有水蒸氣冒出,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。實(shí)驗(yàn)裝置面板圖 (3).啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并用放空閥來調(diào)節(jié)流量,在一定的流量下穩(wěn)定510分鐘后分別測量空氣的流量,空氣進(jìn),處口的溫度，由溫度巡檢儀測量（1-光滑管空氣入口溫度；2-光滑管空氣出口溫度；3-螺旋管空氣入口

21、溫度；4-螺旋管空氣出口溫度）,換熱器內(nèi)管壁面的溫度由溫度巡檢儀（1-光滑管壁面溫度；2-螺旋管壁面溫度）測得。然后,在改變流量穩(wěn)定后分別測量空氣的流量,空氣進(jìn),處口的溫度, 壁面溫度后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 (4).實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,依次關(guān)閉加熱電源、風(fēng)機(jī)和總電源。一切復(fù)原。六、注意事項(xiàng) 由于采用熱電偶測溫，所以實(shí)驗(yàn)前要檢查冰桶中是否有冰水混合物共存。檢查熱電偶的冷端，是否全部浸沒在冰水混合物中。 檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行下一實(shí)驗(yàn)之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給水量。 必須保證蒸汽上升管線的暢通。即在給蒸汽加熱釜電壓之前，兩蒸汽支路控制閥之一必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，

22、應(yīng)先開啟需要的支路閥，再關(guān)閉另一側(cè)，且開啟和關(guān)閉控制閥必須緩慢，防止管線截?cái)嗷蛘羝麎毫^大突然噴出。 必須保證空氣管線的暢通。即在接通風(fēng)機(jī)電源之前，三個(gè)空氣支路控制閥之一和旁路調(diào)節(jié)閥（見圖2）必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源，然后開啟和關(guān)閉控制閥。 調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定510分鐘后讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)中保持上升蒸汽量的穩(wěn)定，不應(yīng)改變加熱電壓，且保證蒸汽放空口一直有蒸汽放出。 七、報(bào)告內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)結(jié)果表（換熱量、傳熱系數(shù)、各準(zhǔn)數(shù)以及重要的中間計(jì)算結(jié)果）、準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的回歸過程、結(jié)果與具體的回歸方差分析，并以其中一組數(shù)據(jù)的計(jì)算舉例。2 在同一雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪制光滑管和螺旋管

23、實(shí)驗(yàn)的NuRe的關(guān)系圖。 3 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論。實(shí)驗(yàn)3 過濾實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握恒壓過濾常數(shù)、的測定方法，加深對(duì)、的概念和影響因素的理解。 學(xué)習(xí)濾餅的壓縮性指數(shù)s和物料常數(shù)的測定方法。 3 學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析，分析出每個(gè)因素重要性的大小，指出試驗(yàn)指標(biāo)隨各因素變化的趨勢，了解適宜操作條件的確定方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下的過濾常數(shù)、。 2對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行極差分析和方差分析；指出各個(gè)因素重要性的大?。挥懻撾S其影響因素的變化趨勢；以提高過濾速度為目標(biāo)，確定適宜的操作條件。 三、實(shí)驗(yàn)原理 恒壓過濾常數(shù)、的測定方法 過濾是利用過濾介質(zhì)進(jìn)行液固系統(tǒng)的分離

24、過程，過濾介質(zhì)通常采用帶有許多毛細(xì)孔的物質(zhì)如帆布、毛毯、多孔陶瓷等。含有固體顆粒的懸浮液在一定壓力的作用下液體通過過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留在介質(zhì)表面上，從而使液固兩相分離。 在過濾過程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度增加，液體流過固體顆粒之間的孔道加長，而使流體流動(dòng)阻力增加。故恒壓過濾時(shí)，過濾速率逐漸下降。隨著過濾進(jìn)行，若得到相同的濾液量，則過濾時(shí)間增加。 恒壓過濾方程 （3-1）式中：單位過濾面積獲得的濾液體積，m3 / m2； 單位過濾面積上的虛擬濾液體積，m3 / m2； 實(shí)際過濾時(shí)間，s； 虛擬過濾時(shí)間，s； 過濾常數(shù)，m2/s。 將式（3-1）進(jìn)行微分可得： 用差分

