專利名稱：七功能化工原理實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種能進(jìn)行七項(xiàng)內(nèi)容的化工原理實(shí)驗(yàn)裝置。
目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的化工原理實(shí)驗(yàn)裝置都只進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(黃少烈等編著《簡(jiǎn)明化工原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》。北京，科學(xué)普及出版社，1991年8月；華東理工大學(xué)等合編《化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)》。北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1996年6月；馮亞運(yùn)主編《化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》。北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2000年2月。)。由于受缺經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)室面積小等條件限制，部分學(xué)校無法開出必需的化工原理實(shí)驗(yàn)。針對(duì)現(xiàn)存的上述問題，2000年1期《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》刊載了我們″多功能化工原理實(shí)驗(yàn)裝置″的論文，文中將華南工學(xué)院(現(xiàn)華南理工大學(xué))化機(jī)廠生產(chǎn)的CHR-1型實(shí)驗(yàn)裝置稍加改造，把原″汽—?dú)鈧鳠崮は禂?shù)的測(cè)定″實(shí)驗(yàn)裝置，改造成能進(jìn)行五項(xiàng)內(nèi)容(孔板流量計(jì)流量標(biāo)定、風(fēng)機(jī)性能測(cè)定、流體阻力測(cè)定、套管換熱器總傳熱系數(shù)測(cè)定、傳熱膜系數(shù)測(cè)定)的多功能化工原理實(shí)驗(yàn)裝置。但改造后的實(shí)驗(yàn)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(shí)用新型的目的是提供一種多功能實(shí)驗(yàn)裝置，在該實(shí)驗(yàn)裝置上能進(jìn)行七項(xiàng)化工原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在并聯(lián)有濕式氣體流量計(jì)、阻力測(cè)試裝置、套管換熱器的主管路(安裝有風(fēng)機(jī)、孔板流量計(jì)、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(fēng)機(jī)送出的空氣經(jīng)電加熱裝置加熱后，流經(jīng)放置有濕物料的洞道式干燥器與沸騰床干燥器，測(cè)定一定流量下不同時(shí)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(jì)算出干燥速度，從而作出干燥曲線與干燥速度曲線；在計(jì)算空氣通過沸騰床層的空塔氣速的基礎(chǔ)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(guān)系曲線。使整套裝置在上述五項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上，又增加了洞道干燥實(shí)驗(yàn)與沸騰干燥及固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)兩項(xiàng)內(nèi)容。
由于采用上述方案，使本實(shí)用新型能完成七項(xiàng)化工原理實(shí)驗(yàn)，七項(xiàng)化工原理實(shí)驗(yàn)分別是孔板流量計(jì)流量標(biāo)定、風(fēng)機(jī)性能測(cè)定、流體阻力測(cè)定、套管換熱器總傳熱系數(shù)測(cè)定、傳熱膜系數(shù)測(cè)定、洞道干燥實(shí)驗(yàn)與沸騰干燥及固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)用新型中，壓強(qiáng)、壓強(qiáng)差及部分溫度數(shù)據(jù)是分別通過壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差傳感器與溫度傳感器轉(zhuǎn)化為直流電信號(hào)，這些電信號(hào)經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器，將直流電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上由編制的程序?qū)⒉杉奈锢砹坑捎?jì)算機(jī)顯示出來或進(jìn)行計(jì)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(jì)讀出電位差數(shù)據(jù)，換算為溫度數(shù)據(jù)的。其余所測(cè)溫度由溫度計(jì)讀出。
本實(shí)用新型中，由于風(fēng)機(jī)和孔板流量計(jì)是分別與濕式氣體流量計(jì)、阻力測(cè)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(diào)節(jié)，七項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容每次可單項(xiàng)操作，也可同時(shí)操作其中的幾項(xiàng)；而且七項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共用一臺(tái)風(fēng)機(jī)與孔板流量計(jì)。
