《化工原理實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱

《化工原理實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱ExperimentofChemicalEngineeringPrinciples一、

課程基本信息課程代碼：實(shí)驗(yàn)課程名稱:化工原理英文名稱:

ChemicalEngineering

Experiment課程總學(xué)時(shí):32

總學(xué)分:1.0

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):32適用對(duì)象：應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、高分子材料、材料化學(xué)二、

實(shí)驗(yàn)課程的性質(zhì)與任務(wù)化工原理實(shí)驗(yàn)課程是我?；瘜W(xué)工程與工藝等專業(yè)的一門(mén)必修課，是綜合性技術(shù)學(xué)科的一個(gè)基礎(chǔ)組成部分，是學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課的基礎(chǔ)，是化工類創(chuàng)新人才培養(yǎng)過(guò)程中重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在化工教育中起著重要的作用，具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng)新性，為畢業(yè)環(huán)節(jié)工作和今后解決實(shí)際工程問(wèn)題打好基礎(chǔ)。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與要求化工原理實(shí)驗(yàn)課程是化工類及相近專業(yè)必修的一門(mén)化工基礎(chǔ)技術(shù)課程。用自然科學(xué)方法考察、解釋和處理化工生產(chǎn)中單元操作的基本原理，以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決有關(guān)工程實(shí)際問(wèn)題的能力，了解和掌握化學(xué)工程中的主要觀點(diǎn)和方法?；ぴ韺?shí)驗(yàn)教學(xué)中要求以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中所需的各種能力和素質(zhì)為目的，除了驗(yàn)證理論和加強(qiáng)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解之外，還著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究方法與實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)和提高學(xué)生在實(shí)踐中綜合應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算能力、動(dòng)腦動(dòng)手能力和嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)工作態(tài)度。

四、考核辦法和成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)考試成績(jī)占總成績(jī)的50％，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的50％

五、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)《化工原理實(shí)驗(yàn)講義》

化工教研室自編

六、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)一

流體流動(dòng)阻力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解流體流過(guò)管路系統(tǒng)的阻力損失的測(cè)定方法；2.測(cè)定流體流過(guò)圓形直管的阻力，確定摩擦系數(shù)λ與流體Re的關(guān)系；3.測(cè)定流體流過(guò)管件的阻力，局部阻力系數(shù)ξ；4.學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的使用方法；5.識(shí)別管路中各個(gè)管件、閥門(mén)，并了解其作用；

教學(xué)要求：掌握直管阻力與局部阻力的測(cè)定方法，掌握壓差計(jì)與流量計(jì)的使用方法。

教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出剪切力，又稱內(nèi)摩擦力，流體的粘性是流動(dòng)產(chǎn)生阻力的內(nèi)在原因。流體與管壁面的摩擦亦產(chǎn)生摩擦阻力，統(tǒng)稱為沿程阻力。此外，流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，還要受到管件、閥門(mén)等局部阻礙而增加的流動(dòng)阻力，稱為局部阻力。

直管摩擦系數(shù)λ測(cè)定

流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，阻力表現(xiàn)為流體的能量損失，其大小與管長(zhǎng)、管徑、流體流速等有關(guān)。流體流過(guò)直管的阻力計(jì)算公式，常用以下各種形式表示：

本實(shí)驗(yàn)是利用水作實(shí)驗(yàn)，在管長(zhǎng)、管徑和管壁粗糙度一定的條件下，改變水的流量，測(cè)定直管阻力，即流體壓力降ΔPf=P1－P2，然后分別計(jì)算λ和Re值，考察兩者的關(guān)系。局部阻力系數(shù)ξ測(cè)定

流體在管路中流過(guò)管件如閥門(mén)等處時(shí)，產(chǎn)生渦流形成阻力，習(xí)慣稱為局部阻力。其計(jì)算式表示為

式中，ξ稱為局部阻力系數(shù)，無(wú)因次。它與管件的幾何形狀與Re有關(guān)。當(dāng)Re大到一定時(shí)，ξ與Re無(wú)關(guān)，成為定值。管件的局部阻力系數(shù)ξ也都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。

實(shí)驗(yàn)二

雷諾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．觀察流體在管內(nèi)流動(dòng)的不同型態(tài)；2．確定臨界雷諾數(shù)教學(xué)要求：改變水在管內(nèi)的流速，能觀察流體在管內(nèi)的流動(dòng)型態(tài)的變化，會(huì)確定臨界雷諾數(shù)教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

