化学工程与工艺专业实验作业指导书

化学工程与工艺专业实验作业指导书Thetitle"ChemicalEngineeringandTechnologyProfessionalExperimentalGuideline"specificallyaddressestheinstructionalmaterialsdesignedforstudentspursuingadegreeinchemicalengineeringandtechnology.Thistypeofguideistypicallyusedinacademicinstitutionsandresearchlabstoprovidedetailedinstructionsforconductingexperimentsrelatedtochemicalengineeringprocesses.Itiscrucialforstudentstofollowtheseguidelinestoensurethesafetyandaccuracyoftheirexperiments.Theguideservesasacomprehensivereferenceforstudentsintheirpracticaltrainingsessions,allowingthemtounderstandthetheoreticalconceptsbetterthroughhands-onexperience.Itoutlinestheobjectives,procedures,safetymeasures,andexpectedoutcomesforeachexperiment.Thisapplicationoftheguideisparticularlyrelevantinundergraduateandgraduateprogramswherepracticalskillsdevelopmentisintegraltothecurriculum.Adherencetotheguidelinesismandatoryforallstudentsinvolvedinchemicalengineeringandtechnologyexperiments.Itisexpectedthatstudentswillreadandcomprehendtheinstructionsbeforestartinganyexperiment.Properattire,includinglabcoatsandgloves,isrequiredtomaintainasafelaboratoryenvironment.Additionally,studentsareencouragedtorecordtheirobservations,data,andconclusionsaccuratelytoensuretheintegrityoftheexperimentalprocess.化学工程与工艺专业实验作业指导书详细内容如下：第一章实验室安全与规范1.1实验室安全常识1.1.1实验室安全意识化学工程与工艺专业的实验过程中，涉及诸多有毒、易燃、易爆、腐蚀性强的化学品，因此，实验室安全意识的培养。实验人员应充分了解实验过程中可能存在的安全隐患，掌握相应的安全知识和技能。1.1.2实验室安全设施实验室内应配备完善的安全设施，包括但不限于以下：（1）消防设施：灭火器、消防栓等；（2）紧急处理设施：洗眼器、淋浴器、急救箱等；（3）通风设施：通风柜、排气扇等；（4）防护设施：防护眼镜、防护手套、防护服等。1.1.3实验室安全规定（1）实验前，应充分了解实验内容和实验步骤，明确实验目的和要求；（2）实验过程中，严格遵守实验操作规程，不得擅自改变实验步骤；（3）实验室内禁止吸烟、饮食，不得私拉乱接电源；（4）实验室内禁止打闹、喧哗，保持安静；（5）实验完毕后，及时清理实验场地，关闭电源、水源、气源等。