食品工程与机械应用技术
食品工程与机械应用技术
作者：admin
来源：admin
更新时间： 10:30:40]
食品工程与机械应用技术实验是食品科学与工程专业教学计划中的一门必修课程。食品工程与机械应用技术实验属于工程实验范畴，与一般基础课程和工艺课程实验相比，不同之处在于它具有工程特点。每个实验项目都相当于食品生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，同时，随着实验课的进行，会遇到大量的工程实际问题，对理工科学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段，可以发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系，也可以认识到对于一个看起来似乎很复杂的过程，一经了解，可以只用最基本的原理来解释和描述。因此，在实验课的全过程中，学生在思维方法和创新能力方面都得到培养和提高，为今后的工作打下坚实的基础。
食品工程与机械应用技术实验教学的目的主要有以下几点：
1．巩固和深化理论知识
在学习食品工程原理、食品机械与设备和食品工厂设计等课程的基础上，进一步理解一些比较典型的已被或将被广泛应用的化工过程与设备的原理和操作，巩固和深化食品工程与机械应用技术的理论知识。
2．提供一个理论联系实际的机会
将所学的食品工程原理、食品机械与设备和食品工厂设计等课程的理论知识去解决实验中遇到的各种实际问题，同时学习在食品工程领域内如何通过实验获得新的知识和信息。
3．培养学生从事科学实验的能力
实验能力主要包括：①为了完成一定的研究课题，设计实验方案的能力；②进行实验，观察和分析实验现象的能力和解决实验问题的能力；③正确选择和使用测量仪表的能力；④利用实验的原始数据进行数据处理以获得实验结果的能力；⑤运用文字表达技术报告的能力等。学生只有通过一定数量的实验训练，才能掌握各种实验技能，为将来从事科学研究和解决工程实际问题打好坚实的基础。
4．培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风，提高自身素质水平。
二、食品工程与机械应用技术实验的特点
本课程内容强调实践性和工程观念，并将能力和素质培养贯穿于实验课的全过程。围绕《食品工程工程原理》课程中最基本的理论和《食品机械与设备》课程中的常见设备，开设有设计型、研究型和综合型实验，培养学生掌握实验研究方法，训练其独立思考、综合分析问题和解决问题的能力。
部分实验设备采用计算机在线数据采集与控制系统，引入先进的测试手段和数据处理技术；实验室开放，除完成实验教学基本内容外，可为对食品工程与机械应用技术实验感兴趣的同学提供实验场所，培养学生的科研能力和创新精神。
本课程的部分设计型、研究型实验报告可采用小论文形式撰写，这类型实验报告的撰写是提高学生写作能力、综合应用知识能力和科研能力的一个重要手段，可为毕业论文环节和今后工作所需的科学研究和科学论文的撰写打下坚实的基础。
三、食品工程与机械应用技术实验教学内容与方法
1.　食品工程与机械应用技术实验教学内容
&食品工程与机械应用技术实验教学内容主要包括实验理论教学、计算机仿真实验和典型的单元操作实验三大部分。
（1）实验理论教学
主要讲述食品工程与机械应用技术实验教学的目的、要求和方法；食品工程与机械应用技术实验的特点；食品工程与机械应用技术实验的研究方法；实验数据的误差分析；实验数据的处理方法；与食品工程与机械应用技术实验有关的计算机数据采集与控制基本知识等。
（2）计算机仿真实验
包括仿真运行、数据处理和实验测评三部分。
（3）典型单元操作实验
典型单元操作实验内容包括流体流动、干燥、制冷、蒸发等单元操作实验和部分机械实验。
2．食品工程与机械应用技术实验教学方法
由于工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术学科，有其自己的特点和系统。为了切实加强实验教学环节，将实验课单独设课。每个实验均需预习（包括仿真实验）才能实验操作。食品工程与机械应用技术实验工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此必需在实验操作前必须进行预习和仿真实验。
四、实验各环节要求
食品工程与机械应用技术实验包括①实验预习；②实验操作；③测定、记录和数据处理、④实验报告编写等四个主要环节，各个环节的具体要求如下：
1．预习环节
要满足达到实验目的中所提出的要求，仅靠实验原理部分是不够的，必须做到以下几点：
（1）认真阅读实验讲义，复习课程教材以及参考书的有关内容，为培养能力，应争取对每个实验提出问题，带着问题到实验室现场预习。
（2）到实验室现场熟悉设备装置的结构和流程。
（3）明确操作程序与所要测定参数的项目，了解相关仪表的类型和使用方法以及参数的调整、实验测试点的分配等。
（4）进行仿真实验和仿真实验测评。
&&&&& &&&&&&
e0.1℃，若水银柱恰指22.4℃时，应记为22.40℃。注意过多取估计值的位数是毫无意义的。
碰到有些参数在读数过程中波动较大，首先要设法减小其波动。在波动不能完全消除情况下，可取波动的最高点与最低点两个数据，然后取平均值，在波动不很大时可取一次波动的高低点之间的中间值作为估计值。
（f）不要凭主观臆测修改记录数据，也不要随意舍弃数据，对可疑数据，除有明显原因，如读错，误记等情况使数据不正常可以舍弃之外，一般应在数据处理时检查处理。
（g）记录完毕要仔细检查一遍，有无漏记或记错之处，特别要注意仪表上的计量单位。实验完毕，须将原始数据记录表格交指导教师检查并签字，认为准确无误后方可结束实验。
（4）数据的整理及处理：
（a）原始记录只可进行整理，绝不可以随便修改。经判断确实为过失误差造成的不正确数据须注明后可以剔除不计入结果。
（b）采用列表法整理数据清晰明了，便于比较，一张正式实验报告一般要有四种表格：原始数据记录表、中间运算表、综合结果表和结果误差分析表。中间运算表之后应附有计算示例，以说明各项之间的关系。
（c）运算中尽可能利用常数归纳法，以避免重复计算，减少计算错误。例如流体阻力实验，计算Re和λ值，可按以下方法进行。
例如：Re的计算
其中 、 、 在水温不变或变化甚小时可视为常数，合并为 ，故有
的值确定后，改变 值可算出Re值。
又例如，管内磨擦系数λ值的计算，由直管阻力计算公式
得　　　& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 　　　
式中常数　
又实验中流体压降 ，用U型压差计读数 测定，则　
式中常数　　　
将 代入上式整理为
　　　　　　&&&&&&&&&&&&& 　
式中常数 为　
仅有变量 和 ，这样λ的计算非常方便。
（d）实验结果及结论用列表法、图示法或回归分析法来说明都可以，但均需标明实验条件。
　　4、编写实验报告
实验报告根据各个实验要求按传统实验报告格式或小论文格式撰写，报告的格式详见本章第五部分。
　　五、实验报告的编写
实验报告是实验工作的全面总结和系统概括，是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分。食品工程与机械应用技术实验具有显著的工程性，属于工程技术科学的范畴，它研究的对象是复杂的实际问题和工程问题，因此食品工程与机械应用技术的实验报告可以按湖南农业大学实验报告格式或小论文格式撰写。
1、实验报告格式
本课程实验报告的内容应包括以下几项：
（1）实验名称，报告人姓名、班级及同组实验人姓名，实验地点，指导教师，实验日期。
（2）实验目的和内容
简明扼要地说明为什么要进行本实验，实验要解决什么问题。
（3）实验的理论依据（实验原理）
简要说明实验所依据的基本原理，包括实验涉及的主要概念，实验依据的重要定律、公式及据此推算的重要结果。要求准确、充分。
（4）实验装置流程示意图
简单地画出实验装置流程示意图和测试点、控制点的具体位置及主要设备、仪表的名称。标出设备、仪器仪表及调节阀等的标号，在流程图的下方写出图名及与标号相对应的设备、仪器等的名称。
（5）实验操作要点
根据实际操作程序划分为几个步骤，并在前面加上序数词，以使条理更为清晰。对于操作过程的说明应简单、明了。
（7）原始数据记录
记录实验过程中从测量仪表所读取的数值。读数方法要正确，记录数据要准确，要根据仪表的精度决定实验数据的有效数字的位数。
（8）数据处理
数据处理是实验报告的重点内容之一，要求将实验原始数据经过整理、计算、加工成表格或图的形式。表格要易于显示数据的变化规律及各参数的相关性；图要能直观地表达变量间的相互关系。
（9）数据处理计算过程举例
以某一组原始数据为例，把各项计算过程列出，以说明数据整理表中的结果是如何得到的。
（10）实验结果的分析与讨论
（a）从理论上对实验所得结果进行分析和解释，说明其必然性；
（b）对实验中的异常现象进行分析讨论，说明影响实验的主要因素；
（c）分析误差的大小和原因，指出提高实验结果的途径；
（d）将实验结果与前人和他人的结果对比，说明结果的异同，并解释这种异同；
（e）本实验结果在生产实践中的价值和意义，推广和应用效果的预测等；
（f）由实验结果提出进一步的研究方向或对实验方法及装置提出改进建议等。
（11）实验结论
结论是根据实验结果所作出的最后判断，得出的结论要从实际出发，有理论依据。
（12）参考文献（同以下小论文格式部分）
　　2、小论文格式
&&& 3（Abstract）
（4）关键词（Key words）
关键词是将论文中起关键作用的、最说明问题的、代表论文内容特征的或最有意义的词选出来，便于检索的需要。可选3－8个关键词。
&&& c实事求是地交代前人已做过的工作或是前人并未涉足的问题，前人工作中有什么不足并简述其原因。
e扼要提出本文将要解决什么问题以及解决这些问题有什么重要意义。
前言贵在言简意明，条理清晰，不与摘要雷同。比较短的论文只要一小段文字作简要说明，则不用“引言”或“前言”两字。
（6）正文部分
&&& 这是论文的核心部分。
（c）实验方法和过程，说明实验所采用的是什么方法，实验过程是如何进行的，操作上应注意什么问题。要突出重点，只写关键性步骤。如果是采用前人或他人的方法，只写出方法的名称即可；如果是自己设计的新方法，则应写得详细些。在此详细说明本文的研究工作过程，包括理论分析和实验过程，可根据论文内容分成若干个标题来叙述其演变过程或分析结论的过程，每个标题的中心内容也是本文的主要结果之一。或者说整个文章有一个中心论点，每个标题是它的分论点，它是从不同角度、不同层次支持、证明中心论点的一些观点，他们又可以看作是中心论点的论据。
（7）实验结果与分析讨论
b图要能直观地表达变量间的相互关系；表要易于显示数据的变化规律及各参数的相关性。
