專利名稱：七功能化工原理實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗裝置，特別涉及一種能進行七項內容的化工原理實驗裝置。
目前實驗教學中的化工原理實驗裝置都只進行一項實驗內容(黃少烈等編著《簡明化工原理實驗指導》。北京，科學普及出版社，1991年8月；華東理工大學等合編《化學工程實驗》。北京，化學工業(yè)出版社，1996年6月；馮亞運主編《化工基礎實驗》。北京，化學工業(yè)出版社，2000年2月。)。由于受缺經費、實驗室面積小等條件限制，部分學校無法開出必需的化工原理實驗。針對現(xiàn)存的上述問題，2000年1期《實驗技術與管理》刊載了我們″多功能化工原理實驗裝置″的論文，文中將華南工學院(現(xiàn)華南理工大學)化機廠生產的CHR-1型實驗裝置稍加改造，把原″汽—氣傳熱膜系數的測定″實驗裝置，改造成能進行五項內容(孔板流量計流量標定、風機性能測定、流體阻力測定、套管換熱器總傳熱系數測定、傳熱膜系數測定)的多功能化工原理實驗裝置。但改造后的實驗裝置仍需配置具有稍高壓力的水蒸汽發(fā)生器，操作中存在向水蒸汽發(fā)生器加蒸餾水、電熱元件需常更換、蒸汽泄露等較多不便及安全隱患等問題。
本實用新型的目的是提供一種多功能實驗裝置，在該實驗裝置上能進行七項化工原理實驗內容。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的在并聯(lián)有濕式氣體流量計、阻力測試裝置、套管換熱器的主管路(安裝有風機、孔板流量計、電加熱裝置)上，再并聯(lián)—管路，在該管路串聯(lián)一洞道式干燥器與沸騰床干燥器。從風機送出的空氣經電加熱裝置加熱后，流經放置有濕物料的洞道式干燥器與沸騰床干燥器，測定一定流量下不同時刻熱空氣的干、濕球溫度、濕物料的含水率以及沸騰床層的壓降，椐濕物料與沸騰床層的尺寸，可計算出干燥速度，從而作出干燥曲線與干燥速度曲線；在計算空氣通過沸騰床層的空塔氣速的基礎上，作出沸騰床層固體流態(tài)化過程中壓降與空塔氣速的關系曲線。使整套裝置在上述五項功能的基礎上，又增加了洞道干燥實驗與沸騰干燥及固體流態(tài)化實驗兩項內容。
由于采用上述方案，使本實用新型能完成七項化工原理實驗，七項化工原理實驗分別是孔板流量計流量標定、風機性能測定、流體阻力測定、套管換熱器總傳熱系數測定、傳熱膜系數測定、洞道干燥實驗與沸騰干燥及固體流態(tài)化實驗。
本實用新型中，壓強、壓強差及部分溫度數據是分別通過壓強或壓強差傳感器與溫度傳感器轉化為直流電信號，這些電信號經過放大器轉化為0～5V的直流電壓信號，通過A/D轉換器，將直流電壓轉化為數字量輸入計算機，在計算機上由編制的程序將采集的物理量由計算機顯示出來或進行計算、繪制曲線等。套管換熱器換熱管管壁的溫度，是通過熱電偶由電位差計讀出電位差數據，換算為溫度數據的。其余所測溫度由溫度計讀出。
本實用新型中，由于風機和孔板流量計是分別與濕式氣體流量計、阻力測試裝置、套管換熱器、干燥器(包括洞道式干燥器和沸騰床干燥器)所在管路并聯(lián)的，通過閥門的調節(jié)，七項實驗內容每次可單項操作，也可同時操作其中的幾項；而且七項實驗內容共用一臺風機與孔板流量計。
本實用新型中，在與套管換熱器和干燥器(包括洞道式干燥器和沸騰床干燥器)并聯(lián)管路上游總管路上，安裝一臺電加熱裝置加熱空氣，用熱空氣加熱通過套管換熱器的水，將原水蒸汽—空氣系統(tǒng)改為熱空氣—水系統(tǒng)，解決了原裝置需配置水蒸汽發(fā)生器，且操作中存在較多不便等問題；而且套管換熱器總傳熱系數測定、傳熱膜系數測定、洞道干燥實驗與沸騰干燥及固體流態(tài)化實驗等四項實驗內容共用一臺電加熱裝置。
本實用新型中，實驗用水可由高位槽或自來水管內水供給。裝置結構緊湊，所用經費比單功能七套設備節(jié)省60％以上。而且裝置占地面積小，不包括計算機和儀表柜的話，基本上與原CHR-1型裝置占地面積相同。
附圖
是本實用新型的示意圖。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
附圖中1.濕式氣體流量計，2.功率表，3.風機，4.孔板流量計，5.阻力測試裝置，6.電加熱裝置，7.洞道式干燥器，8.電子秤，9.沸騰床干燥器，10.轉子流量計，11.電位差計，12.熱電偶，13.套管換熱器，14.計算機，15.A/D轉換器，16.放大器，17.溫度傳感器，18.壓差或壓強傳感器，P.壓強采集元件，T.測溫元件(其中T1、T2、T4、T5、T9為溫度采集元件；T3、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13為溫度計，其中T7是濕球溫度計，其余為干球溫度計)，V.閥(其中V3、V5、V9、V10為閘閥，其余為截止閥)。
