化工原理實驗講義08.9.1

化工原理實驗講義合肥學院化學與材料工程系化工實驗教研室編2007.8．PAGEPAGE19實驗二離心泵特性曲線測定一、實驗目的了解離心泵結構與特性，學會離心泵的操作；掌握離心泵特性曲線測定方法。二、基本原理HNηV揚程H的測定與計算在泵進、出口取截面列柏努利方程：p H=2g

1+Z2

u2 u2Z+2 11 2g式中：p,p——分別為泵進、出口的壓強N/m21 2

ρkg/m3u,u——分別為泵進、出口的流量m/s g——重力加速度m/s21 2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：p'p'H 2 1g由上式可知：只要直接讀出真空表和壓力表上的數(shù)值，就可以計算出泵的揚程。軸功率N的測量與計算軸的功率可按下式計算：N0.94w w由上式可知：測定泵的軸功率，只需測定電機的輸出功率，乘上功率轉換中的倍率即可。η的計算η是泵的有效功率Ne與軸功率N的比值。有效功率Ne是單位時間內(nèi)流體自泵得到的功，軸功率N和機械損失的大小。泵的有效功率Ne可用下式計算：Ne=HVρg故η=Ne/N=HVρg/N速改變時的換算n nVV HH( )2流量 n 揚程 nn VVHgNN( )3 軸功率 n N 效率離心泵功率轉換系數(shù)＝0.89三、實驗裝置與流程

N N離心泵性能特性曲線測定系統(tǒng)裝置工藝控制流程圖如圖2-1：圖2-1離心泵實驗裝置流程示意圖3．儀表控制柜面板如圖2-2所示：圖2-2流體力學綜合實驗裝置儀表面板1、空氣開關24電源指示燈、流量控制儀6路巡檢儀（單位／：第一通道測量離心泵進口壓力（kp，第二通道測量離心泵出口壓力（kp測量離心泵轉速（第四通道測量流體阻力壓差（體溫度（單位：攝氏度7、功率表（K813、離心泵停止按鈕。四、實驗步驟及注意事項灌泵儲水箱中出水到適當位置（大概三分之二處）關閉閥出并且沒有氣泡灌水完畢，關閉排氣閥和灌水閥。啟動水泵1910數(shù)據(jù)。把轉換開關轉到直接位置，指示燈12亮，按一下離心泵啟動按鈕，離心泵運轉，啟動按鈕指示燈亮，水泵啟動完畢。1最大，每隔2／h采集一組數(shù)據(jù)（等數(shù)據(jù)穩(wěn)定之后再采集，從最大流量做到0。數(shù)據(jù)采集完畢后，按離心泵停止按鈕，泵停止。5、打開數(shù)據(jù)處理軟件，打開采集的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，計算出數(shù)據(jù)處理結果，繪出離心泵特性曲線。實驗完畢注意事項：1、一般每次實驗前，均需對泵進行灌泵操作，以防止離心泵氣縛。同時注意定期對泵進行保養(yǎng)，防止葉輪被固體顆粒損壞。2、泵運轉過程中，勿觸碰泵主軸部分，因其高速轉動，可能會纏繞并傷害身體接觸部位。實驗數(shù)據(jù)記錄No.L/s真空表讀No.L/s真空表讀數(shù)MPa 壓力表讀數(shù)MPa 功率表讀數(shù)w五、實驗報告在同一張坐標紙上描繪一定轉速下的H～VN～Vη～V曲線分析實驗結果，判斷泵較為適宜的工作范圍。六、思考題試從所測實驗數(shù)據(jù)分析，離心泵在啟動時為什么要關閉出口閥門？什么？3．為什么用泵的出口閥門調(diào)節(jié)流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？十分還有其他方法調(diào)節(jié)流量？泵啟動后，出口閥如果打不開，壓力表讀數(shù)是否會逐漸上升？為什么？正常工作的離心泵，在其進口管路上安裝閥門是否合理？為什么？試分析，用清水泵輸送密度為1200K／3的鹽水（忽略密度的影響認為泵的壓力是否變化？軸功率是否變化？實驗七篩板式精餾塔實驗一、實驗目的了解篩板精溜塔和附屬設備的基本結構。掌握精溜過程的基本操作方法。率和單板效率。回流工況。測定塔頂、塔底液相組成，據(jù)此求取回流比下的理論塔板數(shù)和全塔效率。調(diào)節(jié)精流塔使其穩(wěn)定操作于不同的回流比工況，求取相應的全塔效率。分析實驗結果，歸納總結回流比對精流塔分離效率的影響二、基本原理在板式精流塔的精溜過程中，每一層塔板的汽、液相間進行著熱、質傳遞果，常用于板式塔的設計中。全回流操作時的單板效率和全塔效率。單板效率（或液相值之比，單板效率統(tǒng)稱由實驗測的。汽相單板效率：Emv=(yn-yn+1)/(yn’-yn+1)液相單板效率：Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn’)式中： yn+1 離開第塊塔板的蒸汽組成，摩爾分數(shù)xn-1,xn ,摩爾分數(shù)y*n ,摩爾分數(shù)xxn* T摩爾分數(shù):5-1Emv=(xn-1-xn)/(yn*-xn)全塔效率ET=(NT-1)/NP ×100%式中一定分離任務所需要的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜NP 完成一定分離任務所需要的實際塔板數(shù)，本裝置NP=8線見作梯級，即可得到理論塔板數(shù)。2、部分回流操作是全塔效率的測定精餾段操作線方程yn+1=Rxn/（R+1）+ XD/（R+1）提餾段操作線方程ym+1=L’xm/（L’-W）-Wxw/(L’-W)線方程y=qx/（q-1）-XF/（q-1）回流比R的確定R=L/D理論塔板數(shù)根據(jù)以上計算得到的精餾段操作向方程和q線方程，以及取樣得到的餾出液組成Xd，塔釜組成XW和進料液組成XF，在y--x圖上用圖解法即可得到理論塔板數(shù)NT。全塔效率ET`=（NT-1）/NP ×100%3、精餾過程穩(wěn)定連續(xù)操作條件物料衡: F=W+D總物料不平衡時,進料量大于出料量,回引起淹塔,相反會引起干塔,.:FXF=WXW+DXDXFXW,XD液D和釜液W.分離能力正常的汽、液負荷量精餾塔操作時,應有正常的氣、液負荷量，避免發(fā)生以下不正常的操作。液末夾帶漏夜溢流液泛三、實驗裝置及流程本塔為精餾篩板塔，全塔共有八塊塔板，全塔高度為2.5米，塔身的尺寸結構為：塔徑φ57×3.5mm,80mm210mm，塔板間距為1.5mm6mm.蒸餾釜108×4×400mm.冷凝器為溢蛇管式換熱器，換熱面積為0.06m2，管外走蒸汽，管內(nèi)#300×3×350mm20W—20，流量為0.72m3/h，揚程為冷凝器冷凝器回流分配器T1精餾塔T2PT3料泵貯槽蒸餾釜料箱

