过滤与传热实验(新)(1).doc

实验讲稿
实验三 恒压过滤实验

一、实验目的
1．熟悉板框过滤机的构造和操作方法；
2．测定恒压过滤操作时的过滤常数 K 、 qe 、 θe 及压缩性指数s和滤饼常数k。
二、基本原理
过滤是液体通过滤渣层（过滤介质与滤饼）的流动。无论是生产还是设计，过滤计算都要有过滤常数作依据。由于滤渣厚度随着时间而增加，所以恒压过滤速度随着时间而降低。不同物料形成的悬浮液，其过滤常数差别很大，即使是同一种物料，由于浓度不同，滤浆温度不同，其过滤常数也不尽相同，故要有可靠的实验数据作参考。
根据恒压过滤方程： （1） 　　
式中: ─ 单位过滤面积获得的滤液体积 [ m3/m2 ]
─ 单位过滤面积的虚拟滤液体积 [ m3/m2]
─ 实际过滤时间 [ s ]
─ 虚拟过滤时间 [ s ]
─ 过滤常数 [ m2/s ]
将(1)式微分得:
（2）
当各数据点的时间间隔不大时，可以用增量之比 来代替即：

上式为一直线方程。试验时，在恒压下过滤要测定的悬浮液，测出过滤时间θ及滤液累
计量q的数据，在直角坐标纸上标绘对的关系，所得直线斜率为 截距从而求出K，。
　 由下式得：

过滤常数的定义式： （3）

两边取对数： （4）

因 s＝常数，＝常数，故与△p的关系，在双对数坐标上标绘的是一

条直线。直线的斜率为 1-s，截距为lg2k，由此可计算出压缩性指数 s和滤饼常数。

三、实验装置与流程
本实验装置由空压机、配料槽、压力料槽、板框过滤机等组成，其流程示意如图1。

1－空压机；2－压力罐；3－安全阀；4－压力表；5－压力传感器；6－清水罐；7－滤框；8－滤板；
9－手轮； 10－通孔切换阀； 11－调压阀； 12－电磁阀； 13－配料罐； 14－地沟；15－电子天平
图1 板框压滤机过滤流程
CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力罐中，用压缩空气加以搅拌使CaCO3不致沉降，同时利用压缩空气的压力将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流到电子天平处称量，压缩空气从压力罐上排空管中排出。
板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积 0.0127m2(实际测量为0.0127m2。)，框数2个。
空气压缩机规格型号：风量0.06m3/min，最大气压0.8Mpa。
四、实验步骤
1．实验准备
配料：在配料罐内配制含CaCO310％～浓度高容易堵塞。20％（wt. %）的水悬浮液，碳酸钙事先由天平称重，水位高度按标尺示意，筒身直径35mm。配置时，应将配料罐底部阀门关闭。
搅拌：开启空压机，将压缩空气通入配料罐（空压机的出口小球阀保持半开，进入配料罐的两个阀门保持适当开度），使CaCO3悬浮液搅拌均匀。搅拌时，应将配料罐的顶盖合上。
设定压力：分别打开进压力罐的三路阀门，空压机过来的压缩空气经各定值调节阀分别设定为0.1MPa、0.2MPa和0.25MPa（出厂已设定，实验时不需要再调压。若欲作0.25MPa以上压力过滤，需调节压力罐安全阀）。设定定值调节阀时，压力灌泄压阀可略开。
装板框：正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿，滤布要绷紧，不能起皱。滤布紧贴滤板，密封垫贴紧滤布。（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。
灌清水：向清水罐通入自来水，液面达视镜2/3高度左右。灌清水时，应将安全阀处的泄压阀打开。
灌料：在压力罐泄压阀打开的情况下，打开配料罐和压力罐间的进料阀门，使料浆自动由配料桶流入压力罐至其视镜1/2~2/3处，关闭进料阀门。
2．过滤过程
鼓泡：通压缩空气至压力罐，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。
过滤：将中间双面板下通孔切换阀开到通孔通路状态。打开进板框前料液进口的两个阀门，打开出板框后清液出口球阀。此时，压力表指示过滤压力，清液出口流出滤液。
每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次△V取800mL左右。记录相应的过滤时间△ϴ。每个压力下，测量8～10个读数即可停止实验。若欲得到干而厚的滤饼，则应每个压力下做到没有清液流出为止。电子天平将测得滤液质量的数据传给计算机，计算机将其转换成体积后显示在组态软件上。（注意：△V在800mL左右时点击采集数据）
一个压力下的实验完成后，先打开泄压阀使压力罐泄压。卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆桶内搅拌配料，进入下一个压力实验。注意若清水罐水不足，可补充一定水源，补水时仍应打开该罐的泄压阀。
3．清洗过程
关闭板框过滤的进出阀门。将中间双面板下通孔切换阀开到通孔关闭状态（阀门手柄与滤板平行为过滤状态，垂直为清洗状态）。
打开清洗液进入板框的进出阀门（板框前两个进口阀，板框后一个出口阀）。此时，压力表指示清洗压力，清液出口流出清洗液。清洗液速度比同压力下过滤速度小很多。
清洗液流动约1min，可观察混浊变化判断结束。一般物料可不进行清洗过程。结束清洗过程，也是关闭清洗液进出板框的阀门，关闭定值调节阀后进气阀门。
4．实验结束
先关闭空压机出口球阀，关闭空压机电源。
打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。
卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。
将压力罐内物料反压到配料罐内备下次使用，或将该二罐物料直接排空后用清水冲洗。
注意事项：
1．熟悉各阀门、管路、板框压滤机的走向，在操作过程中千万不要把阀门的作用搞错。
2．滤板、滤框的安装要正确。
3．滤布应先湿透，安装时，滤布孔要对准压滤机孔道。表面要拉平。
4．过滤压力要维持恒定，过滤压力的选用必须征得指导教师的同意。
5．CaCO3加入桶内时一定要过滤，防止杂质堵塞管道、闸门、螺杆泵造成过滤压力不稳定。
五、实验数据及处理结果
1．实验数据记录
压力
△p1（1.0 kg/cm2）
△p2（1.5 kg/cm2）
△p3（2.0 kg/cm2）
序号
过滤时间θ
滤液量q
过滤时间θ
滤液量q
过滤时间θ
滤液量q
1