功能1.孔版流量計流量標定在附圖所示的裝置中，關閥(V2)，開閥(V1)、(V3)、(V4)、(V5)，啟動風機(3)，調節(jié)閥(V1)、(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V1)、及經過標準氣體流量計標定的濕式氣體流量計(1)所組成的管路系統(tǒng)，根據各計時時間內濕式氣體流量計(1)顯示的空氣體積與壓強(P1)、(P3)、(P12)、壓強差[(P2)-(P3)]及溫度(T1)、(T2)、(T3)等數據，可得溫度(T1)、(T2)間算術平均溫度、壓強(P1)、(P3)間算術平均壓強下空氣的體積流量與孔板(4)前后壓強差[(P2)-(P3)]的數據，標繪出孔板流量計流量曲線。本實驗中，壓強(P1)、(P3)、壓強差[(P2)-(P3)]及溫度(T1)、(T2)等數據是分別通過壓強或壓強差傳感器(18)與溫度傳感器(17)轉化為直流電信號，這些電信號經過放大器(16)轉化為0～5V的直流電壓信號，通過A/D轉換器(15)將直流電壓轉化為數字量輸入計算機(14)，在計算機(14)上由編制的程序將采集的物理量由計算機(14)顯示出來或進行計算、繪制曲線等。后面實驗中的壓強(P4)、(P5)、(P6)、(P7)、(P8)、(P9)，溫度(T4)、(T5)、(T9)等的計算機數據采集原理與此相同。
功能2.風機性能測定在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V2)、(V8)、(V9)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V5)(全開)，啟動風機(3)，調節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V3)、(V4)、(V5)所組成的管路系統(tǒng)。測得溫度(T1)、(T2)、壓強(P1)、(P3)、壓強差[(P2)-(P3)]及功率表(2)讀數等，據壓強差[(P2)-(P3)]的數據將由功能1.所得的孔板流量計流量曲線查得的空氣體積流量，換算為本實驗溫度(T1)、(T2)間算術平均溫度、壓強(P1)、(P3)間算術平均壓強下的空氣體積流量，計算出管路空氣流速，由溫度(T1)、(T2)間算術平均溫度、壓強(P1)、(P3)間算術平均壓強查或計算得空氣的密度，進而計算出風機(3)的全風壓；由全風壓、流量與功率表(2)讀數，計算出風機(3)的效率；根據全風壓～流量、功率～流量及效率～流量數據，可整理得風機(3)的特性曲線。
功能3.流體阻力測定在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V2)、(V5)(V8)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V9)(全開)，啟動風機(3)，調節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V3)、(V4)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內管所組成的管路系統(tǒng)。測得壓強(P1)、(P3)、(P4)、(P5)、(P6)、(P7)、(P8)、(P9)、壓強差[(P2)-(P3)]與溫度(T1)、(T2)、(T4)、(T5)等數據，按功能2.的方法計算出各流量下空氣流速，分別查或計算出溫度(T4)與壓強(P7)、(P4)間算術平均壓強下的空氣黏度和密度以及溫度(T5)與壓強(P8)、(P9)間算術平均壓強下的空氣黏度和密度，由此計算(P7)-(P4)與(P8)-(P9)管段的雷諾準數。由[(P7)-(P4)]-[(P7)-(P6)]-[(P5)-(P4)]與流速、密度可計算出空氣流經閥(V3)的局部阻力系數，并得閥(V3)局部阻力系數與雷諾準數的關系；由[(P8)-(P9)]與流速、密度及(P8)-(P9)管段的管長、管內直徑等數據，可計算出空氣流經(P8)-(P9)管段的摩擦阻力系數，可得(P8)-(P9)直管管段摩擦阻力系數與雷諾準數的關系。
功能4.套管換熱器總傳熱系數測定在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)、(V9)(全開)，啟動風機(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調節(jié)閥(V3)開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V2)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內管所組成的管路系統(tǒng)。開水閥(V10)，水流經套管換熱器(13)的內、外管間環(huán)隙。按功能2.的方法得空氣的體積流量，由轉子流量計(10)讀出水的流量，據空氣和水的不同流量時，套管換熱器(13)進、出口溫度(T11)、(T12)、(T13)、(T10)以及壓強(P1)、(P3)及溫度(T1)、(T2)等數據，由溫度(T11)、(T12)、(T13)、(T10)計算出傳熱平均溫度差，由溫度(T1)、(T2)間算術平均溫度、壓強(P1)、(P3)間的算術平均壓強，計算出空氣的密度與空氣質量流量，由空氣的平均溫度查得恒壓熱容，計算出空氣通過套管換熱器(13)傳給水的熱量，從而可由套管換熱器(13)傳熱管的尺寸計算出相應條件下套管換熱器(13)的總傳熱系數。
功能5.傳熱膜系數測定在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)、(V9)(全開)，啟動風機(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，開水閥(V10)，空氣與水的流動路徑及流量確定方法同功能4。據空氣和水的不同流量時，測得溫度(T1)、(T2)、(T11)、(T12)、(T13)、(T10)、壓強(P1)、(P3)等數據，套管換熱器(13)內管管壁的溫度是通過熱電偶(12)、電位差計(11)讀出電位差數據，再換算為溫度數據的。由溫度(T11)、(T13)間算術平均溫度查得空氣的恒壓熱容、黏度與普蘭特準數，同功能4的方法計算出空氣的質量流量、傳熱量與套管換熱器(13)的總傳熱系數，該傳熱過程的總傳熱系數近似等于套管換熱器(13)管壁對空氣的傳熱膜系數，雷諾準數的計算同功能3，從而整理得套管換熱器(13)管壁對空氣的傳熱膜系數與雷諾準數的關系。