流動(dòng)有兩種不同的型態(tài)，即層流與湍流。流體作層流流動(dòng)時(shí)，其流體質(zhì)點(diǎn)作平行于管軸的直線運(yùn)動(dòng)，湍流時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)在沿管軸流動(dòng)的同時(shí)還作者雜亂無(wú)章的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。雷諾數(shù)是判斷流動(dòng)型態(tài)的特征數(shù)。雷諾數(shù)小于2000時(shí)，流動(dòng)型態(tài)為層流；雷諾數(shù)大于4000時(shí)，流動(dòng)為湍流；雷諾數(shù)在兩者之間時(shí)，有時(shí)為層流，有時(shí)為湍流，與環(huán)境有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)三

能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．熟悉流動(dòng)流體中各種能量和壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)一步理解伯努利方程的含義；2．觀察流體的變化規(guī)律；3．觀察各項(xiàng)壓頭的變化規(guī)律。

教學(xué)要求：

掌握直管壓差計(jì)的測(cè)壓頭；掌握流體中各種能量和壓頭相互轉(zhuǎn)換關(guān)系教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

動(dòng)時(shí)有3種機(jī)械能，即位能、動(dòng)能、壓強(qiáng)能。這3種能量是可以相互轉(zhuǎn)換的。當(dāng)管路條件改變時(shí)，它們會(huì)自行轉(zhuǎn)化。流體機(jī)械能可用測(cè)壓管中的一段液體柱的高度來(lái)表示。當(dāng)測(cè)壓管上的小孔（即測(cè)壓孔的中心線）與水流方向垂直時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)的液位高度即為靜壓頭，它反映測(cè)壓點(diǎn)處液體的壓強(qiáng)大小。測(cè)壓孔處液體的位壓頭則由測(cè)壓孔的幾何高度決定。

測(cè)壓孔由上述方位轉(zhuǎn)為正對(duì)水流方向時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)液位將因此上升，所增加的液位高度即為測(cè)壓孔處液體的動(dòng)壓頭，它反映出該點(diǎn)水流動(dòng)能的大小。這時(shí)測(cè)壓管內(nèi)液位總高度則為靜壓頭與動(dòng)壓頭之和。

兩個(gè)截面上，位壓頭、動(dòng)壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭，它表示流體流過(guò)這兩個(gè)截面之間的機(jī)械能的損失。

實(shí)驗(yàn)四

離心泵特性曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解離心泵的特性；2、學(xué)習(xí)離心泵特性曲線的測(cè)定方法；3、熟悉離心泵操作方法和特性曲線的應(yīng)用；4、正確掌握作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

教學(xué)要求：

掌握離心泵的操作，掌握離心泵特性曲線的測(cè)定方法教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

液體的設(shè)備，在選用泵時(shí)，一般總是根據(jù)生產(chǎn)要求的揚(yáng)程和流量，參照泵的性能來(lái)決定的。對(duì)一定類型的泵來(lái)說(shuō)，泵的性能主要是指一定轉(zhuǎn)速下，泵的流量、壓頭（揚(yáng)程）、軸功率和效率等。泵的特性曲線主要是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚(yáng)程﹑功率和效率與流量之間的關(guān)系，即揚(yáng)程和流量的關(guān)系曲線（H～Q曲線），軸功率和流量的關(guān)系曲線（N軸～Q曲線），效率和流量的關(guān)系曲線（η～Q曲線）。由于離心泵的結(jié)構(gòu)和流體本身的非理想性以及流體在流動(dòng)過(guò)程中的種種阻力損失，至今為止，還沒(méi)有人能推導(dǎo)出計(jì)算揚(yáng)程的純理論數(shù)學(xué)方程式。因此，本實(shí)驗(yàn)采用最基本的直接測(cè)定法，對(duì)泵的特性曲線用實(shí)驗(yàn)測(cè)得。

實(shí)驗(yàn)五

恒壓過(guò)濾試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉過(guò)濾的工藝流程。2、掌握過(guò)濾的操作及調(diào)節(jié)方法。3、掌握恒壓過(guò)濾常數(shù)

、

、θe的測(cè)定方法，加深對(duì)過(guò)濾的理解和掌握。教學(xué)要求：

掌握板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)、操作；掌握用線性回歸分析方法測(cè)恒壓過(guò)濾常數(shù)。教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：過(guò)濾操作通常分為恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。在過(guò)濾過(guò)程中，由于固體顆粒不斷地被截留在介質(zhì)表面上，濾餅厚度增加，液體流過(guò)固體顆粒之間的孔道加長(zhǎng)，而使流體阻力增加，故恒壓過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾速率逐漸下降。恒壓過(guò)濾方程（V+Ve）2＝KA2(θ+θe)

以單位過(guò)濾面積表示的恒壓過(guò)濾方程為：

微分得這是一個(gè)直線方程式，于普通坐標(biāo)上標(biāo)繪

的關(guān)系，可得直線。其斜率為

，截距為

，從而求出

、

。至于

可由下式求出：

實(shí)驗(yàn)六

傳熱實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩绷私馓坠軗Q熱器的結(jié)構(gòu)。⒉通過(guò)對(duì)空氣—水蒸氣簡(jiǎn)單套管換熱器的實(shí)驗(yàn)研究，掌握對(duì)流傳熱系數(shù)

