《化工原理實驗》是化工原理、食品工程原理、環境工程原理等相關課程的配套教材,注重培養學生綜合素質,通過實驗使學生掌握化工生產的單元操作技能以及實驗研究方法。
本書內容包括五章:章化工原理實驗基礎知識,主要介紹化工原理實驗概要、實驗數據及測量誤差、實驗數據的處理方法、化工安全常識及實驗安全要求;第二章測量儀表和測量方法,主要包括壓力、流量、溫度三大參數測量,以及實驗常用傳感技術、成分分析、顯示儀表等;第三章化工原理基礎實驗,主要介紹化工原理各主要單元操作的演示、驗證性實驗與綜合、設計性實驗的實驗裝置、實驗原理和實驗操作方法,包括流體力學、泵性能、過濾、固體流態化、傳熱、吸收(解吸)、精餾、干燥;第四章化工原理提高性實驗,包括萃取、吸附、膜分離、離子交換、惰性粒子流化床干燥等;第五章化工原理演示實驗,包括流體流型、流體機械能分布及其轉換、離心風機流化床降塵室旋風分離器、流體的壓強及其測量、邊界層、塔模型、熱管換熱器演示實驗及化工原理仿真實驗等。
《化工原理實驗》可作為高等院;づc制藥類及相關專業化工原理實驗課的教學用書,也可供化工、輕工、石油、食品、環境等領域科研、生產技術人員參考。
化工原理實驗教學是化工原理課程的一個十分重要的實踐性教學環節。教學目的是使學生加深理解和鞏固化工單元操作的基本原理,熟悉和掌握各單元操作設備的工作原理、特性及使用方法,熟悉和掌握常見的化工儀表(如溫度、壓力或壓差、流量等)的工作原理和使用方法。在實驗中培養學生分析和解決化工過程中工程問題的能力,加強學生的動手能力,培養和提高學生的實驗技能;ぴ韺嶒灹η蟪蔀榕囵B學生的創新精神和實踐能力、培養高素質復合型技術人才的基地。
本書共有五個章節。
章為化工原理實驗基礎知識,包含實驗基礎要求、實驗誤差分析、實驗數據處理和安全規范等,以便學生對照這些要求正確地進行實驗。
第二章為測量儀表和測量方法,介紹了化工實驗及生產中常用測量儀表的工作原理及使用方法,如溫度、壓力和壓差、流量和組成等的測量及操作,以及測量所用的傳感器和智能儀表的工作原理及操作方法。
第三章為化工原理基礎實驗,共有七個實驗,分別為流體力學實驗、離心泵性能曲線測定實驗、顆粒流體力學及機械分離實驗、傳熱實驗、填料吸收塔吸收(解吸)實驗、精餾實驗、干燥速率曲線測定實驗。每個實驗介紹了實驗目的、實驗原理、實驗裝置與流程、實驗步驟及注意事項、實驗報告要求和思考題、實驗數據記錄及數據處理結果示例,以便指導學生進行實驗預習和操作。有些實驗項目選取多種方案和不同的實驗裝置。
第四章為化工原理提高性實驗,共有五個實驗,包括液液萃取實驗、變壓吸附制取富氧實驗、無機膜分離實驗、離子交換法制備純水實驗、惰性粒子流化床干燥實驗。
第五章為化工原理演示實驗,共有八個實驗,分別為流體流型演示實驗、流體機械能分布及其轉換演示實驗、離心風機流化床降塵室旋風分離器演示實驗、流體的壓強及其測量演示實驗、邊界層演示實驗、塔模型演示實驗、熱管換熱器演示實驗及化工原理仿真實驗,以供學生觀察有關實驗現象,加深對有關原理的理解。
后為附錄,收錄了常用數據表,還收錄了大學生實驗競賽試題示例,包括筆試和操作試題,并附有參考答案及評分標準。
本教材適用于實驗時數為30~40學時的化工及其他相關專業的學生使用。各專業可根據各自的教學要求選取若干實驗進行實驗。一般多學時的專業選做7~8個實驗,少學時的選做4~6個實驗。每個實驗應包括實驗預習、實驗操作、數據處理和實驗報告編寫等四個環節,每個學生都需認真完成。本書主要由居沈貴、夏毅、武文良編著,但原始資料來自于南京工業大學化工原理教研室、實驗室全體老師的多年積累,是大家共同的心血。
本書在編寫過程中參考了管國鋒等編寫的《化工原理實驗》及兄弟院校編寫的各種教材、專著,并得到了學院領導和化工原理教研室、實驗室各位老師,尤其是管國鋒、蔡銳、王晟、馮暉、祝寧東、馬華等的大力支持和幫助,編者在此深表感謝。
書中如有不妥和不足之處,敬請批評指正。
編者
2016年5月25日
