Experiment of Chemical Engineering Principles
一、 课程基本信息
课程代码：
实验课程名称:化工原理
英文名称: Chemical Engineering Experiment
课程总学时: 32 总学分:1.0 实验学时:32
适用对象：应用化学、化学工程与工艺、高分子材料、材料化学
二、 实验课程的性质与任务
化工原理实验课程是我校化学工程与工艺等专业的一门必修课，是综合性技术学科的一个基础组成部分，是学习后继专业课的基础，是化工类创新人才培养过程中重要的实践环节，在化工教育中起着重要的作用，具有直观性、实践性、综合性和创新性，为毕业环节工作和今后解决实际工程问题打好基础。
三、实验教学目的与要求
化工原理实验课程是化工类及相近专业必修的一门化工基础技术课程。用自然科学方法考察、解释和处理化工生产中单元操作的基本原理，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力，了解和掌握化学工程中的主要观点和方法。
化工原理实验教学中要求以培养实验研究过程中所需的各种能力和素质为目的，除了验证理论和加强对课堂教学内容的理解之外，还着重对学生进行实验研究方法与实验技能的基本训练，理论联系实际，培养和提高学生在实践中综合应用所学的知识去发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及创新意识和创新能力；培养学生计算能力、动脑动手能力和严肃认真、实事求是的科学工作态度。
四、考核办法和成绩评定标准
考试成绩占总成绩的50％，平时成绩占总成绩的50％
五、实验指导书
《化工原理实验讲义》 化工教研室自编
六、实验项目、内容与要求
实验一 流体流动阻力的测定
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1.了解流体流过管路系统的阻力损失的测定方法；
2.测定流体流过圆形直管的阻力，确定摩擦系数λ与流体Re的关系；
3.测定流体流过管件的阻力，局部阻力系数ξ；
4.学会压差计和流量计的使用方法；
5.识别管路中各个管件、阀门，并了解其作用；
教学要求：掌握直管阻力与局部阻力的测定方法，掌握压差计与流量计的使用方法。
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
质点的相对运动表现出剪切力，又称内摩擦力，流体的粘性是流动产生阻力的内在原因。流体与管壁面的摩擦亦产生摩擦阻力，统称为沿程阻力。此外，流体在管内流动时，还要受到管件、阀门等局部阻碍而增加的流动阻力，称为局部阻力。
直管摩擦系数λ测定
流体在管道内流动时，阻力表现为流体的能量损失，其大小与管长、管径、流体流速等有关。流体流过直管的阻力计算公式，常用以下各种形式表示：
本实验是利用水作实验，在管长、管径和管壁粗糙度一定的条件下，改变水的流量，测定直管阻力，即流体压力降ΔPf=P1－P2，然后分别计算λ和Re值，考察两者的关系。
局部阻力系数ξ测定
流体在管路中流过管件如阀门等处时，产生涡流形成阻力，习惯称为局部阻力。其计算式表示为
式中，ξ称为局部阻力系数，无因次。它与管件的几何形状与Re有关。当Re大到一定时，ξ与Re无关，成为定值。管件的局部阻力系数ξ也都是由实验测定的。
实验二 雷诺实验
实验类型：验证
实验学时：2
每组人数：5
实验目的：
1．观察流体在管内流动的不同型态；
2．确定临界雷诺数
教学要求：改变水在管内的流速，能观察流体在管内的流动型态的变化，会确定临界雷诺数
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
流动有两种不同的型态，即层流与湍流。流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，湍流时流体质点在沿管轴流动的同时还作者杂乱无章的随机运动。雷诺数是判断流动型态的特征数。
雷诺数小于2000时，流动型态为层流；雷诺数大于4000时，流动为湍流；雷诺数在两者之间时，有时为层流，有时为湍流，与环境有关。
实验三 能量转换实验
实验类型：验证
实验学时：2
每组人数：5
实验目的：
1．熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，进一步理解伯努利方程的含义；
2．观察流体的变化规律；
3．观察各项压头的变化规律。
教学要求： 掌握直管压差计的测压头；掌握流体中各种能量和压头相互转换关系
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
动时有3种机械能，即位能、动能、压强能。这3种能量是可以相互转换的。当管路条件改变时，它们会自行转化。流体机械能可用测压管中的一段液体柱的高度来表示。当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直时，测压管内的液位高度即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几何高度决定。
测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小。这时测压管内液位总高度则为静压头与动压头之和。
两个截面上，位压头、动压头、静压头三者总和之差即为损失压头，它表示流体流过这两个截面之间的机械能的损失。
实验四 离心泵特性曲线的测定
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1、了解离心泵的特性；
2、学习离心泵特性曲线的测定方法；
3、熟悉离心泵操作方法和特性曲线的应用；
4、正确掌握作图法处理实验数据。
教学要求： 掌握离心泵的操作，掌握离心泵特性曲线的测定方法
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
液体的设备，在选用泵时，一般总是根据生产要求的扬程和流量，参照泵的性能来决定的。对一定类型的泵来说，泵的性能主要是指一定转速下，泵的流量、压头（扬程）、轴功率和效率等。泵的特性曲线主要是指在一定转速下，泵的扬程﹑功率和效率与流量之间的关系，即扬程和流量的关系曲线（H～Q曲线），轴功率和流量的关系曲线（N轴～Q曲线），效率和流量的关系曲线（η～Q曲线）。由于离心泵的结构和流体本身的非理想性以及流体在流动过程中的种种阻力损失，至今为止，还没有人能推导出计算扬程的纯理论数学方程式。因此，本实验采用最基本的直接测定法，对泵的特性曲线用实验测得。
