【精品实用】单元操作指导书

单元操作 指导书 辽宁石化职业技术学院 石油化工系化学工程技术教研室 心泵性能实验 一、实验目的 1、掌握离心泵的操作； 2、测定一定转速下的离心泵特性曲线。 二、基本原理 在一定转速下，离心泵的压头 H、轴功率 N 及效率 均随实际流量 Q 的大小而改变。通常用水通过实验测出 间的关系，并以曲线表示之，称为特性曲线。特性曲线是确定泵的适宜操作条件和选用离心泵的重要依据。 如果在泵的操作中，测得其流量 Q、进，出口的压力和泵所消耗的功率 (即轴功率 )，则可求得其特性曲线。 泵的压头为 式中 泵出口处的压力表读数，以 m 水柱 (表压 )表示； 泵入口处的真空表读数，以 m 水柱 (表压 )表示； 压力表和真空表测压接头之间的垂直距离， m； 压出管内水的流速， m s； 吸入管内水的流速， m s， 轴功率就是泵从电机接收到的实际功率。在本实验中不直接测量轴功率，而是用瓦特计测得电机的输入功率，再由下式求得轴功率。 N 轴 N 电 传 式中 N 电 电动机的输入功率， 传 联轴节 和其它传动装置的传动效率，无因次，一般近似取 1。 泵的效率 为有效功率与其轴功率之比，由下式求得 轴100102 式中 Q 泵的流量， s； H 泵的压头， m； 水的密度， 三、实验装置 本实验用211离心泵进行实验，其装置如图 2示，离心泵用三相电动机带动，将水从水槽中吸入，然后由压出管排至水槽，在吸入管进口处装有滤水器，以免污物进入水泵。滤水器上带有单向阀，以使在起动前可使泵内罐满水，在泵的 吸入口和压出口处，分别装有真空表和压力表，以测量水的进出口处压力，泵的出口管线装有喉口直径24文氏流量计。用来计量水的流量。装有阀门，用来调节水的流量或管内压力。另用三相瓦特表测量电动机输入功率。 图 2离心泵性能实验装置流程 123456 7水银压差计； 89101112 1314四、实验方法 1了解设备，熟悉流程及所用仪表。 2检查轴承润滑情况，用手转动联轴节视其是否转动灵活。 3旋开加水漏斗及泵壳上部的放气旋塞，向泵内罐水至满，然后关闭漏斗和旋塞。 4充满水后，关闭泵的出口阀门，此时 U 型压差计的平衡夹和放气夹都要打开。 上述工作准备妥当，经指导教师同意，可接通电源起动电动机；使泵运转。在运转中要注意安全，防止触电及注意电机是否有过热，过大噪音或其它故障。如有不正常现象，应立即停车，与指导教师讨论其原因及处理办法。 5慢慢开启出口阀，使流量计测压接头处保持正压，让水流经测压导管，以排出测压导管中的空气。排气结束，关闭 U 型压 差计上的放气夹，再关平衡夹。关闭出口阀，检查压差计两臂读数是否相等。否则应重新排气。 6用出口阀调节流量，从零到最大或反之，取 8 10 组数据，数据取完后关闭出口阀，检查 U 型压差计两臂读数是否相等。否则，可能是实验过程中有漏气现象。应查找原因，并考虑是否重作实验。 7实验结束后，停电动机，打开 U 型压差计上部的平衡夹和放气夹。 注意：不应使水泵在长时间出口阀关闭情况下运转。 五、数据处理 离心泵性能实验数据表 水泵型号： _，转数 _转分 进出口管径 _ 压力表与真空表高差 _m 水温： _ ， 水的密度 _号 文氏流量计压差示值 流量/(m3/s) 压力表 示 值 /(真空表 示值 /头 /m 轴功率 /效功率/率 左 右 差 瓦特表示 值 轴功率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 在直角座标纸上描绘出水泵的压头 H、功率 N，效率 与流量 Q 的特性关系曲线，并根据所得曲，线，标出适宜操作区。 六、思考与讨论 1离心泵的工作原理是什么 ?离心泵有什么特点 ?有哪些主要指标 ? 2离心泵启动时为什么必须灌水排气 ? 3连接文氏流量计的 U 型压差计进行排气操作时，连接文氏管喉部的一端，当管内流速较大时，可能将外界空气倒抽入管中，这是为什么 ? 4为什么离心泵工作时，文氏管的压差计差值越大，泵入口真空表的 读数越大 ? 出口处的压力表这时将如何指示 ? 5从所测得的实验数据中分析，离心泵启动时为什么要关闭出口阀门 ? 6试回答：为何没有在泵入口处安装调节阀 ? 