1.2实验室规范操作1.2.1实验准备（1）实验前，认真阅读实验指导书，了解实验原理、方法和步骤；（2）检查实验设备是否完好，如有损坏，及时报告实验室负责人；（3）准备实验所需的仪器、药品等，保证数量充足、质量合格。1.2.2实验操作（1）按照实验指导书的要求，逐步进行实验操作；（2）操作过程中，注意观察实验现象，及时记录数据；（3）严格遵守实验操作规程，保证实验安全、准确；（4）如遇到实验异常，立即报告实验指导教师，采取相应措施。1.2.3实验结束（1）实验结束后，及时整理实验数据，撰写实验报告；（2）清理实验场地，归还实验仪器，关闭电源、水源、气源等；（3）对实验过程中发觉的问题和不足，提出改进意见，以利于后续实验的顺利进行。第二章物理化学实验2.1热力学实验2.1.1实验目的本节热力学实验旨在使学生掌握热力学基本原理和实验方法，通过实验加深对热力学定律的理解，培养运用热力学知识解决实际问题的能力。2.1.2实验内容（1）测定物质的熔点和沸点；（2）测定溶液的冰点降低和沸点升高；（3）测定等温压缩系数和膨胀系数；（4）测定气体的绝热膨胀系数。2.1.3实验步骤（1）查阅相关资料，了解实验原理及所需仪器设备；（2）按照实验要求，准备实验材料；（3）按照实验步骤进行操作，记录实验数据；（4）对实验数据进行处理，得出实验结果；（5）分析实验结果，讨论实验误差及改进措施。2.1.4注意事项（1）实验过程中要保证仪器的准确性和稳定性；（2）注意安全操作，避免烫伤和触电；（3）实验数据要真实可靠，不得篡改。2.2动力学实验2.2.1实验目的本节动力学实验旨在使学生掌握动力学基本原理和实验方法，通过实验了解化学反应速率、活化能等动力学参数的测定方法。2.2.2实验内容（1）测定化学反应速率；（2）测定反应级数和活化能；（3）研究催化剂对反应速率的影响；（4）研究温度对反应速率的影响。2.2.3实验步骤（1）查阅相关资料，了解实验原理及所需仪器设备；（2）按照实验要求，准备实验材料；（3）按照实验步骤进行操作，记录实验数据；（4）对实验数据进行处理，得出实验结果；（5）分析实验结果，讨论实验误差及改进措施。2.2.4注意事项（1）实验过程中要保证仪器的准确性和稳定性；（2）注意安全操作，避免化学反应过程中产生危险；（3）实验数据要真实可靠，不得篡改。2.3电化学实验2.3.1实验目的本节电化学实验旨在使学生掌握电化学基本原理和实验方法，通过实验了解电极过程、电化学平衡等电化学现象。2.3.2实验内容（1）测定电极电势；（2）研究电化学平衡；（3）测定电极过程动力学参数；（4）研究电化学反应机理。2.3.3实验步骤（1）查阅相关资料，了解实验原理及所需仪器设备；（2）按照实验要求，准备实验材料；（3）按照实验步骤进行操作，记录实验数据；（4）对实验数据进行处理，得出实验结果；（5）分析实验结果，讨论实验误差及改进措施。2.3.4注意事项（1）实验过程中要保证仪器的准确性和稳定性；（2）注意安全操作，避免触电和腐蚀；（3）实验数据要真实可靠，不得篡改。第三章化学反应工程实验3.1均匀反应动力学实验3.1.1实验目的本实验旨在研究均匀反应动力学的规律，掌握均匀反应动力学实验的基本原理和实验方法，培养实验操作技能和数据分析能力。3.1.2实验原理均匀反应动力学研究的是在同一相中进行的化学反应，反应物和产物均为同一相。本实验将重点探讨反应速率与反应物浓度之间的关系。3.1.3实验装置与仪器实验装置主要包括反应器、搅拌器、温度控制器、流量计等。实验仪器包括电子天平、容量瓶、移液管、滴定管等。3.1.4实验步骤（1）准备实验所需的反应物，保证其纯度和浓度。