25、代替微分，得： （3-2）式中： 每次測定的單位過濾面積濾液體積（在實(shí)驗(yàn)中一般等量分配），m3/ m2； 每次測定的濾液體積所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s； 相鄰二個(gè)q值的算術(shù)平均值，m3/ m2。 式（3-2）是一個(gè)直線方程式，于普通坐標(biāo)上以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)將式（3-2）標(biāo)繪成一直線，可得該直線的斜率和截距，從而求出、。至于可由下式求出： （3-3）2 壓縮指數(shù)及物料特性常數(shù)的測定方法改變過濾壓差P，重復(fù)上述操作，可求得對(duì)應(yīng)的K。 由過濾常數(shù)的定義式： （3-4） 兩邊取對(duì)數(shù)，得： (3-5) 因，故與的關(guān)系在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪時(shí)應(yīng)是一條直線，直線的斜率為，由此可求得濾餅的壓縮性指數(shù)，截距為lg（2k），由

26、此可求得物料特性常數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置由空壓機(jī)、配料槽、壓力料槽、板框過濾機(jī)等組成，其流程示意如圖1。1空氣壓縮機(jī)；2壓力灌；3安全閥；4，5壓力表；6清水罐；7濾框；8濾板；9手輪；10通孔切換閥；11調(diào)壓閥；12量筒；13配料罐；14地溝圖1 板框壓濾機(jī)過濾流程CaCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配制一定濃度后，利用壓差送入壓力料槽中，用壓縮空氣加以攪拌使CaCO3不致沉降，同時(shí)利用壓縮空氣的壓力將濾漿送入板框壓濾機(jī)過濾，濾液流入量筒計(jì)量，壓縮空氣從壓力料槽上排空管中排出。板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸：框厚度20mm，每個(gè)框過濾面積 0.0177m2，框數(shù)2個(gè)?？諝鈮嚎s機(jī)規(guī)格型號(hào)：風(fēng)量0.06m3/

27、min，最大氣壓0.8MPa。五、 實(shí)驗(yàn)方法及操作步驟1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1） 配料：在配料罐內(nèi)配制含CaCO31030（wt. %）的水懸浮液，碳酸鈣事先由天平稱重，水位高度按標(biāo)尺示意，筒身直徑35mm。配置時(shí)，應(yīng)將配料罐底部閥門關(guān)閉。（2） 攪拌：開啟空壓機(jī)，將壓縮空氣通入配料罐（空壓機(jī)的出口小球閥保持半開，進(jìn)入配料罐的兩個(gè)閥門保持適當(dāng)開度），使CaCO3懸浮液攪拌均勻。攪拌時(shí)，應(yīng)將配料罐的頂蓋合上。（3） 設(shè)定壓力：分別打開進(jìn)壓力灌的三路閥門，空壓機(jī)過來的壓縮空氣經(jīng)各定值調(diào)節(jié)閥分別設(shè)定為0.1MPa、0.2MPa和0.25MPa（出廠已設(shè)定，實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要再調(diào)壓。若欲作0.25MPa以上壓力過濾，

28、需調(diào)節(jié)壓力罐安全閥）。設(shè)定定值調(diào)節(jié)閥時(shí)，壓力灌泄壓閥可略開。（4） 裝板框：正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前用水浸濕，濾布要繃緊，不能起皺。濾布緊貼濾板，密封墊貼緊濾布。（注意：用螺旋壓緊時(shí)，千萬不要把手指壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使板框合上，然后再壓緊）。（5） 灌清水：向清水罐通入自來水，液面達(dá)視鏡2/3高度左右。灌清水時(shí)，應(yīng)將安全閥處的泄壓閥打開。（6） 灌料：在壓力罐泄壓閥打開的情況下，打開配料罐和壓力罐間的進(jìn)料閥門，使料漿自動(dòng)由配料桶流入壓力罐至其視鏡1/22/3處，關(guān)閉進(jìn)料閥門。2過濾過程（1） 鼓泡：通壓縮空氣至壓力罐，使容器內(nèi)料漿不斷攪拌。壓力料槽的排氣閥應(yīng)不斷排氣，但又不能噴漿