（8）结论（结束语）
结论是论文在理论分析和计算结果（实验结果）中分析和归纳出的观点，它是以结果和讨论（或实验验证）为前提，经过严密的逻辑推理做出的最后判断，是整个研究过程的结晶，是全篇论文的精髓。据此可以看出研究成果的水平。
致谢的作用主要是为了表示尊重所有合作者的劳动。致谢对象包括除作者以外所有对研究工作和论文写作有贡献、有帮助的人，如：指导过论文的专家、教授；帮助搜集和整理过资料者；对研究工作和论文写作提过建议者等。
（10）参考文献
参考文献反映作者的科学态度和研究工作的依据，也反映作者对文献掌握的广度和深度，可提示读者查阅原始文献，同时也表示作者对他人成果的尊重。一般来说，前言部分所列的文献都应与主题有关；在方法部分，常需引用一定的文献与之比较；在讨论部分，要将自己的结果与同行的有关研究进行比较，这种比较都要以别人的原始出版物为基础。对引用的文献按其在论文中出现的顺序，用阿拉伯数字连续编码，并顺序排列。
被引用的文献为期刊论文的单篇文献时，著录格式为：“顺序号 作者．题名［J］． 刊名，版年，卷号（期号），引文所在的起止页码”，例如1。
被引用的文献为图书、科技报告等整本文献时，著录格式为：“顺序号作者．文献书名［M］．版本（第一版本不标注）．出版地址：出版者，出版年”，例如2
1．刘少奇.论共产党员的修养［M］.北京：人民出版社，1962,23～24
2．李四光.地壳构造与地壳运动［J］.中国科学，1973（4）：400～429
TopicAuthorAbstractKey Words
&&& 撰写学术论文打下坚实的基础，是一种综合素质和能力培养的重要手段，应提倡这种形式的实验报告。GB771387GB771487
0.5~5mm10~25um
一、实验任务
二、实验原理
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 1-1&
a& b& c& d& e
=度/……………….1
三、实验装置
1& 2& 3& 4& 5
四、操作要点
3002001008060
五、注意事项
19305456.5t
一、实验任务
二、实验原理
1.加料输送段&&&&& 2.压缩熔融段&&&&&& 3.计量均化段
&&&&&&&&&&& &&&&&&&&2-2&
a.& 1.& 2.& b.& 3. & 4.
c.& 5. & 6.
d.& e.& f.
三、实验装置
&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&2-3
Ⅰ.& .& .& .
1.& 2.& 3.& 4.& 5.& 6.
四、操作要点
=ρ0/ρ1……………………………….2
五、注意事项
六、实验报告要求
一、实验任务
二、实验原理
3-1& &&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&& abc
60m/s90~120m/s
三、实验装置
2384561079
&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&3-3&
1.& 2.& 3.& 4.& 5.& 6.&
7.& 8.& 9.& 10.
四、操作要点
五、注意事项
1180~220℃80~90℃
1mm~1m300~300 000MHz4890~940MHzMHzMHz22 000~22 250MHz915MHz2450MHz两个频率。
一、实验任务
二、实验原理
a& b& c& B.& f.& t.
三、实验装置
2-2450MHz915MHz
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&4-4&
1.& 2.& 3.BJ22& 4.& 5.& 6.&
7.& 8.& 9.& 10.& 11.& 12.& 13.
四、操作要点
五、注意事项
六、实验报告要求
实验五& 均质机
&&& 一、实验目的
&&& 1.了解均质机的工作原理及结构组成。
2.掌握均质机的各主要工作件的技术要求、使用、维护、保养知识。
二、设备用途
一般用于乳制品、果汁液料的均质，减少脂肪球上浮现象，便于人体吸收，破碎果汁饮料纤维、减轻分层现象。
&&& 三、主要结构及工作原理
该机主要由电机、减速机、曲柄经连杆滑块机构.柱塞、均质阀、压力表、调压阀、密封装置、机架等几部分组成。其结构如图5-1所示。
图5－1& 高压均质机
1－均质阀 2－溢料阀 3－出料口 4－放气塞 5－压力表 6－油压表 7－高压泵
8－调压阀 9－机体 10－减速机 11－液压泵 12－滤油泵 13－电动机 14－底座
电机高转速小转矩经齿轮减速箱减速转化为大转矩低转速。曲柄经连杆驱动活塞上下移动，液料在压差作用下经进料阀进入泵体，且在柱塞挤压为高压状态，经均质阀流出，使液料均质。
液料在高压作用下克服阻力通过均质阀缝隙，脂肪被拉长而剪切破碎。因此液料在均质阀处高速流动，均质阀易磨损和堵塞，这也是机械式均质机最大缺陷。因而要求均质阀耐磨、强度大、硬度高、外形尺寸精度高。
图5－2& 均质原理图
&&& 四、均质机常见故障及排除
&&& 1.压力表抖动、失灵，压力表内指针依靠金后园形杆驱动，表内有园柱孔装有专用缓冲油脂，保证压力表处于正常状态，一般修理缓冲装置解决压力表抖动及失灵问题。
&&& 2.压力上升困难，如调压阀正常调整，且设备正常工作而压力表指针不转动(压力表正常，，应考虑密封问题，主要有两种可能:
&&& (1)进料单向阀泄露或锈死，此时排料口无液体流出。则应修复更换进料阀。
&&& (2)均质阀及均质阀座严重磨损，液料未到高压状态就从均质阀间跋处流出，无均质作用，应更换均质阀及均质阀座。此时出料管有液体流出，调整均质阀，液体流量无明显变化。
3.活塞密封不当，易出现渗漏或柱塞发热现象，应及时调整密封圈压力。
&&& 五、实验内容
&&& 1.拆下均质阀座，观察均质阀及阀座形状，绘制草图，并注明相应的技术要求，按要求装好均质阀及阀座，使均质机处于正常工作状态。
&&& 2.以净水装入均质机料斗，启动电机，使均质压力在不同数值，测定流量与压力关系，绘制压力流量图。
&&& 3.清洗设备。
&&& 六、思考题
&&& 1.均质机工作不正常时，有哪些现象出现。
2.均质机工作时，压力表指针不转动有哪些主要原因。
实验六& 加汁机
一、实验目的
&&& 1 了解加汁机结构和工作原理。
2 掌握不同规格玻璃瓶加汁时，加汁量和中心拨轮的调整。
二、实验设备
加汁机是饮料企业制作瓶装汽水、汽酒、果汁饮料的专用设备。生产过程中将定量糖浆或其它汁液自动加入瓶中，达到定量加汁的目的。
通过适当调整中心轴高度，更换拨轮衬瓦及进出瓶挡板等零件以适应250毫升、375毫升、500毫升、625毫升，瓶高为203-287毫米的，加汁定量为30、40、70毫升三种规格。
&&& 加汁机主要由机座、传动机构、加汁部分、中心定位拨轮、输送系统、托瓶机构组成。
机座是用以支承各机构，使之工作时处于固定的位置。
传动机构给各执行机构提供运动和动力。主要由电机、减速装置、中心轴等组成。
&&& 加汁部分由贮液罐、阀轴套、阀轴、压簧、加汁嘴、定位锥形盖及定量杯组成。
&&& 中心定位拨轮由拨轮镶块、衬瓦立柱组成。
&&& 托瓶机构由托瓶轴、导向管、大小滚轮、顶板组成。
输送系统由输送带、进瓶机构组成。
三、工作原理
电机动力经蜗轮蜗杆减速后传至主轴，并使上下法兰、托瓶轴、贮料罐、加汁阀轴同步回转。当空瓶经输送系统进入托瓶顶板后，在下法兰作用下，托瓶轴滚轮逐步进入凸轮最高位置。当瓶口与注汁定位锥形盖接触后，注汁阀轴随瓶口上升，定量杯高于汁料液位线，注汁阀打开，定量杯内汁液注入瓶内。中心轴继续回转，在托瓶轴弹簧作用下回复最低位置。此时，加汁阀关闭，定量杯重新沉入浆汁液面线以下，瓶口脱离加汁头定位锥形盖。加汁后瓶体经输送系统进入下道工序。
四、性能调整
&&& 如需改变加汁机原来瓶罐规格及灌装量时应对设备做以下调整。
&&& 1.托盘处于最低位置时，瓶口至注汁定位锥形盖距离为7-10mm，调整方法是首先将注汁部件的上轴与下轴的连接螺母松开，旋转上轴使瓶口与加汁头距离为7-10mm，同时使瓶口与加汁头锥套中心相对。然后将螺母旋紧，即达到调整高度要求。
2.注汁量改变主要是根据加汁量多少更换相应的容量杯。
3.瓶罐输送系统的宽度依进出的瓶体大小进行调整。一般宽度应比瓶体直径大3-4毫米。
4.衬瓦应根据瓶体尺寸进行调换，镶块式一般用于625、500毫升玻璃瓶定位。若容量为250毫升或375毫升时，则应在定位拨轮上装衬瓦。
图6－1& GJ－12灌装机
1－进液阀 2－进液管 3－贮液箱 4－浮球 5－托轮架6－大锥齿轮 7－主轴 8－机座
9－电动机 10－减速器 11－凸轮 12－瓶托架 13－瓶托 14－灌装阀 15－定量杯 16－支架
6 8 9 10五、操作注意事项
&&& 1.启动设备前应对各部分进行检查，各连接部分有无松动脱落现象，运动部位应注入适量润滑油，三角皮带松紧是否合适，各密封件是否完好，复位弹簧应可靠，设备上所有杂物应移开清除，接上电源，启动电机，如发现响声异常或活动件卡死，应立即停车检查，故障排除后，再启动设备。
&&& 2.本机进出瓶是利用运动惯性进行的。工作前应将一只空瓶对准中心定位拨轮上的定位圆弧，再连续进瓶，若出现脱瓶应立即将瓶推进紧靠。
&&& 3.进入贮液桶内的糖浆量应由阀门控制，且进出量平衡，若临时停车，及时关闭阀门。
4.使用的玻璃瓶应符合相关标准要求，不合格的瓶子应检出，以免造成事故。
六、实验内容及步骤
&&& 1.详细了解设备的构造及工作原理。
&&& 2.选用标准干净玻璃瓶若干备用。
&&& 3.配制糖浆，按一定比例配制糖浆输送至贮液桶。
&&& 4.更换定量杯。
&&& 5.更换不同规格的玻璃瓶时，应按规定程序进行。
6.各部分调整正常后，再仔细检查设备，启动设备空运行3-5分种，空瓶输送、正常工作。
七、思考题
&&& 1.本机适合于哪些产品加汁。
&&& 2.绘制设备传动原理图。
3.如何管理该设备。
4.灌装过程中如何保持加汁机液面稳定。
实验七 加水机
&& &一、实验目的
&&& 1.了解加水机的结构原理及操作方法。
2.掌握不同规格的瓶子加水时，设备的调整方法。
&&& 二、实验设备
加水机是饮料长制作瓶装汽水、汽酒、果汁饮料过程中将汽水混合机或其它压力容器中汽水、汽酒、果汁自动灌入瓶内的生产设备。由机座、传动机构、进水分布器、充水排气机构、瓶托、注水凸轮、输送系统等部分组成。
三、工作原理
四、性能调整
当更换产品规格型号时，应对设备进行相应的调整。
图7－1&& ZS－12灌装机
1－拐臂 2－进水阀 3－排气阀 4－灌装头 5－撑柱
