【正文】 I 食品 工 程 原理實驗 哈爾濱工業(yè)大學（威海） II 對學生基本要求 實驗前應根據實驗裝置具體情況，進行實驗預習，列出書寫報告所需要的原始數(shù)據表，并通過老師的檢查提問，方可參加實驗。 實驗做完后，所記錄的數(shù)據經指導老師檢查合格后，才可結束實驗；實驗若有短缺或不合理應該補全或重做。結束實驗后，指導老師在原始數(shù)據表上簽字。 實驗結束后，應將使用的儀器設備整理復原。檢查水源、電源、汽源等是否已確實關斷，并將場地打掃干凈。 實驗后要認真寫實驗報告，報告要求獨立完成，若發(fā)現(xiàn)彼此抄襲，對有關 的所有人都給低于及格分數(shù)線的低分。 實驗報告中，除了包括實驗數(shù)據與計算結果的表格以及需要的標繪曲線外，還必須有計算舉例。同組人取實驗的不同序號進行舉例，列出全部數(shù)字運算過程；若發(fā)現(xiàn)同組中兩人用相同的序號進行計算舉例，則兩人的報告均給低分（萃取實驗和精餾實驗例外）。 對實驗所測得的數(shù)據結果做必要的分析、討論。 III 目 錄 前 言 ............................................................................................錯誤 !未定義書簽。 對學生基本要求 ........................................................................................................... II 緒 論 ............................................................................................................................ 1 實驗 1 離心泵性能測定實驗 ..................................................................................... 2 實驗 2 傳熱綜合實驗 ................................................................................................. 5 實驗 3 干燥速率曲線測定實驗 ............................................................................... 10 實驗 4 精餾實驗 ....................................................................................................... 14 實驗 5 槳葉式萃取塔實驗 ....................................................................................... 17 實驗 6 填料吸收塔實驗 (選做 ) ................................................................................ 20 附錄一 實驗預習與實驗報告的書寫 ...................................................................... 25 附錄二 化工原理實驗數(shù)據簡單處理 ...................................................................... 27 1 緒 論 食品工程 原理實驗是一門非常重要的帶有濃重工程性質的實驗，對于 食品工程 專業(yè)的學生具有特別的重要意義，是一門實踐性很強的專業(yè)技術基礎實驗。它屬于工程技術科學，具有非常顯著的工程性；但同時它屬于技術范疇，同樣具有創(chuàng)新性和保密性。 食品工程 實驗主要以各種單元操作實驗為核心，將各種物理的、化工的、機械的、生物的等現(xiàn)象，人為的“移植”到實驗室，供人們研究、考察、論證，使之為人類服務。本書主要包括：離心泵性能測定實驗，傳熱綜合實驗，洞道干燥實驗，精餾實驗，萃取塔實驗，填料吸收塔實 驗。通過上述實驗，主要培養(yǎng)學生動手操作能力（工業(yè)設備）；加深對化工原理課程中的內容的了解；大量數(shù)據的處理能力和圖形分析能力；并且使得學生形成全方位的解決問題的思考模式。 