29、。（2） 過濾：將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔通路狀態(tài)。打開進(jìn)板框前料液進(jìn)口的兩個(gè)閥門，打開出板框后清液出口球閥。此時(shí)，壓力表指示過濾壓力，清液出口流出濾液。（3）每次實(shí)驗(yàn)應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時(shí)候作為開始時(shí)刻，每次V取800ml左右。記錄相應(yīng)的過濾時(shí)間。每個(gè)壓力下，測量810個(gè)讀數(shù)即可停止實(shí)驗(yàn)。若欲得到干而厚的濾餅，則應(yīng)每個(gè)壓力下做到?jīng)]有清液流出為止。量筒交換接濾液時(shí)不要流失濾液，等量筒 內(nèi)濾液靜止后讀出V值。（注意：V約800ml時(shí)替換量筒，這時(shí)量筒內(nèi)濾液量并非正好800ml。要事先熟悉量筒刻度，不要打碎量筒），此外，要熟練雙秒表輪流讀數(shù)的方法。（4）一個(gè)壓力下的實(shí)驗(yàn)完成后，先打開泄壓

30、閥使壓力罐泄壓。卸下濾框、濾板、濾布進(jìn)行清洗，清洗時(shí)濾布不要折。每次濾液及濾餅均收集在小桶內(nèi)，濾餅弄細(xì)后重新倒入料漿桶內(nèi)攪拌配料，進(jìn)入下一個(gè)壓力實(shí)驗(yàn)。注意若清水罐水不足，可補(bǔ)充一定水源，補(bǔ)水時(shí)仍應(yīng)打開該罐的泄壓閥。3清洗過程（1）關(guān)閉板框過濾的進(jìn)出閥門。將中間雙面板下通孔切換閥開到通孔關(guān)閉狀態(tài)（閥門手柄與濾板平行為過濾狀態(tài)，垂直為清洗狀態(tài)）。（2）打開清洗液進(jìn)入板框的進(jìn)出閥門（板框前兩個(gè)進(jìn)口閥，板框后一個(gè)出口閥）。此時(shí)，壓力表指示清洗壓力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比同壓力下過濾速度小很多。（3）清洗液流動(dòng)約1min，可觀察混濁變化判斷結(jié)束。一般物料可不進(jìn)行清洗過程。結(jié)束清洗過程，也是關(guān)閉

31、清洗液進(jìn)出板框的閥門，關(guān)閉定值調(diào)節(jié)閥后進(jìn)氣閥門。4實(shí)驗(yàn)結(jié)束（1） 先關(guān)閉空壓機(jī)出口球閥,關(guān)閉空壓機(jī)電源。（2） 打開安全閥處泄壓閥，使壓力罐和清水罐泄壓。（3） 卸下濾框、濾板、濾布進(jìn)行清洗，清洗時(shí)濾布不要折。（4） 將壓力罐內(nèi)物料反壓到配料罐內(nèi)備下次使用，或?qū)⒃摱尬锪现苯优趴蘸笥们逅疀_洗。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 由恒壓過濾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K、qe、e。2. 比較幾種壓差下的K、qe、e值，討論壓差變化對(duì)以上參數(shù)數(shù)值的影響。3. 在直角坐標(biāo)紙上繪制lgKlgp關(guān)系曲線，求出s。4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與與討論。七、思考題1 板框過濾機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？適用于什么場合？2 板框壓濾機(jī)的操作分哪幾個(gè)階段？3

32、 為什么過濾開始時(shí)，濾液常常有點(diǎn)渾濁，而過段時(shí)間后才變清？4 影響過濾速率的主要因素有哪些？當(dāng)你在某一恒壓下所測得的K、qe、e值后，若將過濾壓強(qiáng)提高一倍，問上述三個(gè)值將有何變化？實(shí)驗(yàn)4 干燥實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解洞道式干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2. 學(xué)習(xí)測定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實(shí)驗(yàn)方法。3. 掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實(shí)驗(yàn)分析方法。4. 實(shí)驗(yàn)研究干燥條件對(duì)于干燥過程特性的影響。二、基本原理在設(shè)計(jì)干燥器的尺寸或確定干燥器的生產(chǎn)能力時(shí)，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數(shù)據(jù)是最