6－上托盘 7－瓶托 8－下托盘 9－主轴 10－凸轮 11－机座
&&& 1.瓶口至充水器头部园键紧固螺母下端距离为7-10毫米为宜，具体调整方法是:将上下主轴连接螺母松开，旋转上轴使充水器头部高度合适为止，且使充水器头部中心与定位拨轮镶块园弧中心基本重合，更换适当长度的充水拉杆。调整充水器碰块位置时，就要松开立柱上端螺母，将瓶体放在托盘上，升至最高点时充水杆滚轮应与注水凸轮接触，再装上静止杆，旋紧上下主轴连接螺母。
&&& 2.瓶输送系统的进出后挡板，应根据瓶体直径尺寸调整。
3.中心拨轮定位块规格也应恨据瓶体更换。
五、操作使用时注意事项:
&&& 1.启动前应对设备各部分进行检查，连接部分是否可靠.，运动部分注入适量润滑油，密封应是完好。
1 2拐臂 3－进水阀阀芯 4－摆杆
5－调节螺钉 6－排气阀 7－灌装阀体 8－密封垫&&& 2.如无异常，接通电源，启动设备空转，检查各部分是否出现不正常现象。充水滚轮与凸轮接触动作可靠，充水阀、排气阀启闭可靠，如正常可正式生产。
&& 3.在生产过程中应注意各运动的工作情况，尤其充水排气机构和托盘升降机构。如出现异常情况应立即停车，排除故障后，方可继续生产。
&&& 4.充水量因受糖质变化和水质变化影响产生充水不均现象时，除进行压力和温度调整外，还应对充水阀、注水凸轮、排气挡块的相对位置进行调整。
&&& 5.接触碳酸水的零部件及管道都应认真进行清洁消毒处理，技术要求按卫生部门规定，确保产品卫生质量。
6.玻璃瓶的规格尺寸均应符合标准需求。
&& &六、实验步骤
&&& 1.详细了解设备的结构及工作原理。
&&& 2.选用标准干净玻璃瓶备用。
&&& 3.检查设备各部分情况，清理移开设备上所有杂物，且对各润滑点注适量润滑油。
4.启动设备、空转、输瓶、正常工作。
&&& 七、思考题
&&& 1.叙述充水排气阀的工作过程。
2.绘制设备的工作原理图。
实验八& 自动压盖机
&&& 一、实验目的
1.掌握自动压盖机的结构、工作原理及操作方法。
2.了解不同规格玻璃瓶压盖时，设备的正确调整方法。
二、实验设备及工作原理
用于制作瓶装汽水、汽酒生产过程中自动压盖，主要由机座、传动机构、凸轮、压盖柱、选盖器、拨轮等组成。
压盖封口机简称压盖机，它利用皇冠盖实现密封封口。多用于汽水、啤酒瓶的封口。皇冠盖的标准褶数为21个，齿缘与平面成45o。夹角，由于形似帝王的皇冠而得名。皇冠盖内衬有高弹性密封垫，以保证密封。
压盖机的种类很多，其分类主要依据压盖头的头数，如单头压盖机、多头压盖机。它可单独使用，但多是在生产作业线上联线使用。它主要由送盖、送瓶、压盖、传动等几部分组成。压盖机的作用就是把皇冠盖与瓶口紧密连接在一起，这是用压盖模来完成的，压盖模中心为一锥孔，上小下大。当压盖模下压瓶盖时，将产生垂直方向和水平方向的作用力，垂直作用力将对瓶盖．密封垫和瓶口端面产生挤压力，这个挤压力就是密封力。对瓶口产生的密封力大小，与压盖过程中压盖模的锥孔对瓶盖．密封垫及瓶口端面能施加的垂直压力大小密切相关。而水平作用力(周向力)将使瓶盖内缩，使其紧扣于瓶口上。
不管什么压盖机，其基本工艺过程相同。它主要包括送盖、定位、压盖．复位等四个工序（见图8－2）。
电机经减速机带动齿轮，使拨轮顺时针方向旋转。灌满含汽饮料的玻璃瓶，经输送装置逐个送入拨轮。瓶盖由选盖器(图5-3)按形状输入瓶盖槽，经压缩空气吹入压盖柱(图5-4)导向环内。压盖柱回转的同时，在园柱凸轮作用下运动，使瓶盖压在瓶口上，压盖柱继续回转，经凸轮作用，压盖柱上升，瓶口在弹簧作用下退出压盖柱，且经拨轮，星形轮传至输送带。
8－1&& 自动压盖机
1－料斗 2－凸轮 3－压盖机主体 4－料槽 5－压盖头
6－主轴 7－送瓶机构 8－减速器 9－高度调节器 10－机座
图8－2&& 压盖的工艺过程
（a）送盖 （b）定位 （c）压盖 （d）复位
1-瓶子 2-压盖头 3-瓶盖 4-滑道 5-压盖模
1 2 3 4 5 6 7 8&
三、性能调整
&&& 更换不同容量尺寸的玻璃瓶时，应对设备进行以下调整:
&&& 1.压盖柱高度调整应按瓶体高度调至瓶口距压盖柱距离为10-13毫米，且六个压盖柱高度必须一致，若有差别再微调外螺纹套筒(图8-5序号8)，试封合格后，才能工作，但不宜过紧，具体方法如下:
首先将立柱(图8-4)定位螺钉松开，旋转小齿轮，立柱在螺纹作用下上升(压盖柱一并上升)，至要求后，再将定位螺钉旋紧。
2.输送系统的进瓶拨轮，前后限位挡块可根据实际情况调整。
3.中心定位拨轮、衬瓦用于250毫升，375毫升玻璃瓶，若改用500及625毫升瓶时，应将衬瓦拆下。
图8－4& 压盖机主体
1－凸轮 2－滑座 3－空心轴 4－转盘 5－机座 6－大齿轮 7－锥齿轮 8－主轴 9－小锥齿轮
四、操作时注意事项
&&& 1.每班前后，应对设备进行检查，包括连接紧固情况，运动部分加适量润滑油，旋紧固定螺钉。
&&& 2.压盖柱轴承与凸轮槽应接触良好，无卡住现象。
3.移去工作台面上所有杂物，点触起动按钮，注意进瓶拨轮定位园弧中心与压盖中心是否重合，如出现错位，应立即停车，调整。
4.工作前必须进行试压盖。
5.玻璃瓶尺寸应符合规定要求。
6.中心拨轮运转方向必须正确，不能反向。
五、实验步骤
1.详细了解设备的构造及传动原理、调整方法。
2.各压盖柱处于最低位置时，高度应一致。盖，检查压盖情况，校正设备使之处于正常状态。&
3.根据不同规格瓶子，对设备进行调整。
4.将若干装好料的瓶进行压盖，检查压盖情况，校正设备使之处于正常状态。
六、思考题
1.绘制压盖机传动原理图。
2.绘制压盖柱结构图。
8 9 10 11 12 3.叙述选盖器工作原理。
4.使用压盖机时应注意什么问题。
实验九&& 螺纹封口机
一、实验目的
&&& 1.掌握螺纹封口机的工作原理
&&& 2.掌握螺纹封口机的结构特点
二、实验原理
螺纹封口机是一种为适应防盗包装而设计制造的新型封口饥。由于这种封口包装有不可复原性，起到较好的防盗效果，加之成本不高．故受到厂家和消费者的欢迎。
图9－1& 螺纹封口机封口的工艺过程
（a）送盖 （b）定位夹紧 （c）滚纹 （d）复位
螺纹封口机的封盖又称防盗盖或扭断盖，它采用铝质材料。用滚轮对铝盖滚压出螺纹，而滚压螺纹所要完成的运动较多，故滚纹装置比较复杂。螺纹封口机的送盖、送瓶部分与压盖机相类似，但是它的滚纹装置和传动系统较复杂，螺纹封口机封口的工艺过程，大致可分为送盖、定位夹紧、滚纹和复位等四步(见图9－1)。
滚纹盖封口机如图9－2所示，主要由传动系统、封口组件、机架等组成。V带轮3、4和16、17均为一体结构，并分别绕其自身轴线旋转。齿轮8和端面凸轮9为一体并绕轴11旋转。当凸轮9回转时，使滚轮10绕轴12在其上表面转动。当带轮16转动时靠导向键带动轴15回转，15带动锥盘19和部件25一同旋转。
&&& 工作时当带盖的瓶子放在稳瓶架24上，电动机通过带轮2、3、4使带轮17转动，并使轴15带动19、25旋转，封口线滚刀随25一同旋转。同时与带轮17一体的带轮16通过V带使带轮5及小齿轮6驱动大齿轮8和端面凸轮9绕轴11回转。当9与滚轮10相对转动时，由于拉簧7的作用便叉杆轴12绕轴11上方支点作上下摆动，并便轴15在旋转的同时也作上下移动。当轴15向下移动时，固定在其上的锥盘19也一同下移，此时由于瓶盖顶住压头25，压缩弹簧21上移，使滚子20在锥盘19作用下向外扩张，封盖滚刀23在旋转的同时向瓶盖中心摆移而封口。
图9－2& 螺纹封口机传动系统图
1－电动机& 2、3、4、5、16、17－带轮 6、8－齿轮 7－拉簧 9－端面凸轮
10－滚轮 11－轴 12－叉杆轴 13－挡套 14－套筒 15－轴 18－轴承套筒
19－锥盘 20－滚子 21－弹簧 22－杆 23－滚刀 24－稳瓶架 25－压头 26－机身
三、实验内容
1.详细了解
2.开动机器，观察其封口过程和原理
3.绘制螺纹封口机的传动原理图。
四、思考题
&&& 1. 螺纹封口机如何在铝盖上滚出螺纹。
实验十&&& 半自动封罐机
一、实验目的
二、设备工作原理和结构
图10－1& BXF-1半自动封罐机的结构
1-机体& 2－脚踏杆& 3－气缸& 4－旋阀& 5－送瓶部分& 6－工作台
7－夹瓶气筒& 8－旋盖气筒& 9－起吊环& 10－夹盖气筒& 11－气阀
&&& 本机由机头、气阀、旋盖气筒、机体、气缸、旋阀、送瓶导筒、夹瓶气筒等部件组成。（见图10－1）。
1.机头部分(见图10－2)。本部件由夹盖气筒、夹盖机构、夹瓶机构以及旋盖机构等组成。与送瓶导筒部分，夹盖气筒部分相配合，完成对旋合式玻罐的抽气和封口。
2.气阀部分。气阀是该机的配气机构，该机构按要求及时打开和关闭气路，进而协调各部件的动作，使机器达到较为理想的使用要求。
3.夹盖气筒部分(见图10－3)。夹盖气筒位于机身上部。其工作原理为气筒内活塞受真空作用产生拉力而带动夹盖爪夹紧瓶盖。
&&& 4.旋盖气筒。当夹盖气筒活塞上提夹紧瓶盖时，受气阀控制旋盖气筒活塞动作稍滞后于夹盖气筒活塞。这样保证了旋盖动作的准确性，同时还保证了预封罐内一定量的真空度。
图10－2& 压盖头
1－封罐室 2－夹盖爪& 3－夹盖盘& 4－密封圈& 5－滑动轴承座&
6－夹盖活塞杆 7－旋盖棘轮& 8－夹盖气筒& 9－弹簧& 10－活塞
11－锁紧螺母& 12－轴承& 13－空心轴& 14－真空表& 15－夹瓶爪
图10－3&& 夹盖气筒
1－气筒调节螺钉& 2－联接螺柱& 3－螺母& 4－气门&
5－通大气孔& 6－活塞杆& 7－限位块& 8－气筒体&&&
9－气筒支架 10－活塞（带环） 11－气筒弹簧& 抽真空口
&&& （二）传动原理（图见图10－4）
1.气体传动路线:机体(真空室) 一→旋阀(气路转换开关)一→气缸(传送玻璃罐)一→气阀Ⅰ(控制封罐室真空)一→封罐室(对玻罐抽气)& 一→ 夹盖气筒(驱动夹盖机构夹盖)
一→夹瓶气筒(驱动夹瓶机构夹瓶)一→气阀Ⅱ一→旋盖气筒(使夹盖机构旋转)。
图10－4 传动原理图
1－气缸& 2－旋阀& 3－送瓶导筒& 4－真空泵& 5－止逆阀&
6－储罐& 7－截至阀& 8－气阀1& 9－玻璃罐& 10－封罐室&
11－夹瓶气筒& 12－气阀2& 13－夹盖气筒& 14－旋盖气筒
三、操作方法
&&& 1.按要求加入润滑油。
&&& 2.打开其空泵的进水开关，然后启动真空泵电机，查看密封盘内其空表指针数值是否符合要求(0.06MPa以上)，然后用空罐试封，检查各运转部件是否灵活可靠。
3.加盖动作。采用人工加盖时，将瓶盖扣在瓶口上逆时针旋转，当瓶盖刚一落下时，即停止旋盖，此时封罐效果最好。
&&& 4.将要封的玻罐放到工作盘上，用手推入托瓶胶垫内，手即离开。踏下脚踏杆，将玻罐送入封罐室封口。
