化工原理实验9787030758910

前言

第1章 绪论 1

1.1 化工原理实验的特点与教学目的 1

1.2 化工原理实验课程的要求 1

1.2.1 实验预习 1

1.2.2 实验操作与数据记录 2

1.2.3 撰写实验报告 2

1.3 化工原理实验室守则 3

1.4 化工原理实验安全知识 4

1.4.1 实验室消防安全 4

1.4.2 实验室用电安全 5

1.4.3 实验室危化品安全 6

1.4.4 实验室气瓶安全 8

1.4.5 实验事故应急处理 9

第2章 实验研究方法与实验设计 10

2.1 化工原理实验研究方法 10

2.1.1 直接实验法 10

2.1.2 冷模实验法 11

2.1.3 过程变量分离法 11

2.2 实验流程设计 12

2.2.1 实验装置和测控仪表的设计与选择 12

2.2.2 实验装置的安装 13

2.2.3 实验装置的调试 14

第3章 实验数据的采集与处理 15

3.1 化工原理实验数据测量 15

3.1.1 有效数字的读取与记录 16

3.1.2 有效数字运算及修约规则 16

3.2 实验数据的计算 18

3.3 实验数据误差的表示和分类 18

3.3.1 实验数据的真实值 18

3.3.2 误差的表示方法 19

3.3.3 实验过程中产生误差的原因及分类 21

3.4 测量过程中的误差估算 23

3.4.1 直接测量值的误差估算 23

3.4.2 间接测量值的误差估算 23

3.5 实验数据的处理方法 24

3.5.1 列表法 24

3.5.2 图示法 25

3.5.3 方程（函数）表示法 25

第4章 化工常用仪表与分析仪器 26

4.1 常用化工测量仪表简介 26

4.1.1 测量仪表的性能描述 26

4.1.2 温度测量仪表 29

4.1.3 压力测量仪表 32

4.1.4 流量测量仪表 35

4.1.5 流量计的校验 37

4.2 化工原理实验中常用的成分分析仪器 37

4.2.1 阿贝折光仪 38

4.2.2 紫外-可见分光光度计 39

第5章 化工常用管件与阀门 41

5.1 化工常用管件 41

5.2 化工常用阀门 43

5.2.1 阀门的分类 43

5.2.2 阀门型号的编制 44

5.2.3 阀门的选型及安装 44

5.2.4 常用阀门简介 45

5.3 化工管道常用材料 50

第6章 化工原理典型实验项目 56

实验一 流体力学综合实验 56

实验二 恒压过滤常数测定实验 70

实验三 冷空气-蒸汽对流传热实验 79

实验四 吸收-解吸实验 89

实验五 吸收实验 96

实验六 精馏实验 105

实验七 干燥特性*线测定实验 119

实验八 液-液萃取实验 127

实验九 超滤膜分离实验 131

实验十 单管升膜蒸发实验 136

实验十一 流体机械能转化实验 141

实验十二 流体流线实验 145

实验十三 旋风分离实验 148

实验十四 板式塔操作实验 151

附录 155

附录 1 干空气物理性质（101.33kPa） 155

附录 2 湿空气物理性质 156

附录 3 水的物理性质 157

附录 4 水蒸气的物理性质 158

附录 5 乙醇水溶液物理性质 160

附录 6 丙酮溶液性质 165

附录 7 二氧化碳水溶液性质 166

附录 8 常见液体饱和蒸气压的安托万（Antoine）常数 167

附录9 部分气体水溶液的亨利系数 168

第1章 绪论

 1.1化工原理实验的特点与教学目的

 化工原理实验是化工类及相关专业的一门基础技术课程，是化工原理课程的一个重要实践教学环节。与物理、化学等基础实验课程明显不同，化工原理实验属于工程实验范畴，具有工程性、实践性强等特点。化工原理实验的研究对象是化工工程中的实际技术问题，每个单元操作实验均可看作化工生产中的一个基本过程，其工艺流程、操作条件和参数变量等与化工生产相近，并且实验获得的结论对某些化工单元操作设备的设计或生产过程操作参数的确定具有一定的指导意义。对于初次接触化工单元操作的学生或技术人员来说，学习化工原理实验，有助于更深刻地认识和理解相关工艺过程和设备。因此，化工原理实验在化工原理教学过程中具有举足轻重的作用。通过化工原理实验教学，主要达到下列目的：

