《化工原理實驗》教學大綱

《化工原理實驗》教學大綱ExperimentofChemicalEngineeringPrinciples一、

課程基本信息課程代碼：實驗課程名稱:化工原理英文名稱:

ChemicalEngineering

Experiment課程總學時:32

總學分:1.0

實驗學時:32適用對象：應(yīng)用化學、化學工程與工藝、高分子材料、材料化學二、

實驗課程的性質(zhì)與任務(wù)化工原理實驗課程是我?；瘜W工程與工藝等專業(yè)的一門必修課，是綜合性技術(shù)學科的一個基礎(chǔ)組成部分，是學習后繼專業(yè)課的基礎(chǔ)，是化工類創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中重要的實踐環(huán)節(jié)，在化工教育中起著重要的作用，具有直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，為畢業(yè)環(huán)節(jié)工作和今后解決實際工程問題打好基礎(chǔ)。三、實驗教學目的與要求化工原理實驗課程是化工類及相近專業(yè)必修的一門化工基礎(chǔ)技術(shù)課程。用自然科學方法考察、解釋和處理化工生產(chǎn)中單元操作的基本原理，以培養(yǎng)學生分析和解決有關(guān)工程實際問題的能力，了解和掌握化學工程中的主要觀點和方法?；ぴ韺嶒灲虒W中要求以培養(yǎng)實驗研究過程中所需的各種能力和素質(zhì)為目的，除了驗證理論和加強對課堂教學內(nèi)容的理解之外，還著重對學生進行實驗研究方法與實驗技能的基本訓練，理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)和提高學生在實踐中綜合應(yīng)用所學的知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學生計算能力、動腦動手能力和嚴肅認真、實事求是的科學工作態(tài)度。

四、考核辦法和成績評定標準考試成績占總成績的50％，平時成績占總成績的50％

五、實驗指導書《化工原理實驗講義》

化工教研室自編

六、實驗項目、內(nèi)容與要求實驗一

流體流動阻力的測定實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?.了解流體流過管路系統(tǒng)的阻力損失的測定方法；2.測定流體流過圓形直管的阻力，確定摩擦系數(shù)λ與流體Re的關(guān)系；3.測定流體流過管件的阻力，局部阻力系數(shù)ξ；4.學會壓差計和流量計的使用方法；5.識別管路中各個管件、閥門，并了解其作用；

教學要求：掌握直管阻力與局部阻力的測定方法，掌握壓差計與流量計的使用方法。

教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：

質(zhì)點的相對運動表現(xiàn)出剪切力，又稱內(nèi)摩擦力，流體的粘性是流動產(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)流動時，還要受到管件、閥門等局部阻礙而增加的流動阻力，稱為局部阻力。

直管摩擦系數(shù)λ測定

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

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

流體在管路中流過管件如閥門等處時，產(chǎn)生渦流形成阻力，習慣稱為局部阻力。其計算式表示為

式中，ξ稱為局部阻力系數(shù)，無因次。它與管件的幾何形狀與Re有關(guān)。當Re大到一定時，ξ與Re無關(guān)，成為定值。管件的局部阻力系數(shù)ξ也都是由實驗測定的。

實驗二

雷諾實驗實驗類型：驗證實驗學時：2每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?．觀察流體在管內(nèi)流動的不同型態(tài)；2．確定臨界雷諾數(shù)教學要求：改變水在管內(nèi)的流速，能觀察流體在管內(nèi)的流動型態(tài)的變化，會確定臨界雷諾數(shù)教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：

流動有兩種不同的型態(tài)，即層流與湍流。流體作層流流動時，其流體質(zhì)點作平行于管軸的直線運動，湍流時流體質(zhì)點在沿管軸流動的同時還作者雜亂無章的隨機運動。雷諾數(shù)是判斷流動型態(tài)的特征數(shù)。雷諾數(shù)小于2000時，流動型態(tài)為層流；雷諾數(shù)大于4000時，流動為湍流；雷諾數(shù)在兩者之間時，有時為層流，有時為湍流，與環(huán)境有關(guān)。

實驗三

能量轉(zhuǎn)換實驗實驗類型：驗證實驗學時：2每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?．熟悉流動流體中各種能量和壓頭的概念及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，進一步理解伯努利方程的含義；2．觀察流體的變化規(guī)律；3．觀察各項壓頭的變化規(guī)律。

教學要求：

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

實驗內(nèi)容提要：

動時有3種機械能，即位能、動能、壓強能。這3種能量是可以相互轉(zhuǎn)換的。當管路條件改變時，它們會自行轉(zhuǎn)化。流體機械能可用測壓管中的一段液體柱的高度來表示。當測壓管上的小孔（即測壓孔的中心線）與水流方向垂直時，測壓管內(nèi)的液位高度即為靜壓頭，它反映測壓點處液體的壓強大小。測壓孔處液體的位壓頭則由測壓孔的幾何高度決定。