2

3

4

5

6

7

8

2．实验数据处理结果
1）由恒压过滤实验数据求过滤常数K、qe、θe。
2）比较几种压差下的K、qe、θe值，讨论压差变化对以上参数数值的影响。
3）在直角坐标纸上绘制lgK~lg△p关系曲线，求出s和k的值。

六、思考题
1．你的实验数据中第一点有无偏低或偏高现象？怎样解释？如何对待第一点数据？
2. 为什么过滤开始时，滤液常常有一点混浊，过一段时间才转清？

实验讲稿
实验四 换热器的操作和传热系数的测定
一、实验目的
1、了解换热器的结构；
2、掌握测定传热系数K的方法；
3、学会换热器的操作方法，提高研究和解决传热实际问题的能力
二、基本原理
列管式换热器是工业生产中广泛使用的一种间壁式换热设备，通常由壳体、管束、隔板、挡板等主要部件组成。冷、热流体借助于换热器中的管束进行热量交换而完成加热或冷却任务。衡量一个换热器性能好坏的标准是换热器的传热系数K值。

由传热速率方程式知：
Q=K A
式中

可由P，R两因数根据安得伍德（Underwood）和鲍曼(Bowman)提出的图算法查取。式中：

、——热、冷流体的传热速率〔W〕
Q——换热器的传热速率〔W〕
、——热、冷流体质量流量〔kg/s〕(=)
、——热、冷流体的平均恒压热容〔J/kg〕
、——热流体进、出口温度〔〕
、——冷流体进、出口温度〔〕
K——换热器的总传热系数〔W/〕
A——换热器传热面积〔〕（A＝）
——冷、热流体的对数平均传热温差〔〕
——按逆流流动形式计算的对数平均传热温差〔〕
以管束外表面积为基准的传热系数可由下式求取：

