【正文】 I 食品 工 程 原理實(shí)驗(yàn) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） II 對學(xué)生基本要求 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置具體情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，列出書寫報(bào)告所需要的原始數(shù)據(jù)表，并通過老師的檢查提問，方可參加實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)做完后，所記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)指導(dǎo)老師檢查合格后，才可結(jié)束實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)若有短缺或不合理應(yīng)該補(bǔ)全或重做。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后，指導(dǎo)老師在原始數(shù)據(jù)表上簽字。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將使用的儀器設(shè)備整理復(fù)原。檢查水源、電源、汽源等是否已確實(shí)關(guān)斷，并將場地打掃干凈。 實(shí)驗(yàn)后要認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告要求獨(dú)立完成，若發(fā)現(xiàn)彼此抄襲，對有關(guān) 的所有人都給低于及格分?jǐn)?shù)線的低分。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，除了包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果的表格以及需要的標(biāo)繪曲線外，還必須有計(jì)算舉例。同組人取實(shí)驗(yàn)的不同序號進(jìn)行舉例，列出全部數(shù)字運(yùn)算過程；若發(fā)現(xiàn)同組中兩人用相同的序號進(jìn)行計(jì)算舉例，則兩人的報(bào)告均給低分（萃取實(shí)驗(yàn)和精餾實(shí)驗(yàn)例外）。 對實(shí)驗(yàn)所測得的數(shù)據(jù)結(jié)果做必要的分析、討論。 III 目 錄 前 言 ............................................................................................錯誤 !未定義書簽。 對學(xué)生基本要求 ........................................................................................................... II 緒 論 ............................................................................................................................ 1 實(shí)驗(yàn) 1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn) ..................................................................................... 2 實(shí)驗(yàn) 2 傳熱綜合實(shí)驗(yàn) ................................................................................................. 5 實(shí)驗(yàn) 3 干燥速率曲線測定實(shí)驗(yàn) ............................................................................... 10 實(shí)驗(yàn) 4 精餾實(shí)驗(yàn) ....................................................................................................... 14 實(shí)驗(yàn) 5 槳葉式萃取塔實(shí)驗(yàn) ....................................................................................... 17 實(shí)驗(yàn) 6 填料吸收塔實(shí)驗(yàn) (選做 ) ................................................................................ 20 附錄一 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫 ...................................................................... 25 附錄二 化工原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)簡單處理 ...................................................................... 27 1 緒 論 食品工程 原理實(shí)驗(yàn)是一門非常重要的帶有濃重工程性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，對于 食品工程 專業(yè)的學(xué)生具有特別的重要意義，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。它屬于工程技術(shù)科學(xué)，具有非常顯著的工程性；但同時它屬于技術(shù)范疇，同樣具有創(chuàng)新性和保密性。 食品工程 實(shí)驗(yàn)主要以各種單元操作實(shí)驗(yàn)為核心，將各種物理的、化工的、機(jī)械的、生物的等現(xiàn)象，人為的“移植”到實(shí)驗(yàn)室，供人們研究、考察、論證，使之為人類服務(wù)。本書主要包括：離心泵性能測定實(shí)驗(yàn)，傳熱綜合實(shí)驗(yàn)，洞道干燥實(shí)驗(yàn)，精餾實(shí)驗(yàn)，萃取塔實(shí)驗(yàn)，填料吸收塔實(shí) 驗(yàn)。通過上述實(shí)驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力（工業(yè)設(shè)備）；加深對化工原理課程中的內(nèi)容的了解；大量數(shù)據(jù)的處理能力和圖形分析能力；并且使得學(xué)生形成全方位的解決問題的思考模式。 一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)又稱為化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，一般只局限在玻璃瓶、試管燒杯等小儀器中各種化學(xué)反應(yīng)，而 食品工程 原理實(shí)驗(yàn)不僅有各種化學(xué)反應(yīng)，還涉及容器大小、傳熱，傳質(zhì)、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(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)過程的作用，如粘度，密度，表面張力等；三、數(shù)據(jù)處理，前者處理比較簡單，數(shù)據(jù)量較少，后者數(shù)據(jù)量大，處理復(fù)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(shí)驗(yàn)中要處理數(shù)據(jù)為 3842個，傳熱實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)是 食品工程 專業(yè)所必做的技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) ,也是學(xué)生從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)所接觸的第一門工程實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生各種能力的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié) ,因此 , 食品工程 原理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生各種能力中也就起著舉足 輕重的作用。 2 實(shí)驗(yàn) 1 離心泵性能測定實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 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(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 練習(xí)離心泵的操作。 