传热综合实验 一、实验目的 1、掌握传热的开停车操作； 2、测定空气在圆形直管内做强制湍流时的对流传热膜系数，并用准数整理数据，确定经验公式的常数。 3、通过实验提高对关联式的理解，分析影响的因素，了解工程上强化传热的措施。 二、基本原理 Q 式中 Q 一 单位时间内的传热量， J s； W 一 空气流量， s； 一空气 进出口温度下的平均比热， J K 空气进口温度， K； 空气出口温度， K。 W 式中 空气的体积流量，可按下式计算： 0 001233R 式中 R 流量计指示仪表 (压差计 )示值 ( 空气的密度，可按理想气体由下式计算。 式中 大气压强 (可取当地全年平均大气压。 流量计前端被测介质表压强 (t 流量计前介质温度 ( )可取 t=t 进 。 又传热基本方程式为 Q=中 K 一 总传热系数， W K； A 一以圆管内径为基准的传热面积， 本实验因主要热阻在空气一侧，故直径取管内径为合理，本实验装置 L d= 对数平均传热温度差， K； 出进进出出进出进 )( T 一蒸汽温度，。 又根据总传热系数与管壁热阻和管内、外传热膜系数之间的关系为： (管壁很薄，近似按平壁计算 ) 2111 式中 1一 管内传热膜系数， W K； 2一 管外传热膜系数， W K； 一管壁厚度， m， 一管材的导热系数， W m K。 在空气和蒸汽冷凝传热过程中，热阻主要集中在管内空气一侧，而管外一侧蒸汽冷凝和铜管热阻远比空气侧小得多，所以取圆管内传热膜系数 1 K，即 mm A)C p ( 2 因此 可以通过测定总传热系数 K 进行测取，综上所述，只要在实验中测得空气流量，进、出口温度以及传热面积，就可以求得空气一测的传热膜系数 1。 根据广泛的实验研究，对流体无物态变化的稳定对流传热 而言，给热准数方程式的一般式为 Nu=0) 强制对流时，因为 数可以忽略，因此 Nu= 0) 对气体而言，从理论上分析，原子数相同的气体， 数应为一常数，不随温度压力而变。根据实际测定，基本上符合理论分析，干空气在各不同温度下的 本不变，因此 Nu=0) 通常 管径， 管长，根据前人的研究， 050， L d 的影响已无关重要，因此 Nu=这一关系，一般地可以写为 中 雷诺准数。 这里用下标 m 表示换热段内的数值，因质量流量处处相等，故 m。式中的 在 0 120范围内可按下式计算：旺 10 5+10 8t 定 （ N S 式中努塞尔特准数可按下式计算 A)( 进出 其中导热系数 可按下式计算： (定性温度在 40 80 ) )(w m ) 将以上算出的一组组 在双对数座标纸上标绘，用作图 法求出常数 A 和 m。 并与下面的计算公式进行比较，算出误差。 t 式中 温度修正系数，当气体被冷却时 t 1；当气体被加热时 t (f 定性温度，； 管壁温度，。 三、实验装置 本实验装置是由两条套管换热器组成，其中一条内管是光滑管，另一条内管是螺旋槽管，如图所示 (图中只画出一根套管另一根套管的流程完全相同 )，空气由风机 1 输送，经41圆喷咀流量计 2，风量调节阀 3，再经套管换热器内管后，排向大气 。蒸汽由锅炉供应，经蒸汽控制阀 11 进入套管换热器环隙空间，不凝性气体由放气旋塞 12 排出，冷凝水由疏水器 13 排除。 四、实验方法 1熟悉空气系统的流程，掌握空气的调节和计量方法，熟悉蒸汽系统的流程，蒸气压力的控制和实验过程冷凝水的排放。 2开动风机 1 向套管换热器内管送空气，然后开蒸汽调节阀 11 向蒸汽套管 4 通入加热蒸气。打开放气旋塞 12，排除蒸汽套管中积存的空气，待有蒸汽喷出时，关小放气旋塞12，用以排出蒸汽中不凝气体。 3用蒸汽调节阀控制蒸汽压力恒定的条件下，调节空气流量待传热稳定后，读取实验数据，改 变空气流量从小到大或相反，测定 10 组数据。注意流量间隔应适当，以便作图时实验点在座标纸上分布均匀。 4实验结束后，先关闭蒸汽阀，打开旋塞 12 放气，再关闭空气风机，打开疏水器，检查实验仪器的使用情况经指导老师同意，停止实验。 五、对实验报告中实验结果部分的要求 1在双对数座标纸上以 座标，描出光滑管和螺旋管的 线。 2找出光滑管的 ， m 的数值 (参考有关资料 )，并与基本原理中提供的准数方程式进行对比、分析。 