（2）将反应物加入反应器，启动搅拌器，使反应物充分混合。（3）调节温度控制器，使反应体系达到设定的反应温度。（4）记录反应过程中各时刻的反应物浓度，计算反应速率。（5）改变反应物浓度，重复步骤14，得到不同浓度下的反应速率。3.1.5数据处理与结果分析根据实验数据，绘制反应速率与反应物浓度之间的关系图，分析反应级数和反应速率常数。3.2非均相反应动力学实验3.2.1实验目的本实验旨在研究非均相反应动力学的规律，掌握非均相反应动力学实验的基本原理和实验方法，培养实验操作技能和数据分析能力。3.2.2实验原理非均相反应动力学研究的是在不同相之间进行的化学反应，反应物和产物分别属于不同的相。本实验将重点探讨反应速率与反应物浓度、催化剂表面积等因素的关系。3.2.3实验装置与仪器实验装置主要包括固定床反应器、气相色谱仪、搅拌器等。实验仪器包括电子天平、容量瓶、移液管、滴定管等。3.2.4实验步骤（1）准备实验所需的反应物和催化剂，保证其纯度和浓度。（2）将催化剂填充至固定床反应器，调整反应器温度。（3）通入反应物，调节流量，使反应体系达到稳定状态。（4）记录反应过程中各时刻的反应物浓度，计算反应速率。（5）改变催化剂表面积，重复步骤14，得到不同表面积下的反应速率。3.2.5数据处理与结果分析根据实验数据，绘制反应速率与反应物浓度、催化剂表面积之间的关系图，分析反应级数和反应速率常数。3.3反应器功能评价实验3.3.1实验目的本实验旨在评价不同类型反应器的功能，包括转化率、选择性、稳定性等，为实际生产中选择合适的反应器提供依据。3.3.2实验原理反应器功能评价是通过对比不同反应器在相同条件下的反应效果，分析各反应器的优缺点，为实际应用提供参考。3.3.3实验装置与仪器实验装置主要包括固定床反应器、流化床反应器、搅拌釜反应器等。实验仪器包括电子天平、容量瓶、移液管、滴定管、气相色谱仪等。3.3.4实验步骤（1）分别准备不同类型的反应器，保证其结构和功能稳定。（2）将反应物加入反应器，调整反应条件（如温度、压力等）。（3）记录反应过程中各时刻的反应物浓度，计算转化率和选择性。（4）对比不同反应器的转化率、选择性等功能指标。（5）分析各反应器的优缺点，为实际应用提供参考。3.3.5数据处理与结果分析根据实验数据，绘制各反应器的转化率、选择性等功能指标随时间变化的关系图，分析各反应器的功能差异。第四章化学工艺实验4.1工艺流程模拟实验4.1.1实验目的本实验旨在通过工艺流程模拟，使学生对化学工艺流程有更深入的理解和掌握，提高其在实际生产中的应用能力。4.1.2实验原理工艺流程模拟是一种利用计算机技术对实际工艺流程进行模拟的方法，通过模拟可以得到各种工艺参数，以便对工艺流程进行优化。4.1.3实验步骤（1）根据实验要求，选择合适的工艺流程模拟软件；（2）输入工艺流程的相关参数，包括设备参数、物料参数等；（3）运行模拟软件，观察工艺流程的运行情况；（4）分析模拟结果，对工艺流程进行优化。4.1.4注意事项（1）在实验过程中，要注意观察模拟软件的运行情况，及时调整参数；（2）对模拟结果进行分析时，要结合实际情况，避免出现错误。4.2工艺参数优化实验4.2.1实验目的本实验旨在通过工艺参数优化，提高学生对化学工艺参数的调整和优化能力，使其在实际生产中能够更好地控制工艺过程。4.2.2实验原理工艺参数优化是通过对工艺参数的调整，使工艺过程达到最佳状态，提高产品质量和产量。4.2.3实验步骤（1）根据实验要求，选择合适的工艺参数；（2）调整工艺参数，观察工艺过程的变化；（3）分析实验结果，优化工艺参数；（4）验证优化后的工艺参数是否达到预期效果。4.2.4注意事项（1）在实验过程中，要严格按照实验步骤进行，避免出现误差；（2）对实验结果进行分析时，要结合实际情况，避免出现偏差。