食品工程原理实验教材

食品工程原理实验教材内容摘要：

 PACV t  2020 (36） 200 4dA  (37） 式中： C0— 流量计流量系数， C0= A0— 节流孔开孔面积， m2； d0— 节流孔开孔直径， d0= m； Δ P— 节流孔上下游两侧压力差， Pa； ρ — 孔板流量计处 0t 时空气的密度， kg/m3。 12 四、实验装置 如图 31。 五、操作方法 1. 将干燥物料（棉布）放入水中充分浸湿，将棉布表面的水分稍微挤压除去。 2. 调节送风机吸入口的蝶阀 12 到全开的位置后启动风机。 3. 用废气排出阀 10 和废气循环阀 11 调节到指定的流量后，开启加热电源。 在智能仪表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。 4. 在空气温度、流量稳定的条件下，用重量传感器测定支架的重量并记录下来。 5. 把充分浸湿的干燥物料（帆布） 5 固定在重量传感器 4 上并与气流平行放置。 6. 在稳定的条件下，记录干燥时间每隔 3 分钟干燥物料减轻的重量。 直至干燥物料的重量不再明显减轻为止。 7. 实验完毕，先关闭加热电 源，待干球温度降至 45℃以下时，再 关闭风机电源和总电源。 8. 实验完毕，一切复原。 六、注意事项 1. 重量传感器的量程为（ 0200 克），精度较高 ( 克 )。 在放置干燥物料时务必要轻拿轻放，以免损坏仪表。 2. 实验前，应检查湿球温度计水量是否充足。 3. 干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故。 4. 干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。 图 31 洞道干 燥实验流程示意图 1— 离心风机； 2— 孔板流量计； 15— 孔板流量计处温度计显示仪； 17— 重量传感器显示仪； 5— 干燥物料（绝干 ）； 6— 电加热器； 7— 干球温度计； 14— 湿球温度计显示仪； 9— 洞道干燥室； 10— 废气排出阀； 11— 废气循环阀； 12— 新鲜空气进气阀； 13— 电加热控制仪表； 16— 孔板流量计压差变送器和显示仪 13 5. 实验中不要改变智能仪表的设置。 七、报告内容 1. 根据实验结果绘制出干燥曲线、干燥速率曲线，并得出恒定干燥速率、临界含水量、平衡含水量。 2. 计算出恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。 3. 试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。 14 实验 4 精馏实验 一、实验目的 1. 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 2. 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 3. 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。 4. 学会使用阿贝折光仪测定有机物浓度的方法。 二、实验内容 1. 研究精馏过程中，精馏塔在全回流和部分回流的条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。 2. 用作图法计算出精馏塔在全回流和部分回流的条件下的理论塔板 数和进料方程，并计算出总板效率 ET。 三、实验原理 总板效率： 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数 NT。 按照式（ 41）可以得到总板效率 ET，其中 NP 为实际塔板数。 %100 PTT NNE (41) 全回流理论塔板： 对于全回流，精馏段操作线和提馏段操作线重合，而且就是对角线， 结合平衡线便可做出理论塔板数。 部分回流理论塔板： 精馏段操作线方程： (42) 由方程知道该直线经过点（ XD， XD），与 Y 轴截距为 (0， XD/（ R+1） )。 