化学工程基础实验(李德华 )（第2版）

前言 
《化学工程基础实验》（第2版）是根据化学类专业教学指导委员会制定的、普通高等学校本科化学和应用化学专业化学工程基础教学的基本要求，并参考全国高校化工原理课程教学指导委员会提出的实验教学基本要求，结合以培养学生在实验研究过程中所必需的能力和素质为目的，以强化创新能力为重点的思想，在保留《化学工程基础实验》版中化学工程基础实验的基本知识、化工基础实验参数测量技术以及参考由北方仿真软件技术有限公司仿真实验等内容的基础上，结合目前国内相关理工院校较多采用的实验装置，如：天津大学化工学院化工基础实验中心，以及莱帕克（北京）科技有限公司开发的配套化工实验装置，且经过多年、众多教师参与教学探索实践而编写的。 
编者借《化学工程基础实验》（第2版），使学生在理论学习的基础上，通过化工实验从实践上掌握单元操作的过程与设备原理，进而完成相应设计型和操作型过程与设备计算，以提高学生分析问题和解决实际问题的能力。 
《化学工程基础实验》（第2版）从仿真实验、常规验证性实验（基础实验）、综合实验三个方面筛选化工原理实验，包括：流体的流动与输送、传热、吸收、精馏、萃取、固体流态化、干燥、超临界流体萃取，以及化学反应过程——化学反应器基本原理中的脉冲示踪法和阶跃示踪法测定基本反应器中物料粒子的停留时间分布等。内容实用，可操作性强。 
《化学工程基础实验》（第2版）既可以和李德华编著、化学工业出版社出版的普通高等教育“十一五”规划教材《化学工程基础》（第三版）配套使用，又可以供单独设置化学工程基础实验或化工原理实验课程之用。 
本书由吴正舜编写第4章化学工程实验中的综合实验部分，李德华编写全书其余部分，并负责修订、统稿。 
化工实验装置是学生进行化工实验的物质基础，同时，也可以体现一个实验室的综合水平。实验指导教师对实验装置性能、实验操作技能，及其与理论知识的融会贯通与传授，使学生在实验过程中愉悦地掌握所学知识，并获得一定的成就感，这些都离不开教师们的辛勤探索和付出。 
近年来，参与修订本书承担所涉及相关化学工程实验、实训的指导教师有：华中师范大学化学学院艾智慧、朱先军、陈义锋、伍强贤、曹郁、邓红涛、肖旺、吴正舜、李德华等；武汉工商学院环境与生物工程学院柯斌清、周锦兰、廖庆玲、刘勇、刘瑶等。对他们为本书编写修订工作的支持和提出的宝贵建议，谨表诚挚谢意。对书中所引用文献资料的作者和单位，表示衷心感谢。 
书中不妥之处，敬请批评指正。 

李德华 
2019年2月 

版前言 
在理科化学和应用化学专业的工程技术教育中，化学工程基础实验作为化学化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，起着十分重要的作用。化学工程基础实验与化学工程基础课堂教学、化学工业实习等教学环节相互衔接、彼此照应，构成了一个有机整体。隶属工程实验范畴的化学工程基础实验因其具有较强的直观性、实践性、综合性和创新性，因此，既可用来验证各化工单元的操作过程的机理、规律，帮助学生巩固和强化在化学工程基础课程中所学基本理论，又可用以培养学生一丝不苟、严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 
本书根据所属化学类专业教学指导委员会制定的普通高等学校本科化学和应用化学专业化学工程基础教学的基本要求编写，以培养学生在实验研究过程中所必需的能力和素质为目的，以强化创新能力为重点，在我校自编并经多年实践的《化学工程基础实验》讲义的基础上，对其中的实验进行了相应的组合与改革，充实了部分实验内容，并将化学工程基础实验与计算机仿真、模拟及处理结合起来，突出“三传一反”中的基本的单元操作实验，如：流体的流动与输送、传热、吸收、精馏、干燥、固体流态化、超临界流体萃取，以及化学反应器基本原理中的脉冲示踪法和阶跃示踪法、测定基本反应器的停留时间分布等。特别是基本反应器停留时间分布测定的实验内容，包括实验装置的设计、制作等，是我校从20世纪80年代初开始，经过多年的探索和研究完成的。因其结构简单、组装方便、价格低廉、实验直观，深受兄弟院校好评。此外，其他实验采用了不同厂家生产的实验设备，特别是有些装置由计算机联机控制，方便学生能够在遵循相同的实验原理的基础上，明了实验装置的设计理念，开拓思路，同时，也可以比较好地解决实验教材的通用性。 
本书既可以和李德华编著、化学工业出版社出版的普通高等教育“十一五”规划教材《化学工程基础》（第二版）以及其他版本的《化学工程基础》教材配套使用，又可以供单独设置化学工程基础实验课程之用。 
参加本书编写的有李德华（第1章，第2章，第3章，第4章基础实验部分、综合实验部分的实验四和实验六以及附录等），吴正舜（第4章综合实验部分的实验二、实验三和实验五），陈义锋（第4章综合实验部分的实验一）。全书由李德华负责统稿、修订。 
本书得到了华中师范大学教务处和化学学院领导的支持，在此表示诚挚的谢意。对书中所引用文献资料的作者和单位，谨表衷心感谢。 
由于时间仓促，书中不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。 

