化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程編碼：06100659課程類別：實(shí)踐性環(huán)節(jié)課程英文譯名：Chemical

Engineering

Experiment開課對(duì)象：化學(xué)工程與工藝開課學(xué)期：第7學(xué)期學(xué)

分：2學(xué)分

總學(xué)時(shí)：2周一、說

明【目的任務(wù)】化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)是一門必修的化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，涵蓋了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、分離工程、傳遞過程與工藝學(xué)等內(nèi)容。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求是掌握處理化工生產(chǎn)過程中物料的分離原理和分離方法，化學(xué)反應(yīng)速度的基本原理，化工數(shù)據(jù)的測(cè)定原理和測(cè)定方法，化工工藝過程的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)要求；理解化學(xué)反應(yīng)器的原理、結(jié)構(gòu)、控制和設(shè)計(jì)，化工生產(chǎn)的工藝過程及工藝指標(biāo)的控制要求。專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生了解和掌握化工過程及設(shè)備開發(fā)、設(shè)計(jì)、優(yōu)化和管理，以及化學(xué)反應(yīng)和分離加工技術(shù)制取各種化工產(chǎn)品，工程放大，系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際處理問題的能力，完成化工工程師的專業(yè)知識(shí)?！窘虒W(xué)安排】本課程為考查課，在第7學(xué)期完成，總學(xué)時(shí)數(shù)為56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)理論考試安排2學(xué)時(shí)，其它均為綜合實(shí)驗(yàn)。二、學(xué)時(shí)分配序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱課時(shí)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)1二氧化碳臨界現(xiàn)象觀測(cè)及PVT關(guān)系的測(cè)定6綜合2連續(xù)均相反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定6綜合3催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測(cè)定6綜合4萃取精餾制無水乙醇實(shí)驗(yàn)6綜合5乙苯脫氫制苯乙烯6綜合6甲苯液相氧化制苯甲酸6綜合7氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測(cè)定6綜合8膜分離6綜合9三組分體系液—液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定6綜合10二元體系汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定6綜合11鄰二甲苯氣相氧化制取鄰苯二甲酸酐6綜合12液固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定6綜合13實(shí)驗(yàn)理論考查2綜合合計(jì)選做9個(gè)實(shí)驗(yàn)56三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一

二氧化碳臨界現(xiàn)象觀測(cè)及PVT關(guān)系的測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.

了解CO2

臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)；2.

加深課堂上所講的純流體熱力學(xué)狀態(tài)：汽化、冷凝、飽和態(tài)和超臨流體等基本概念的理解；3.

掌握CO2

的PVT關(guān)系的測(cè)定方法，熟悉用實(shí)驗(yàn)測(cè)定真實(shí)氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】利用定溫的方法測(cè)定CO2

的P和V之間的關(guān)系，獲得CO2

的P-V-T數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)二連續(xù)均相反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法及數(shù)據(jù)的處理，通過脈沖示蹤法測(cè)定實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布密度E（t）和停留時(shí)間分布函數(shù)F（t），求出其數(shù)學(xué)特征——數(shù)學(xué)期望和方差，并和多級(jí)混合模型、軸向擴(kuò)散模型關(guān)聯(lián)，分別求出模型參數(shù)——虛擬級(jí)數(shù)N和軸向Pe準(zhǔn)數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)采用脈沖示蹤法分別測(cè)定三釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，測(cè)定是在不存在化學(xué)反應(yīng)的情況下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)三催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客ㄟ^本實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解內(nèi)、外擴(kuò)散過程及其對(duì)反應(yīng)的影響；掌握催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的概念及其實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；了解本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)管內(nèi)裝填10～28目范圍內(nèi)的粒子(假定為球形顆粒）、質(zhì)量為W(g)的催化劑。在某一床層溫度下，通過改變苯和氫氣的進(jìn)料流量，測(cè)定相應(yīng)的出口轉(zhuǎn)化率xA，得到xA～W/FA0曲線。曲線上任意一點(diǎn)的斜率就對(duì)應(yīng)于該轉(zhuǎn)化率下的宏觀反應(yīng)速率（－RA）。實(shí)驗(yàn)四

萃取精餾制無水乙醇實(shí)驗(yàn)（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．熟悉萃取精餾的原理和萃取精餾裝置；2．掌握萃取精餾塔的操作方法和乙醇—水混合物的氣相色譜分析法；3．利用乙二醇為分離劑進(jìn)行萃取精餾制取無水乙醇?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)利用乙二醇為分離劑進(jìn)行萃取精餾的方法分離乙醇—水混合物制取無水乙醇。實(shí)驗(yàn)五

乙苯脫氫制苯乙烯（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握乙苯氣相催化脫氫的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，掌握乙苯脫氫操作條件對(duì)產(chǎn)物收率的影響；2．熟悉反應(yīng)器、汽化器等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3．了解反應(yīng)溫度控制和測(cè)量方法以及加料的控制與計(jì)量方法；4．了解反應(yīng)產(chǎn)物的分析測(cè)試方法?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】實(shí)驗(yàn)是以乙苯為原料，用氣—固相催化脫氫法制苯乙烯。實(shí)驗(yàn)六