功能6.洞道干燥實驗在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V3)、(V5)、(V7)、(V9)，開閥(V2)(全開)、(V6)(全開)、(V8)，啟動風機(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調節(jié)閥(V8)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V2)、(V8)、(V6)、電加熱裝置(6)及洞道式干燥器(7)所組成的管路系統(tǒng)。在洞道式干燥器(7)內放入已知絕干質量的濕物料，空氣流量確定方法同功能2。測定一定空氣流量下不同時刻的濕球溫度(T7)、干球溫度(T6)、(T8)，濕物料的質量可從電子稱(8)讀出，由此計算物料的干基含水率，據濕物料的尺寸進而計算干燥速度，可整理得該空氣流量、溫度與濕度下洞道式干燥器(7)內該濕物料的干燥曲線和干燥速度曲線。
功能7.沸騰干燥及固體流態(tài)化實驗在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V3)、(V5)、(V6)、(V9)，開閥(V2)(全開)、(V7)(全開)、(V8)，啟動風機(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調節(jié)閥(V8)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(4)、閥(V2)、(V8)、(V7)、電加熱裝置(6)及沸騰床干燥器(9)所組成的管路系統(tǒng)。在沸騰床干燥器(9)內放入一定量顆粒狀濕物料，空氣流量確定方法同功能2。測定一定空氣流量下不同時刻空氣干球溫度(T8)、濕球溫度(T7)，床層溫度(T9)、壓強(P10)、(P11)及取出的定量濕物料的含水率(用快速水分測定儀測物料的含水率)等，從而整理得沸騰干燥器(9)內該空氣流量、溫度與濕度下濕物料的干燥曲線、干燥速度曲線。由床層溫度(T9)、壓強(P10)、(P11)間算術平均壓強與由空氣的流量算出的空塔氣速，從而得沸騰干燥器(9)內固體顆粒床層流態(tài)化過程壓降[(P10)-(P11)]與空塔氣速變化關系曲線。
幾功能同時實現(xiàn)1。在附圖所示的裝置中，關閥(V1)、(V2)、(V5)、(V8)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V9)(全開)，啟動風機(3)，調節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣分別通過孔板流量計(4)、閥(V3)、(V4)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內管所組成的管路系統(tǒng)。參照功能2與3的方法，可同時實現(xiàn)功能2與3。
幾功能同時實現(xiàn)2在附圖所示的裝置中，關閥V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)(全開)、(V9)，啟動風機(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調節(jié)閥(V9)的開度，使不同流量的空氣分別通過孔板流量計(4)、閥(V2)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內管所組成的管路系統(tǒng)。開水閥(V10)，水流經套管換熱器(13)的內、外管間環(huán)隙。參照功能2、4、5的方法，可同時實現(xiàn)功能2、4、5。
類似的還能同時實現(xiàn)其它的功能組合。
權利要求1.一種化工原理實驗裝置，在安裝有風機、孔板流量計、電加熱裝置的主管路上并聯(lián)有濕式氣體流量計、阻力測試裝置、套管換熱器，其特征是在阻力測試裝置與套管換熱器并聯(lián)管路間，再并聯(lián)一管路，在該管路串聯(lián)一洞道式干燥器與沸騰床干燥器，使之成為能完成七項化工原理實驗的一種新型組合實驗裝置。
專利摘要一種七功能化工原理實驗裝置。在該套實驗裝置上可完成孔版流量計流量標定、風機性能測定、流體阻力測定、套管換熱器總傳熱系數測定、傳熱膜系數測定、洞道干燥實驗、固體流態(tài)化及沸騰干燥實驗七項內容。七項實驗內容共用一臺風機、孔板流量計和電加熱裝置。七項實驗內容，每次可單項操作，也可同時操作其中的幾項。該實驗裝置將常用的水蒸汽—空氣系統(tǒng)，換成熱空氣—水系統(tǒng)，不僅可省去水蒸汽發(fā)生器，且操作較為安全。
文檔編號B01J19/00GK2656002SQ0228255
公開日2004年11月17日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權日2002年10月16日
發(fā)明者吉欣, 郭新勇, 高景曦, 張錫蘭, 馬新起, 陳丹云 申請人:吉欣