&&& 5.放松脚踏杆，玻罐随送瓶机构靠自重复位。用手将玻罐推出。完成一次操作过程。
&&& 6.封罐过程中，应注意观察机器各部位的运转情况，抽检罐内真空度情况以及旋盖是否松紧适度。发现问题应立即停车检修。
&&& 7.清洗机器，清除玻璃碎渣或加润滑油时，必要时应停车进行。
&&& 8.机器的停止，断开真空泵电机电源，即可实现停车。
9.下班前，应将机器擦拭干净。清除玻渣和积液，各润滑表面及润滑点，必须加注润滑油，防止生锈。
四、实验内容
&&& 1.认识封罐机机头及掌握其调整方法。
&&& 2.熟炼掌握操作方法。
&&& 3.将玻璃瓶配盖待用。
&&& 4.封罐。
五、思考题
&&& 1.真空系统中，哪些部位易发生泄漏现象。
2.封盖不牢靠的主要原因是什么。
实验十一& 雷诺实验
雷诺实验是流体力学单元操作中一个非常重要的实验。该实验可以直观地体现流体流动型态与雷诺准数之间的关系，有利于深刻理解雷诺准数的基本原理，准确把握有关流动型态的基本特征，因而进一步认识动量传递对质量传递和热量传递的影响。
一．实验任务
二．实验原理
流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow）和湍流（或称紊流，Turbulent flow），这一现象最早是由雷诺（Reynolds）于1883年首先发现的。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。
流体流动型态可用雷诺准数（Re）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：
&&&&&&&&&& （11－1）
式中：Re ―雷诺准数，无因次；&
&&&&& d ―管子内径，m；
u ―流体在管内的平均流速，m／s；
ρ―流体密度，kg／m3；
μ―流体粘度；Pa?s。
层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re c表示。工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re≤2000时为层流；当Re&4000时，圆管内已形成湍流；当Re在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re, 数, 范围为过渡区。
式（11－1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。
三．实验装置与流程
实验装置如图11－1所示。主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为 mm硬质玻璃。
&图6－1 流体流型演示实验
1－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验管； 4－转子流量计；
5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽
实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。待水充满稳压溢流水槽后，开启流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经缓冲槽、试验导管和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计和调节阀调节。
示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接管和细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。
注意：实验用的水应清洁，红墨水的密度应与水相当，装置要放置平稳，避免震动。&&&&&&&
四．操作要点
（1）层流流动型态
试验时，先少许开启调节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后．记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好像一根拉直的红线一样。
（2）湍流流动型态
缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大，玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。此时可观察到，玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为―体，使整个管内流体染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。
五．注意事项
&&& 1．实验时，红墨水的流速和实验导管内主体流速要基本一致，不能相差太大；
&&& 2．调节流速改变流动型态时，调节阀应微调，幅度不能过大；
3．测临界雷诺数时，仔细辨别流体由层流变为湍流和湍流变为层流的特征；
4.开启红墨水阀，使实验导管入口附近2－3cm的水染上颜色，然后停加墨水，并开启调节阀，让水保持在层流状态下流动，观察水流速度分布，即墨水饿得形态；
六．实验报告要求
实验报告至少应包括以下内容：
&&& 1．简述实验原理和操作过程的要点；
&&& 2．画出实验流程示意图；
&&& 3．流体由层流到过渡区再变化为湍流时，测一系列的流型与雷诺数之间的关系，同时，流体由湍流到过渡区再变化为层流时，测一系列的流型与雷诺数之间的关系，在此基础上找出临界雷诺数；
&&& 4．对实验现象和实验结果进行分析讨论。
七．思考题
1．溢流装置的作用是什么？
2．雷诺数的意义是什么？导致层流和湍流特征根本区别的原因是什么？
实验十二& 柏努利方程实验
柏努利方程是一个非常重要的流体动力学基本原理，它描述了流体在流动过程中能量变化的基本规律。掌握柏努利方程基本原理，对于理解流体流动过程中的有关现象，分析流体流动相关问题至关重要。
一& 实验任务
1. 熟悉流动体中位压头、动压头和静压头的概念及其互相转换关系，在此经验基础上掌握柏努利方程。
2. 阻力与流速流量的关系。
二& 实验原理
1. 流体运动时的机械能
流体运动时具有三种机械能：即位能、动能、压力能，这三种能量可以互相转换。当管路条件改变时（如位置高低，管径大小），它们会自行转换。如果是粘度为零的理想流体，由于不存在机械能损失，因此在同一管路的任何二个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相等，但这三种机械能总和是相等的。
2. 机械能的转换
对实际流体来说，因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失，即转化成了热能。而转化为热能的机械能，管路中是不能恢复的。对实际流体来说，这部分机械能相当于是被损失掉了，亦即两个截面上的机械能的总和是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截面之间因摩擦和碰撞转换成为热的机械能。因此在进行机械能核算时，就必须将这部分消失的机械能加到下游截面上，其和才等于流体在上游截面上的机械能总和。
3. 机械能的表示
上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能的流体高度称为“压头”。表示位能的，称为位压头：表示动能的，称为动压头（或速度头）；表示压力的，称为静压头；已消失的机械能，称为损失压头（或摩擦压头）。这里所谓的“压头”系指单位重量的流体所具有的能量。
当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直，测压管内液柱高度（从测压孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几何高度决定。
当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映该点水流动能的大小。这时测压管内液位总高度则为静压头与动压头之和，我们称之为“总压头”。
6. 压头损失
任何两个截面上位压头、动压头、静压头三者总和之差即为损失压头，它表示液体流经这两个截面之间时机械能的损失。&&& 三& 实验装置
实验设备由玻璃管4、测压管12～16、活动测压头6～9、水槽1、水泵2等组成。活动测压头的小管端部封闭，管身开有小孔，小孔位置与玻璃管中心线平齐，小管与测压管相通，转动活动测压头就可以测量动、静压头。
管路分成五段，由三个不同直径的玻璃管所组成。流体流量由流量计调节阀10和流量计进行垃圾和观察。
1-水槽& 2-水泵& 3-旁通阀& 4玻璃实验管& 5,6,7,8,9-测压头&
&&&&&&& 10-流量调节阀 11-流量计& 12,13,14,15,16-测压管& 17-排水阀
图12-1 柏努利方程实验装置
四& 实验操作
1.明确实验中应测取的数据，记录下各个测点处玻璃管内径、水温和弯头角度等，准备好秒表和量筒。
2.调整仪器，使静态下各水位计高度达到一致，调整方法可以分为两步，首先用吸耳球清除玻璃管内气泡，然后，通过上下移动标尺位置使静态下各水位计高度一致。
3.开启水泵，关闭流量调节阀，调整回流阀使上水箱水位稳定（即有少量溢流流出）；测定各部位零流速水位，并记录。
4.打开调节阀，再次调整回流阀，使上水箱保持少量溢流，用秒表和量筒测定流量和流速，并记录对应此流量下，各测点位于正对流和垂直流位置两种情况下的水头值，记录于表1。
5.改变流量，重测以上数据，并记录于表12-1。
各个测点处玻璃管内径d(mm)
Ⅰ&&&&&& Ⅱ&&&&&&& Ⅲ&&&&&&& Ⅳ&&&&&&& Ⅴ&&&&&& Ⅵ
12.9&&&& 12.9&&&&& 21.2&&&&& 21.2&&&& &13.4&&&& 13.4
零流速水头&&&&&&&&&& mmH2O柱
表12-1& 实验数据表
五 实验报告
1. 记录数据于表12-1。
2. 画出不同流量下能量（水头）曲线，并运用柏努利方程原理说明能量变化情况。
3.验证流动阻力公式（按表12-2 形式记录）。
可选任一测头在不同流量下测出的数据进行分析比较，验证实际水头损失与流速平方成正比，hf = ξgU2/2, hf1/ hf2 = u22 / u12。
表12-2 &表12-1中第n号测头总能对比
&&& 1、关闭阀门，各测压管旋转时，液位高度有无变化？这一现象说明什么？这一高度的物理意义又是什么？
2、当测压孔正对水流方向时，各测压管的水位高度H的物理意义是什么？