李德华 
2008年4月

《化学工程基础实验》（第2版）在保持版体系结构不变的情况下，为适应相关高校化工原理实验采用多种型制实验装置的需要，对有关化工基础实验与综合实验部分的内容作了全面修订。全书保留了化学工程基础实验的基本知识（实验误差的估算与分析、实验数据处理方法、常用数值计算方法、实验设计方法计算机数据处理软件Excel的基本功能和科技绘图、origin科技绘图与数据分析等），化工基础实验参数测量技术,计算机仿真实验（7个）等内容；修改了化工基础实验（包括8个基础实验和8个综合实验），借以突出工程实验的特点，强调工程观念的培养，注重化工实验的共性问题。实验内容涉及化工单元操作中的流体的流动与输送、传热、吸收、精馏、萃取、干燥、超临界流体萃取，以及有关化学反应工程基本原理中物料粒子在反应器中的停留时间分布的测定（脉冲示踪法、阶跃示踪法）等。《化学工程基础实验》(第2版)可作为高等院校化学、应用化学、环境工程、生物工程、制药工程以及食品工程等专业学生的化学工程基础实验或化工原理实验课程教材，也可供有关部门的专业技术人员参考使用。

《化学工程基础实验》（第2版）在保持第一版体系结构不变的情况下，为适应相关高校化工原理实验采用多种型制实验装置的需要，对有关化工基础实验与综合实验部分的内容作了全面修订。全书保留了化学工程基础实验的基本知识（实验误差的估算与分析、实验数据处理方法、常用数值计算方法、实验设计方法计算机数据处理软件Excel的基本功能和科技绘图、origin科技绘图与数据分析等），化工基础实验参数测量技术,计算机仿真实验（7个）等内容；修改了化工基础实验（包括8个基础实验和8个综合实验），借以突出工程实验的特点，强调工程观念的培养，注重化工实验的共性问题。实验内容涉及化工单元操作中的流体的流动与输送、传热、吸收、精馏、萃取、干燥、超临界流体萃取，以及有关化学反应工程基本原理中物料粒子在反应器中的停留时间分布的测定（脉冲示踪法、阶跃示踪法）等。《化学工程基础实验》(第2版)可作为高等院校化学、应用化学、环境工程、生物工程、制药工程以及食品工程等专业学生的化学工程基础实验或化工原理实验课程教材，也可供有关部门的专业技术人员参考使用。