4.3工艺操作与控制实验4.3.1实验目的本实验旨在通过工艺操作与控制实验，使学生掌握化学工艺的操作和控制方法，提高其在实际生产中的操作能力。4.3.2实验原理工艺操作与控制是通过对工艺过程的实时监测和调整，保证工艺过程的稳定运行，提高产品质量和产量。4.3.3实验步骤（1）了解实验设备的操作方法和工艺流程；（2）按照实验要求，进行工艺操作；（3）实时监测工艺过程，调整工艺参数；（4）分析实验结果，对工艺操作进行优化。4.3.4注意事项（1）在实验过程中，要严格按照操作规程进行，保证实验安全；（2）对实验结果进行分析时，要结合实际情况，避免出现错误。第五章传热与流体力学实验5.1传热实验5.1.1实验目的本实验旨在使学生掌握传热学的基本理论，了解传热过程的基本规律，培养学生运用传热学知识解决实际问题的能力。5.1.2实验原理传热实验主要研究物体内部热量传递的过程，包括热传导、热对流和热辐射三种基本方式。本实验通过测量不同条件下热量传递的速率，探讨传热过程的影响因素。5.1.3实验设备实验设备包括：传热实验装置、温度传感器、加热器、数据采集系统等。5.1.4实验步骤1）开启实验装置，调整加热器功率；2）测量不同位置的温度，记录数据；3）计算热流量、热导率等参数；4）分析实验数据，探讨传热规律。5.2流体力学实验5.2.1实验目的本实验旨在使学生掌握流体力学的基本理论，了解流体运动的基本规律，培养学生运用流体力学知识解决实际问题的能力。5.2.2实验原理流体力学实验主要研究流体运动过程中速度、压力、流量等参数的变化规律。本实验通过测量不同条件下流体的流速、压力等参数，探讨流体运动的影响因素。5.2.3实验设备实验设备包括：流体力学实验装置、流速仪、压力传感器、流量计等。5.2.4实验步骤1）开启实验装置，调整流体流速；2）测量不同位置的速度、压力等参数，记录数据；3）计算雷诺数、摩擦系数等参数；4）分析实验数据，探讨流体运动规律。5.3流体流动阻力实验5.3.1实验目的本实验旨在使学生掌握流体流动阻力的基本概念，了解阻力系数的变化规律，培养学生运用流体力学知识解决实际问题的能力。5.3.2实验原理流体流动阻力实验主要研究流体在管道内流动时，阻力与流速、管道直径等参数的关系。本实验通过测量不同条件下的阻力系数，探讨流体流动阻力的影响因素。5.3.3实验设备实验设备包括：流体流动阻力实验装置、压力传感器、流量计等。5.3.4实验步骤1）开启实验装置，调整流体流速；2）测量不同管道直径下的压力差，记录数据；3）计算阻力系数；4）分析实验数据，探讨流体流动阻力规律。第六章质量传递与分离工程实验6.1吸收实验6.1.1实验目的（1）掌握吸收过程的基本原理及操作方法。（2）研究不同操作条件对吸收效果的影响。（3）分析吸收过程中的传质规律。6.1.2实验原理吸收是一种气液两相间的质量传递过程，通过液体对气体中某一组分的选择性溶解，实现气体的净化或组分的分离。本实验以气体中的SO2为吸收对象，采用NaOH溶液作为吸收剂。6.1.3实验设备与材料（1）设备：吸收塔、蠕动泵、气体流量计、气体分析仪。（2）材料：SO2气体、NaOH溶液、水。6.1.4实验步骤（1）准备实验设备，连接好气体管道和溶液管道。（2）开启蠕动泵，调整NaOH溶液流量。（3）开启气体分析仪，测量气体中SO2的浓度。（4）开启吸收塔，观察吸收效果，记录数据。（5）改变NaOH溶液流量、气体流量等操作条件，重复步骤3和4。6.1.5实验注意事项（1）保持吸收塔内溶液液位稳定。（2）避免气体分析仪受潮，保证测量准确。（3）实验过程中，注意观察设备运行状况，防止泄漏。6.2蒸馏实验6.2.1实验目的（1）掌握蒸馏过程的基本原理及操作方法。（2）研究不同操作条件对蒸馏效果的影响。（3）分析蒸馏过程中的传质规律。