精餾裝置流程示意圖熟悉本實驗裝置的設備結構，流程和測量儀表，了解各部件的作用和儀表的使用方法。預見配制15%乙醇-丙醇于料液槽內(nèi)，啟動旋渦泵，將料液打入高位槽。啟動總電源開關，啟動塔釜加熱及塔身伴熱，觀察塔釜、塔身、塔頂溫度及塔板上的氣液接觸狀況，發(fā)現(xiàn)塔頂溫度開始上升時，打開塔頂冷凝裝置。測定全回流條件下的單板效率及塔板效率：在一定回流量下，全回流一段時間，待該塔操作參數(shù)穩(wěn)定后，即可雜塔頂、塔釜及塔板ft個取樣，用阿貝折光儀進行分析。測定部分回流條件下的全塔板效率。建議進料量維持在3L/h，回流比2-4。實驗完畢，停止加熱，關閉塔釜加熱及塔身伴熱，待無下降液時，關閉冷凝裝置。注1）塔釜液位應在250-300做實驗時，要開啟塔頂防空閥，以保證精餾塔的常壓操作。2180mmHO水量，并對塔釜加熱量進行調(diào)節(jié)。2五、報告要求1、直角坐標紙上繪制X-Y圖，用圖解法求出理論塔板數(shù)。2、求出全塔效率和單板效率。六、思考題1、試分析產(chǎn)品不合格的原因及調(diào)節(jié)方法。2、怎樣的鼓泡狀況才算正常，正常是塔內(nèi)氣液兩相流動的特點是什么？3、分析影響精餾塔操作穩(wěn)定的因素有那些？如何判斷已達到穩(wěn)定？4、改變回流比對塔的操作有何影響？5、影響全塔效率的主要因素有那些？6、精餾塔操作中，塔釜壓力為什么是一個重要操作參數(shù)？塔釜壓力與哪些因數(shù)有關？7、板式塔汽液兩相的流動特點是什么？8、操作中增加回流比的方法是什么？能否采用減少塔頂出料量D的方法？9、精餾塔在操作過程中，由于塔頂采出率太大而造成產(chǎn)品不合格，恢復正常的最快、最有效的方法是什么？10、本實驗中，進料狀況為冷態(tài)進料，當進料量太大時，為什么會出現(xiàn)精餾段干板，甚至出現(xiàn)塔頂既沒有回流又沒有出料的現(xiàn)象？應如何調(diào)節(jié)？11、在部分回流操作時，你是如何根據(jù)全回流的數(shù)據(jù)，選擇一個合適的回流比和進料口位置的？如果在精餾操作中，回流比等于或者小于最小回流比，是否表示精餾操作無法進行？12、如果增加本塔的塔板數(shù)，在相同的操作條件下是否可以得到純乙醇？為什么？13、總板效率、單板效率、點效率有何不同？若測定部分回流時的效率需要測定哪些組成？14、為什么一般可以把塔釜當成一塊理論板處理？附錄：技術參數(shù)和指標（一）乙醇-丙醇平衡數(shù)據(jù)（摩爾分率）序號123456T℃97.1693.8592.6691.6088.3286.25X00.1260.1880.2100.3580.461Y00.2400.3180.3390.5500.650序號7891011T℃84.9884.1383.0680.5978.38X0.5460.6000.6630.8441.0Y0.711Y0.7110.7600.7990.9141.0以上平衡數(shù)據(jù)摘自：J.Gembling,U.OnkenVapor-Liquid Equilbrium Data Collection-Organic Compounds:Alcohol(p.336)（二）乙醇-丙醇折光率與溶液濃度的關系（以乙醇的濃度為基準）序號123456X（w）00.03730.09550.15200.21310.2770X（w）00.04810.12090.18920.26080.332925℃1.38611.38521.38391.38291.38001.378040℃1.38031.37981.37881.37711.37581.3740序號789101112X(w)0.33930.38810.45840.52120.58770.6530X(w)0.40080.45240.52430.58640.64990.710325℃1.37691.37591.37451.37341.37191.370140℃1.37291.37181.36971.36851.36711.3653序號131415161718X(w)0.72100.76780.83390.91090.95911.0X(w)0.76300.81150.86730.93010.96831.025℃1.36871.36721.36531.36391.36291.360840℃1.36401.36311.36081.35981.35811.3571折光率與質量分率間的關系可按下列回歸式計算：25 ℃ W=56.60579-40.84584nd40℃ W=59.28144-42.76903nd其中：W為乙醇的質量分率：n為折光率讀數(shù)。d（以上數(shù)據(jù)均由實驗測得）實驗八 填料精餾塔實驗一、實驗目的了解連續(xù)精餾塔的基本結構及流程。掌握連續(xù)精餾塔的操作方法。學會填料精餾塔等板高度的測定方法。確定部分回流時不同回流比對精餾塔效率的影響。二、基本原理等板高度（HETP）是指與一層理論塔板的傳質作用相當?shù)奶盍蠈痈叨?。它的大小取決于填于雙組分物系，根據(jù)平衡關系，通過實驗測得塔頂產(chǎn)品組成X