2. 測定離心泵在一定轉(zhuǎn)速（頻率）下， H（揚(yáng)程）、 N（軸功率）、 ?（效率）與 Q（流量）之間的特性曲線。 3. 測定流量調(diào)節(jié)閥某一開度下管路特性曲線。 三、實(shí)驗(yàn)原理 （一）離心泵特性曲線 離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程 H、軸功率及效率η均隨流量 Q 而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測出 H— Q、 N— Q 及 η — Q 關(guān)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(jù)。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(nèi)的流體流動阻力 (不包括泵體內(nèi)部的流動阻力所引起的壓頭損失 )，當(dāng)所選的兩截面很接近泵體時，與柏努利方程中其它項(xiàng)比較，出入 ?fH 值很小，故可忽略。從設(shè)備 參數(shù)可以看出，出口管和入口管的管徑相等，而且本實(shí)驗(yàn)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(shè)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(jī)的輸入功率。由于泵是由電動機(jī)直接帶動的，傳動效率可視 3 為 ，所以電動機(jī)的輸出功率 等于泵的軸功率。即： 泵的軸功率 N＝電動機(jī)的輸出功率， kW； 電動機(jī)的輸出功率＝電動機(jī)的輸入功率電動機(jī)的效率； 泵的軸功率＝功率表的讀數(shù)電動機(jī)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(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，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(biāo)圖上，兩曲線交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此，可通過改變泵轉(zhuǎn)速，即電機(jī)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(jì)算同上。 四、實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖 11 離心泵性能測試實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)閥 7實(shí)驗(yàn)管路 8溫度計(jì)9渦輪流量計(jì) 10實(shí)驗(yàn)水箱 11放水閥 12頻率計(jì) （流量測量：標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)測量；泵的入口真空度和出口壓強(qiáng)：用真空表和壓強(qiáng)表來測量。電動機(jī)輸入功率：用功率表來測量。） 4 五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1. 檢查水箱；打開流量調(diào)節(jié)閥６至最大，按下電源的綠色按鈕，通電預(yù)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(diào)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(jù)（同時測量泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)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(diào)節(jié)閥 6 為某一狀態(tài) (使系統(tǒng)流量為某一固定值 )。 4. 調(diào)節(jié)離心泵電機(jī)頻率，用 RESET 鍵、 ∧ 、 ∨ 及 ＜鍵 ， READ ENTER 確認(rèn)；調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，使管路特性改變，調(diào)節(jié)范圍 (50— 20Hz)，測取 12～ 14 組數(shù)據(jù)（同時測量泵入口真空度、泵出口壓強(qiáng)、流量計(jì)讀數(shù)），并記錄水溫。 5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉真空表和壓力表閥，繼續(xù)其它實(shí)驗(yàn)或停泵，切斷 電源。 六、注意事項(xiàng) ⒈ 啟動心泵之前，必須檢查真空表和壓力表閥是否關(guān)閉，關(guān)閉設(shè)備后方可關(guān)閉真空表和壓力表閥。 ⒉ 開啟離心泵時，應(yīng)將回流閥 (6)全開。 七、報(bào)告內(nèi)容 1. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果列在數(shù)據(jù)表格中，并以一組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算舉例。 2. 在合適的坐標(biāo)系上標(biāo)繪離心泵的特性曲線和管路特性曲線，并在圖上標(biāo)出離心泵的各種性能和工作點(diǎn)。 3. 回答下列思考題： (1) 試分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，看一看，隨著泵出口流量調(diào)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(qiáng)表讀數(shù)是減少還是增加。為什么 ? (2) 本實(shí)驗(yàn)中，為了得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)流 量范圍下限應(yīng)小到零，上限應(yīng)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(diào)節(jié) ?往復(fù)泵的流量是否也可采用同樣的方法來調(diào)節(jié)。為什么 ? 八、設(shè)備參數(shù) 1. 設(shè)備參數(shù)： (1)真空表測壓位置管內(nèi)徑 d1= (2)壓強(qiáng)表測壓位置管內(nèi)徑 d2= (3)真空表與壓強(qiáng)表測壓口之間的垂直距離 h0= (4)實(shí)驗(yàn)管路 d= (5)電機(jī)效率為 60% 2. 采用渦輪流量計(jì)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(shí)驗(yàn) 2 傳熱綜合實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 通過對空氣 — 水蒸氣簡單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)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(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu= 中常數(shù) A、 m 的值。 2. 通過對管程內(nèi)部插有螺旋線圈的汽 — 氣強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測定其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B、 m 的值和強(qiáng)化比 Nu/Nu0，了解強(qiáng)化傳熱基本理論和基本方式。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 實(shí)驗(yàn)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(jì)算出對流傳熱系數(shù)i? ； 對 i? 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸（最小二乘法），求關(guān)聯(lián)式 Nu= 中 A、 m 的值； 實(shí)驗(yàn)二： 測定 6~7 個不同流速下強(qiáng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式 Nu=BRem 中常數(shù) B、 m 的值； 同一流量下，按實(shí)驗(yàn)一所得準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式求得 Nu0，計(jì)算傳熱強(qiáng)化比 Nu/Nu0； 三、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn) 21 普通套管換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)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(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來測定。因?yàn)?i? o? ,所以 傳熱管內(nèi)