化工原理实验 第2版

前言

《化工原理实验》教材经过近4年使用，得到很多高校关注，使用学校逐年增多。

随着化工教育改革，特别是近年来*高等学校化工类专业教学指导委员会、中国化工教育协会推出的一系列教学设计、实验改革措施，各校化工实验教学也相应得到改革、提升和发展。

为适应新形势下教育改革，特别是针对全国大学生化工实验大赛要求，南京工业大学对化工原理实验教学内容做了进一步更新，优化了主要实验设备。鉴于此，实验教材将做相应的新增和改动。

再版教材中，在第二章“第三节流量测量”中，去除“湿式气体流量计”，增加“涡街流量计”“电磁流量计”，删除原第二章“第七节成分分析仪”中“奥氏分析仪”。在“第三章化工原理基础实验”中，进行了较大增改，对近年来大学生化工实验竞赛有指导作用。第三章“实验一流体力学实验”中的“一、流体流动阻力测定实验”名称改为“一、流体流动阻力——泵性能曲线测定综合实验”，装置流程和南京工业大学新增全国大学生实验竞赛设备一致；第三章“实验二流体输送机械实验”中的“离心泵性能曲线测定实验”分为“一、离心泵单泵性能曲线测定实验”“二、离心泵组合性能曲线测定实验”，实验流程和江苏省大学生实验竞赛要求一致；第三章“实验四传热实验” 分为“一 、对流给热系数测定（水-饱和水蒸气）实验”“二 、对流给热系数测定（空气-自发生水蒸气）实验”，实验流程采用南京工业大学大学生实验竞赛使用的双套管换热器装置；保留第三章实验四中的“列管换热器传热实验”；第三章“实验五吸收实验 ”的内容重新编写为“填料吸收塔综合实验”流程采用更新的实验竞赛使用装置；第三章“实验六精馏实验 ”新增“  一、数字化精馏综合实验”，流程采用实验竞赛使用装置；原实验六内容作为“二、筛板精馏塔综合实验”保留。

本书再版中的内容主要由如下人员完成：“测量技术部分”的修改由夏毅完成，“流体流动阻力——泵性能曲线测定综合实验”主要由蔡锐、王晟等完成修改，“离心泵组合性能曲线测定实验”由夏毅编写，“传热实验”主要由王磊、周荣飞、薛峰等完成修改，“吸收实验” 主要由冯晖、薛峰、祝宁东等完成修改，“精馏实验”主要由武文良、王重庆等完成修改。全书由夏毅统稿，居沈贵审核。另外南京工业大学化工原理教研室、实验室的老师管国锋、张晓燕、沈旋、马华、陈晓蓉、杜薇、俞健、万辉、王海燕、邱鸣慧、黄莉等都参加了部分工作，在此一并表示感谢。

在编写过程中参考了管国锋、冯晖、居沈贵、夏毅、张若兰等编写的《化工原理实验》一书，并得到了国家教学名师管国锋教授、汤吉海教授等的大力支持和帮助，编者在此深表感谢。本书参考了兄弟院校的文献，一并表示感谢。

书中一定有许多不妥和疏漏之处，敬请指正。

编者

2020年5月12日

版前言

化工原理实验教学是化工原理课程的一个十分重要的实践性教学环节。教学目的是使学生加深理解和巩固化工单元操作的基本原理，熟悉和掌握各单元操作设备的工作原理、特性及使用方法，熟悉和掌握常见的化工仪表（如温度、压力或压差、流量等）的工作原理和使用方法。在实验中培养学生分析和解决化工过程中工程问题的能力，加强学生的动手能力，培养和提高学生的实验技能。化工原理实验力求成为培养学生的创新精神和实践能力、培养高素质复合型技术人才的基地。

本书共有五个章节。

章为化工原理实验基础知识，包含实验基础要求、实验误差分析、实验数据处理和安全规范等，以便学生对照这些要求正确地进行实验。

第二章为测量仪表和测量方法，介绍了化工实验及生产中常用测量仪表的工作原理及使用方法，如温度、压力和压差、流量和组成等的测量及操作，以及测量所用的传感器和智能仪表的工作原理及操作方法。