实验五 恒压过滤试验
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1、熟悉过滤的工艺流程。
2、掌握过滤的操作及调节方法。
3、掌握恒压过滤常数
、
、θe的测定方法，加深对过滤的理解和掌握。
教学要求： 掌握板框过滤机的结构、操作；掌握用线性回归分析方法测恒压过滤常数。
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
过滤操作通常分为恒压过滤和恒速过滤。在过滤过程中，由于固体颗粒不断地被截留在介质表面上，滤饼厚度增加，液体流过固体颗粒之间的孔道加长，而使流体阻力增加，故恒压过滤时，过滤速率逐渐下降。恒压过滤方程
（V+Ve）2＝KA2(θ+θe) 以单位过滤面积表示的恒压过滤方程为：
微分得
这是一个直线方程式，于普通坐标上标绘
的关系，可得直线。其斜率为
，截距为
，从而求出
、
。至于
可由下式求出：
实验六 传热实验
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
⒈了解套管换热器的结构。
⒉通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数
的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。
教学要求： 掌握对流传热系数的测定方法；掌握用线性回归分析方法测准数关联式中的常数。
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
实验中，空气走内管，蒸气走外管。对流传热系数
可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定
因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等。用tw 来表示
管内换热面积：
流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为
对于管内被加热的空气，普兰特准数
变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：
这样通过实验确定不同流量下的
与
，然后用线性回归方法确定A和m的值。
实验七 精馏实验
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1、熟悉精馏塔结构和精馏流程，掌握精馏过程的操作及调节方法；
2、掌握精馏塔全回流及部分回流时的总板效率的测定方法。
3、观察观察精馏塔内气、液两相的接触状态
4、观察板式塔的液泛和漏液等现象，并分析这些操作状态对塔性能的影响。
教学要求： 掌握总板效率的测定方法；掌握精馏过程的操作及调节方法
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
精馏过程中若离开某一块塔板的汽相和液相组成达到平衡,则该板称为一块理论板。然而在实际操作的塔板上，由于汽液两相接触的时间有限，汽液两相达不到平衡状态,即一块实际操作的塔板分离效果常常达不到平衡状态, 一块理论塔板的作用。因此，要想达到一定分离要求，实际操作的塔板数，总要比理论板数多。
在板式精馏塔中，完成一定分离任务所需的理论塔板数NT与实际塔板数N之比定义为全塔效率(或总板效率) （塔板数皆不包括蒸馏釜），即
E=NT/N 实际塔板数10块，塔正常稳定工作时，测塔顶浓度与塔底浓度后，在相平衡图求得理论塔板数，即求得总板效率。
实验八 填料吸收塔实验
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；
2、 掌握总体积吸收系数的测定方法；
3、了解气体空塔速度和喷淋密度对总吸收系数的影响；
4、了解气体流速与压降的关系；
5、 测定规定条件下的总吸收系数；
6、测定填料塔的流体力学性能。
教学要求： 掌握填料吸收塔的操作；掌握填料塔水力学性能测定与总体积吸收系数的测定
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
填料层的压力降将随气液流量的变化而改变。测不同的喷淋量时，△P/Z～U的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将△P/Z～U的关系线分为三个区段，即恒持液量区、载液区与液泛区。吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，影响吸收系数的因素非常复杂，诸如：塔设备、操作条件、物系、填料类型、材质、尺寸、填料的装填情况、温度、压力等，所以迄今没有通用的计算方法。因此借助实验是获得吸收系数的最佳途径。
实验九 干燥实验
实验类型：验证
实验学时：4
每组人数：5
实验目的：
1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
2、学习物料含水量的测定方法。
3、加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
4、学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
5、测定恒定干燥条件下某种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。
教学要求： 掌握对流干燥器的操作；掌握恒定干燥条件下，干燥曲线与干燥速速曲线的测定方法
教学方法：课堂讲解、动手操作
实验内容提要：
干燥过程可分为两个阶段。第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。
恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。
恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
大纲修订人： 胡福田 修订日期：2018.1.20
大纲审定人： 审定日期：