一般化學實驗又稱為化學反應實驗，一般只局限在玻璃瓶、試管燒杯等小儀器中各種化學反應，而 食品工程 原理實驗不僅有各種化學反應，還涉及容器大小、傳熱，傳質、流動等情況；主要區(qū)別為：一、涉及知識面不同，前者較窄，只針對單一知識面，后者涉及面非常廣，如攪拌器的功率，轉速，容器的尺寸，周邊環(huán)境的防火防爆等；二、影響因素，前者一般均做理想化處理或盡量避免 其影響，后者正視影響的存在，并具體考慮影響因素對實驗過程的作用，如粘度，密度，表面張力等；三、數(shù)據處理，前者處理比較簡單，數(shù)據量較少，后者數(shù)據量大，處理復雜，需要各種儀器方程和修正方程，同時處理方法也很多，如離心泵實驗中要處理數(shù)據為 3842個，傳熱實驗中需要線性回歸并用最小二乘法處理。 綜上所述， 食品工程 原理實驗是 食品工程 專業(yè)所必做的技術基礎實驗 ,也是學生從基礎實驗轉向專業(yè)實驗學習所接觸的第一門工程實驗。該實驗是培養(yǎng)學生各種能力的一個關鍵環(huán)節(jié) ,因此 , 食品工程 原理實驗課教學在培養(yǎng)學生各種能力中也就起著舉足 輕重的作用。 2 實驗 1 離心泵性能測定實驗 一、實驗目的 1. 熟悉離心泵的工作原理和操作方法。 2. 掌握離心泵特性曲線和管路特性曲線的測定和表示方法，加深對離心泵的了解。 3. 掌握離心泵特性管路特性曲線的測定方法、表示方法。 二、實驗內容 1. 練習離心泵的操作。 2. 測定離心泵在一定轉速（頻率）下， H（揚程）、 N（軸功率）、 ?（效率）與 Q（流量）之間的特性曲線。 3. 測定流量調節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。 三、實驗原理 （一）離心泵特性曲線 離心泵是最常見的液體輸送設備。在一定的型號和轉速下，離心泵的揚程 H、軸功率及效率η均隨流量 Q 而改變。通常通過實驗測出 H— Q、 N— Q 及 η — Q 關系，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。泵特性曲線的具體測定方法如下： ⒈ H 的測定 在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程，有 出入入出入出入出出入出出出入入入） ????????????????ffHg uug PPZZHHgugPZHgugPZ2(222222??? 上式中 出入 ?fH 是泵的吸入口和壓出口之間管路內的流體流動阻力 (不包括泵體內部的流動阻力所引起的壓頭損失 )，當所選的兩截面很接近泵體時，與柏努利方程中其它項比較，出入 ?fH 值很小，故可忽略。從設備 參數(shù)可以看出，出口管和入口管的管徑相等，而且本實驗裝置沒有支流管，所以 u 出 =u 入 ，于是上式變?yōu)椋? guug PPZZH 2(22 入出入出入出 ） ?????? ? 將設備參數(shù) ）入出 ZZ ?( 和測得的 入出 PP ? 的值代入上式，即可求得 H 的值。 ⒉ N 的測定 功率表測得的功率為電動機的輸入功率。由于泵是由電動機直接帶動的，傳動效率可視 3 為 ，所以電動機的輸出功率 等于泵的軸功率。即： 泵的軸功率 N＝電動機的輸出功率， kW； 電動機的輸出功率＝電動機的輸入功率電動機的效率； 泵的軸功率＝功率表的讀數(shù)電動機效率， kW。 ⒊ η的測定 NNe?? 其中 10210 00 ?? HQgHQNe ?? kW 式中：η — 泵的效率； N— 泵的軸功率， kW； Ne— 泵的有效功率， kW； H— 泵的壓頭， m； Q— 泵的流量， m3/s； ρ — 水的密度， kg/m3。 （二）管路特性曲線 當離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關，還與管路特性有關，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，泵所能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圖上，兩曲線交點即為泵在該管路的工作點。因此，可通過改變泵轉速，即電機輸入頻率來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲 線。泵的壓頭 H 計算同上。 