第三章为化工原理基础实验，共有七个实验，分别为流体力学实验、离心泵性能曲线测定实验、颗粒流体力学及机械分离实验、传热实验、填料吸收塔吸收（解吸）实验、精馏实验、干燥速率曲线测定实验。每个实验介绍了实验目的、实验原理、实验装置与流程、实验步骤及注意事项、实验报告要求和思考题、实验数据记录及数据处理结果示例，以便指导学生进行实验预习和操作。有些实验项目选取多种方案和不同的实验装置。

第四章为化工原理提高性实验，共有五个实验，包括液-液萃取实验、变压吸附制取富氧实验、无机膜分离实验、离子交换法制备纯水实验、惰性粒子流化床干燥实验。

第五章为化工原理演示实验，共有八个实验，分别为流体流型演示实验、流体机械能分布及其转换演示实验、离心风机流化床降尘室旋风分离器演示实验、流体的压强及其测量演示实验、边界层演示实验、塔模型演示实验、热管换热器演示实验及化工原理仿真实验，以供学生观察有关实验现象，加深对有关原理的理解。

后为附录，收录了常用数据表，还收录了大学生实验竞赛试题示例，包括笔试和操作试题，并附有参考答案及评分标准。

本教材适用于实验时数为30～40学时的化工及其他相关专业的学生使用。各专业可根据各自的教学要求选取若干实验进行实验。一般多学时的专业选做7～8个实验，少学时的选做4～6个实验。每个实验应包括实验预习、实验操作、数据处理和实验报告编写等四个环节，每个学生都需认真完成。

本书主要由居沈贵、夏毅、武文良编著，但原始资料来自于南京工业大学化工原理教研室、实验室全体老师的多年积累，是大家共同的心血。

本书在编写过程中参考了管国锋等编写的《化工原理实验》及兄弟院校编写的各种教材、专著，并得到了学院领导和化工原理教研室、实验室各位老师，尤其是管国锋、蔡锐、王晟、冯晖、祝宁东、马华等的大力支持和帮助，编者在此深表感谢。

书中如有不妥和不足之处，敬请批评指正。

编者

2016年5月25日

《化工原理实验》（第二版）是化工原理、食品工程原理、环境工程原理等相关课程的配套实验教材，注重培养学生综合素质，通过实验使学生掌握化工生产的单元操作技能以及实验研究方法。

本书内容包括五章：*章化工原理实验基础知识，主要介绍化工原理实验概要、实验数据及测量误差、实验数据的处理方法、化工安全常识及实验安全要求；第二章测量仪表和测量方法，主要包括压力、流量、温度三大参数测量，以及实验常用传感技术、成分分析、显示仪表等；第三章化工原理基础实验，主要介绍化工原理各主要单元操作的演示、验证性实验与综合、设计性实验的实验装置、实验原理和实验操作方法，包括流体力学、流体输送机械、过滤、流态化、传热、吸收（解吸）、精馏、干燥；第四章化工原理提高性实验，包括萃取、吸附、膜分离、离子交换、惰性粒子流化床干燥；第五章化工原理演示实验，包括流体流型、流体机械能分布及其转换、离心风机流化床降尘室旋风分离器、流体的压强及其测量、边界层、塔模型、热管换热器演示实验以及化工原理仿真实验等。

《化工原理实验》（第二版）强化了化工实验竞赛项目内容，可作为高等院校化工与制药类及相关专业化工原理实验课的教学用书，对指导大学生化工实验竞赛具有一定指导作用，也可供化工、材料、轻工、石油、食品、环境等领域科研、生产技术人员参考。

《化工原理实验》（第二版）是化工原理、食品工程原理、环境工程原理等相关课程的配套实验教材，注重培养学生综合素质，通过实验使学生掌握化工生产的单元操作技能以及实验研究方法。