33、基本的技術(shù)依據(jù)參數(shù)。由于實(shí)際生產(chǎn)中的被干燥物料的性質(zhì)千變?nèi)f化，因此對(duì)于大多數(shù)具體的被干燥物料而言，其干燥特性數(shù)據(jù)常常需要通過實(shí)驗(yàn)測定。按干燥過程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將干燥過程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。若用大量空氣干燥少量物料，則可以認(rèn)為濕空氣在干燥過程中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，則稱這種操作為恒定干燥條件下的干燥操作。1. 干燥速率的定義干燥速率的定義為單位干燥面積（提供濕分汽化的面積）、單位時(shí)間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即 (41)式中，干燥速率，又稱干燥通量，kg/（m2s）；干燥表面積，m2；汽化的濕分量，kg； 干燥時(shí)間，s； 絕干物

34、料的質(zhì)量，kg；物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號(hào)表示隨干燥時(shí)間的增加而減少。2. 干燥速率的測定方法將濕物料試樣置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，隨著干燥時(shí)間的延長，水分不斷汽化，濕物料質(zhì)量減少。若記錄物料不同時(shí)間下質(zhì)量，直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹梗簿褪俏锪显谠摋l件下達(dá)到干燥極限為止，此時(shí)留在物料中的水分就是平衡水分*。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重，則物料中瞬間含水率為 （42）計(jì)算出每一時(shí)刻的瞬間含水率，然后將對(duì)干燥時(shí)間作圖，如圖101，即為干燥曲線。圖41恒定干燥條件下的干燥曲線上述干燥曲線還可以變換得到干燥速率曲線。由已測得的干燥曲線求出不同下的斜率，再由式（41）計(jì)算得到干燥速率，將

35、對(duì)作圖，就是干燥速率曲線，如圖42所示。圖42恒定干燥條件下的干燥速率曲線3. 干燥過程分析預(yù)熱段 見圖41、42中的AB段或AB段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度則升至濕球溫度tW ,干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(shí)間很短，通常在干燥計(jì)算中忽略不計(jì)，有些干燥過程甚至沒有預(yù)熱段。本實(shí)驗(yàn)中也沒有預(yù)熱段。恒速干燥階段 見圖41、42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表面附著的非結(jié)合水分，水分去除的機(jī)理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tW，傳質(zhì)推動(dòng)力保持不變，因而干燥速率也不變。于是，在圖42

36、中，BC段為水平線。只要物料表面保持足夠濕潤，物料的干燥過程中總有恒速階段。而該段的干燥速率大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的空氣干燥條件，故該階段又稱為表面汽化控制階段。降速干燥階段 隨著干燥過程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分移動(dòng)到表面的速度趕不上表面水分的氣化速率，物料表面局部出現(xiàn)“干區(qū)”，盡管這時(shí)物料其余表面的平衡蒸汽壓仍與純水的飽和蒸汽壓相同、傳質(zhì)推動(dòng)力也仍為濕度差，但以物料全部外表面計(jì)算的干燥速率因“干區(qū)”的出現(xiàn)而降低，此時(shí)物料中的的含水率稱為臨界含水率，用表示，對(duì)應(yīng)圖42中的C點(diǎn)，稱為臨界點(diǎn)。過C點(diǎn)以后，干燥速率逐漸降低至D點(diǎn)，C至D階段稱為降速第一階段。干燥到點(diǎn)D時(shí)，物料全部表面都成為干區(qū)，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，汽化所需的熱量必須通過已被干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干燥層才能傳遞到空氣主流中。干燥速率因熱、質(zhì)傳遞的途徑加長而下降。此外，在點(diǎn)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(dòng)力減小，干燥速率也隨之較快降低，直至到達(dá)點(diǎn)E時(shí)，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。降速階段干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(duì)于某些多孔性物料，可能降速兩個(gè)階段的界限不是很明顯，曲線好像只有CD段；對(duì)