3将光滑管与螺旋槽管的实验结果进行对比分析，做出，实验 结论。 六、 思考题 1测取数据前，为什么要排除管中空气 ? 2在实验过程中如何判别过程是否达到稳定 ? 3有人提出如下几个方案，以强化本实验设备的传热强度 (Q A)、试联系传热方程式加以分析比较，看看这些方案各有何优缺点，并与螺旋槽管强化传热的方案比较，得出什么结论。 四种方案如下： (1)提高空气流速； (2)提高蒸汽压力； (3)采用过热蒸汽以提高蒸汽温度； (4)在蒸汽一侧管壁上加上翅片，增大冷凝面积，导走冷凝液。 1普通套管换热器 2强化套管换热器 3蒸汽发生器 4旋涡气泵 5旁路调节阀 6孔板流量计 7、 8空气支路控制阀 9、 10蒸汽排出口 11、 12蒸汽支路控制阀 13液位计 14放水口 15加水口 16冷凝液 回流口 强化管内部螺旋线圈结构示意图 图 1 空气水蒸汽传热实验装置流程图 管路拆装训练 一 、训练目的 熟悉可拆式组装管路的安装过程，并掌握其安装技术。 二、训练内容 管路的布置是由设备的布置而确定，要正确的布置和安装管路，必须明确生产工艺的特点和操作条件的要求，遵循管路布置和安装的原则，绘制出配管图。 管路的组装方式大致可分为两类：一类是可拆式，即用法兰、丝扣、填料等方法连接；另一类是不可拆式，主要是采用焊接方法连接。此处重点介绍可拆式。 可拆式在组装时，先将管路接现场位置分成若干段组装。然后从管路一端向另一端固定接口逐次组合；也可以从管路二端接口向中间逐次组合。但在组合过程中，必须经常检查管路 中心线的偏差，尽量避免因偏离过大而造成最后合拢的接口处错口太大的毛病。本训练的管路系统一定，在拆除后安装恢复原样，以此训练管路安装的基本技能。 管路的安装工作包括：管路安装、法兰和螺纹接合、阀门安装、孔板的安装和试压。 1管路安装 管路的安装应得保证横平竖直，水平管其偏差不大于 1510m，但其全长不能大于 50直管偏差不能大于 10 2法兰与螺纹接合 法兰安装要做到对得正、不反口、不错口、不张口。紧固法兰时要做到：未加垫片前，将法兰密封面清理干净，其表面不得有沟纹；垫片的位置要放 正，不能加入双层垫片；在紧螺栓时要按对称位置的秩序拧紧，紧好之后螺栓两头应露出 2 4 扣；管道安装时，每对法兰的平行度、同心度应符合要求。 螺纹接合时管路端部应加工外螺纹，利用螺纹与管箍、管件和活管接头配合固定。其密封则主要依靠锥管螺纹的咬合和在螺纹之间加敷的密封材料来达到。常用的密封材料是白漆加麻丝或四氟膜，缠绕在螺纹表面，然后将螺纹配合拧紧。 3阀门安装 阀门安装时应把阀门清理干净，关闭好进行安装，单向阀、截止阀及调节阀安装时应注意介质流向，阀的手轮便于操作。 4孔板安装 孔板一般安装在水平直管上。若 必须安装在竖管上，液体流向应是由下向上，对于气体和蒸汽应是由上向下。孔板前后应有必要的直管段，前段须有 15 20d 的直管段，孔板后须有 5d 的直管段 (d 为管子内直径 )，以保证测量准确，在管段内不得开孔，应尽量避免焊口。 5水压试验 管路安装完毕后，应作强度与严密度试验，试验是否有漏气或漏液现象。管路的操作压力不同，输送的物料不同，试验的要求也不同。当管路系统是进行水压试验，试验压力(表压 )为 294试验压力下维持 5发现渗漏现象，则水压试验即为合格。 三、训练装置 管路训练装置如图 2 示。也可在配有管路的其他装置上进行，但包括管路安装的基本内容，以便学生掌握其技术 。 图 2管路训练装置 四、训练要求 (1)对实际装置的管路尺寸进行测绘并画出安装配管图。 (2)在教师指导和配合下，学生亲自动手安装，要求掌握管子、阀门、管件等安装的基本技术。 (3)安装中要注意安全。完毕后要进行总结、鉴定和评分。 精馏实验 一、实验目的 1了解筛板精馏塔的结构及流程。 2熟悉筛板精馏塔的操作方法。 3掌握筛板精馏塔的全塔效率的测定方法。 4理解灵敏板温度，回流比，蒸汽速度 对精馏过程的影响。 二、基本原理 1理解理论板的概念，掌握 全塔效率和单板效率的概念及计算。 2 灵敏板 一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组成将发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液组成的变化。 