本书内容包括五章：*章化工原理实验基础知识，主要介绍化工原理实验概要、实验数据及测量误差、实验数据的处理方法、化工安全常识及实验安全要求；第二章测量仪表和测量方法，主要包括压力、流量、温度三大参数测量，以及实验常用传感技术、成分分析、显示仪表等；第三章化工原理基础实验，主要介绍化工原理各主要单元操作的演示、验证性实验与综合、设计性实验的实验装置、实验原理和实验操作方法，包括流体力学、流体输送机械、过滤、流态化、传热、吸收（解吸）、精馏、干燥；第四章化工原理提高性实验，包括萃取、吸附、膜分离、离子交换、惰性粒子流化床干燥；第五章化工原理演示实验，包括流体流型、流体机械能分布及其转换、离心风机流化床降尘室旋风分离器、流体的压强及其测量、边界层、塔模型、热管换热器演示实验以及化工原理仿真实验等。

《化工原理实验》（第二版）强化了化工实验竞赛项目内容，可作为高等院校化工与制药类及相关专业化工原理实验课的教学用书，对指导大学生化工实验竞赛具有一定指导作用，也可供化工、材料、轻工、石油、食品、环境等领域科研、生产技术人员参考。

居沈贵，南京工业大学教务处，副处长，教授。1997年博士毕业后留校任教，2005年10月学校公派到美国新墨西哥州工学院做访问学者，主持的《化工原理》课程获得“国家精品课程”和“国家精品资源共享课”称号，作为化工原理教学团队的带头人获得江苏省高校“青蓝工程”教学团队，提出“多维度教学”的理念，将“逻辑知识”、“哲学沉思”、“人文熏陶”和“现代技术”有机融合。获得江苏省教学成果特等奖、一等奖、二等奖，获得校级“师德十佳”、“工大奖教金”、“教书育人先进个人”、“十佳爱心使者”等称号，多次获得化工学院“学生心目中的十佳教师”称号。主要从事传质与分离技术开发研究工作，在汽油脱硫及模拟计算方面进行研究探索，获得国家自然科学基金、江苏省教育厅自然科学基金、江苏省重点实验室开放基金、南京市留学人员科技活动项目资助，入选江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人培养对象和江苏省第四期“333工程”第三层次培养对象，指导的作品获得第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。

