化工基礎(chǔ)實驗教案

1、教 案開課單位：化學(xué)化工學(xué)院課程名稱：化工基礎(chǔ)實驗專業(yè)年級：2013級化學(xué)專業(yè)任課教師： 周邦智/呂昕 教材名稱：化工基礎(chǔ)實驗2015 2016學(xué)年第2學(xué)期授課內(nèi)容實驗一 流量計的標(biāo)定課時安排4教學(xué)目的要求實驗?zāi)康模?、熟悉孔板流量計的構(gòu)造、性能及安裝方法。2、掌握流量計的標(biāo)定方法之一 計時容量法。3、測定孔板流量計的孔流系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系。教學(xué)重點難點本實驗重難點是該實驗的孔板流量計的孔流系數(shù)的測定和影響因素。教學(xué)方法手段同學(xué)們可以通過實際動手、相互間的學(xué)習(xí)、討論以及實驗過程中來學(xué)習(xí)實際知識和經(jīng)驗。教學(xué)內(nèi)容提綱1、繪出流量與讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線 縱坐標(biāo)為qv，橫坐標(biāo)為讀數(shù)R，流量可以采用計時容量

2、法求得，在U型壓強(qiáng)計上可以直接得到讀數(shù)R。2、求孔流系數(shù)C0由孔板流量計公式可知：課外學(xué)習(xí)要求1、如何排除管路中的氣體？2、流量計為什么要標(biāo)定？3、試分析孔板流量計和文丘里流量計的優(yōu)缺點和適用范圍？4、孔板流量計的孔流系數(shù)隨流量如何變化？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗二 柏努利試驗課時安排4教學(xué)目的要求實驗?zāi)康模?、加深對能量轉(zhuǎn)化概念的理解。2、觀察流體流經(jīng)收縮、擴(kuò)大管段時，各截面上靜壓能、沖壓能的變化。 教學(xué)重點難點能量轉(zhuǎn)化概念的理解。教學(xué)方法手段實驗研究：通過講解該實驗的實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮?nèi)容、要求和實驗步驟，使學(xué)生對本實驗有了一定的了解。再通過實驗加深對流體流動實質(zhì)的理解。教學(xué)內(nèi)容提綱實驗內(nèi)容 在靜止

3、、以及不同流量下（8個流量值）分別測定A、B、C、D四個截面上的靜壓能和沖壓能。（沖壓能=靜壓能+動能）課外學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)分析對不同斷面的靜壓能的變化原因，以及靜壓能、動能、位能三者之間的關(guān)系。 1、分析討論各截面值的變化及規(guī)律（動能、靜壓能和位能）。2、解釋流體流動時各截面的壓頭變化。3、為什么流量增大各測試點的靜壓頭減少？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗三 離心泵特性曲線的測定課時安排4教學(xué)目的要求實驗?zāi)康模?、了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會離心泵的操作。2、掌握離心泵特性曲線測定方法。教學(xué)重點難點掌握離心泵特性曲線的測定方法以及特性曲線的應(yīng)用。教學(xué)方法手段實驗研究：通過實驗課的學(xué)習(xí)，對本實驗的實驗?zāi)康?、?nèi)

4、容、步驟、要求等要預(yù)習(xí)熟練，在實驗過程中要學(xué)會分析實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，并及時避免。教學(xué)內(nèi)容提綱1、測定流量、在該流量下的離心泵進(jìn)出口壓力，電動機(jī)功率。2、利用實驗測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行揚(yáng)程和理論功率的計算，并求得泵的效率。已知：電動機(jī)效率為60%，泵的軸功率=電動機(jī)功率×電動機(jī)效率泵的理論功率=qv××g×He泵的效率=泵的理論功率/泵的軸功率課外學(xué)習(xí)要求思考題：1、離心泵為何會出現(xiàn)“氣縛”現(xiàn)象，如何消除？2、根據(jù)離心泵特性曲線，如何選擇離心泵的揚(yáng)程和流量？。3、離心泵啟動前和停泵前為什么都要關(guān)閉出口閥門？4、為什么啟動離心泵前要向泵內(nèi)注水？

5、5、為什么調(diào)節(jié)離心泵的出口閥門可調(diào)節(jié)其流量？這種方法有什么優(yōu)缺點？是否還有其他方法調(diào)節(jié)泵的流量？6、為什么在離心本進(jìn)口管下安裝底閥？從節(jié)能觀點看，安裝底閥是否有利？7、為什么停泵時，要先關(guān)閉流量控制閥？8、離心泵的特定曲線是否與連接的管路系統(tǒng)有關(guān)？9、為什么流量越大，入口處真空表的讀數(shù)越大，而出口處壓強(qiáng)表的讀數(shù)越??？（列機(jī)械能恒算式說明）10、離心泵應(yīng)選擇在高效率區(qū)操作，你對此如何理解？11、揚(yáng)程的物理意義是什么？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗四 實訓(xùn)實驗課時安排4教學(xué)目的要求實驗?zāi)康模?、了解各種管件和常用工具的結(jié)構(gòu)、形狀和性能。2、掌握管件安裝方法。3、要求全組配合，安全、準(zhǔn)確拆卸和安裝。教學(xué)重點難