居沈貴,男,工學博士,教授,現任教務處副處長。1997年博士畢業后留校任教,2005年10月學校公派到美國新墨西哥州工學院做訪問學者,2007年主持的《化工原理》課程獲得“國家精品課程”稱號,2013年轉型升級獲得“國家精品資源共享課”立項,提出“多維度教學”的理念,將“邏輯知識”、“哲學沉思”、“人文熏陶”和“現代技術”有機融合。獲得江蘇省教學成果特等獎、一等獎、二等獎,獲得第二屆中國化工教育科學研究成果獎(高校)、三等獎,獲得省級教改項目2項,第二作者編寫了《化工原理實驗》和《The Experiments of Unit Operations of Chemical Engineering》(《化工單元操作實驗》)教材,參編《化工原理》教材。獲得校級“師德十佳”、“工大獎教金”、“教書育人先進個人”、“十佳愛心使者”等稱號。主要從事傳質與分離技術用于廢水處理和環境保護的開發研究工作,在汽油脫硫及模擬計算方面進行研究探索,獲得國家自然科學基金、江蘇省教育廳自然科學基金、江蘇省重點實驗室開放基金、南京市留學人員科技活動項目資助,入選江蘇省高校“青藍工程”中青年學術帶頭人培養對象和江蘇省第四期“333工程”第三層次培養對象,發表學術論文80余篇,SCI和EI收錄近40篇。
第一章化工原理實驗基礎知識1
第一節概述1
一、化工原理實驗簡介1
二、化工原理實驗的基本要求3
第二節實驗數據的誤差分析4
一、誤差的基本概念5
二、誤差的基本性質7
第三節實驗數據處理13
一、有效數字的處理13
二、實驗結果的數據處理14
第四節化工原理實驗安全22
一、實驗室安全教育管理規定22
二、實驗室應急預案22
第二章測量儀表和測量方法25
第一節概述25
一、儀表分類25
二、測量控制過程26
三、測量儀表的基本組成26
第二節壓力測量27
一、液柱式壓力計27
二、彈性式壓力計29
三、電氣式壓力計30
四、使用壓力表應注意的問題32
第三節流量測量33
一、差壓式流量計34
二、轉子流量計36
三、渦輪流量計37
四、濕式氣體流量計42
第四節溫度測量43
一、膨脹式溫度計43
二、熱電阻溫度計44
三、熱電偶溫度計46
四、接觸式溫度計的安裝47
第五節功率測量48
一、功率表測量法48
二、馬達天平測量法49
第六節轉速的測量50
一、概述50
二、測量方法50
三、智能顯示儀表51
第七節成分分析儀52
一、氣相色譜儀52
二、奧氏分析儀59
三、二氧化碳液相濃度的氣敏電極分析法60
第八節控制器63
一、溫度控制器63
二、液位控制器64
三、電動調節閥68
四、變頻器70
五、回流比控制裝置72
第九節智能儀表74
一、智能儀表簡介74
二、智能儀表結構74
三、智能儀表工作方式75
四、AI全通用人工智能調節器75
第三章化工原理基礎實驗82
實驗一流體力學實驗82
一、流體流動阻力測定實驗82
二、流體力學綜合實驗87
實驗二流體輸送機械實驗90
離心泵性能曲線測定實驗90
實驗三顆粒流體力學及機械分離實驗95
一、恒壓過濾常數測定實驗95
二、恒壓過濾常數測定(真空抽濾)實驗100
三、固體流態化實驗102
實驗四傳熱實驗106
一、對流給熱系數測定實驗106
二、列管換熱器傳熱實驗112
三、對流給熱系數測定實驗(雙管)114
實驗五吸收實驗116
填料吸收塔吸收實驗117
實驗六精餾實驗122
實驗七干燥實驗127
干燥速率曲線測定實驗127
第四章化工原理提高性實驗131
實驗八液-液萃取實驗131
實驗九變壓吸附制取富氧實驗134
實驗十無機膜分離實驗137
實驗十一離子交換法制備純水實驗138
實驗十二惰性粒子流化床干燥實驗141
第五章化工原理演示實驗144
實驗十三流體流型演示實驗144
實驗十四流體機械能分布及其轉換演示實驗145
實驗十五離心風機流化床降塵室旋風分離器演示實驗147
實驗十六流體的壓強及其測量演示實驗148
實驗十七邊界層演示實驗149
實驗十八塔模型演示實驗151
實驗十九熱管換熱器演示實驗153
實驗二十化工原理仿真實驗154
附錄158
附錄一一些氣體溶于水的亨利系數158
附錄二某些二元物系的汽液平衡組成159
附錄三乙醇溶液常見參數160
附錄四實驗競賽試題示例161
參考文獻174