四、實驗裝置圖 圖 11 離心泵性能測試實驗裝置圖 1離心泵 2真空表 3壓力表 4變頻器 5功率表 6流量調節(jié)閥 7實驗管路 8溫度計9渦輪流量計 10實驗水箱 11放水閥 12頻率計 （流量測量：標準渦輪流量計測量；泵的入口真空度和出口壓強：用真空表和壓強表來測量。電動機輸入功率：用功率表來測量。） 4 五、實驗方法和步驟 1. 檢查水箱；打開流量調節(jié)閥６至最大，按下電源的綠色按鈕，通電預熱數(shù)字顯示儀表；檢查 FWD 燈是否亮； 2. 按下變頻器的啟動按鈕，啟動離心泵。用閥６ 調節(jié)流量，從流量最大至為零，打開壓力表閥門和真空表閥門，測取 12～ 14 組數(shù)據（同時測量泵入口真空度、泵出口壓強、流量計讀數(shù)、功率表讀數(shù)），并記錄水溫。 3. 測量管路特性曲線測定時，先置流量調節(jié)閥 6 為某一狀態(tài) (使系統(tǒng)流量為某一固定值 )。 4. 調節(jié)離心泵電機頻率，用 RESET 鍵、 ∧ 、 ∨ 及 ＜鍵 ， READ ENTER 確認；調節(jié)電機頻率，使管路特性改變，調節(jié)范圍 (50— 20Hz)，測取 12～ 14 組數(shù)據（同時測量泵入口真空度、泵出口壓強、流量計讀數(shù)），并記錄水溫。 5. 實驗結束后，關閉真空表和壓力表閥，繼續(xù)其它實驗或停泵，切斷 電源。 六、注意事項 ⒈ 啟動心泵之前，必須檢查真空表和壓力表閥是否關閉，關閉設備后方可關閉真空表和壓力表閥。 ⒉ 開啟離心泵時，應將回流閥 (6)全開。 七、報告內容 1. 將實驗數(shù)據和計算結果列在數(shù)據表格中，并以一組數(shù)據進行計算舉例。 2. 在合適的坐標系上標繪離心泵的特性曲線和管路特性曲線，并在圖上標出離心泵的各種性能和工作點。 3. 回答下列思考題： (1) 試分析實驗數(shù)據，看一看，隨著泵出口流量調節(jié)閥開度的增大，泵入口真空表讀數(shù)是減少還是增加，泵出口壓強表讀數(shù)是減少還是增加。為什么 ? (2) 本實驗中，為了得到較好的實驗結果，實驗流 量范圍下限應小到零，上限應盡量的大，為什么 ? (3) 離心泵的流量，為什么可以通過出口閥來調節(jié) ?往復泵的流量是否也可采用同樣的方法來調節(jié)。為什么 ? 八、設備參數(shù) 1. 設備參數(shù)： (1)真空表測壓位置管內徑 d1= (2)壓強表測壓位置管內徑 d2= (3)真空表與壓強表測壓口之間的垂直距離 h0= (4)實驗管路 d= (5)電機效率為 60% 2. 采用渦輪流量計測量流量（儀表常數(shù) 次 /升） 3. 功率表：型號 PS139 精度 級 4. 真空表 ：表盤真徑 100mm 測量范圍 精度 級 5. 壓力表：表盤直徑 100mm 測量范圍 精度 級 5 實驗 2 傳熱綜合實驗 一、實驗目的 1. 通過對空氣 — 水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù) i? 的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解。并應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu= 中常數(shù) A、 m 的值。 2. 通過對管程內部插有螺旋線圈的汽 — 氣強化套管換熱器的實驗研究，測定其準數(shù)關聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B、 m 的值和強化比 Nu/Nu0，了解強化傳熱基本理論和基本方式。 二、實驗內容與要求 實驗一： 測定 6~7 個不同流速下簡單套管換熱器的出入口溫度差和流量，計算出對流傳熱系數(shù)i? ； 對 i? 的實驗數(shù)據進行線性回歸（最小二乘法），求關聯(lián)式 Nu= 中 A、 m 的值； 實驗二： 測定 6~7 個不同流速下強化套管換熱器的出入口溫度差和流量，算出對流傳熱系數(shù)i? ； 對 i? 的實驗數(shù)據進行線性回歸，求關聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B、 m 的值； 同一流量下，按實驗一所得準數(shù)關聯(lián)式求得 Nu0，計算傳熱強化比 Nu/Nu0； 三、實驗原理 實驗 21 普通套管換熱器傳熱系數(shù)及其準數(shù)關聯(lián)式的測定 ⒈ 對流傳熱系數(shù) i? 的測定 對流傳熱系數(shù) i? 可以根據牛頓冷卻定律，用實驗來測定。因為 i? o? ,所以 傳熱管內