 （1）验证化工单元操作的基本理论知识，巩固和深化理论课堂上的教学内容，重点培养学生运用理论知识分析、解决实际工程问题的能力。

 （2）了解典型化工实验设备的原理、结构及操作，加强化工实验基本操作技能的训练，初步学会化工过程常用仪器、仪表的使用方法，培养学生动手操作的能力。

 （3）通过根据实验任务设计实验方案、团队协作进行实验操作、观察和分析实验现象、解决实验问题、分析和处理实验数据、撰写工程实验报告，培养科学的思维方法、实事求是的科学态度与严谨的科学作风。

 1.2化工原理实验课程的要求

 化工原理实验通常包括实验预习、实验操作与数据记录、撰写实验报告等几个关键环节。各环节的具体要求如下。

 1.2.1实验预习

 （1）实验前学生需认真阅读实验教材，明确实验目的、实验任务和要求。

 （2）根据实验目的、实验任务和要求，复习相应理论知识点，理解实验原理，明确实验研究方法和实验过程中需要测量的参数。

 （3）通过练习实验仿真软件、观看实验教学视频及现场查看等方式，了解实验装置的基本构造、实验流程和测试仪器的使用方法。

 （4）拟定实验方案，明确各待测参数的测量方式、实验过程中的控制点和调节方式，熟悉实验步骤及注意事项。

 （5）撰写预习报告，在预习报告中概括实验目的和任务，简要说明实验基本原理，画出实验装置流程示意图、注明各流股的流动方向，简述实验流程、实验步骤及注意事项，列出实验现象观察项目清单和实验原始数据记录表格，表格内容需包含各物理量名称、符号和单位等。

 1.2.2实验操作与数据记录

 （1）实验前需对实验设备状态进行检查，确保实验装置完好后方能按程序启动设备。

 （2）实验过程中要密切关注各仪表的数据变化并及时调节，以保证操作在稳定条件下进行，状态稳定一定时间后方可记录实验数据和取样。

 （3）完整记录实验过程中需要采集的原始数据和相关实验现象，并注明各数据的单位。记录实验原始数据时，应根据所用仪器的精度和对分析结果准确程度的要求，保留相应的有效数字。

 （4）注意观察实验过程中的现象，及时发现问题，学会对异常现象进行合理分析和解释，并做出正确的判断及应对措施。

 （5）经指导教师确认实验数据合格后方可结束实验。切断水源、气源、电源，将装置恢复至实验前的状态。

 1.2.3撰写实验报告

 实验报告是对实验工作进行评价的主要依据，是实验工作的一个重要环节。撰写实验报告的过程就是对所测的数据加以处理，对所观察到的现象加以分析，并从中找出客观规律和内在联系的过程。目的是强化书写科技论文的意识，训练学生综合分析、概括问题的能力。完整的实验报告通常包含以下几方面内容：