6.2.2实验原理蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同，通过加热使低沸点组分蒸发，然后冷凝分离的过程。本实验以乙醇水混合溶液为研究对象，通过蒸馏分离出乙醇。6.2.3实验设备与材料（1）设备：蒸馏装置、加热器、温度计、流量计。（2）材料：乙醇水混合溶液、水。6.2.4实验步骤（1）准备实验设备，连接好管道。（2）将乙醇水混合溶液加入蒸馏装置中。（3）开启加热器，加热至沸腾。（4）收集蒸馏出的乙醇，记录数据。（5）改变加热功率、冷却水流量等操作条件，重复步骤3和4。6.2.5实验注意事项（1）保持蒸馏装置的密封性，防止泄漏。（2）控制加热功率，避免剧烈沸腾。（3）实验过程中，注意观察设备运行状况，防止发生。6.3萃取实验6.3.1实验目的（1）掌握萃取过程的基本原理及操作方法。（2）研究不同操作条件对萃取效果的影响。（3）分析萃取过程中的传质规律。6.3.2实验原理萃取是利用两种不互溶的溶剂对某一组分溶解度不同，通过混合、搅拌、分离等操作，实现组分的分离。本实验以苯水为研究对象，通过萃取分离出苯。6.3.3实验设备与材料（1）设备：萃取装置、搅拌器、分离漏斗、容量瓶。（2）材料：苯、水、萃取剂。6.3.4实验步骤（1）准备实验设备，连接好管道。（2）将苯水混合溶液加入萃取装置中。（3）加入萃取剂，开启搅拌器，充分混合。（4）停止搅拌，待混合液分层后，分离出苯。（5）改变萃取剂种类、比例等操作条件，重复步骤3和4。6.3.5实验注意事项（1）保持萃取装置的密封性，防止泄漏。（2）控制搅拌速度，避免剧烈搅拌。（3）实验过程中，注意观察设备运行状况，防止发生。第七章催化剂与反应器设计实验7.1催化剂制备与活性评价实验7.1.1实验目的本实验旨在使学生掌握催化剂的制备方法，了解催化剂活性评价的原理及实验技术，培养学生独立进行催化剂制备与活性评价的能力。7.1.2实验原理催化剂制备：本实验选用固体催化剂，通过物理或化学方法制备，主要包括载体选择、活性组分负载、干燥与焙烧等步骤。催化剂活性评价：通过测定催化剂对反应物转化率或产物选择性的影响来评价其活性，常用的评价方法有反应速率法、色谱法、滴定法等。7.1.3实验步骤（1）催化剂制备：按照实验设计方案，选取合适的载体和活性组分，采用相应的制备方法进行催化剂的制备。（2）催化剂活性评价：根据实验要求，选择合适的评价方法，测定催化剂的活性。（3）数据记录与处理：记录实验数据，计算催化剂的活性，并进行数据处理。（4）实验结果分析：分析催化剂制备条件对活性的影响，探讨催化剂活性的改进措施。7.2反应器设计实验7.2.1实验目的本实验旨在培养学生掌握反应器设计的基本原理和方法，提高学生对反应器结构、操作参数的优化能力。7.2.2实验原理反应器设计：根据反应类型、操作条件、工艺要求等因素，选择合适的反应器类型和结构，确定操作参数，进行反应器设计。7.2.3实验步骤（1）确定反应类型：分析反应物和产物，确定反应类型。（2）选择反应器类型：根据反应类型、操作条件、工艺要求等因素，选择合适的反应器类型。（3）设计反应器结构：确定反应器的主要尺寸、材料、内部构件等。（4）确定操作参数：计算反应器的操作参数，如温度、压力、流量等。（5）反应器模拟与优化：采用计算流体力学（CFD）等软件进行反应器模拟，优化操作参数。7.3反应器功能测试实验7.3.1实验目的本实验旨在使学生掌握反应器功能测试的方法，了解反应器在实际运行过程中的功能指标，提高学生对反应器功能评价的能力。7.3.2实验原理反应器功能测试：通过测定反应器在特定操作条件下的功能指标，如转化率、选择性、能耗等，评价反应器的功能。7.3.3实验步骤（1）准备实验设备：检查反应器、控制系统、检测仪表等设备，保证其正常运行。（2）设置操作条件：根据实验要求，设定反应器的操作条件。（3）功能测试：测定反应器在特定操作条件下的功能指标。