6、點掌握管件、工具的結(jié)構(gòu)、性能、形狀及拆卸、安裝。教學(xué)方法手段實驗研究：通過實驗課的學(xué)習(xí)，對本實驗的實驗?zāi)康?、?nèi)容、步驟、要求等要預(yù)習(xí)熟練，在實驗過程中要學(xué)會分析實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，并及時避免。教學(xué)內(nèi)容提綱1、學(xué)習(xí)各種常用管件用途、結(jié)構(gòu)和性能。2、學(xué)習(xí)各種管件、工具的拆卸、安裝及使用方法3、學(xué)習(xí)多人配合工作，安全工作。課外學(xué)習(xí)要求教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗五 流體阻力的測定實驗課時安排5、教學(xué)目的要求 實驗?zāi)康模?.熟悉測定流體流經(jīng)直管和管件時能量損失的實驗組織方法。2.掌握摩擦系數(shù)的測定方法。3.學(xué)會壓力測量儀表的使用方法。4.識別組成管路的各種管件，并了解其作用。教學(xué)重點難點直

7、管、局部阻力的測定原理和方法教學(xué)方法手段實驗研究教學(xué)內(nèi)容提綱1、光滑管阻力測定 只開啟光滑管進(jìn)口閥門，其余閥門全部關(guān)閉，打開光滑管測壓閥，調(diào)節(jié)一定流量，測不同流量下的壓差。（10組）。2、粗糙管阻力測定 只開啟粗糙管進(jìn)口閥門，其余閥門全部關(guān)閉，打開粗糙管測壓閥，調(diào)節(jié)一定流量，測不同流量下的壓差。（10組）。3、局部阻力測定 只開啟局部阻力管進(jìn)口閥門（1/2），其余閥門全部關(guān)閉，打開局部阻力管近端測壓閥，關(guān)閉局部阻力管遠(yuǎn)端測壓閥，調(diào)節(jié)一定流量，測近端壓差；然后關(guān)閉近端測壓閥，打開遠(yuǎn)端測壓閥，測遠(yuǎn)端壓差，不同流量下分別測定近、遠(yuǎn)端壓差（10組）。課外學(xué)習(xí)要求根據(jù)實驗的資料和數(shù)據(jù)，按實驗報告的要求，

8、認(rèn)真寫出實驗報告。1、在測定直管的阻力損失時，能否將水平管改為垂直放置或傾斜放置？為什么？放置時壓差與直管阻力損失是什么關(guān)系？2、測壓導(dǎo)管的粗細(xì)、長短對測量結(jié)果有無影響？為什么？3、為什么要排除管路及測壓導(dǎo)管中的空氣？怎么排除？4、為什么摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線需要在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗六 熱交換傳熱系數(shù)測定課時安排5教學(xué)目的要求一、實驗?zāi)康?、通過對流傳熱膜系數(shù)和熱交換器總傳熱系數(shù)K的測定，掌握傳熱實驗的組織方法。2、通過建立對流傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式，加深對經(jīng)驗公式的理解。3、了解強(qiáng)化傳熱的途徑和影響因素，學(xué)會運(yùn)用傳熱學(xué)基本原理分析和處理傳熱問題。 教學(xué)重點難點對流傳

9、熱膜系數(shù)和熱交換器總傳熱系數(shù)K的測定以及影響因素。教學(xué)方法手段實驗研究教學(xué)內(nèi)容提綱實驗內(nèi)容：1、測定空氣流量m3/h；2、測定該流量下的普通套管/強(qiáng)化套管換熱器空氣進(jìn)、出口溫度。測定水蒸氣溫度。3、測定該流量下的管壁溫度。4、改變空氣流量重復(fù)上述測定。（8組數(shù)據(jù)）。課外學(xué)習(xí)要求1、在空氣水蒸氣換熱實驗過程中為什么要排不凝性氣體？2、要提高實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，在實驗操作中要注意哪些問題？為什么？3、對于同一個換熱器，若冷、熱流體的流量均不變，將逆流操作改為并流操作，總傳熱系數(shù)K是否會發(fā)生變化，為什么？4、在空氣水蒸氣換熱試驗中，所測的壁溫是靠近蒸汽側(cè)的溫度，還是靠近空氣側(cè)的溫度，為什么？5、如何判