3、测压孔正对水流方向，阀门开度调大，流速增大，动压头增大，为什么测压管水位反而下降？
4、将测压孔由正对水流方向，转至与水流方向垂直，为什么各测压管的液位下降？下降的液位代表什么压头？
实验十三&& 恒压过滤常数测定实验
板框压滤机是工业生产中应用比较广泛的一种过滤设备。生产实践中，板框压滤机在过滤某种悬浮液时，必须测定其相关的过滤常数，才能更好地指导过滤操作，以便充分发挥过滤机的工作性能，实现生产过程最优化，生产效益最大化。
一．实验任务
1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法。
2. 通过恒压过滤实验，验证过滤基本理论。
3. 学会测定过滤常数K、qe、τe及压缩性指数s的方法。
4. 了解过滤压力对过滤速率的影响。
二．实验原理
过滤是以某种多孔物质为介质来处理悬浮液以达到固、液分离的一种操作过程，即在外力的作用下，悬浮液中的液体通过固体颗粒层（即滤渣层）及多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来形成滤渣层，从而实现固、液分离。因此，过滤操作本质上是流体通过固体颗粒层的流动，而这个固体颗粒层（滤渣层）的厚度随着过滤的进行而不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速度不断降低。
过滤速度u定义为单位时间单位过滤面积内通过过滤介质的滤液量。影响过滤速度的主要因素除过滤推动力（压强差）△p，滤饼厚度L外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等。
过滤时滤液流过滤渣和过滤介质的流动过程基本上处在层流流动范围内，因此，可利用流体通过固定床压降的简化模型，寻求滤液量与时间的关系，可得过滤速度计算式：
&&&&&&& （13－1）
式中：u ―过滤速度，m/s；
V ―通过过滤介质的滤液量，m3；
A ―过滤面积，m2；
τ ―过滤时间，s；
q ―通过单位面积过滤介质的滤液量，m3/m2；
△p ―过滤压力（表压）pa ；
s &―滤渣压缩性系数；
μ―滤液的粘度，Pa.s；
r ―滤渣比阻，1/m2；
C ―单位滤液体积的滤渣体积，m3/m3；
Ve ―过滤介质的当量滤液体积，m3；
r& ―滤渣比阻，m/kg；
C& ―单位滤液体积的滤渣质量，kg/m3。
对于一定的悬浮液，在恒温和恒压下过滤时，μ、r、C和△p都恒定，为此令：
&&&&&&&&&&&&&&& （13－2）
于是式（9－1）可改写为：
& &&&&&&&&&&&&&& （13－3）
式中：K―过滤常数，由物料特性及过滤压差所决定， 。
将式（13－3）分离变量积分，整理得：
&&&&&&&&& &&&&&&&&&（13－4）
即&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&（13－5）
将式（13－4）的积分极限改为从0到Ve和从0到 积分，则：
&&&&&&&&&&&&&&&&& （13－6）
将式（13－5）和式（9－6）相加，可得：
&&&&&&&&&&&&&&&&&& （13－7）
式中： ―虚拟过滤时间，相当于滤出滤液量Ve所需时间，s。
再将式（13－7）微分，得：
&&&&&&&&&&&&&& （13－8）
将式（13－8）写成差分形式，则
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&（13－9）
式中： ― 每次测定的单位过滤面积滤液体积（在实验中一般等量分配），m3/ m2；
― 每次测定的滤液体积 所对应的时间，s；
― 相邻二个q值的平均值，m3/ m2。
以 为纵坐标， 为横坐标将式（13－9）标绘成一直线，可得该直线的斜率和截距。
斜率：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
截距：&&&&&&&&&&&&&&&&&&
则，&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
改变过滤压差△P，可测得不同的K值，由K的定义式（13－2）两边取对数得：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&& &&&(13－10)
在实验压差范围内，若B为常数，则lgK～lg(△p)的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为(1-s)，可得滤饼压缩性指数s。
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13－1。
1－空压机；2－压力灌；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13－1 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，利用压差送入压力料槽中，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，压缩空气从压力料槽上排空管中排出。
板框压滤机的结构尺寸：框厚度20mm，每个框过滤面积 0.0177m2，框数2个。
0.06m3/min0.8Mpa
四.实验步骤
1．实验准备
（1）配料：在配料罐内配制含CaCO310％～30％（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。
（2）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。
（3）设定压力：分别打开进压力灌的三路阀门，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。
（4）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）。
（5）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。
（6）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
（1）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。
（2）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。
（3）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△τ。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）
（4）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
（1）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）。
（2）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。
（3）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
（1）先关闭空压机出口球阀,关闭空压机电源。
（2）打开安全阀处泄压阀，使压力罐和清水罐泄压。
（3）卸下滤框、滤板、滤布进行清洗，清洗时滤布不要折。
（4）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。
五. 数据处理
1. 滤饼常数K的求取
计算举例：以△P＝1.0kg/cm2时的一组数据为例。
过滤面积A＝0.0177×2=0.0254m2；
△V1=637×10-6 m3；△τ1=31.98 s；
△V2=630×10-6 m3；△τ2=35.67 s；
△q1=△V1/A=637×10-6/0.048=0.013271& m3/m2；
△q2=△V2/A=630×10-6/0.048=0.013125& m3/m2；
△τ1/△q1=31.98/0.9.766 sm2/m3；
△τ2/△q2=35.67/0.7.714 sm2/m3；
q0=0 m3/m2；
q1= q0+△q1=0.013271 m3/m2；&
q2= q1+△q2=0.026396 m3/m2；
=( q0+q1)/2=0.0066355 m3/m2 ；
=( q1+q2)/2=0.0198335 m3/m2 ；
依次算出多组△τ/△q及 ；
在直角坐标系中绘制△τ/△q～ 的关系曲线，如图13-2所示，从该图中读出斜率可求得K。不同压力下的K值列于表1中。
表13-1& 不同压力下的K值
2. 滤饼压缩性指数S的求取
计算举例：在压力△P＝1.0kg/cm2时的△τ/△q～q直线上，拟合得直线方程，根据斜率为2/ K3，则K3=0.。
将不同压力下测得的K值作lgK~lg△P曲线，如图3所示，也拟合得直线方程，根据斜率为（1－s），可计算得s=0.198。
图13-2 △τ/△q～q曲线&&&&&&&&&&&&&&& 图13-3& lgK~lg△p曲线
六. 实验报告
1.由恒压过滤实验数据求过滤常数K、qe、τe。
2.比较几种压差下的K、qe、τe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。
4.实验结果分析与与讨论。
七. 思考题
1．板框过滤机的优缺点是什么？适用于什么场合？
2．板框压滤机的操作分哪几个阶段？
3．为什么过滤开始时，滤液常常有点浑浊，而过段时间后才变清？
4.影响过滤速率的主要因素有哪些？当你在某一恒压下所测得的K、qe、τe值后，若将过滤压强提高一倍，问上述三个值将有何变化？
实验十四& 流体力学综合实验
流体力学在食品工程原理中占有十分重要的地位。为了进一步理解流体力学的基本原理，开设了流体力学综合实验，包括离心泵特性测定实验和流体流动阻力测定实验两个实验。
1－水箱；2－进口压力变送器；3－离心泵；4－出口压力变送器；5－涡沦流量计；6－管路选择球阀；7－均压环；8－连接均压环和压力变送器球阀；9－局部阻力管上闸阀；10－差压变送器；11－出水管路闸阀；12－水箱放水阀；13－宝塔接头；14－温度传感器；15－离心泵的管路阀；16－旁路阀；17－电动调节阀；
图14－1 实验装置流程示意图
(一) 离心泵特性测定实验
一．实验任务