章化工原理实验基础知识1

节概述1

一、化工原理实验简介1

二、化工原理实验的基本要求3

第二节实验数据的误差分析4

一、误差的基本概念5

二、误差的基本性质7

第三节实验数据处理13

一、有效数字的处理13

二、实验结果的数据处理14

第四节化工原理实验安全22

一、实验室安全教育管理规定22

二、实验室应急预案22

第二章测量仪表和测量方法25

节概述25

一、仪表分类25

二、测量控制过程26

三、测量仪表的基本组成26

第二节压力测量27

一、液柱式压力计27

二、弹性式压力计29

三、电气式压力计30

四、使用压力表应注意的问题32

第三节流量测量33

一、差压式流量计34

二、转子流量计36

三、涡轮流量计37

四、涡街流量计42

五、电磁流量计44

第四节温度测量46

一、膨胀式温度计46

二、热电阻温度计47

三、热电偶温度计49

四、接触式温度计的安装50

第五节功率测量51

一、功率表测量法51

二、马达天平测量法52

第六节转速的测量53

一、概述53

二、测量方法53

三、智能显示仪表54

第七节成分分析仪55

一、气相色谱仪55

二、二氧化碳液相浓度的气敏电极分析法62

第八节控制器65

一、温度控制器65

二、液位控制器66

三、电动调节阀70

四、变频器72

五、回流比控制装置73

第九节智能仪表76

一、智能仪表简介76

二、智能仪表结构76

三、智能仪表工作方式76

四、AI全通用人工智能调节器77

第三章化工原理基础实验84

实验一流体力学实验84

一、流体流动阻力——泵性能曲线测定综合实验84

二、流体力学综合实验92

实验二流体输送机械实验94

一、离心泵单泵性能曲线测定实验95

二、离心泵组合性能曲线测定实验99

实验三颗粒流体力学及机械分离实验101

一、恒压过滤常数测定实验101

二、恒压过滤常数测定（真空抽滤）实验106

三、固体流态化实验108

实验四传热实验112

一、对流给热系数测定(水-饱和水蒸气)实验112

二、对流给热系数测定(空气-自发生水蒸气)实验118

三、列管换热器传热实验121

实验五吸收实验123

填料吸收塔综合实验123

实验六精馏实验134

一、数字化精馏综合实验135

二、筛板(填料)精馏塔综合实验143

实验七干燥实验148

干燥速率曲线测定实验148

第四章化工原理提高性实验152

实验八液-液萃取实验152

实验九变压吸附制取富氧实验155

实验十无机膜分离实验158

实验十一离子交换法制备纯水实验159

实验十二惰性粒子流化床干燥实验162

第五章化工原理演示实验165

实验十三流体流型演示实验165

实验十四流体机械能分布及其转换演示实验166

实验十五离心风机流化床降尘室旋风分离器演示实验168

实验十六流体的压强及其测量演示实验169

实验十七边界层演示实验170

实验十八塔模型演示实验172

实验十九热管换热器演示实验174

实验二十化工原理仿真实验175

附录179

附录一一些气体溶于水的亨利系数179

附录二某些二元物系的汽液平衡组成179

(1)乙醇-水(p=0.101MPa)179

(2)苯-甲苯(p＝0.101MPa)180

(3)氯仿-苯(p＝0.101MPa)180

(4)水-醋酸(p=0.101MPa)180

(5)甲醇-水(p=0.101MPa)180

附录三乙醇溶液常见参数180

(1)乙醇溶液的物理常数(摘要)(p=0.101MPa)180

(2)乙醇蒸气的密度及比体积(摘要)(p=0.101MPa)181

参考文献182

《化工原理实验》（第二版）是化工原理、食品工程原理、环境工程原理等相关课程的配套实验教材，注重培养学生综合素质，通过实验使学生掌握化工生产的单元操作技能以及实验研究方法。

本书内容包括五章：*章化工原理实验基础知识，主要介绍化工原理实验概要、实验数据及测量误差、实验数据的处理方法、化工安全常识及实验安全要求；第二章测量仪表和测量方法，主要包括压力、流量、温度三大参数测量，以及实验常用传感技术、成分分析、显示仪表等；第三章化工原理基础实验，主要介绍化工原理各主要单元操作的演示、验证性实验与综合、设计性实验的实验装置、实验原理和实验操作方法，包括流体力学、流体输送机械、过滤、流态化、传热、吸收（解吸）、精馏、干燥；第四章化工原理提高性实验，包括萃取、吸附、膜分离、离子交换、惰性粒子流化床干燥；第五章化工原理演示实验，包括流体流型、流体机械能分布及其转换、离心风机流化床降尘室旋风分离器、流体的压强及其测量、边界层、塔模型、热管换热器演示实验以及化工原理仿真实验等。

《化工原理实验》（第二版）强化了化工实验竞赛项目内容，可作为高等院校化工与制药类及相关专业化工原理实验课的教学用书，对指导大学生化工实验竞赛具有一定指导作用，也可供化工、材料、轻工、石油、食品、环境等领域科研、生产技术人员参考。

居沈贵，南京工业大学教务处，副处长，教授。1997年博士毕业后留校任教，2005年10月学校公派到美国新墨西哥州工学院做访问学者，主持的《化工原理》课程获得“国家精品课程”和“国家精品资源共享课”称号，作为化工原理教学团队的带头人获得江苏省高校“青蓝工程”教学团队，提出“多维度教学”的理念，将“逻辑知识”、“哲学沉思”、“人文熏陶”和“现代技术”有机融合。获得江苏省教学成果特等奖、一等奖、二等奖，获得校级“师德十佳”、“工大奖教金”、“教书育人先进个人”、“十佳爱心使者”等称号，多次获得化工学院“学生心目中的十佳教师”称号。主要从事传质与分离技术开发研究工作，在汽油脱硫及模拟计算方面进行研究探索，获得国家自然科学基金、江苏省教育厅自然科学基金、江苏省重点实验室开放基金、南京市留学人员科技活动项目资助，入选江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人培养对象和江苏省第四期“333工程”第三层次培养对象，指导的作品获得第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。