的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解。并應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。

教學(xué)要求：

掌握對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法；掌握用線性回歸分析方法測(cè)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)。教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

實(shí)驗(yàn)中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。對(duì)流傳熱系數(shù)

可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定

因?yàn)閾Q熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等。用tw

來(lái)表示

管內(nèi)換熱面積：

流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為

對(duì)于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)

變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的形式簡(jiǎn)化為：

這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的

與

，然后用線性回歸方法確定A和m的值。

實(shí)驗(yàn)七

精餾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉精餾塔結(jié)構(gòu)和精餾流程，掌握精餾過(guò)程的操作及調(diào)節(jié)方法；2、掌握精餾塔全回流及部分回流時(shí)的總板效率的測(cè)定方法。3、觀察觀察精餾塔內(nèi)氣、液兩相的接觸狀態(tài)4、觀察板式塔的液泛和漏液等現(xiàn)象，并分析這些操作狀態(tài)對(duì)塔性能的影響。

教學(xué)要求：

掌握總板效率的測(cè)定方法；掌握精餾過(guò)程的操作及調(diào)節(jié)方法教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

精餾過(guò)程中若離開(kāi)某一塊塔板的汽相和液相組成達(dá)到平衡,則該板稱為一塊理論板。然而在實(shí)際操作的塔板上，由于汽液兩相接觸的時(shí)間有限，汽液兩相達(dá)不到平衡狀態(tài),即一塊實(shí)際操作的塔板分離效果常常達(dá)不到平衡狀態(tài),一塊理論塔板的作用。因此，要想達(dá)到一定分離要求，實(shí)際操作的塔板數(shù)，總要比理論板數(shù)多。在板式精餾塔中，完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)NT與實(shí)際塔板數(shù)N之比定義為全塔效率(或總板效率)（塔板數(shù)皆不包括蒸餾釜），即E=NT/N

實(shí)際塔板數(shù)10塊，塔正常穩(wěn)定工作時(shí)，測(cè)塔頂濃度與塔底濃度后，在相平衡圖求得理論塔板數(shù)，即求得總板效率。

實(shí)驗(yàn)八

填料吸收塔實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解填料吸收裝置的基本流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)；2、

掌握總體積吸收系數(shù)的測(cè)定方法；3、了解氣體空塔速度和噴淋密度對(duì)總吸收系數(shù)的影響；4、了解氣體流速與壓降的關(guān)系；5、

測(cè)定規(guī)定條件下的總吸收系數(shù)；6、測(cè)定填料塔的流體力學(xué)性能。

教學(xué)要求：

掌握填料吸收塔的操作；掌握填料塔水力學(xué)性能測(cè)定與總體積吸收系數(shù)的測(cè)定教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：

填料層的壓力降將隨氣液流量的變化而改變。測(cè)不同的噴淋量時(shí)，△P/Z～U的關(guān)系變成折線，并存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“泛點(diǎn)”。這兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)將△P/Z～U的關(guān)系線分為三個(gè)區(qū)段，即恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。吸收系數(shù)是決定吸收過(guò)程速率高低的重要參數(shù)，影響吸收系數(shù)的因素非常復(fù)雜，諸如：塔設(shè)備、操作條件、物系、填料類型、材質(zhì)、尺寸、填料的裝填情況、溫度、壓力等，所以迄今沒(méi)有通用的計(jì)算方法。因此借助實(shí)驗(yàn)是獲得吸收系數(shù)的最佳途徑。

實(shí)驗(yàn)九

干燥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4每組人數(shù)：5

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握干燥曲線和干燥速率曲線的測(cè)定方法。2、學(xué)習(xí)物料含水量的測(cè)定方法。3、加深對(duì)物料臨界含水量Xc的概念及其影響因素的理解。4、學(xué)習(xí)恒速干燥階段物料與空氣之間對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。5、測(cè)定恒定干燥條件下某種物料干燥曲線、干燥速率曲線和臨界含水量。

教學(xué)要求：

掌握對(duì)流干燥器的操作；掌握恒定干燥條件下，干燥曲線與干燥速速曲線的測(cè)定方法教學(xué)方法：課堂講解、動(dòng)手操作

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要：干燥過(guò)程可分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段為恒速干燥階段。在過(guò)程開(kāi)始時(shí)，由于整個(gè)物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達(dá)到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。第二個(gè)階段為降速干燥階段，當(dāng)物料被干燥達(dá)到臨界濕含量后，便進(jìn)入降速干燥階段。此時(shí)，物料中所含水分較少，水分自物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速