化工原理实验讲义合肥学院化学与材料工程系化工实验教研室编2007.8．实验二 离心泵特性曲线测定一、实验目的1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。

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泵的扬程H 、轴功率N 及效率η与泵的流量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．扬程H 的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程： gu u +Z Z +g ρp p =H 221221212式中：p 1,p 2——分别为泵进、出口的压强 N/m 2 ρ——流体密度 kg/m 3u 1, u 2——分别为泵进、出口的流量m/sg ——重力加速度 m/s 2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：gp p H ρ'1'2-=由上式可知：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。

2．轴功率N 的测量与计算轴的功率可按下式计算：w N ∙=94.0 式中，N —泵的轴功率，Ww —电机输出功率，W由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。

3．效率η的计算泵的效率η是泵的有效功率Ne 与轴功率N 的比值。

有效功率Ne 是单位时间内流体自泵得到的功，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=HV ρg 故η=Ne/N=HV ρg/N 4．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：流量n n VV '=' 扬程 2)(n n H H '='轴功率 3)(n n N N '=' N 效率 ηρρη=='''='N gVH N g H V离心泵功率转换系数＝0.89三、实验装置与流程离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：图2-1 离心泵实验装置流程示意图3．仪表控制柜面板如图2-2所示：图2-2 流体力学综合实验装置仪表面板1、空气开关2、3、4电源指示灯5、流量控制仪6、6路巡检仪（单位m3／h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：r／min）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。

四、实验步骤及注意事项1．灌泵储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。

2．启动水泵打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。

把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。

3.打开离心泵监控软件，输入班级、姓名、学号等信息，进入离心泵监控界面，打开阀1到最大，每隔2m3／h采集一组数据（等数据稳定之后再采集），从最大流量做到0。

4.数据采集完毕后，按离心泵停止按钮，泵停止。

5、打开数据处理软件，打开采集的数据，进行数据处理，计算出数据处理结果，绘出离心泵特性曲线。

实验完毕注意事项：1、一般每次实验前，均需对泵进行灌泵操作，以防止离心泵气缚。

同时注意定期对泵进行保养，防止叶轮被固体颗粒损坏。

2、泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。

实验数据记录离心泵原始数据水温：℃五、实验报告1．在同一张坐标纸上描绘一定转速下的H～V、N～V、η～V曲线2．分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。

六、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？十分还有其他方法调节流量？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1200Kg／m3的盐水（忽略密度的影响），在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？实验七筛板式精馏塔实验一、实验目的1．了解筛板精溜塔和附属设备的基本结构。

2．掌握精溜过程的基本操作方法。

3．测定塔顶、塔底及塔板上的液相组成，据此求取全回流工况下的理论塔板数全塔效率和单板效率。

4．调节精溜塔的进、出料量和塔釜加热功率，使精溜塔稳定达到所需回流比下的部分回流工况。

5．测定塔顶、塔底液相组成，据此求取回流比下的理论塔板数和全塔效率。

6．调节精流塔使其稳定操作于不同的回流比工况，求取相应的全塔效率。

7．分析实验结果，归纳总结回流比对精流塔分离效率的影响二、基本原理在板式精流塔的精溜过程中，每一层塔板的汽、液相间进行着热、质传递，。

通常用塔的塔板效率表示塔板上传质的完善程度。

最常用的有单板效率和全塔效率。

单板效率直接反映单独一层塔板上传质的优劣，常用于塔板研究中，而全塔效率是反映整个塔的平均传质效果，常用于板式塔的设计中。

1．全回流操作时的单板效率和全塔效率。

1.1 单板效率单板效率指气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过理论板所达到的组成变化值之比，单板效率统称由实验测的。

汽相单板效率：Emv=(yn-yn+1)/(yn’-yn+1)液相单板效率：Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn’)式中：yn，yn+1 ---------离开第块塔板的蒸汽组成，摩尔分数xn-1,xn------离开第块塔板的液体组成,摩尔分数y*n--------与成平衡的气相组成,摩尔分数xxn*------与T成平衡的液相组成,摩尔分数考虑到全回流操作时的操作线方程:则5-1式可以写成:Emv = (xn-1-xn)/(yn*-xn)1.2 全塔效率ET = (NT-1)/NP ×100%式中：NT----一定分离任务所需要的理论塔板数，包括蒸馏釜NP-----完成一定分离任务所需要的实际塔板数，本装置NP=8在精流塔中全回流操作时，操作曲线在图上为对角线，根据塔底的组成在操作线和平衡线见作梯级，即可得到理论塔板数。

2、部分回流操作是全塔效率的测定2.1 精馏段操作线方程yn+1 =Rxn/（R+1）+ XD/（R+1）2.2 提馏段操作线方程ym+1 =L’xm/（L’-W）-Wxw/(L’-W)2.3 线方程y = qx/（q-1）-XF/（q-1）2.4 回流比R的确定R = L/D2.5 理论塔板数根据以上计算得到的精馏段操作向方程和q线方程，以及取样得到的馏出液组成Xd，塔釜组成XW和进料液组成XF，在y--x图上用图解法即可得到理论塔板数NT。