10、斷實驗過程是否已經(jīng)穩(wěn)定？影響本實驗穩(wěn)定的因素有哪些？6、若采用不同壓力的蒸汽進(jìn)行實驗，對關(guān)聯(lián)式是否有影響？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗七 填料塔氣體吸收實驗課時安排5教學(xué)目的要求一、實驗?zāi)康?、了解吸收裝置的基本流程及操作方法。2、了解影響吸收過程的主要因素。3、掌握吸收塔中氨的測定方法。 教學(xué)重點難點吸收的主要影響因素，提高吸收效率的方法。教學(xué)方法手段實驗研究教學(xué)內(nèi)容提綱實驗內(nèi)容：1、調(diào)節(jié)空氣流量為5m3/h，氨氣流量為0.06-0.12m3/h，水流量為30L/h。調(diào)節(jié)好后，實驗中只調(diào)節(jié)氨氣流量（3組），其它不變。2、測量氣溫和水溫。3、測定吸收液XA1的值：從塔底用移液管準(zhǔn)確移取1.00-5.0

11、0ml的吸收液，放入錐型瓶中，加入1-2滴甲基橙指示劑，用濃度高的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液進(jìn)行標(biāo)定，顏色發(fā)生變化即達(dá)到終點，記下所用鹽酸體積，可計算出XA1 ; C吸收液中氨濃度=C鹽酸V鹽酸/V吸收液；XA1 = C吸收液中氨濃度=mol/L （平行樣做二次）=nmol/1000/18=mol（氨）/mol（水）（稀溶液）4、尾氣中氨的濃度測定： 用工業(yè)氣體分析儀進(jìn)行測定，具體操作實驗中講，5、塔底混合氣（進(jìn)塔氣）YA1測定：（1）對測定的空氣流量和氨氣流量進(jìn)行校正。因為實驗所用的轉(zhuǎn)子流量計在錐形玻璃管上的流量刻度，是工廠用20、一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣進(jìn)行標(biāo)刻的，當(dāng)用于不同條件時，必須進(jìn)行校正。由于涪陵當(dāng)

12、地大氣壓接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，可以不做壓力的校正，須作溫度校正。由轉(zhuǎn)子流量計公式：在同一刻度時：課外學(xué)習(xí)要求根據(jù)驗證實驗及調(diào)研的資料，按實驗報告的要求，認(rèn)真寫出實驗報告。1、在適宜操作條件下，溶質(zhì)流量變化對吸收效率有何影響？2、利用工業(yè)氣體分析儀進(jìn)行分析時，樣品的測量溫度、壓力對分析結(jié)果有何影響？教學(xué)后記授課內(nèi)容實驗八 篩板精餾塔實驗課時安排5教學(xué)目的要求一、實驗?zāi)康? 了解篩板精餾塔及其附屬設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，掌握精餾過程的基本操作方法。2 學(xué)會判斷系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的方法，掌握阿貝折射儀的操作使用方法和注意事項。3 學(xué)習(xí)全回流時最少理論塔板數(shù)求算，研究回流比對精餾塔分離效率的影響。 教學(xué)重點難點精餾的主要

13、影響因素，提高分離能力的方法。教學(xué)方法手段實驗研究教學(xué)內(nèi)容提綱一、實驗內(nèi)容：1、全塔回流2、部分回流。二、原理圖解法求理論塔板數(shù)圖解法又稱麥卡勃蒂列（McCabeThiele）法，簡稱MT法，其原理與逐板計算法完全相同，只是將逐板計算過程在yx圖上直觀地表示出來。精餾段的操作線方程為： （84） 式中， 精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)； 精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； 塔頂溜出液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； 泡點回流下的回流比。提餾段的操作線方程為： （85）式中，提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；塔底釜液的液體組成，摩

14、爾分?jǐn)?shù)；提餾段內(nèi)下流的液體量，kmol/s；釜液流量，kmol/s。加料線（q線）方程可表示為： （86）其中， （87）式中，進(jìn)料熱狀況參數(shù)；進(jìn)料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；進(jìn)料液的泡點溫度，；進(jìn)料液溫度，；進(jìn)料液在平均溫度/2下的比熱容，kJ/（kmol）；進(jìn)料液組成，摩爾分?jǐn)?shù)?；亓鞅萊的確定： （88） 式中， 回流液量，kmol/s； 餾出液量，kmol/s。式（88）只適用于泡點下回流時的情況，而實際操作時為了保證上升氣流能完全冷凝，冷卻水量一般都比較大，回流液溫度往往低于泡點溫度，即冷液回流。如圖82所示，從全凝器出來的溫度為、流量為的液體回流進(jìn)入塔頂?shù)谝粔K板，由于回流溫度