&(1）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程、功率和效率与流量的关系曲线图；&&& (2）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、C1000、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作；
二. 实验原理
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Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。
1．扬程H的测定与计算
取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程：
&&&&&&& （14－1）
由于两截面间的管长较短，通常可忽略阻力项 ，速度平方差也很小故可忽略，则有:
&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&（14－2）
式中： ，表示泵出口和进口间的位差，m；和&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
ρ――流体密度，kg/m3&&& ；
g――重力加速度 m/s2；
p1、p2――分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；
H1、H2――分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m；&&&
u1、u2――分别为泵进、出口的流速，m/s；&& &&
z1、z2――分别为真空表、压力表的安装高度，m。
由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。
2．轴功率N的测量与计算
& （W）&&&&&&&&&&&&&&& （14－3）
其中，N电为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取 。
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是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，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：
&&&&&&&&&&&&&&&&&& （14－4）
&故泵效率为:&&& &&&&&&&&&&&&（14－5）
4．转速改变时的换算
泵的特性曲线是在定转速下的实验测定所得。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Q的变化，多个实验点的转速n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某一定转速n&下（可取离心泵的额定转速2900rpm）的数据。换算关系如下：
流量&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&（14－6）
扬程&&&&&&&&& &&&&&&&&&&（14－7）
轴功率&&&&&&&& &&&&&&&&&&&（14－8）
效率&&&&&& &&&&（14－9）
三. 实验装置与流程
离心泵特性曲线测定装置流程图如下：
1－水箱；2－离心泵；3－泵进口压力传感器；4－泵出口压力传感器；5－灌泵口；6－涡沦流量计；
7－离心泵的管路阀；8－电动调节阀；9－旁路闸阀；10－排水阀；
图14-2 实验装置流程示意图
四. 实验步骤及注意事项
1．实验步骤：
（1）清洗水箱，并加装实验用水。给离心泵灌水，排出泵内气体。
（2）检查各阀门开度和仪表自检情况，试开状态下检查电机和离心泵是否正常运转。开启离心泵之前先将出口阀关闭，当泵达到额定转速后方可逐步打开出口阀。
（3）实验时，通过组态软件或者仪表逐渐增加电动调节阀的开度以增大流量，待各仪表读数显示稳定后，读取相应数据。离心泵特性实验主要获取实验数据为：流量Q、泵进口压力p1、泵出口压力p2、电机功率N电、泵转速n，及流体温度t和两测压点间高度差H0（H0＝0.1m）。
（4）测取10组左右数据后，可以停泵，同时记录下设备的相关数据（如离心泵型号，额定流量、额定转速、扬程和功率等），停泵前先将出口阀关闭。
2．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。
（3）不要在出口阀关闭状态下长时间使泵运转，一般不超过三分钟，否则泵中液体循环温度升高，易生气泡，使泵抽空。
五. 数据处理
（1）记录实验原始数据如下表14-1：
实验日期： &&&&&&&
实验人员：&&&&&& &
学号：&&&&&& &&&
装置号：& &&&
离心泵型号＝&&&&& ， 额定流量＝&&&&& ， 额定扬程＝&&&& ，&&&&&&&&&
额定功率＝&&&&&& ,泵进出口测压点高度差H0=&&&& ，流体温度t＝&&&&
表14－1 实验原始数据
（2）根据原理部分的公式，按比例定律校合转速后，计算各流量下的泵扬程、轴功率和效率，如表14-2：
表14－2& 泵扬程、轴功率和效率
六. 实验报告
1．分别绘制一定转速下的H～Q、N～Q、η～Q曲线。
2．分析实验结果，判断泵最为适宜的工作范围。
七. 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？是否还有其他方法调节流量？
4. 泵启动后，出口阀如果不开，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/ｍ 的盐水，在相同流量下你认为泵的压力是否变化？轴功率是否变化？
(二) 流体流动阻力测定实验
1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。
3．测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数x。
4．学会倒U形压差计和涡轮流量计的使用方法。
5．识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二. 实验原理
流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
& 1．直管阻力摩擦系数λ的测定
&&& 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：
&&&&& &&&（14－10）
即，&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（14－11）
式中： λ ―直管阻力摩擦系数，无因次；
&& &&d ―直管内径，m；
―流体流经l米直管的压力降，Pa；&&&
―单位质量流体流经l米直管的机械能损失，J/kg；&&
ρ ―流体密度，kg/m3；&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
l ―直管长度，m；&&&&&&&&&&&&&&&&&&
u ―流体在管内流动的平均流速，m/s。
滞流(层流)时，
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （14－12）
&&&&&&&&&&&&&&&& &&（14－13）
式中：Re ―雷诺准数，无因次；
&&& μ ―流体粘度，kg/(m?s)。
湍流时λ是雷诺准数Re和相对粗糙度（ε/d）的函数，须由实验确定。
由式（14-11）可知，欲测定λ，需确定l、d，测定 、u、ρ、μ等参数。 l、d为装置参数（装置参数表格中给出）， ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。
例如本装置采用涡轮流量计测流量，V，m3/h。
&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(14－14)
可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U型管液柱压差计时
&&&&&&&&&&&& && &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(14－15)
式中：R－水柱高度，m。
&&&&& （2）当采用U型管液柱压差计时
&&&&&&&&&&&&&&&&& (14－16)
式中：R－液柱高度，m；
－指示液密度，kg/m3。
根据实验装置结构参数l、d，指示液密度 ，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。
2．局部阻力系数x的测定
局部阻力损失通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
(1)当量长度法
流体流过某管件或阀门时造成的机械能损失看作与某一长度为 的同直径的管道所产生的机械能损失相当，此折合的管道长度称为当量长度，用符号 表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直管长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，则流体在管路中流动时的总机械能损失 & 为：
&&&&&&&&&&&&&&&&& (14－17)&&
(2)阻力系数法
流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种计算方法，称为阻力系数法。即：
&&&&&&&&&&& &&&&&&(14－18)
故&&&&& &&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(14－19)
&式中：x ―局部阻力系数，无因次；
& &&& &－局部阻力压强降，Pa；（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取。）
& &&ρ ―流体密度，kg/m3；
&&& g ―重力加速度，9.81m/s2；
u ―流体在小截面管中的平均流速，m／s。
待测的管件和阀门由现场指定。本实验采用阻力系数法表示管件或阀门的局部阻力损失。
根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，指示液密度 ，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(14-5)、(14-6)或(14-7)、(14-10)求取管件或阀门的局部阻力系数x。