X、D F殘液組成XR和填料層高度ZWHETP＝Z/N。T三、實驗裝置與流程本實驗裝置為填料精餾塔，其特征數(shù)據(jù)如下：塔內(nèi)徑D＝68m，塔內(nèi)填料層總高度Z=1.6（亂堆，進料位置距填料層頂面1.2m0.4θФ10×10mm。塔釜液體加熱采用電加熱，塔頂冷凝器為盤管換熱器。供料采用微計量泵進料。填料精餾塔實驗裝置如圖1所示：圖1精餾塔實驗裝置流程圖1-可移動框架2-塔釜液位指示器3-塔釜排污閥4-電加熱管5-塔釜溫度傳感器6-閥1進料泵進料取樣口210-進料轉子流量計3413-5原料罐排污閥15-原料罐排空閥16-禁錮腳17-移動輪子18-冷凝器19-冷凝盤管20-塔頂排氣管21-玻璃視盅22-123-冷卻水閥門24-225-填料冷卻水調(diào)節(jié)閥門27-28-29塔壓降壓力表30-塔頂出料溫度傳感器31-分配器電磁閥32-回流緩沖罐33-回流溫度傳感器34-回流轉子流量計35-成品取樣口36-成品罐排空閥37-638-7成品罐成品罐排污閥41-原料罐圖2配料管路圖塔釜排污閥83-925-3458原料罐排污閥1010-循環(huán)泵塔釜排空閥12-塔釜13-614-成品罐排空閥15-1116-717-成品罐18-成品罐排污閥19-原料罐排空閥20-原料罐2．儀表控制面板圖3儀表控制板回流比電源開關儀表電源開關指示燈塔釜溫度控制儀空氣開關組流比控制儀表7-加熱管電壓表8-進料量手自動控制儀9-智能溫度巡檢儀10-動切換開關及調(diào)節(jié)旋鈕11-加熱管啟動按鈕12-加熱管停止按鈕13-循環(huán)泵電源開關14-進料泵電源開關四、實驗步驟及注意事項（一）實驗步驟：配料把純凈水和酒精質量配置成質量濃度為16%~19%212／3以上。822／32和塔釜排空閥。關閉原料罐排空閥、閥10345液全部流到原料罐中，完成之后關閉閥5，關上原料罐排空閥剩很小一個縫。加熱打開閥6，關上閥7、進料閥12，成品罐的排空閥開一個很小的縫打開塔頂排氣管的閥門，加熱之前一定要檢查。開，順時針方向關閉，逆時針方向打開。檢查冷卻水流通是否正常。打開控制柜上的電源開關，把加熱管手自動轉換開關轉到手動，把電加熱罐手動調(diào)節(jié)100V～150V之后開始加熱