三、实验装置及流程

介质A：空气经增压气泵（冷风机）C601送到水冷却器E604，调节空气温度至常温后，作为冷介质使用。
介质B：空气经增压气泵（热风机）C602送到热风加热器E605，经加热器加热至70℃后，作为热介质使用。
介质C：来自外管网的自来水。
介质D：水经过蒸汽发生器R601汽化，产生压力为≤0.2MPa(G)的饱和水蒸汽。
从冷风风机C601出来的冷风经水冷却器E604和其旁路控温后，① 进入列管式换热器E603的管程，与热风换热后放空；② 经板式换热器E602与热风换热后放空；③ 经套管式换热器E601内管，与水蒸气换热后放空；④ 经列管式换热器E603管程后，再进入板式换热器E602，与热风换热后放空。
从热风风机C602出来的热风经热风加热器E605加热后，分为三路：① 进入列管式换热器E603的壳程，与冷风换热后放空；② 进入板式换热器E602，与冷风换热后放空；③ 经列管式换热器E603壳程换热后，再进入板式换热器E602，与冷风换热后放空。其中，热风进入列管式换热器E603的壳程分为两种形式，与冷风并流或逆流。
从蒸汽发生器R601出来的蒸汽，经套管式换热器E601的外管与内管的冷风换热后排空。

工艺参数指标：
温度控制：热风加热器出口热风温度：0～80℃，高位报警：H=100℃；
水冷却器出口冷风温度：0～30℃；
列管式换热器冷风出口温度：40-50℃，高位报警：H=70℃；
流量控制：冷风流量：15～60m3/h
热风流量：15～60m3/h；
液位控制：蒸汽发生器液位：200-500mm,低位报警：L=200mm。

四、实验步骤
准备阶段
检查所有仪表、设备是否处于正常状态，开启总电源开关，打开控制柜上空气开关33（1QF），打开装置仪表电源总开关10(2QF)，打开仪表电源开关SA1(8), 查看所有仪表是否上电，指示是否正常。将各阀门顺时针旋转操作到关的状态。检查孔板流量计正压阀和负压阀是否均处于开启状态（实验中保持开启）。调节温度控制仪的设定温度到指定值。
实验阶段
1、启动热风机C602，调节风机出口流量FIC602为某一实验值，开启C602热风风机出口阀VA05，列管式换热器E603热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18),启动热风加热器E605（首先在C3000A上手动控制加热功率大小，待温度缓慢升高到实验值时，调为自动，其具体操作方法看附件四），控制热空气温度稳定在～80℃。注意:当流量FIC602≤20%时禁止使用热风加热器，而且，风机运行时，尽量调到最大功率运行。
2、列管式换热器开车：
（1）设备预热
依次开启换热器热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门，通入热风(风机全速运行），待列管式换热器热风进、出口温度基本一致时，开始下步操作。
（2）并流操作
依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。
启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器E604冷风出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃；
调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。
以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。
（3）逆流操作
依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA14、VA17、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。
启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器空气出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃（其控温方法为手动，如主要控制回路中的2.2.4）；
调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。
以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。
实验结束
停止热风加热器，继续大流量运行冷风风机和热风风机，当冷风风机出口总管温度接近常温时，停冷风、停冷风风机出口冷却器冷却水；当热风加热器出口温度TIC607低于40℃时，停热风风机。
装置系统温度降至常温后，关闭系统所有阀门。
切断控制台、仪表盘电源。
清理现场，搞好设备、管道、阀门维护工作。
五、实验记录及数据处理
1、实验记录
序号
冷风系统
热风系统
冷风进口温度(℃)
冷风出口温度(℃)
热风进口温度(℃)
热风出口温度(℃)
水冷却器进口压力
阀门VA07的开度
风机出口流量(m3/h)
电加热设定温度（℃）的开度%
(m3/h)
风机出口流量(m3/h)
1

2

3

4

5

6

2、数据处理

1
2
3
4
5
6
冷流体进口温度℃

冷流体出口温度℃

热流体进口温度 ℃

热流体出口温度 ℃

逆流时对数平均温度差

校正系数

对数平均温度差

冷流体质量流量〔K g/s〕

冷流体比热Cpc kJ/kg K

传热面积A m2

总传热系数K〔W/〕

六、思考题
1．影响传热系数K的因素有哪些？
2．如何强化传热？情结合本实验的实际情况进行分析。