1．实验装置
实验装置如图14-3所示：
1－水箱； 2－管道泵；3－涡轮流量计；4－管路选择球阀阀；5－均压阀；6－局部阻力管上闸阀；
7－连接均压环和压力变送器球阀；8－差压变送器；9－出口阀；10－排水阀；
图14－3& 实验装置流程示意图
2.实验流程
实验对象部分是由贮水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U型压差计等所组成的。管路部分有三段并联的长直管，分别为用于测定局部阻力系数，光滑管直管阻力系数和粗糙管直管阻力系数。测定局部阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。
水的流量使用涡轮流量计测量，管路和管件的阻力采用差压变送器将差压信号传递给无纸记录仪。
3．装置参数
装置参数如表14-3所示。由于管子的材质存在批次的差异，所以可能会产生管径的不同，所以表14-3中的管内径只能做为参考。
表14－3 装置参数
．泵启动：首先对水箱进行灌水，然后关闭出口阀，打开总电源和仪表开关，启动水泵，待电机转动平稳后，把出口阀缓缓开到最大。
2. 实验管路选择：选择实验管路，把对应的进口阀打开，并在出口阀最大开度下，保持全流量流动5－10min。
3．流量调节：手控状态,变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值，待流量稳定记录相关数据即可。
4．计算：装置确定时，根据 和u的实验测定值，可计算λ和ξ，在等温条件下，雷诺数Re=duρ/μ=Au，其中A为常数，因此只要调节管路流量，即可得到一系列λ～Re的实验点，从而绘出λ～Re曲线。
5．实验结束：关闭出口阀，关闭水泵和仪表电源，清理装置。
五、实验数据处理
根据上述实验测得的数据填写到下表：
实验日期： &&&&&&&实验人员：&&&&&& &&学号：&&&&&& &&温度：&&& &&装置号：&&&&
直管基本参数： &光滑管径&&&&&&& &&&粗糙管径&&&&&&& &&&&局部阻力管径&&&&&&& &
& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1．根据粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出λ～Re曲线，对照化工原理教材上有关曲线图，即可估算出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。
&&& 2．根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。
&3．根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均ξ值。
&4．对实验结果进行分析讨论。
&&&& 1．在对装置做排气工作时，是否一定要关闭流程尾部的出口阀?为什么?
&&&& 2．如何检测管路中的空气已经被排除干净?
&&&& 3．以水做介质所测得的λ～Re关系能否适用于其它流体?如何应用?
&&nbsp, ;&& &, /SPAN&4．在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的λ～Re数据能否关联在同一条曲线上?
5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?
实验十五& 填料精馏塔过程实验
一．实验任务
1.了解填料精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。
2.学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。
3.掌握保持其他条件不变下调节回流比的方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。
4.掌握用图解法求取理论板数的方法，并计算等板高度（HETP）。
二．实验原理
填料塔属连续接触式传质设备，填料精馏塔与板式精馏塔的不同之处在于塔内气液相浓度前者呈连续变化，后者层逐级变化。等板高度（HETP）是衡量填料精馏塔分离效果的一个关键参数，等板高度越小，填料层的传质分离效果就越好。
1.等板高度（HETP）
HETP是指与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。它的大小，不仅取决于填料的类型、材质与尺寸，而且受系统物性、操作条件及塔设备尺寸的影响。对于双组分体系，根据其物料关系 ，通过实验测得塔顶组成xD、塔釜组成xW、进料组成xF及进料热状况q、回流比R和填料层高度Z等有关参数，用图解法求得其理论板NT后，即可用下式确定：
&&&&&&&&&&& HETP＝Z/NT &&&&&&&&&&&&&&&&&（15－1）
2.图解法求理论塔板数
图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe－Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。
精馏段的操作线方程为：
&&&&&&& &&&&&&&&&&&（15－2）
式中， －精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；
&&&&&&&&&& －精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；
&&& －塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；
&&&&& &－泡点回流下的回流比。
提馏段的操作线方程为：
&&&&& &&&&&&&&&&&（15－3）
式中， －提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；
－提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；
－塔底釜液的液体组成，摩尔分数；
－提馏段内下流的液体量，kmol/s；
－釜液流量，kmol/s。
加料线（q线）方程可表示为：
&& &&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&（15－4）
其中， &&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&（15－5）
式中， －进料热状况参数；
－进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；
－进料液的泡点温度，℃；
－进料液温度，℃；
－进料液在平均温度 /2下的比热容，kJ/（kmol℃）；
－进料液组成，摩尔分数。
回流比R的确定：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（15－6）
式中， &－回流液量，kmol/s；
&－馏出液量，kmol/s。
式（15－6）只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。如图15－1所示，从全凝器出来的温度为 、流量为 的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。
图15-1 塔顶回流示意图
对第一块板作物料、热量衡算：
&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&（15－7）
&&&& &&&&&&&&&（15－8）
对式（9－7）、式（9－8）整理、化简后，近似可得：
&&& &&&&&&&&&&&&（15－9）
即实际回流比：&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&（15－10）
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&（15－11）
式中， 、 －离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s；
&&&&&&&&&& －塔内实际液流量，kmol/s；
、 、 、 －指对应 、 、 、 下的焓值，kJ/kmol；
－回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；
&&&&&&&&&& －回流液在 与 平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol℃）。
（1）全回流操作
在精馏全回流操作时，操作线在y－x图上为对角线，如图15－2所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。&&&&
图15－2 全回流时理论板数的确定
（2）部分回流操作
部分回流操作时，如图15－3，图解法的主要步骤为：
A. 根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线；
B. 在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b；
C. 在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线；
D. 由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d；
E. 连接点d、b作出提馏段操作线；
F. 从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；
G. 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。
&& 图15－3部分回流时理论板数的确定
三．实验装置与流程
本实验装置的主体设备是填料精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。
