化工专业实验教学大纲

化工专业实验教学大纲课程编码：06100659课程类别：实践性环节课程英文译名：Chemical

Engineering

Experiment开课对象：化学工程与工艺开课学期：第7学期学

分：2学分

总学时：2周一、说

明【目的任务】化学工程与工艺专业实验是一门必修的化学工程与工艺专业的专业实验课，涵盖了热力学、动力学、分离工程、传递过程与工艺学等内容。专业实验的教学要求是掌握处理化工生产过程中物料的分离原理和分离方法，化学反应速度的基本原理，化工数据的测定原理和测定方法，化工工艺过程的设计方法和设计要求；理解化学反应器的原理、结构、控制和设计，化工生产的工艺过程及工艺指标的控制要求。专业实验的教学目标是使学生了解和掌握化工过程及设备开发、设计、优化和管理，以及化学反应和分离加工技术制取各种化工产品，工程放大，系统优化技术和产品开发技术。培养学生实际处理问题的能力，完成化工工程师的专业知识。【教学安排】本课程为考查课，在第7学期完成，总学时数为56学时，实验理论考试安排2学时，其它均为综合实验。二、学时分配序号实验项目名称课时实验性质1二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定6综合2连续均相反应器停留时间分布的测定6综合3催化剂内扩散有效因子的测定6综合4萃取精馏制无水乙醇实验6综合5乙苯脱氢制苯乙烯6综合6甲苯液相氧化制苯甲酸6综合7气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定6综合8膜分离6综合9三组分体系液—液平衡数据测定6综合10二元体系汽液平衡数据测定6综合11邻二甲苯气相氧化制取邻苯二甲酸酐6综合12液固催化反应动力学测定6综合13实验理论考查2综合合计选做9个实验56三、实验内容实验一

二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定（6学时）【实验目的】1.

了解CO2

临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识；2.

加深课堂上所讲的纯流体热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临流体等基本概念的理解；3.

掌握CO2

的PVT关系的测定方法，熟悉用实验测定真实气体状态变化规律的方法和技巧。【实验内容】利用定温的方法测定CO2

的P和V之间的关系，获得CO2

的P-V-T数据。实验二连续均相反应器停留时间分布的测定（6学时）【实验目的】

通过实验，使学生掌握停留时间分布的实验测定方法及数据的处理，通过脉冲示踪法测定实验反应器的停留时间分布密度E（t）和停留时间分布函数F（t），求出其数学特征——数学期望和方差，并和多级混合模型、轴向扩散模型关联，分别求出模型参数——虚拟级数N和轴向Pe准数。【实验内容】本实验采用脉冲示踪法分别测定三釜串联反应器的停留时间分布，测定是在不存在化学反应的情况下进行的。实验三催化剂内扩散有效因子的测定（6学时）【实验目的】通过本实验，通过实验使学生了解内、外扩散过程及其对反应的影响；掌握催化剂内扩散有效因子的概念及其实验测定方法；了解本征反应动力学的实验测定方法。【实验内容】本实验在反应管内装填10～28目范围内的粒子(假定为球形颗粒）、质量为W(g)的催化剂。在某一床层温度下，通过改变苯和氢气的进料流量，测定相应的出口转化率xA，得到xA～W/FA0曲线。曲线上任意一点的斜率就对应于该转化率下的宏观反应速率（－RA）。实验四

萃取精馏制无水乙醇实验（6学时）【实验目的】1．熟悉萃取精馏的原理和萃取精馏装置；2．掌握萃取精馏塔的操作方法和乙醇—水混合物的气相色谱分析法；3．利用乙二醇为分离剂进行萃取精馏制取无水乙醇。【实验内容】本实验利用乙二醇为分离剂进行萃取精馏的方法分离乙醇—水混合物制取无水乙醇。实验五

乙苯脱氢制苯乙烯（6学时）【实验目的】1．掌握乙苯气相催化脱氢的基本原理和实验方法，掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响；2．熟悉反应器、汽化器等结构特点；3．了解反应温度控制和测量方法以及加料的控制与计量方法；4．了解反应产物的分析测试方法。【实验内容】实验是以乙苯为原料，用气—固相催化脱氢法制苯乙烯。实验六