2.6 全塔效率ET` = （NT -1）/NP ×100%3、精馏过程稳定连续操作条件3.1 物料衡算: F=W+D(1)总物料不平衡时,进料量大于出料量,回引起淹塔,相反会引起干塔,最终会导致破坏精馏塔的正常操作.(2)各物料的平衡:FXF=WXW+DXD当进料量F,进料组成XF以及产品的分离要求XW,XD一定的情况下,应严格保证馏出液D和釜液W的采出率.3.2 分离能力3.3 正常的汽、液负荷量精馏塔操作时,应有正常的气、液负荷量，避免发生以下不正常的操作。

（1）液末夹带（2）漏夜（3）溢流液泛三、实验装置及流程本塔为精馏筛板塔，全塔共有八块塔板，全塔高度为2.5米，塔身的尺寸结构为：塔径φ57×3.5mm,塔板间距为80mm，溢流管截面积为80mm2，溢流堰高度为10mm，塔板间距为4mm，每块塔板上开有直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，空间距为6mm.蒸馏釜尺寸为：φ108×4×400mm.冷凝器为溢蛇管式换热器，换热面积为0.06m2，管外走蒸汽，管内走冷却水，原料液槽为一#300×3×350mm不锈钢容器，顶部有放空管及与泵相连得入口管，下部有向塔供料得出口管.本实验采用的旋涡式水泵，型号为20W—20，流量为0.72m3/h，扬程为精馏装置流程示意图四、实验方法及注意事项熟悉本实验装置的设备结构，流程和测量仪表，了解各部件的作用和仪表的使用方法。

预见配制15%乙醇-丙醇于料液槽内，启动旋涡泵，将料液打入高位槽。

启动总电源开关，启动塔釜加热及塔身伴热，观察塔釜、塔身、塔顶温度及塔板上的气液接触状况，发现塔顶温度开始上升时，打开塔顶冷凝装置。

测定全回流条件下的单板效率及塔板效率：在一定回流量下，全回流一段时间，待该塔操作参数稳定后，即可杂塔顶、塔釜及塔板山个取样，用阿贝折光仪进行分析。

测定部分回流条件下的全塔板效率。

建议进料量维持在3L/h，回流比2-4。

实验完毕，停止加热，关闭塔釜加热及塔身伴热，待无下降液时，关闭冷凝装置。

注意：（1）塔釜液位应在250-300毫米之间，不要过低，以免加热时烧坏电加热器。

（2）做实验时，要开启塔顶防空阀，以保证精馏塔的常压操作。

（3）正常操作事塔板压降小于180mmH2O若操作时塔板压降过高，请及时增加冷却水量，并对塔釜加热量进行调节。

五、报告要求1、直角坐标纸上绘制X-Y图，用图解法求出理论塔板数。

2、求出全塔效率和单板效率。

六、思考题1、试分析产品不合格的原因及调节方法。

2、怎样的鼓泡状况才算正常，正常是塔内气液两相流动的特点是什么？3、分析影响精馏塔操作稳定的因素有那些？如何判断已达到稳定？4、改变回流比对塔的操作有何影响？5、影响全塔效率的主要因素有那些？6、精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数？塔釜压力与哪些因数有关？7、板式塔汽液两相的流动特点是什么？8、操作中增加回流比的方法是什么？能否采用减少塔顶出料量D的方法？9、精馏塔在操作过程中，由于塔顶采出率太大而造成产品不合格，恢复正常的最快、最有效的方法是什么？10、本实验中，进料状况为冷态进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流又没有出料的现象？应如何调节？11、在部分回流操作时，你是如何根据全回流的数据，选择一个合适的回流比和进料口位置的？如果在精馏操作中，回流比等于或者小于最小回流比，是否表示精馏操作无法进行？12、如果增加本塔的塔板数，在相同的操作条件下是否可以得到纯乙醇？为什么？13、总板效率、单板效率、点效率有何不同？若测定部分回流时的效率需要测定哪些组成？14、为什么一般可以把塔釜当成一块理论板处理？附录：技术参数和指标（一）乙醇-丙醇平衡数据（摩尔分率）以上平衡数据摘自：J.Gembling,U.Onken Vapor-Liquid Equilbrium Data Collection-Organic Hydroxy Compounds:Alcohol(p.336)（二）乙醇-丙醇折光率与溶液浓度的关系（以乙醇的浓度为基准）折光率与质量分率间的关系可按下列回归式计算：25 ℃W=56.60579-40.84584n d40℃W=59.28144-42.76903n d其中：W为乙醇的质量分率：n d为折光率读数。