化工原理实验教学大纲

化工原理实验教学大纲化工原理教学实验中心二OO一年八月二十日《化工原理实验》教学大纲课程编号：B1007272英文译名：ExperimentofChemicalEngineeringPrinciples课程性质：普通课程适用专业、年级：化学工程与工艺、轻化工程、生工、食品科学、化学制药、药物制剂、建筑环境与设备工程、环境工程、高分子材料、无机材料、应用化学、自动化、测控技术与仪器等专业以及成人教育学院有关专业，三年级开课系及教研组：化学工程系化工原理教学实验中心学分数：2总学时数：50理论课学时：实验学时：50要求先修课程：现代基础化学、物理化学、高等数学、工程数学、电工、化工自动化及仪表。教材（实验指导书）：《化工原理实验》，陈同芸，瞿谷仁、吴乃登编，华东理工大学出版社。参考书：《化工原理》，陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学工业出版社。一、本课程的性质、目的和任务化工原理实验是一门以化工单元操作过程原理和设备为主要内容、以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程。它在培养学生的工程能力，创新思维和创新能力方面起着重要的作用。通过本课程的学习，应使学生掌握应用化工原理和有关先修课程之所学知识，正确地处理工程问题的综合能力，培养学生实事求是、严肃认真的工作态度和团结协作的工作作风。通过化工原理实验课程的学习，应使学生在下列几个方面的能力上得到较好的培养和锻炼：（1）掌握处理工程问题的基本实验研究方法，即数学模型法和因次论指导下的实验研究方法，灵活地应用这些方法研究处理各种化工工程问题的能力；（2）分析和解决化工工程问题的综合能力：包括合理地规划实验的能力；正确地选择设备和设计流程的能力；正确地选择和使用工程测试仪表的能力；实验动手能力；化工单元过程和设备的操作及分析能力；正确处理实验数据的能力；（3）对实验结果进行正确分析、讨论和总结并用简明的文字和适当的图表撰写实验研究报告的能力；（4）工程创新能力。二、教学基本要求化工原理实验课分实验理论和实验操作两部分教学内容。绪论（1学时）化工原理实验的特点工程实验与基础学科实验的区别，工程实验必须具有的功能：由此及彼、由小见大。教学内容和教学方法实验方法论、数据处理、工程测试技术、典型的化工单元操作过程和设备的操作及分析、特性参数的实验测定。基本实验要求实验预习（实验理论）、实验操作、计算机处理数据、实验报告1．工程问题的实验研究方法论（3学时）因次论指导下的实验研究方法流体流动阻力问题的研究方法、因次分析理论、因次分析方法的一般步骤及应用举例。数学模型方法物理模型、数学模型、模型参数的估值—最小二乘法，数学模型法的应用举例。直接的实验研究方法2、实验规划与实验数据处理（3学时）实验规划实验规划的重要性，实验规划方法。实验误差的基本概念真值与均值，误差的表示方法，误差的分类。实验数据处理方法列表法、图示法（座标分度比例的确定）、数学函数法。3、流体压力、温度、流量的工程测量技术及常用仪表（3学时）压力测量技术及常用仪表液柱式压力计：U型（倒U型）液柱压力计、单管液柱压力计弹簧式压力计：弹簧管压力计、膜式微压计应变片式压力传感器压力计的选择、测压点的选择、压力计的安装和使用。温度测量技术及常用仪表玻璃液体温度计热电偶热电阻温度计的选择、标定和校正；温度计的安装。流量测量技术及常用仪表速度式流量计：孔板和文丘利流量计、转子流量计、涡轮流量计体积式流量计：湿式气体流量计、皂膜流量计质量式流量计：质量流量计流量计的选择、校正、安装和使用。4、流体流动阻力摩擦系数的测定（4学时）实验内容：在管壁相对粗糙度ε/d一定时，测定流体流经直管的摩擦阻力，确定摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系：测定流体流经阀门或弯头及其它管件时的局部阻力系数ξ。要求掌握用因次分析法处理管路阻力问题的实验研究方法，并规划组织实验测定λ和Re；掌握管“平衡阀”的功能和用法；熟悉各种压力计、流量计的正确使用方法。5、离心泵特性曲线的测定（4学时）实验内容：测定一定转速下的离心泵特性曲线要求熟悉离心泵的结构并掌握其操作方法；学会用直接实验法规划实验并测定离心泵的特性曲线；熟悉功率表的正确使用方法；掌握通过实验误差分析确定直角坐标分度比例的方法。6、过滤常数的测定（5学时）实验内容：在恒压操作条件下测定过滤常数K和qe。要求掌握用数学模型法处理过滤问题的实验研究方法，并规划组织实验测定过滤常数K和qe；掌握用最小二乘法和作图法求取过滤常数的方法；熟悉过滤设备的一般构造。