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

兩個截面上，位壓頭、動壓頭、靜壓頭三者總和之差即為損失壓頭，它表示流體流過這兩個截面之間的機械能的損失。

實驗四

離心泵特性曲線的測定實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?、了解離心泵的特性；2、學習離心泵特性曲線的測定方法；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驗數(shù)據(jù)。

教學要求：

掌握離心泵的操作，掌握離心泵特性曲線的測定方法教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：

液體的設(shè)備，在選用泵時，一般總是根據(jù)生產(chǎn)要求的揚程和流量，參照泵的性能來決定的。對一定類型的泵來說，泵的性能主要是指一定轉(zhuǎn)速下，泵的流量、壓頭（揚程）、軸功率和效率等。泵的特性曲線主要是指在一定轉(zhuǎn)速下，泵的揚程﹑功率和效率與流量之間的關(guān)系，即揚程和流量的關(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過程中的種種阻力損失，至今為止，還沒有人能推導出計算揚程的純理論數(shù)學方程式。因此，本實驗采用最基本的直接測定法，對泵的特性曲線用實驗測得。

實驗五

恒壓過濾試驗實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

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

、

、θe的測定方法，加深對過濾的理解和掌握。教學要求：

掌握板框過濾機的結(jié)構(gòu)、操作；掌握用線性回歸分析方法測恒壓過濾常數(shù)。教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：過濾操作通常分為恒壓過濾和恒速過濾。在過濾過程中，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，液體流過固體顆粒之間的孔道加長，而使流體阻力增加，故恒壓過濾時，過濾速率逐漸下降。恒壓過濾方程（V+Ve）2＝KA2(θ+θe)

以單位過濾面積表示的恒壓過濾方程為：

微分得這是一個直線方程式，于普通坐標上標繪

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：

實驗六

傳熱實驗實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模孩绷私馓坠軗Q熱器的結(jié)構(gòu)。⒉通過對空氣—水蒸氣簡單套管換熱器的實驗研究，掌握對流傳熱系數(shù)

的測定方法，加深對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。

教學要求：

掌握對流傳熱系數(shù)的測定方法；掌握用線性回歸分析方法測準數(shù)關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)。教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：

實驗中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。對流傳熱系數(shù)

可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實驗來測定

因為換熱器內(nèi)管為紫銅管，其導熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認為內(nèi)壁溫度、外壁溫度和壁面平均溫度近似相等。用tw

來表示

管內(nèi)換熱面積：

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

對于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準數(shù)

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

這樣通過實驗確定不同流量下的

與

，然后用線性回歸方法確定A和m的值。

實驗七

精餾實驗實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?、熟悉精餾塔結(jié)構(gòu)和精餾流程，掌握精餾過程的操作及調(diào)節(jié)方法；2、掌握精餾塔全回流及部分回流時的總板效率的測定方法。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)對塔性能的影響。

教學要求：

掌握總板效率的測定方法；掌握精餾過程的操作及調(diào)節(jié)方法教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：

精餾過程中若離開某一塊塔板的汽相和液相組成達到平衡,則該板稱為一塊理論板。然而在實際操作的塔板上，由于汽液兩相接觸的時間有限，汽液兩相達不到平衡狀態(tài),即一塊實際操作的塔板分離效果常常達不到平衡狀態(tài),一塊理論塔板的作用。因此，要想達到一定分離要求，實際操作的塔板數(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

實際塔板數(shù)10塊，塔正常穩(wěn)定工作時，測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。

實驗八

填料吸收塔實驗實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?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)的測定方法；3、了解氣體空塔速度和噴淋密度對總吸收系數(shù)的影響；4、了解氣體流速與壓降的關(guān)系；5、

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

教學要求：

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

實驗內(nèi)容提要：

填料層的壓力降將隨氣液流量的變化而改變。測不同的噴淋量時，△P/Z～U的關(guān)系變成折線，并存在兩個轉(zhuǎn)折點，下轉(zhuǎn)折點稱為“載點”，上轉(zhuǎn)折點稱為“泛點”。這兩個轉(zhuǎn)折點將△P/Z～U的關(guān)系線分為三個區(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，所以迄今沒有通用的計算方法。因此借助實驗是獲得吸收系數(shù)的最佳途徑。

實驗九

干燥實驗實驗類型：驗證實驗學時：4每組人數(shù)：5

實驗?zāi)康模?、掌握干燥曲線和干燥速率曲線的測定方法。2、學習物料含水量的測定方法。3、加深對物料臨界含水量Xc的概念及其影響因素的理解。4、學習恒速干燥階段物料與空氣之間對流傳熱系數(shù)的測定方法。5、測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。

教學要求：

掌握對流干燥器的操作；掌握恒定干燥條件下，干燥曲線與干燥速速曲線的測定方法教學方法：課堂講解、動手操作

實驗內(nèi)容提要：干燥過程可分為兩個階段。第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時，由于整個物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達到物料表面。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。第二個階段為降速干燥階段，當物料被干燥達到臨界濕含量后，便進入降速干燥階段。此時，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