进料线方程： (43） 由方程知道该直线经过点（ XF， XF），与 Y 轴截距为 (0， XF /（ q1） )或 进料线斜率为 q/(q1)。 部分回流时，进料热状况参数（ q）的计算式为： mmFBPpm r rttCq  )( (44) 15 式中： tF—— 进料温度，℃。 tBP—— 进料的泡点温度，℃。 Cpm—— 进料液体在平均温度（ tF + tBP） /2 下的比热， kJ/（ kmol．℃）。 rm—— 进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热， kJ/kmol。 Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2 (45) rm=r1M1x1+r2M2x2， (46) 式中： Cp1， Cp2—— 分别为纯组份 1 和组份 2 在平均温度下的比热， kJ/（ kg℃）。 r1， r2—— 分别为纯组份 1 和组份 2 在泡点温度下的汽化潜热， kJ/kg。 M1， M2—— 分别为纯组份 1 和组份 2 的摩尔质量， kg/kmol。 x1， x2—— 分别为纯组份 1 和组份 2 在进料液中的摩尔分率。 提馏段操作线方程： (47） 从进料方程可以知道，提馏段直线经过进料操作线和精馏段操作线的交点和点（ XW,XW）。 结合精馏段操作线便可画出理论塔板数 四、 实验步骤 本实验以测定乙醇 /正丙醇二元物系精馏分离过程中，全回流和部分回流条件下的全塔效率。 ⒈ 实验前准备工作 检查仪器是否正常，在进料槽中加入一定浓度的乙醇 /正丙醇混合液，打开流量阀，加入混合液至液位计的 2/3～ 3/4 处。 ⒉ 全回流操作 关闭流量阀，向塔顶冷凝器通入冷却水，接通塔釜加热器电源，设定加热功率进行加热。 当塔釜中液体开始沸腾时，注意观察塔内气液接触状况 ，当塔顶有液体回流后，适当调整加热功率，使塔内维持正常的操作状态。 进行全回流操作至塔顶温度保持恒定 10～ 15 分钟后，用注射器分别在塔顶、塔釜和进料口分别取样，待样品液温度降至室温后，用阿贝折光仪测量该样品折光率（阿贝折光仪的使用方法见本实验附录）。 3．部分回流操作 打开流量阀，调节流量为 4L/h 左右，在釜底安装好回收瓶，调节回流比为 4，至塔顶温度保持恒定 10 分钟后，用注射器分别在塔顶、塔釜和进料口分别取样，待温度降至室温后，用阿贝折光仪测量样品折光率。 4. 实验结束后，停止加热，待塔釜温度冷却至室温后， 关闭冷却水，一切复原，并打 16 扫实验室卫生，将实验室水电切断后，方能离开实验室。 五 、注意事项 ，要特别注意安全，严禁干烧加热器，以免发生触电事故。 ，随时注意回流管和接收瓶是否溢出。 ，方能加热塔釜，停车时待进料板无沸腾时方可关闭冷凝水。 ，一定要按给出的质量百分浓度 ——折光指数关系曲线的要求控制折光仪的测量温度，在读取折光指数时，一定要同时记录其测量温度。 六 、 实验数据及处理 17 实验 5 桨叶式萃取塔实验 一、实验目的 1. 了解桨 叶式萃取塔的结构和工作原理。 2. 掌握桨叶式萃取塔的性能测定方法。 3. 复习分析化学中的滴定实验。 4. 学会用数学方法处理图形问题。 二、实验内容 1. 观察不同转速时，塔内液滴的变化情况和流动情况。 2. 分别采用图解法和辛普森积分法计算在两个不同流速下萃取塔的传质单元数 NOE。 3. 计算传质单元高度 HOE以及总的传质系数。 4. 转子流量计的校正，计算煤油的质量流量。 三、 实验原理 桨叶式萃取塔是一种外加能量的萃取设备，为石油化工、化学工业、环境保护等部门所广泛应用的一种分离设备 ，具有结构简单、便于安装和制造等特点。 塔内的搅拌 作用可以使分散相液滴不断破碎与聚合，以使液滴的表面不断更新，还可以减少连续相的轴向混合。 桨叶式 萃取塔 在塔内由环形隔板将它分成若干段，每段的旋转轴上安装有桨叶。 在萃取过程中由于桨叶的搅动，增加了分散相的分散程度，促进了相界面的接触表面积的更新和扩大。 同时隔板的作用在一定程度上抑制了轴向返混，因此，桨叶式萃取塔的效率比较高。 