化工基础实验大纲
化工基础实验大纲(一)课程介绍化工基础实验属工程实验范畴，以解决复杂的实际问题和工程问题为对象。让学生经过数学模型法和因次分析法指导下的实验研究，对实际过程的模拟和合理简化，能够归纳和概括出经验方程以及绘制出相关曲线关系，了解研究复杂问题的思路和解决复杂问题的途径，旨在提高综合能力。化工基础实验内容分为三个层面：基础实验；综合和设计型实验。基础实验是根据一定的理论机理，在实验设备上由学生独立完成。综合型实验则依据若干教学单元的理论综合进行操作。设计型实验由学生按照题目范围独立设计实验内容，并完成实验。目前化工基础可开出9个实验。化工基础实验采用分组循环操作，要求学生必须预习实验教材，遵守实验纪律，认真规范操作，仔细观察实验现象，如实记录实验数据，并写出完整的实验报告。实验报告内容包括：实验名称，实验内容，实验原理，实验流程及装置，必要的实验步骤，原始数据记录，实验结果，结果分析和讨论。（二）使用教材1、武汉大学主编，化学工程基础，高等教育出版社，2001.6第一版。2、武汉大学、兰州大学、复旦大学等校编著，化学工程基础实验，高等教育出版社，2005.6第一版。3、山西大学化工基础实验室编，化学工程基础实验建议（三）考核要求 鉴于化工基础实验的特点和实际情况，化工基础实验一般只进行考核而不单独考试，考核内容为实验报告、实验操作及实验态度以及笔试，实验报告占课程成绩的5%，实验操作及实验态度占课程成绩的5%，笔试纳入理论教学考试之中占课程成绩的10%，前两项成绩由实验课指导老师给定，后一项与理论教学考试一并给定。（四）实验内容实验编号及名称：实验一 气体流量计的校核实验学时：4学时实验目的：了解湿式气体流量计、细管流量计、转子流量计的结构、计量原理和性能，熟悉其流量校正的方法和工作曲线的绘制。实验类型：基础实验实验内容：湿式气体流量计、细管流量计、转子流量计是工业生产中常用的流量计。湿式气体流量计用来测量气体的累积流量，细管流量计、转子流量是利用流体通过锐孔板（或环隙）的节流作用，使流体的流速增大，压强减小，造成前后产生压强差，而测量流体流量的一种方法。细管流量计、转子流量计前后的压强差随流体流量大小发生变化，作为流量测量的依据。该实验运用气体流量测量实验装置（本实验室安装），以空气为介质校正。实验编号及名称：实验二 导管中流体流动型态的观察实验学时：4学时实验目的：通过以水为介质的管路流动实验，了解雷诺实验装置及操作方法；加深理解各种因素对流体流动型态的影响，学习雷诺准数的测定方法。实验类型：基础实验实验内容：一般认为Re<2000时为层流；Re>4000时为湍流；2000<Re<4000时为过度流，流体流动型态介于层流和湍流之间。本实验利用玻璃导管中的墨水线的流动形状来推断水流的流动型态。在一定导管条件下，首先测定水的温度（确定水的密度和粘度）。然后逐渐改变导管中的水流（改变流速）将会改变Re数值。当墨水线为一直线时，水流为层流；当墨水现为波形时为过度流。当墨水线激烈骚动时为湍流。实验编号及名称：实验三 流体管路阻力的测定实验学时：4学时实验目的：通过以水为介质的管路流动实验，了解液体的流动情况，掌握流体管路流动阻力测定方法，绘制阻力系数关系曲线，回归经验公式。实验类型：基础实验实验内容：流体在管道内流动时，流体内存在粘性剪应力和涡流，引起压力损失。压力损失包括流体流经直管阻力及局部阻力。该实验是利用流体力学综合实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），以水为介质，在管道中改变流量，观察水的质点依次呈直线、弯曲线、紊乱线三种状态，并用所测的流量、管径、及当时温度下的密度和粘度，计算出相应的雷诺系数。利用阻力测定装置，分别测定水在不同相对粗糙度圆管内的流动阻力。实验编号及名称：实验四 离心泵性能的测定实验学时：4学时实验目的：了解离心泵的结构和性能，熟悉其特性参数间的关系和工作曲线的绘制。实验类型：基础实验实验内容：离心泵是生产中应用最广泛的一种流体输送设备，其特性参数主要包括流量Q ,扬程He,功率N和效率等，这些参数之间有着一定的关系。在一定转速下，He、N和都随着输送液体的流量Q的变化而发生变化。该实验运用流体流动综合实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），以水为介质测定不同流量下离心泵的扬程、功率、效率的变化，绘制其特性工作曲线。