（4）数据记录与处理：记录实验数据，计算反应器功能指标，并进行数据处理。（5）实验结果分析：分析操作条件对反应器功能的影响，探讨优化操作参数的方法。第八章粉体工程实验8.1粉体制备与表征实验8.1.1实验目的本实验旨在研究粉体的制备方法及其基本特性，掌握粉体的表征技术，为后续粉体工程应用提供理论基础和实践经验。8.1.2实验原理粉体制备主要包括物理方法和化学方法。物理方法包括机械研磨、气流粉碎等；化学方法包括沉淀法、喷雾干燥法等。粉体表征技术包括粒度分析、比表面积测定、形貌观察等。8.1.3实验内容（1）粉体制备：根据实验要求，选择合适的制备方法，制备不同粒度的粉体。（2）粉体表征：采用粒度分析仪、比表面积测定仪、扫描电子显微镜等设备对粉体进行表征。（3）数据分析：根据表征结果，分析粉体的基本特性，如粒度分布、比表面积、形貌等。8.2粉体流动与输送实验8.2.1实验目的本实验旨在研究粉体的流动功能及其输送规律，为粉体工程中的应用提供理论依据。8.2.2实验原理粉体流动功能主要包括流动性、堆积密度、休止角等。粉体输送方式有气流输送、皮带输送、螺旋输送等。8.2.3实验内容（1）粉体流动功能测试：采用流动性测试仪、堆积密度测试仪、休止角测试仪等设备进行测试。（2）粉体输送实验：根据实验要求，选择合适的输送方式，对粉体进行输送实验。（3）数据分析：根据实验结果，分析粉体的流动功能及其输送规律。8.3粉体分离与回收实验8.3.1实验目的本实验旨在研究粉体的分离与回收技术，提高粉体资源的利用率，减少环境污染。8.3.2实验原理粉体分离与回收技术主要包括筛选、沉降、离心、过滤等。这些方法可以根据粉体的粒径、密度等特性进行分离和回收。8.3.3实验内容（1）粉体分离实验：采用筛选、沉降、离心等方法对粉体进行分离。（2）粉体回收实验：通过过滤等方法对分离后的粉体进行回收。（3）数据分析：根据实验结果，分析粉体的分离与回收效果，为实际应用提供参考。第九章化学品合成与制备实验9.1有机合成实验9.1.1实验目的本节实验旨在使学生掌握有机化合物的合成原理、方法和实验技术，提高学生在有机合成领域的实践能力。9.1.2实验内容（1）合成目标化合物的选择与设计；（2）原料、试剂及仪器的准备；（3）实验步骤及操作；（4）产物的分离与纯化；（5）产物的表征与鉴定。9.1.3实验步骤（1）查阅相关文献，选择合适的合成方法；（2）根据反应方程式计算所需原料的量；（3）准备实验所需仪器、试剂及原料；（4）按照实验步骤进行合成反应；（5）对反应产物进行分离、纯化；（6）采用适当的分析方法对产物进行表征与鉴定。9.2无机合成实验9.2.1实验目的本节实验旨在使学生掌握无机化合物的合成原理、方法和实验技术，提高学生在无机合成领域的实践能力。9.2.2实验内容（1）合成目标化合物的选择与设计；（2）原料、试剂及仪器的准备；（3）实验步骤及操作；（4）产物的分离与纯化；（5）产物的表征与鉴定。9.2.3实验步骤（1）查阅相关文献，选择合适的合成方法；（2）根据反应方程式计算所需原料的量；（3）准备实验所需仪器、试剂及原料；（4）按照实验步骤进行合成反应；（5）对反应产物进行分离、纯化；（6）采用适当的分析方法对产物进行表征与鉴定。9.3高分子合成实验9.3.1实验目的本节实验旨在使学生掌握高分子化合物的合成原理、方法和实验技术，提高学生在高分子合成领域的实践能力。9.3.2实验内容（1）合成目标高分子的选择与设计；（2）原料、试剂及仪器的准备；（3）实验步骤及操作；（4）产物的分离与纯化；（5）产物的表征与鉴定。9.3.3实验步骤（1）查阅相关文献，选择合适的合成方法；（2）根据反应方程式计算所需原料的量；（3）准备实验所需仪器、试剂及原料；（4）按照实验步骤进行合成反应；（5）对反应产物进行分离、纯化；