李德华，华中师范大学化学学院，教授，主要教学经历1969年毕业于华中师范大学，留校后任教。先后从事过无机化学、物理化学等课程的教学及研究工作。1980～1981年在华东化工学院化学工程系学习化学工程、化学反应工程、计算机程序设计等课程，并担任化学工程系无工70班化学工程实验教学及教辅工作。自1982年起一直在华中师范大学化学系从事化学工程基础、化工基础实验、计算机在化学中的应用、化工过程开发、化工原理仿真实验和绿色化学等课程的本科生、研究生的教学及科研工作。曾任华中师范大学化学学院化学工程教研室主任、学院教学委员会委员；湖北省化学化工学会化学工程专业委员会副主任；中国计算机学会会员。现担任华中师范大学化学学院教学督导，并在华中师范大学汉口分校及武汉生物工程学院任教。主要教学、科学研究、实践经历多年从事化学化工的教学科研工作，开展了“ HZ-8605高温重载润滑脂中试研究”开发和中试技术转让工作，曾获国家科委科技成果完成者证书和湖北省化学化工学会奖；进行了“连续氯化法制氯化钡”横向联合、小试技术开发转让，获得湖北省化学化工学会奖；研制“计算机辅助定性分析与元素周期律教学软件”，通过了高教司组织的鉴定，并在全国高校推广使用。参加 “九五”国家重点科技攻关96-750项目02子专题研制工作，为该项目“传质工程”负责人；参加“面向21世纪教改计划”立项项目研究工作JS040A和JS178B两项；曾获湖北省教学成果二等奖和华中师范大学优 *秀教学成果一等奖各1项；主持研制的“化学工程基础多媒体CAI课件”，获湖北省教育厅“全省普通高等学校优*秀多媒体教学课件”三等奖1项；获华中师范大学教师全员教学竞赛一等奖1项；获华中师范大学校级优* 秀教学和优* 秀教学成果奖多项。著作:①编著普通高等教育“十一五”国*家级规划教材《化学工程基础》（第二版），北京：化学工业出版社，2007年8月出版；②主编《化学工程基础实验》，北京：化学工业出版社，2008年9月出版；③编写《化学工程基础》，北京：化学工业出版社，2000年1月出版；④编著《绿色化学化工导论》，北京：科学出版社，2005年11月出版；⑤主编“师范教育司（专升本）教材”《化工基础与实验》，北京：高等教育出版社，2002年7月出版；⑥参编“九五”重点教材《化工过程开发概要》（第二版），北京：高等教育出版社，2002年4月出版；⑦参编“高等化学试题库” 《化工基础》（光盘版），北京：高等教育出版社，2002年5月出版；⑧参编“面向21世纪课程教材”《化工基础》，北京：高等教育出版社，2002年6月出版；⑨参编《化工基础实验》，北京：高等教育出版社，2005年6月出版。

绪论1 
0.1化学工程基础实验课的教学目的1 
0.2化学工程基础实验课的教学要求1 
0.3化学工程基础实验预习报告和实验报告的基本内容2 
0.4化学工程基础实验室的安全防护知识2 

第1章化学工程实验基础知识7 
1.1实验误差和有效数字7 
1.1.1误差的基本概念7 
1.1.2有效数字9 
1.2实验数据的采集10 
1.2.1测量仪器的主要性能指标10 
1.2.2实验数据的人工采集10 
1.2.3实验数据的计算机自动采集与控制11 
1.2.4采集和控制示例12 
1.2.5智能仪表结构、工作方式及其主要优点13 
1.3实验数据处理方法14 
1.3.1列表法14 
1.3.2图示法15 
1.3.3数学方程表示法17 
1.3.4数据处理程序20 
1.3.5异常值及其剔除20 
1.3.6实验数据的回归分析与曲线拟合22 
1.4常用计算方法30 
1.4.1数值计算的基本特点30 
1.4.2方程求根31 
1.4.3插值40 
1.4.4数值积分43 
1.5实验设计方法46 
1.5.1正交设计法46 
1.5.2均匀设计法51 
1.6计算机数据处理软件简介53 
1.6.1Microsoft Excel软件的功能53 
1.6.2Microcal Origin软件的功能及应用55 

第2章化学工程基础实验参数测量技术61 
2.1流体温度的测量61 
2.1.1热膨胀式温度计62 
2.1.2压力式温度计64 
2.1.3热电阻温度计64 
2.1.4热电偶65 
2.2压力的测量68 
2.2.1气压计的构造与操作69 
2.2.2流体压力测量仪表的类型70 
2.3流量的测量73 
2.3.1差压式流量计73 
2.3.2转子流量计76 
2.3.3涡轮流量计77 
2.3.4湿式流量计78 
2.3.5皂膜流量计78 

第3章计算机仿真实验79 
实验一管内流体流动阻力仿真实验80 
实验二离心泵性能仿真实验81 
实验三管内强制对流传热过程仿真实验82 
实验四填料塔吸收过程仿真实验83 
实验五筛板精馏塔过程仿真实验84 
实验六转盘萃取塔仿真实验86 
实验七洞道式干燥过程仿真实验87 

第4章化学工程实验89 
4.1基础实验89 
实验八流体流动阻力的测定89 
实验九流量计性能测定93 
实验十气-汽对流传热实验98 
实验十一填料塔吸收实验103 
实验十二板式塔精馏实验109 
实验十三固体流态化实验114 
实验十四流化床干燥操作118 
实验十五洞道干燥速率的测定124 
4.2综合实验130 
实验十六流体流动过程综合实验130 
实验十七离心泵性能的测定133 
实验十八双套管传热实验137 
实验十九吸收与解吸实验141 
实验二十筛板精馏实验147 
实验二十一管式反应器停留时间分布与流动特性的测定153 
实验二十二多釜串联反应器停留时间分布与流动特性的测定159 
实验二十三超临界流体萃取实验162 