 1）实验报告的封面

 实验报告封面一般包括：课程名称、实验项目名称、学院、专业、班级、同组组员、指导教师、实验时间、实验地点等相关内容。

 2）实验目的和实验任务

 简要说明开展本次实验的目的及需要解决的问题。

 3）实验原理

 准确、充分地描述实验所涉及的主要概念、重要定律、关键公式及推导出的重要结果。

 4）实验装置

 绘制装置示意图，标出各流股流向，标明数据测试点和控制点的符号与位置，并简述实验流程。

 5）实验步骤与注意事项

 根据实际实验过程的操作顺序，简明扼要地描述实验操作步骤。此外，还需列出易引发安全事故、损坏仪器设备或影响实验结果的相关操作，予以警示。

 6）实验数据记录

 在原始数据记录单上完整、准确地记录原始数据及相关实验现象，并粘贴在实验报告原始数据记录部分。

 7）数据处理

 （1）计算举例：选取 1～2组数据举例计算，列出各项计算过程，公式中注明各物理量的符号，不允许直接给出最终结果。同组成员需选择不同组数据进行处理。

 （2）计算举例完成后，列出实验数据处理表格，数据应包含关键的中间计算值和最终计算结果。表格格式要求参照实验原始数据记录部分的表格。

 （3）结果表达，使用专业作图软件作图。图中应包含图表标题、坐标名称、坐标单位、实验点等内容。

 8）结果分析与讨论

 对实验中所得各种图表和数据进行分析，并用所学专业知识给予充分、合理的解释或说明。对实验中存在的问题找出改进方法或提出自己的一些新见解。

 9）实验结论

结论是对实验结果作出的最终判断，需要从实际出发并结合理论依据作出恰当的结论。

 1.3化工原理实验室守则

 （1）进入实验室前，实验人员需接受安全教育和培训，经考核合格后方可进入实验室。

 （2）进入实验室参加实验时，应严格遵守实验室的各项规章制度。不得穿裸露脚背或有跟的鞋子、短裤、裙子等，女生需将长发束起。禁止迟到、早退和无故缺课；禁止嬉戏打闹、大声喧哗。

 （3）实验前，需按要求做好实验预习工作，了解实验目的与任务、实验原理、实验装置的基本操作流程及操作注意事项等，并完成实验预习报告。

 （4）实验操作过程中，应严格按照仪器的操作规程使用仪器，且仪器运行时不得擅自离开。因不听指导或违反操作规定造成仪器、设备损坏，视情节的轻重，按相关标准进行赔偿；若情节严重，造成重大损失，需上报学校处理。

 （5）实验操作过程中，注意电、气体钢瓶、化学药品等的安全使用。如发现安全隐患，立即停止实验，报告指导教师，并采取必要的措施降低或排除事故伤害。

 （6）实验室产生的废液、废气、废渣等应按相关规定妥善处理，严禁随意混倒、乱倒。

 （7）实验结束后，整理仪器和实验药品，检查水、电、气是否关好。严禁私自将实验室物品及药品带出实验室。

 （8）对于违反以上规定的学生，指导教师应及时制止，并视情节轻重按规定处理。对于不听劝告者，指导教师必须停止其实验，取消当次实验资格。

 1.4化工原理实验安全知识

 化工原理实验室作为实践教学的重要基地，是培养学生实验能力及专业技能的场所，也是培养学生创新能力和科研素养的场所。学生在部分实验过程中会接触到易燃、易爆、有毒、有害等危险性化学品，或者需要操作高温、高压、低温等危险性仪器设备。各类实验室安全事故给实验室安全敲响了警钟，因此要顺利开展实验并达到实验目的，必须掌握一定的实验室安全知识。

 1.4.1实验室消防安全

 实验室仪器设备电路老化或未按操作规程使用，以及易燃、易爆化学品存储或使用不当都易引发实验室火灾。根据统计，超过 70%的着火由在场人员在火灾形成初期扑灭，从而避免了更大的火灾事故。因此，实验人员应熟悉消防器材的存放位置及使用方法，并定期检查消防器材的有效性，不得随意将消防器材移作他用，还应熟悉楼内的消防通道和疏散通道。

 1）干粉灭火器

 干粉灭火器是以气体作推动力，将干粉灭火剂喷出灭火，其灭火原理是对有焰燃烧进行化学抑制，同时窒息、冷却。其中，碳酸氢钠干粉灭火器适用于易燃、可燃的液体、气体及电气设备的初起火灾，而磷酸铵盐干粉灭火器除适用于易燃、可燃的液体、气体及电气设备的初起火灾外，还可用于扑救固体类物质的初起火灾，但两者均不能扑救金属燃烧火灾。使用干粉灭火器时，拔下保险销，一只手握住喷嘴，另一只手压下压把，扑救液体火灾时，对准火苗根部喷射，由近而远，左右扫射，快速推进，直至火焰全部扑灭；扑救固体火灾时，对准燃烧最猛烈处左右扫射，尽量使干粉灭火剂均匀地喷洒在燃烧物外表，直至火焰全部扑灭。