甲苯液相氧化制苯甲酸（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．熟悉甲苯液相氧化制苯甲酸的實(shí)驗(yàn)裝置和工藝流程；2．了解氣液反應(yīng)器的特點(diǎn)；3．測(cè)定苯甲酸的濃度，掌握甲苯液相氧化的反應(yīng)規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)?zāi)M工業(yè)生產(chǎn)中的氧化反應(yīng)單元裝置，采用鼓泡塔為氣液反應(yīng)器形式，甲苯液相空氣氧化制苯甲酸；了解工業(yè)生產(chǎn)苯甲酸的工藝流程和氣液反應(yīng)器的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)七

氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解氣升式環(huán)流反應(yīng)器的原理、結(jié)構(gòu)型式及應(yīng)用領(lǐng)域；2．掌握氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測(cè)定方法；3．掌握氣升式環(huán)流反應(yīng)器的冷模試驗(yàn)方法。4．學(xué)習(xí)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行化工實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理的原理和方法?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)是在反應(yīng)器尺寸不變的情況下，通過改變不同的氣體流量，來測(cè)量不同氣量下的氣含率ε，液體循環(huán)速度uL及氧體積傳質(zhì)系數(shù)KLa的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)八

膜分離（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解膜的結(jié)構(gòu)和影響膜分離效果的因素，包括膜材質(zhì)、壓力和流量等。2．了解膜分離的主要工藝參數(shù)，掌握膜組件性能的表征方法。3．掌握膜分離流程，比較各膜分離過程的異同。4．掌握電導(dǎo)率儀、紫外分光光度計(jì)等檢測(cè)方法。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)采用科研用膜，在超低壓條件下使用。對(duì)于基本型膜分離實(shí)驗(yàn)裝置，將四個(gè)膜分離過程并聯(lián)于同一套管路裝置，均通過預(yù)過濾器，然后經(jīng)公共料液線、輕液線和濃液線，進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，分別針對(duì)不同膜組件，選用各自適用的料液，逐個(gè)進(jìn)行單回路實(shí)驗(yàn)，測(cè)定膜分離的主要工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)九

三組分體系液—液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．熟悉用三角形相圖表示三組分體系組成的方法，掌握用濁點(diǎn)法和平衡釜法測(cè)定液—液平衡數(shù)據(jù)的原理；2．測(cè)繪環(huán)己烷—水—乙醇三組分體系液—液平衡相圖?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】測(cè)繪環(huán)己烷—水—乙醇三組分體系液—液平衡相圖，得到的二液相的平衡線。實(shí)驗(yàn)十

二元體系汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握二元體系汽液相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定方法，Rose平衡釜的使用方法，測(cè)定大氣壓力下乙醇（1）--

環(huán)己烷（2）體系PTXY數(shù)據(jù)。2．確定液相組分的活度系數(shù)與組成關(guān)系式中的參數(shù)，推算體系恒沸點(diǎn)，計(jì)算出不同液相組成下二個(gè)組分的活度系數(shù)，并進(jìn)行熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)。3．掌握恒溫浴的使用方法和用阿貝折光儀分析組成的方法.【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】本實(shí)驗(yàn)采用循環(huán)法，平衡裝置利用Rose釜測(cè)定的體系為乙醇（1）—環(huán)己烷（2）的汽液相平衡數(shù)據(jù)。樣品分析采用折光法。實(shí)驗(yàn)十一

鄰二甲苯氣相氧化制取鄰苯二甲酸酐（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解氣相催化氧化制取含氧有機(jī)化合物的原理和方法。2．掌握氣－固相催化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。3．認(rèn)識(shí)催化作用在化學(xué)品合成中的重要意義。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】實(shí)驗(yàn)用鄰二甲苯和空氣組成的混合氣體通過以五氧化二釩、二氧化鈦為主的催化劑，在360℃以上發(fā)生氧化反應(yīng)，生成主產(chǎn)品鄰苯二甲酸酐；鄰二甲苯的氣相氧化制鄰苯二甲酸酐的反應(yīng)在管式固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)十二

液固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定（6學(xué)時(shí)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握在連續(xù)流動(dòng)條件下測(cè)定液固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理和方法，尤其是本實(shí)驗(yàn)所采用的適合快速反應(yīng)的測(cè)溫法。2．掌握催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型建立和模型參數(shù)估計(jì)的原理和方法。3．熟悉研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一般方法，進(jìn)一步了解動(dòng)力學(xué)模型在反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化操作中的作用。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)流動(dòng)攪拌槽式反應(yīng)器（CSTR），固定反應(yīng)器中催化劑W（1～2g），配制一定濃度的反應(yīng)原料，改變?cè)线M(jìn)料量FM0(FM0=Q0CM0)，測(cè)定相應(yīng)的反應(yīng)體系泡點(diǎn)溫度，由泡點(diǎn)溫度并根據(jù)以上原料濃度下的甲醇轉(zhuǎn)化率XM與泡點(diǎn)溫度T關(guān)系式，求出轉(zhuǎn)化率。四、主要參考書1、房鼎業(yè)，樂清華，李福清主編．化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)．北京：化學(xué)