附录166 
附录一常用正交设计表166 
附录二常用均匀设计表168 
附录三铜-康铜热电偶分度表171 
附录四我国高压气体钢瓶标记171 
附录五水的蒸气压171 
附录六水在不同温度下的密度和黏度172 
附录七干空气的物理性质173 
附录八乙醇、正丙醇有关计算参数173 
（1）乙醇、正丙醇气化热和定压比热容173 
（2）乙醇-正丙醇折射率与液相组成之间的关系174 
附录九部分液体的折射率（25℃）174 
附录十阿贝折光仪175 
附录十一DDS-11A型电导率仪177 

参考文献180 

《化学工程基础实验》（第2版）在保持版体系结构不变的情况下，为适应相关高校化工原理实验采用多种型制实验装置的需要，对有关化工基础实验与综合实验部分的内容作了全面修订。全书保留了化学工程基础实验的基本知识（实验误差的估算与分析、实验数据处理方法、常用数值计算方法、实验设计方法计算机数据处理软件Excel的基本功能和科技绘图、origin科技绘图与数据分析等），化工基础实验参数测量技术,计算机仿真实验（7个）等内容；修改了化工基础实验（包括8个基础实验和8个综合实验），借以突出工程实验的特点，强调工程观念的培养，注重化工实验的共性问题。实验内容涉及化工单元操作中的流体的流动与输送、传热、吸收、精馏、萃取、干燥、超临界流体萃取，以及有关化学反应工程基本原理中物料粒子在反应器中的停留时间分布的测定（脉冲示踪法、阶跃示踪法）等。《化学工程基础实验》(第2版)可作为高等院校化学、应用化学、环境工程、生物工程、制药工程以及食品工程等专业学生的化学工程基础实验或化工原理实验课程教材，也可供有关部门的专业技术人员参考使用。

李德华，华中师范大学化学学院，教授，主要教学经历1969年毕业于华中师范大学，留校后任教。先后从事过无机化学、物理化学等课程的教学及研究工作。1980～1981年在华东化工学院化学工程系学习化学工程、化学反应工程、计算机程序设计等课程，并担任化学工程系无工70班化学工程实验教学及教辅工作。自1982年起一直在华中师范大学化学系从事化学工程基础、化工基础实验、计算机在化学中的应用、化工过程开发、化工原理仿真实验和绿色化学等课程的本科生、研究生的教学及科研工作。曾任华中师范大学化学学院化学工程教研室主任、学院教学委员会委员；湖北省化学化工学会化学工程专业委员会副主任；中国计算机学会会员。现担任华中师范大学化学学院教学督导，并在华中师范大学汉口分校及武汉生物工程学院任教。主要教学、科学研究、实践经历多年从事化学化工的教学科研工作，开展了“ HZ-8605高温重载润滑脂中试研究”开发和中试技术转让工作，曾获国家科委科技成果完成者证书和湖北省化学化工学会奖；进行了“连续氯化法制氯化钡”横向联合、小试技术开发转让，获得湖北省化学化工学会奖；研制“计算机辅助定性分析与元素周期律教学软件”，通过了高教司组织的鉴定，并在全国高校推广使用。参加 “九五”国家重点科技攻关96-750项目02子专题研制工作，为该项目“传质工程”负责人；参加“面向21世纪教改计划”立项项目研究工作JS040A和JS178B两项；曾获湖北省教学成果二等奖和华中师范大学优 *秀教学成果一等奖各1项；主持研制的“化学工程基础多媒体CAI课件”，获湖北省教育厅“全省普通高等学校优*秀多媒体教学课件”三等奖1项；获华中师范大学教师全员教学竞赛一等奖1项；获华中师范大学校级优* 秀教学和优* 秀教学成果奖多项。著作:①编著普通高等教育“十一五”国*家级规划教材《化学工程基础》（第二版），北京：化学工业出版社，2007年8月出版；②主编《化学工程基础实验》，北京：化学工业出版社，2008年9月出版；③编写《化学工程基础》，北京：化学工业出版社，2000年1月出版；④编著《绿色化学化工导论》，北京：科学出版社，2005年11月出版；⑤主编“师范教育司（专升本）教材”《化工基础与实验》，北京：高等教育出版社，2002年7月出版；⑥参编“九五”重点教材《化工过程开发概要》（第二版），北京：高等教育出版社，2002年4月出版；⑦参编“高等化学试题库” 《化工基础》（光盘版），北京：高等教育出版社，2002年5月出版；⑧参编“面向21世纪课程教材”《化工基础》，北京：高等教育出版社，2002年6月出版；⑨参编《化工基础实验》，北京：高等教育出版社，2005年6月出版。