 2）二氧化碳灭火器

 3）泡沫灭火器

 泡沫灭火器的工作原理是通过酸碱性物质混合发生化学反应，将生成的泡沫压出，附着在燃烧物表面，使之与空气隔绝，从而达到灭火的目的。其适用于木材、棉布、橡胶、油脂、油制品等燃烧引起的火灾，还适用于扑救较大面积的储槽、油罐车等的初起火灾，不能扑救带电设备和醇、酮、酯、醚等有机溶剂的火灾。

 4）消火栓

 手提式灭火器只适合初起火灾，火势较大时需要使用消火栓扑救。使用消火栓时，先打开或击碎箱门，取出消防水带，将水带一头接到消火栓接口上，另一头接上消防水枪，一人持连接好的枪头奔向起火点，到达火场后另一人打开消火栓上的水阀开关，对准火源根部进行灭火。消火栓不可扑救带电设备、比水轻的易燃液体、遇水发生化学反应药品的火灾。

 5）其他灭火物品

 实验室除可以用灭火器、消火栓灭火外，还可以用灭火毯、灭火沙和自来水灭火。用自来水灭火要先断电，防止人员触电或电气设备爆炸。当发生火灾时，可将灭火毯直接覆盖在火焰上抑制燃烧，或用灭火沙直接平铺在燃烧区域压灭火苗，同时切断电源或气源。如果人身上着火，可将灭火毯抖开后完全包裹于着火人身上扑灭火源。灭火沙还适用于金属灭火。

 1.4.2实验室用电安全

 化工原理实验中有较多电气设备，如传热实验、干燥实验、精馏实验的设备和装置用电负荷都较大，大多使用 380 V的三相交流电源供电。在实验中如果不注意安全用电，易引发触电甚至爆炸事故，因此操作者必须遵守下列操作规定：

 （1）实验人员应熟悉电闸总开关、分开关所在位置及使用方法，以便发生意外时及时切断电源。

 （2）手上有水或潮湿时不得接触或操作电气设备。带电设备不能用湿抹布擦拭，更不能使水落在上面。不能用试电笔试 380 V的高电压。

 （3）电气设备发生故障需要维修、临时挪动等处理时，一定要先切断电源再进行后续操作，维修完毕后一定要先确保设备电路正常才能通电使用。

 （4）电机设备启动前，先用手转动电动机的轴，确保能正常旋转。启动电机后，立即查看电动机是否转动，如果没转动，立即切断电源，否则电动机很容易烧坏。如果设备是三相电源，建议使用空气开关或交流接触器开关。

 （5）电气设备所用的保险丝 （管）的额定电流应与其负荷容量相适应，不得随意更换保险丝 （管），不得用其他金属线代替保险丝 （管）。

 （6）加热的电气设备启动前，须确保已满足启动电加热的要求。例如，精馏塔操作实验中，启动塔釜电热器前，须确保釜内液面达到要求、塔顶冷凝水已打开；在干燥实验中，启动空气预热电热器前，须确保空气鼓风机已开启。加热器不得直接放置在木制台面上，应铺橡胶、绝缘垫等，周围应留出足够空间散热，附近禁止存放易燃易爆品、气体钢瓶、杂物等。

 （7）需要接地的电气设备必须有效接地，并定期检查线路。

 （8）不私自乱拉乱接电线，不使用老化的电线；禁止多个接线板串接供电，接线板不宜直接置于地面；电线接头绝缘可靠，无裸露连接线；大功率仪器设备使用专用插座 （不可使用接线板 ），用电负荷满足要求；不得将供电线任意放在通道上，以免因破损造成短路。

 ……

本书是高等学校化工类及相关专业化工原理实验课程的配套教材。全书共6章，包括绪论、实验研究方法与实验设计、实验数据的采集与处理、化工常用仪表与分析仪器、化工常用管件与阀门、化工原理典型实验项目。本书在编写过程中，强调学生根据实验任务和原理，结合具体的实验装置自主进行实验方案的设计和操作，以强化自主思维和动手能力。另外，本书嵌入实验原理、典型装置介绍、实验步骤等视频资源，可满足数字化教学改革需求。