本實(shí)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(tái)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(shù)測(cè)定、傳熱膜系數(shù)測(cè)定、洞道干燥實(shí)驗(yàn)與沸騰干燥及固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)等四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共用一臺(tái)電加熱裝置。
本實(shí)用新型中，實(shí)驗(yàn)用水可由高位槽或自來水管內(nèi)水供給。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，所用經(jīng)費(fèi)比單功能七套設(shè)備節(jié)省60％以上。而且裝置占地面積小，不包括計(jì)算機(jī)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(shí)用新型的示意圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
附圖中1.濕式氣體流量計(jì)，2.功率表，3.風(fēng)機(jī)，4.孔板流量計(jì)，5.阻力測(cè)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(zhuǎn)子流量計(jì)，11.電位差計(jì)，12.熱電偶，13.套管換熱器，14.計(jì)算機(jī)，15.A/D轉(zhuǎn)換器，16.放大器，17.溫度傳感器，18.壓差或壓強(qiáng)傳感器，P.壓強(qiáng)采集元件，T.測(cè)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(jì)，其中T7是濕球溫度計(jì)，其余為干球溫度計(jì))，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(jì)流量標(biāo)定在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V2)，開閥(V1)、(V3)、(V4)、(V5)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，調(diào)節(jié)閥(V1)、(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V1)、及經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)標(biāo)定的濕式氣體流量計(jì)(1)所組成的管路系統(tǒng)，根據(jù)各計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)濕式氣體流量計(jì)(1)顯示的空氣體積與壓強(qiáng)(P1)、(P3)、(P12)、壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]及溫度(T1)、(T2)、(T3)等數(shù)據(jù)，可得溫度(T1)、(T2)間算術(shù)平均溫度、壓強(qiáng)(P1)、(P3)間算術(shù)平均壓強(qiáng)下空氣的體積流量與孔板(4)前后壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]的數(shù)據(jù)，標(biāo)繪出孔板流量計(jì)流量曲線。本實(shí)驗(yàn)中，壓強(qiáng)(P1)、(P3)、壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]及溫度(T1)、(T2)等數(shù)據(jù)是分別通過壓強(qiáng)或壓強(qiáng)差傳感器(18)與溫度傳感器(17)轉(zhuǎn)化為直流電信號(hào)，這些電信號(hào)經(jīng)過放大器(16)轉(zhuǎn)化為0～5V的直流電壓信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器(15)將直流電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)(14)，在計(jì)算機(jī)(14)上由編制的程序?qū)⒉杉奈锢砹坑捎?jì)算機(jī)(14)顯示出來或進(jìn)行計(jì)算、繪制曲線等。后面實(shí)驗(yàn)中的壓強(qiáng)(P4)、(P5)、(P6)、(P7)、(P8)、(P9)，溫度(T4)、(T5)、(T9)等的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集原理與此相同。
功能2.風(fēng)機(jī)性能測(cè)定在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V2)、(V8)、(V9)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V5)(全開)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，調(diào)節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V3)、(V4)、(V5)所組成的管路系統(tǒng)。測(cè)得溫度(T1)、(T2)、壓強(qiáng)(P1)、(P3)、壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]及功率表(2)讀數(shù)等，據(jù)壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]的數(shù)據(jù)將由功能1.所得的孔板流量計(jì)流量曲線查得的空氣體積流量，換算為本實(shí)驗(yàn)溫度(T1)、(T2)間算術(shù)平均溫度、壓強(qiáng)(P1)、(P3)間算術(shù)平均壓強(qiáng)下的空氣體積流量，計(jì)算出管路空氣流速，由溫度(T1)、(T2)間算術(shù)平均溫度、壓強(qiáng)(P1)、(P3)間算術(shù)平均壓強(qiáng)查或計(jì)算得空氣的密度，進(jìn)而計(jì)算出風(fēng)機(jī)(3)的全風(fēng)壓；由全風(fēng)壓、流量與功率表(2)讀數(shù)，計(jì)算出風(fēng)機(jī)(3)的效率；根據(jù)全風(fēng)壓～流量、功率～流量及效率～流量數(shù)據(jù)，可整理得風(fēng)機(jī)(3)的特性曲線。