在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反应。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度分布曲线如图 2示。这样，当塔顶温度有了可觉察的变化，馏出液组成的波动 早已超出允许的范围。以乙苯 减压精馏为例，当塔顶馏出液中含乙苯由 至 90时，泡点变化仅为 可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。 仔细分析操作条件波动前后温度分布的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生变化之前先感受到进料参数的变动并及时采 取调节手段，以稳定馏出液的组成。 3掌握回流比对精馏操作的影响。 4精馏塔的操作控制 任何设备的性能都与操作有关，对精馏塔而言，其操作主要是指正确选择回流比，控制塔内蒸汽速度适当，选择合适的进料状况和进料位置；控制进料量和塔顶冷凝水用量等等。 （ 1）回流比 回流比的大小对精馏塔的尺寸有很大影响。在本操作中，精馏塔的结构已经固定，当然就不考虑回流比的改变对塔径和塔板数的影响了，而是研究其对产品浓度，产量、全塔效率及电耗等方面的影响。为了在保证产品质量的前提下提高产量，提高效率，减少电耗。操作时应找出适宜 的回流比。至于回流比对上述几方面是如何影响的？本操作中应如何控制最宜回流比？应从理论上分析清楚。 此外，在精馏塔操作中还有一个最小回流比的问题。即实际回流低于最小回流比时，精馏塔就不可能生产出预定浓度的产品。因此，必须根据产品浓度及进料状态算出最小回流比，操作时再据此确定实际回流比。 （ 2）塔内蒸汽速度 塔内蒸汽速度通常是用空塔气速来表示，有关概念可复习教材中的内容。这里应指出的是：当精馏段和提馏段的塔径相同时，各段的空塔气速不一定相同。 实践证明，塔内蒸汽速度的大小对精馏塔的性能影响很大。适当选用较高 的蒸汽速度，不仅可以提高塔板效率，而且可以增大塔的生产能力。但是，过高的蒸汽速度，则会因为产生严重的雾沫夹带及减少汽液接触时间而使塔板效率下降，此外，还有可能造成液泛现象，而破坏整个塔的正常操作，最后只得停止进行。 适宜的蒸汽速度与塔结构和物料性质有关，操作时，必须结合本操作的具体条件进行选择。 三、精馏装置流程 本装置为华东化工学院机械厂生产的 83 50 15A 型筛板式精馏塔，由塔体、供液系统、产品贮槽和仪表控制柜等四部分组成。 塔体采用 457 不锈钢管制成，下部与蒸馏釜相连。蒸馏釜为 250 4603锈钢材质的立式结构，用两支 1 2 1 型电热棒进行加热。其中一支为恒定加热，另一支则用自耦变压器调节控制，并用仪表柜上的电流、电压表加以显示。釜上有温度计和测压计接口以及两个备用接口。塔身设有两个加料口，可供操作时选择。塔身共有十五块塔板。塔身主要参数为： 塔径； 50塔板：厚 =1锈钢板，孔径 数 n=20，排列方式为三角形 板间距； 00溢流管：管径 14 2锈钢管，堰高 0塔顶和“ 灵敏板”两塔段中分别装有 001 微型铜电阻感温计各一支，并由仪表柜上的 102 温度指示仪加以显示，用以监测汽相组成之变化。 塔顶上装有不锈钢蛇管式冷凝器。蛇管为 14 2 2500水作为冷却剂。冷凝器上方装有排气旋塞。产品贮槽尺寸为 250 460 3质不锈钢，贮槽上方设有观察罩，作测产品浓度用。 回流管、产品及供料管分别采用 14 2、 8 1不锈钢管。用转子流量计分别计量产品、回流液及供料量，料液贮存于料液贮罐，由供料泵向实验装置供料。本装置流程如图所示。 筛 板塔精馏流程 四、实验方法 1 配制浓度为 4 5%(质 )的乙醇一水溶液，由供料泵注入蒸馏釜内至液面计上标记为止； 2在供料槽中再配制浓度为 15 20 (质 )的乙醇一水溶液，作操作时的加料用。其数量按获取 度为 92 (质 )的塔顶产品计算； 3通电启动电热棒加热釜液； 4开启冷却水进口阀； 5先进行全回流操作，控制蒸发量，回流液浓度，找出回流液浓度达 92 (质 )时灵敏板的温度数据 (80左右