实验编号及名称：实验五 液-液对流传热系数的测定实验学时：4学时实验目的：了解套管式换热器的结构、传热原理和特点，测定热水与冷水在套管式换热器逆流操作条件下的总传热系数。运用科学方法确定努塞尔数Nu与雷诺数Re之间的关系并获得经验公式。实验类型：基础实验实验内容：传热过程分为传导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产中，按冷、热流体的接触方式分为直接接触式、问壁式和蓄热式三种。该实验运用套管式传热实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），以热水和自来水为介质，测定逆流操作条件下的有关参数，掌握总传热系数K的测定方法，确定试验条件下努塞尔数Nu与雷诺数Re的关系。实验编号及名称：实验六 填料塔流体力学性能和传质系数的测定实验学时：4学时实验目的：观察了解填料塔的基本结构和测试仪器，观察气-液在填料塔内的接触和流动状况，验证气-液在填料塔内的的流体力学特性；通过清水在填料塔内吸收混合气体（空气-二氧化碳）中的二氧化碳实验，确定总传质系数KYa与气体流量qV的关系。实验类型：基础实验实验内容：在填料塔中，当气体自下而上通过干填料层时，与气体通过其他固体颗粒一样，其压降p与空塔气速u的关系可用式p=u1.82.0表示。对干填料层或湿填料层，气体以湍流状态流过填料塔时，塔压降大约与气速的1.8次方成正比。当填料塔中有液体喷淋时，气体通过床层的阻力降除受空塔气速和填料特性影响外，还受液体喷淋密度等因素的影响。气体吸收是利用混合气体中的各组分在同一溶剂中的溶解度不同，通过气、液充分接触，溶解度较大的气体较多地进入液相而与其他组分分离的一种操作方式。该实验运用填料塔实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），测定空气和水在填料塔内逆向接触过程的流体力学特性，并以自来水为吸收剂吸收空气-二氧化碳混合气体中的CO2，确定KYa与qV的关系。实验编号及名称：实验七 连续精馏柱和填料性能的评价实验学时：4学时实验目的：了解精馏操作过程和填料性能的评价方法，测定最佳回流比；操作全回流和部分回流，测定精馏柱利用系数K值；观察气-液在精馏柱内的接触和流动状况，验证气-液在填料塔内的的流体力学特性。实验类型：基础实验实验内容：精馏塔的分离能力，对于填料塔多采用的填料层所具有的理论塔板数来表示，或用相当于一块理论塔板的填料层高度。要获得分离的产物，必须采用连续稳态的部分回流(间歇过程除外)。该实验运用填料精流柱实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），对乙醇和正丙醇二元混合物体系进行分离。实验编号及名称：实验八 内循环无梯度反应器RTD的测定实验学时：4学时实验目的：了解内循环反应器的结构原理和反应器的理想流动模型，掌握测定内循环反应器RTD的方法和内循环反应器的无梯度的检验方法。实验类型：综合实验实验内容：内循环气固相催化反应器，是通过测定气体通过反应器的停留时间分布，确定是否实现全混流，便可判定反应器是否达到了无梯度。该实验运用内循环反应器实验装置（清华大学华教教学仪器厂制造），以N2为流动相，以H2为示踪气体，在老师指导下设计实验操作步骤，采集实验需要数据，获得停留时间分布RTD曲线及线性相关系数和回归系数，分析判断实验结果。实验编号及名称：实验九 反应精馏法制醋酸乙酯实验学时：4学时实验目的：了解反应精馏原理，掌握反应精馏的操作方法，了解反应精馏与常规精馏的区别。实验类型：设计实验实验内容：反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。反应精馏过程是将化学反应和分离过程结合在一起在一个装置内完成的操作过程。本实验是以醋酸和乙醇为原料、在酸催化剂作用下生成醋酸乙酯的可逆反应。在通常的反应器中进行该反应时，随着反应过程的进行，反应产物浓度不断增大，反应逐渐趋于平衡状态，不利于向生成酯的方向进行，最高转化率只能达到平衡转化的水平。若以浓硫酸为催化剂，采用反应与精馏偶合技术，使反应产物酯及时地移出反应体系，降低反应混合物中的产物浓度，就能够使平衡向生成酯的方向移动，从而提高反应的转化率。