功能3.流體阻力測(cè)定在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V2)、(V5)(V8)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V9)(全開)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，調(diào)節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V3)、(V4)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內(nèi)管所組成的管路系統(tǒng)。測(cè)得壓強(qiáng)(P1)、(P3)、(P4)、(P5)、(P6)、(P7)、(P8)、(P9)、壓強(qiáng)差[(P2)-(P3)]與溫度(T1)、(T2)、(T4)、(T5)等數(shù)據(jù)，按功能2.的方法計(jì)算出各流量下空氣流速，分別查或計(jì)算出溫度(T4)與壓強(qiáng)(P7)、(P4)間算術(shù)平均壓強(qiáng)下的空氣黏度和密度以及溫度(T5)與壓強(qiáng)(P8)、(P9)間算術(shù)平均壓強(qiáng)下的空氣黏度和密度，由此計(jì)算(P7)-(P4)與(P8)-(P9)管段的雷諾準(zhǔn)數(shù)。由[(P7)-(P4)]-[(P7)-(P6)]-[(P5)-(P4)]與流速、密度可計(jì)算出空氣流經(jīng)閥(V3)的局部阻力系數(shù)，并得閥(V3)局部阻力系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系；由[(P8)-(P9)]與流速、密度及(P8)-(P9)管段的管長(zhǎng)、管內(nèi)直徑等數(shù)據(jù)，可計(jì)算出空氣流經(jīng)(P8)-(P9)管段的摩擦阻力系數(shù)，可得(P8)-(P9)直管管段摩擦阻力系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系。
功能4.套管換熱器總傳熱系數(shù)測(cè)定在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)、(V9)(全開)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調(diào)節(jié)閥(V3)開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V2)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內(nèi)管所組成的管路系統(tǒng)。開水閥(V10)，水流經(jīng)套管換熱器(13)的內(nèi)、外管間環(huán)隙。按功能2.的方法得空氣的體積流量，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)(10)讀出水的流量，據(jù)空氣和水的不同流量時(shí)，套管換熱器(13)進(jìn)、出口溫度(T11)、(T12)、(T13)、(T10)以及壓強(qiáng)(P1)、(P3)及溫度(T1)、(T2)等數(shù)據(jù)，由溫度(T11)、(T12)、(T13)、(T10)計(jì)算出傳熱平均溫度差，由溫度(T1)、(T2)間算術(shù)平均溫度、壓強(qiáng)(P1)、(P3)間的算術(shù)平均壓強(qiáng)，計(jì)算出空氣的密度與空氣質(zhì)量流量，由空氣的平均溫度查得恒壓熱容，計(jì)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(jì)算出相應(yīng)條件下套管換熱器(13)的總傳熱系數(shù)。
功能5.傳熱膜系數(shù)測(cè)定在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)、(V9)(全開)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，開水閥(V10)，空氣與水的流動(dòng)路徑及流量確定方法同功能4。據(jù)空氣和水的不同流量時(shí)，測(cè)得溫度(T1)、(T2)、(T11)、(T12)、(T13)、(T10)、壓強(qiáng)(P1)、(P3)等數(shù)據(jù)，套管換熱器(13)內(nèi)管管壁的溫度是通過熱電偶(12)、電位差計(jì)(11)讀出電位差數(shù)據(jù)，再換算為溫度數(shù)據(jù)的。由溫度(T11)、(T13)間算術(shù)平均溫度查得空氣的恒壓熱容、黏度與普蘭特準(zhǔn)數(shù)，同功能4的方法計(jì)算出空氣的質(zhì)量流量、傳熱量與套管換熱器(13)的總傳熱系數(shù)，該傳熱過程的總傳熱系數(shù)近似等于套管換熱器(13)管壁對(duì)空氣的傳熱膜系數(shù)，雷諾準(zhǔn)數(shù)的計(jì)算同功能3，從而整理得套管換熱器(13)管壁對(duì)空氣的傳熱膜系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系。