萃取塔的 分离效率可以用传质单元高度 HOE 或理论级当量高度 he 表示。 影响 桨叶式 萃取塔分离效率的因素主要有 隔板的大小和距离 、轻重两相的流量及 搅拌桨叶的转速 等 等。 对一定的实验设备（几何尺寸一定， 隔板 距离大小一定 ），在两相流量固定条件下， 转速增加 ，传质单元高度降低，塔的分离能力增加。 本实验以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸，苯甲酸在煤油中的浓度约为 2%（质量）。 水相为萃取相（用字母 E 表示，在本实验中又称连续相、重相），煤油相为萃余相（用字母R 表示，在本实验中又称分散相）。 在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取相。 萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之。 考虑水与煤油是完全不互溶的，且苯甲酸在两相中的浓度都很低，可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化。 ⒈ 按萃取相计算的传质单元数  EbEtYY EEEOE YY dYN * (51) 式中： YEt─苯甲酸在进入塔顶的萃取相中的质量比组成， kg 苯甲酸／ kg 水； 本实验中 YEt＝ 0。 YEb─苯甲酸在离开塔底萃取相中的质量比组成， kg 苯甲酸／ kg 水； YE─苯甲酸在塔内某一高度处萃取相中的质量比组成， kg 苯甲酸／ kg 水； YE*─与苯甲酸在塔内某一高度处萃余相组成 XR 成平衡的萃取相中的质量比 组成， kg 苯甲酸／ kg 水。 18 用 YE─XR图上的分配曲线 (平衡曲线 )与操作线可求得 ）（ EE YY *1YE 关系 图线。 再用辛普森积分 和图解法 可 分别 求得 NOE。 操作线，即经过点（ YEt， XRt）和点（ YEb， XRb）的直线。 ⒉ 按萃取相计算的传质单元高度 HOE （ 52） 式中： H—萃取塔的有效高度， m； HOE—按萃取相计算的传质单元高度， m。 ⒊ 按萃取相计算的体积总传质系数 （ 53） 式中： L—萃取相中纯溶剂的流量， kg 水 / h； S—萃取塔截面积， m2； HOE—按萃取相计算的体积总传质系数。 同理，本实验也可以按萃余相计算 NOR、 HOR及 KXRa。 4. 流量计校正 (54) 式中： V1—厂家标定时所用液体（本流量计为水）流量， m3； V2—实际液体流量， m3； ρ1—厂家标定时所用液体密度， kgm3； ρ2—实际液体密度， kgm3； ρf—转子流量计密度， kgm3。 四、 实验步骤 1. 插上电源， “电源接通 ”红色指示灯亮，说明电源已接通，按下 “电源接通 ”绿色按钮，其余红色指示灯均亮。 2. 检查所有阀门，使之关闭。 3. 让二相液料分别充满各自的塑料磁力泵，然后按二泵按钮，使二相液料分别占高位贮槽的 1/2～ 2/3 左右。 4. 调节∏管的位置，使得两相界面在合适处。 调节进出管路流量， 煤油为 6L/h，水为 4 L/h 使保持界面大致稳定在预定的高度上。 5. 稳定操作半小时 或全塔水相和溶剂相均置换 倍有效体积，进入测试阶段。 进行滴定分析，以酚酞为指示剂， AES 为相转移剂，测定煤油的出入口浓度（取样 10ml） 19 和水的出口浓度（ 25ml）。 6. 调节转速，再次进行测量。 7. 实验结束后将所有操作部件恢复至原始状态。 五、注意事项 1. 转速不能太快，避免损坏设备，调节时调节幅度要小一些。 2. 油阀和水阀必须先全开，然后台慢慢闭合，再打开流量调节阀。 3. ∏管的位置调节一定要慢，避免造成水相回流至煤油回收箱中。 4. 滴定时，滴定终点为出现变色后，等待 35 分钟，不再变回原来的颜色方为终点。 六、附录 仪表常数： 塔内径 : 37 mm；溶质 A:苯甲酸；稀释剂 B:煤油；萃取剂 S:水；重相密度 : 1000 kg／ m3 轻相密度 : 800 kg／ m3；流量计转子密度ρ f: 7900 kg／ m3；塔的有效高度 : 苯甲酸在水和煤油中的分配曲线 分配曲线0。