15、低于第一塊塔板上的液相溫度，離開第一塊塔板的一部分上升蒸汽將被冷凝成液體，這樣，塔內(nèi)的實際流量將大于塔外回流量。圖82塔頂回流示意圖對第一塊板作物料、熱量衡算： （89） （810）對式（89）、式（810）整理、化簡后，近似可得： （811）即實際回流比： （812） R1 （813）式中，、離開第1、2塊板的氣相摩爾流量，kmol/s； 塔內(nèi)實際液流量，kmol/s；、指對應(yīng)、下的焓值，kJ/kmol；回流液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol； 回流液在與平均溫度下的平均比熱容，kJ/（kmol）。（1） 全回流操作在精餾全回流操作時，操作線在yx圖上為對角線，如圖83所示，根據(jù)塔頂、塔釜的

16、組成在操作線和平衡線間作梯級，即可得到理論塔板數(shù)。圖83 全回流時理論板數(shù)的確定（2） 部分回流操作部分回流操作時，如圖84，圖解法的主要步驟為：A. 根據(jù)物系和操作壓力在yx圖上作出相平衡曲線，并畫出對角線作為輔助線；B. 在x軸上定出xxD、xF、xW三點，依次通過這三點作垂線分別交對角線于點a、f、b；C. 在y軸上定出yCxD/(R+1)的點c，連接a、c作出精餾段操作線；D. 由進(jìn)料熱狀況求出q線的斜率q/（q-1），過點f作出q線交精餾段操作線于點d；E. 連接點d、b作出提餾段操作線；F. 從點a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級跨過點d時，就改在平衡線和提餾段操作線之

17、間畫階梯，直至梯級跨過點b為止；G. 所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論踏板數(shù)（包含再沸器），跨過點d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。 圖84部分回流時理論板數(shù)的確定本實驗料液為乙醇水溶液，釜內(nèi)液體由電加熱器產(chǎn)生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質(zhì)后，進(jìn)入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一部分作為回流液從塔頂流入塔內(nèi)，另一部分作為產(chǎn)品餾出，進(jìn)入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉(zhuǎn)子流量計流入釜液貯罐。精餾過程如圖85所示。1塔釜；2電加熱器；3塔釜排液口；4塔節(jié)；5玻璃視鏡；6不凝性氣體出口；7冷卻水進(jìn)口；8冷卻水出口；9冷卻水流量計；10塔頂回流流量計；11塔頂出料液流量計

18、；12塔頂出料取樣口； 13進(jìn)料閥； 14換熱器； 15進(jìn)料液取樣口； 16塔釜?dú)堃毫髁坑嫞?7進(jìn)料液流量計；18產(chǎn)品灌；19殘液灌；20原料灌；21進(jìn)料泵；22排空閥；23排液閥；圖8-5 篩板塔精餾塔實驗裝置圖實驗步驟與注意事項本實驗的主要操作步驟如下： 1全回流（1） 配制濃度10%20%(體積百分比)的料液加入貯罐中，打開進(jìn)料管路上的閥門，由進(jìn)料泵將料液打入塔釜，觀察塔釜液位計高度，進(jìn)料至釜容積的2/3處。進(jìn)料是可以打開進(jìn)料旁路的閘閥，加快進(jìn)料速度。（2） 關(guān)閉塔身進(jìn)料管路上的閥門，啟動電加熱管電源，逐步增加加熱電壓，使塔釜溫度緩慢上升（因塔中部玻璃部分較為脆弱，若加熱過快玻璃極易碎裂

19、，使整個精餾塔報廢，故升溫過程應(yīng)盡可能緩慢）。（3） 打開塔頂冷凝器的冷卻水，調(diào)節(jié)合適冷凝量，并關(guān)閉塔頂出料管路，使整塔處于全回流狀態(tài)。（4） 當(dāng)塔頂溫度、回流量和塔釜溫度穩(wěn)定后，分別取塔頂濃度XD和塔釜濃度XW，送色譜分析儀分析。2 部分回流（1）在儲料罐中配制一定濃度的乙醇水溶液（約1020%）。（2）待塔全回流操作穩(wěn)定時，打開進(jìn)料閥，調(diào)節(jié)進(jìn)料量至適當(dāng)?shù)牧髁俊＃?）控制塔頂回流和出料兩轉(zhuǎn)子流量計，調(diào)節(jié)回流比R(R=14)。（4）打開塔釜?dú)堃毫髁坑?，調(diào)節(jié)至適當(dāng)流量。（4）當(dāng)塔頂、塔內(nèi)溫度讀數(shù)以及流量都穩(wěn)定后即可取樣。3取樣與分析（1） 進(jìn)料、塔頂、塔釜從各相應(yīng)的取樣閥放出。（2） 塔板取樣用注射器從所測定的塔板中緩緩抽出，取1ml左右注入事先洗凈烘干的針劑瓶中，并給該瓶蓋標(biāo)號以免出錯，各個樣品盡可能同時取樣。（3） 將樣品進(jìn)行色譜分析。4注意事項（1）塔頂放空閥一定要打開，否則容易因塔內(nèi)壓力