7、流体对流给热系数和总传热系数的测定（5学时）实验内容：测定饱和水蒸汽和冷水在套管换热器中对流传热管内、管外的对流给热系数αi和αo；测定总传热系数K。要求掌握用因次分析法处理流体对流传热问题、用过程分解与合成的方法解决整个传热过程问题的实验方法，并规划组织实验测定αI、αo和K，通过作图和（或）最小二乘法求取努塞尔准数Nu与雷诺准数Re和普兰特准数Pr之间的关系；了解并分析影响对流给热系数的工程因素和强化传热的途径，熟悉热电偶及其它温度计的正确使用方法。8、填料吸收塔的操作及传质系数的测定（5学时）实验内容：测定填料吸收塔气—液传质系数，考察气体流量、吸收剂流量和温度的变化对吸收效果和传质系数的影响。要求熟悉填料吸收塔的基本结构、装置流程和正常的水力学操作状况；了解工业常用散堆填料和规整填料的基本性能；掌握并分析吸收剂的三要素（流量、温度、组成）对吸收效果的影响规律，规划组织实验测定传质系数并分析判断传质阻力的控制步骤。9、板式精馏塔的操作及全塔效率的测定（6学时）实验内容：在全回流操作条件下测定精馏塔的全塔效率，在部分回流的情况下连续操作，分离乙醇体积浓度为15%的乙醇——水混合液，要求获得500mL合格的塔顶流出产品（乙醇体积浓度大于93%），塔釜排出的残液中乙醇体积浓度要小于2%。要求熟悉板式塔的基本结构、装置流程和正常的水力学操作状况；了解工业常用塔板的基本性能；分析判断影响精馏塔正常操作和分离能力的各种因素并掌握相应的调节方法，了解灵敏板温度和塔釜压力作为操作和控制参数的重要作用；掌握精馏塔效率的测定方法。10、萃取塔的操作及传质单元高度的测定（6学时）实验内容：测定振动筛板萃取塔在不同振动频率下的传质单元高度。要求熟悉萃取塔的基本结构、装置流程和正常的操作状况；掌握萃取过程分散相和连续相的选择原则，掌握萃取塔的操作和测定传质单元高度的方法；分析外加能量对液—液相传质效果以及塔的通量的影响规律。11、流化干燥操作及干燥速率的测定（5学时）实验内容：在一定的操作条件下，测定变色硅胶的干燥速率曲线。要求了解流化床干燥实验设备的流程和工作原理；掌握干燥过程各阶段的特征和影响干燥速率的各种因素，了解测定干燥速率的工程意义；规划组织实验测定变色硅胶的干燥曲线并对实验数据进行必要处理获得干燥速率曲线。三、本课程教学中需处理问题1．强调因材施教，注重个性发展为了体现因材施教，注重个性发展的原则，以适应不同层次、专业以及有兴趣的学生的培养，除上述基本实验内容外，本课程还开设有若干演示实验和综合性提高实验，供学生选做，实验室则对学生全天自由开放。演示实验有：雷诺演示实验、柏努利演示实验、流线及绕线演示实验、离心泵汽蚀现象演示实验、传热过程中的两相流演示实验。提高实验有：流量计的校正、离心泵的串并联操作和泵特性曲线的测定、气—固旋风分离实验、填料塔流体力学特性的测定、板式塔流体力学特性的测定、转盘萃取塔传质单元高度的测定。此外，正在开发建设膜分离实验装置和吸附分离实验装置以及若干计算机在线测量和自动控制的先进实验装置，将根据开发完成情况及时投入运行，供学生选做。2．加强工程实践能力和创新能力的培养化工原理实验是培养学生工程实践能力以及创新能力的重要课程。在教学过程中要求融入教师科研的成果和经验，并结合综合性和设计性的实验，使得在对学生两个“能力”的培养方面有所突破。例如对于化工学院的优秀生班、试点班学生的实验教学，可根据学院关于优秀生培养模式的有关规定或要求，在总学时为50学时的教学计划中，安排选做部分综合性提高实验。3．注重加强计算机应用能力的培养在教学过程中要注重加强学生计算机应用能力的培养，要求所有学生要使用计算机处理实验数据。此外，本实验课程还配有化工原理实验计算机仿真软件，供有兴趣的学生自由练习，不做统一要求。4、由于受教学窗口和全校教学计划进度的约束，本课程的实验理论教学部分内容要融入到各实验单元的理论课（即预习课）中。5、由于高分子材料、无机材料专业学生仅学习化工原理上册，因此只做流体流动阻力摩擦系数的测定、离心泵特性曲线的测定、过滤常数的测定以及流体对流给热系数和总传热系数的测定等四个实验，其总学时数为30学时。6、应用化学专业学生选做流体流动阻力摩擦系数的测定、离心泵特性曲线的测定、流体对流给热系数和总传热系数的测定、填料吸收塔的操作及传质系数的测定、板式精馏塔的操作及全塔效率的测定、流化干燥操作及干燥速率的测定等6个实验，总学时数为44学时。7、自动化、测控技术及仪器和成人教育学院有关专业的学生选做流体流动阻力摩擦系数的测定、流体对流给热系数和总传热系数的测定、填料吸收塔的操作及传质系数的测定、板式精馏塔的操作及全塔效率的测定等4个实验，总学时数为30学时。