功能6.洞道干燥實(shí)驗(yàn)在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V3)、(V5)、(V7)、(V9)，開閥(V2)(全開)、(V6)(全開)、(V8)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調(diào)節(jié)閥(V8)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(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(nèi)放入已知絕干質(zhì)量的濕物料，空氣流量確定方法同功能2。測(cè)定一定空氣流量下不同時(shí)刻的濕球溫度(T7)、干球溫度(T6)、(T8)，濕物料的質(zhì)量可從電子稱(8)讀出，由此計(jì)算物料的干基含水率，據(jù)濕物料的尺寸進(jìn)而計(jì)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(nèi)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(shí)驗(yàn)在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V3)、(V5)、(V6)、(V9)，開閥(V2)(全開)、(V7)(全開)、(V8)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調(diào)節(jié)閥(V8)的開度，使不同流量的空氣通過孔板流量計(jì)(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(nèi)放入一定量顆粒狀濕物料，空氣流量確定方法同功能2。測(cè)定一定空氣流量下不同時(shí)刻空氣干球溫度(T8)、濕球溫度(T7)，床層溫度(T9)、壓強(qiáng)(P10)、(P11)及取出的定量濕物料的含水率(用快速水分測(cè)定儀測(cè)物料的含水率)等，從而整理得沸騰干燥器(9)內(nèi)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(qiáng)(P10)、(P11)間算術(shù)平均壓強(qiáng)與由空氣的流量算出的空塔氣速，從而得沸騰干燥器(9)內(nèi)固體顆粒床層流態(tài)化過程壓降[(P10)-(P11)]與空塔氣速變化關(guān)系曲線。
幾功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)1。在附圖所示的裝置中，關(guān)閥(V1)、(V2)、(V5)、(V8)，開閥(V3)、(V4)(全開)、(V9)(全開)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，調(diào)節(jié)閥(V3)的開度，使不同流量的空氣分別通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V3)、(V4)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內(nèi)管所組成的管路系統(tǒng)。參照功能2與3的方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能2與3。
幾功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)2在附圖所示的裝置中，關(guān)閥V1)、(V3)、(V5)、(V8)，開閥(V2)(全開)、(V9)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)(3)，接通電加熱裝置(6)的電源，調(diào)節(jié)閥(V9)的開度，使不同流量的空氣分別通過孔板流量計(jì)(4)、閥(V2)、(V9)、電加熱裝置(6))及套管換熱器(13)的內(nèi)管所組成的管路系統(tǒng)。開水閥(V10)，水流經(jīng)套管換熱器(13)的內(nèi)、外管間環(huán)隙。參照功能2、4、5的方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能2、4、5。
類似的還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)其它的功能組合。
權(quán)利要求1.一種化工原理實(shí)驗(yàn)裝置，在安裝有風(fēng)機(jī)、孔板流量計(jì)、電加熱裝置的主管路上并聯(lián)有濕式氣體流量計(jì)、阻力測(cè)試裝置、套管換熱器，其特征是在阻力測(cè)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(xiàng)化工原理實(shí)驗(yàn)的一種新型組合實(shí)驗(yàn)裝置。
專利摘要一種七功能化工原理實(shí)驗(yàn)裝置。在該套實(shí)驗(yàn)裝置上可完成孔版流量計(jì)流量標(biāo)定、風(fēng)機(jī)性能測(cè)定、流體阻力測(cè)定、套管換熱器總傳熱系數(shù)測(cè)定、傳熱膜系數(shù)測(cè)定、洞道干燥實(shí)驗(yàn)、固體流態(tài)化及沸騰干燥實(shí)驗(yàn)七項(xiàng)內(nèi)容。七項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共用一臺(tái)風(fēng)機(jī)、孔板流量計(jì)和電加熱裝置。七項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，每次可單項(xiàng)操作，也可同時(shí)操作其中的幾項(xiàng)。該實(shí)驗(yàn)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(hào)B01J19/00GK2656002SQ0228255
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:吉欣