本实验料液为乙醇溶液，由进料泵打入塔内，釜内液体由电加热器加热汽化，经填料层内填料完成传质传热过程，进入盘管式换热器壳层全部冷凝成液体，再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐；残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐。精馏过程如图15－4所示。
填料精馏塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，塔内填料层总高Z＝2m（乱堆），填料为 环。进料位置距填料层顶面1.2m处。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为9.8L。塔顶冷凝器为盘管式换热器。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1 2 3 4 5 6789101112 13 14 15 1617181920212223
四．实验步骤与注意事项
本实验的主要操作步骤如下：
（1） 在料液罐中配制浓度15%-25%(酒精的体积百分比)的料液，由进料泵打入塔釜中，至釜容积的2/3处，料液浓度以塔运行后取样口色谱分析为准。
（2） 检查各阀门位置处于关闭状态，启动电加热管电源，使塔釜温度缓慢上升。至窥视节内有液体回流可观察到窥视节中有液体下流，塔顶放空阀中也有液滴落下，开冷却水水源，打开冷却水进出口阀门，通过水进口处转子流量计调，使放空阀中液滴间断性的下落即可。建议冷却水流量为40－80m3/h左右，过大则使塔顶蒸汽冷凝液溢流回塔内，过小则使塔顶蒸汽由放空阀直接大量溢出。
（3） 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓度XW，送色谱分析仪分析。
2．部分回流
（1）在储料罐中配制一定浓度的酒精-水溶液（约15-25%）。
（2）待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量，建议10－12L/h。
（3）启动回流比控制器电源，设定回流比R(R=1-4),调节塔顶回流液流量，建议6L/h左右，打开塔釜回流转子流量计阀门。
（4）当塔顶、塔内温度读数稳定，各转子流量计读数稳定后即可取样。
3．取样与分析
（1） 进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出。
（2）取样前应先放空取样管路中残液，再用取样液润洗试管，最后取10ml左右样品，并给该瓶盖标号以免出错，各个样品尽可能同时取样。
（3） 将样品进行色谱分析。
4．注意事项
（1）塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。
（2）料液一定要加到设定液位2/3处方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。
五．实验报告
1．将塔顶、塔底温度和组成，以及各流量计读数等原始数据列表。
2．按全回流和部分回流分别用图解法计算理论板数。
3．计算等板高度（HETP）。
4.分析并讨论实验过程中观察到的现象。
1．欲知全回流与部分回流时的等板高度，各需测取哪几个参数？取样位置应在何处？
2．试分析实验结果成功或失败的原因，提出改进意见。
实验十六& 食品冷藏冷冻综合实验
一、实验任务
二、实验原理
&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&16-1&
①AB& TfBTB0
EF& tf CFtf
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 16-2&
三、实验装置
四、操作要点
五、注意事项
六、实验报告要求
实验十七&& 真空泵的拆装实验
一、实验目的
1.掌握真空泵的结构组成及工作原理。
&&& 2.认识真空泵各零件的作用。
3.了解真空泵使用注意事项。
二、真空泵用途
真空泵工作时可以将密闭系统中的空气抽出，保持系统内具有一定的真空度。该类泵广泛用于真空吸料、真空包装、真空封罐等装置和设备中。
三、真空泵分类
&&& 按结构形式真空泵可以分为离心、射流、旋片、水环、柱塞式真空泵几种类型。其中以水环式真空泵结构最为简单。使用维持费用低，柱塞式真空泵最复杂，维持费用高。旋片真空泵因体积小，能获得较高的真空度等优点，而得到广泛的应用。
四、旋片真空泵组成
旋片真空泵主要由电机、机座、泵体、泵腔、壳体、轴、轴承等几部分组成，在泵腔上设有进气、排气、阀门及润滑油通道。
五、旋片真空泵工作原理
转子偏心装在壳内并同泵壳内表面相切，在转子内装有二个(或二个以上)滑片，当转于旋转时，滑片能沿其径向槽往复滑动，且与泵壳内壁始终接触。旋片将泵腔分成几个可变容积的旋转变容真空泵。它有单级和双级之分，都属中真空泵。
&&& 单级泵的极限真空为1.3Pa，双级泵的极限真空为0.7Pa。
旋片真空泵附有气镇装置(见图17－3)，可抽出潮湿气体，单独使用，亦可做高真空泵的前级泵使用。它不适用于抽除含氧过高、有爆炸性、对黑色金属有腐蚀性、对真空泵油起化学作用以及含有颗粒灰尘的气体，也不宜做输送泵使用。&&&
图17－1&&&& 单级旋片式真空泵工作原理图&&&&&&&& 图17－2&&&& 双级旋片式真空泵工作原理图
1-定子& 2-旋片& 3-转子& 4-弹簧& 5-排气阀& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&1-吸气管 2-通道 3-排气阀
（1）工作过程
&&& 单级旋片式真空泵过程（见图17－1）。泵由定子、旋片、转子组成，在定子缸内偏心装有转子，转子槽中装有两块旋片，由于弹簧的弹力作用而紧贴于缸壁，转动后还有旋片离心力。定子上的排气口被转子和旋片分为两部分。在泵的右侧形成月牙形的吸气室，被抽气体通过进气管流入，继续旋转，吸气室达到最大容积。再继续旋转时，被抽气体进入压缩空间，经压缩后气体压力超过0.1Mpa达到0.12Mpa，排气阀被打开而排出被抽气体。
&&& 如此周期性的运转即可达到排气的目的。排气阀借助于油密封，阻止被排出气体返流入泵内。
泵腔内所有运动表面被油复盖，形成吸气腔与排气腔之间的密封，同时油还充满泵腔内一切有害空间，消除了它们对极限真空的影响。
(2)双级旋片式真空泵的工作过程
双级旋片式真空泵由两个工作室组成(见图17―2)。两空前后串联，同向等速旋转，1室是2室的前级，1室是低真空级，2室是较高真空级。被抽气体由进气管道进入2室。当进入气体压力较高时，气体经2室压缩、压强急增，被压缩的气体除经通道(2)进入1室外，还能推开排气阀(1)，从排气阀(1)排出。
当进入2室的气体压力较低时，虽经1室的压缩也推不开排气阀(1)，气体全部经通道(2)进入1室，经1室的继续压缩，由排气阀(3)排出。因而双级旋片式真空泵比单级旋片式真空泵的极限真空高。
图17－3&& 旋片式与旋片气镇式真空泵工作原理图
）直联式真空泵的工作原理
六、实验要求
1.实验前，必须完全看懂真空泵的结构图纸，且做好必要的准备工作。
2.实验过程中，严禁用力撬、敲有关零件，且轻拿轻放，按顺序摆好。
3.拆下的零件必须清洗干净，才能组装。
－4& 直联高速旋片式真空泵
支架 3-旋片 4-电机 5-联轴器 6-支座 7-前盖 8-箱体
10-高级缸 11-隔板 12-低级转子 13-低级缸 14-后盖 15-法兰
七、思考题
1.如泵内润滑油中含有水分，会产生什么后果。
2.润滑油是如何进入真空泵工作室的。
3.真空泵内润滑油有何作用。,
实验十八&&& 制冷压缩机
一、实验目的
1.正确拆装制冷压缩机。
2.了解制冷压缩机的结构与特点。
二、实验原理
图18-1&& 全封闭式制冷压缩机
图18-2&& 导管滑块和曲轴、气缸装配图
1-滑管 2-滑块 3-活塞 4-汽缸体
容积型压缩机是通可变工作容积来完成对制冷剂的压缩和输送，又可分为活塞式和回转式两种。活塞式（又称往复式）制冷压缩机是活塞在汽缸内作往复运动，称为往复活塞式，在冷库制冷方面多采用此种压缩机。回转式制冷压缩机是转子在汽缸内作旋转运动，主要有螺杆式制冷压缩机和滚动转子式制冷压缩机。回转式压缩机，是一个与气缸中心线成不同轴心的偏心活塞，活塞在气缸里作旋转运动，电冰箱有采用此种压缩机。螺杆式压缩机，构造与螺杆泵相似，是一种新型的制冷压缩机。速度型制冷压缩机是制冷剂气体在高速旋转的叶轮中提高速度，而后通过导向器使制冷剂气体的动能转化为压力能，从而完成对制冷剂的压缩和输送，目前常用的是离心式制冷压缩机。离心式压缩机，构造与离心泵相似。我国制冷机厂生产的多为活塞式（往复式）压缩机。
18－1、18－2、18－3
图18-3 连杆式全封闭压缩机
1-下壳体 2-活塞3-连杆组件& 4-气阀组件 5-机体 6-定子7-转子8-曲轴
9-转子轴套 10-上壳体 11-进气管组12-汽缸盖 13-端盖 14-排气管组
三、实验内容
1.按顺序将压缩机的拆卸，熟悉压缩机各主要部件结构及其关联。
2.将制冷压缩机安装好，使之运转灵活。
四、思考题
1.全封闭式制冷压缩机与开启式制冷压缩机的区别。
2.活塞式制冷压缩机有那些主要部件，它们的主要作用是什么。
3.绘制曲轴和活塞工作图。
实验十九& 食品干燥综合实验
一、实验任务
二、实验原理
AA0.61kPa0.01A19-2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 19-3&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 1.& 2.& 3.&
三、实验装置
&&&&&&&&&&&&&&&&&& 19-4&
四、操作要点
五、注意事项
六、实验报告要求
1. 达道安，真空设计手册（修订版）［M］国防工业出版社，1991年
2. 化工机械手册编辑委员会，化工机械手册 真空设备［M］，1991年
3. 韩宝琦 李树林,制冷空调原理及应用［M］，机械工业出版社，1992年
4. 陆振曦陆守道，食品机械原理与设计［M］，中国轻工业出版社，1995年
5. 刘毅君 李清明，食品工厂机械设备［M］，湖南农业大学自编，2001年
6. 刘毅君，食品工厂机械设备实验指导书［M］，湖南农业大学自编，1994年
7. 冯亚云，冯朝伍，张金利．化工基础实验［M］．北京：化学工业出版社，2000
8. 伍钦，邹华生，高桂田．化工原理实验［M］．广州：华南理工大学出版社，2001
9. 雷良恒，潘国昌，郭庆丰．化工原理实验［M］．北京：清华大学出版社，1994
10. 德树，黄光斗．化工原理实验［M］．武汉：华中理工大学出版社，1997
11. 大连理工大学化工原理教研室．化工原理实验［M］．大连：大连理工大学出版社，1995
上一条：下一条：