甲苯液相氧化制苯甲酸（6学时）【实验目的】1．熟悉甲苯液相氧化制苯甲酸的实验装置和工艺流程；2．了解气液反应器的特点；3．测定苯甲酸的浓度，掌握甲苯液相氧化的反应规律。【实验内容】本实验模拟工业生产中的氧化反应单元装置，采用鼓泡塔为气液反应器形式，甲苯液相空气氧化制苯甲酸；了解工业生产苯甲酸的工艺流程和气液反应器的特点。实验七

气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定（6学时）【实验目的】1．了解气升式环流反应器的原理、结构型式及应用领域；2．掌握气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定方法；3．掌握气升式环流反应器的冷模试验方法。4．学习利用计算机进行化工实验过程的数据采集、数据转换和数据处理的原理和方法。【实验内容】本实验是在反应器尺寸不变的情况下，通过改变不同的气体流量，来测量不同气量下的气含率ε，液体循环速度uL及氧体积传质系数KLa的数值。实验八

膜分离（6学时）【实验目的】1．了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。2．了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。3．掌握膜分离流程，比较各膜分离过程的异同。4．掌握电导率仪、紫外分光光度计等检测方法。【实验内容】本实验采用科研用膜，在超低压条件下使用。对于基本型膜分离实验装置，将四个膜分离过程并联于同一套管路装置，均通过预过滤器，然后经公共料液线、轻液线和浓液线，进行分离实验。实验中，分别针对不同膜组件，选用各自适用的料液，逐个进行单回路实验，测定膜分离的主要工艺参数。实验九

三组分体系液—液平衡数据测定（6学时）【实验目的】1．熟悉用三角形相图表示三组分体系组成的方法，掌握用浊点法和平衡釜法测定液—液平衡数据的原理；2．测绘环己烷—水—乙醇三组分体系液—液平衡相图。【实验内容】测绘环己烷—水—乙醇三组分体系液—液平衡相图，得到的二液相的平衡线。实验十

二元体系汽液平衡数据测定（6学时）【实验目的】1．掌握二元体系汽液相平衡数据的测定方法，Rose平衡釜的使用方法，测定大气压力下乙醇（1）--

环己烷（2）体系PTXY数据。2．确定液相组分的活度系数与组成关系式中的参数，推算体系恒沸点，计算出不同液相组成下二个组分的活度系数，并进行热力学一致性检验。3．掌握恒温浴的使用方法和用阿贝折光仪分析组成的方法.【实验内容】本实验采用循环法，平衡装置利用Rose釜测定的体系为乙醇（1）—环己烷（2）的汽液相平衡数据。样品分析采用折光法。实验十一

邻二甲苯气相氧化制取邻苯二甲酸酐（6学时）【实验目的】1．了解气相催化氧化制取含氧有机化合物的原理和方法。2．掌握气－固相催化反应的实验技术。3．认识催化作用在化学品合成中的重要意义。【实验内容】实验用邻二甲苯和空气组成的混合气体通过以五氧化二钒、二氧化钛为主的催化剂，在360℃以上发生氧化反应，生成主产品邻苯二甲酸酐；邻二甲苯的气相氧化制邻苯二甲酸酐的反应在管式固定床反应器内进行。实验十二

液固催化反应动力学测定（6学时）【实验目的】1．掌握在连续流动条件下测定液固催化反应动力学数据的实验原理和方法，尤其是本实验所采用的适合快速反应的测温法。2．掌握催化反应动力学模型建立和模型参数估计的原理和方法。3．熟悉研究反应动力学的一般方法，进一步了解动力学模型在反应器设计和优化操作中的作用。【实验内容】实验采用连续流动搅拌槽式反应器（CSTR），固定反应器中催化剂W（1～2g），配制一定浓度的反应原料，改变原料进料量FM0(FM0=Q0CM0)，测定相应的反应体系泡点温度，由泡点温度并根据以上原料浓度下的甲醇转化率XM与泡点温度T关系式，求出转化率。四、主要参考书1、房鼎业，乐清华，李福清主编．化学工程与工艺专业实验．北京：化学