化工2004／02 化工原理实验福州大学化工原理实验室二〇〇四年二月前言实施科教兴国战略和可持续发展战略，迎接知识经济时代的到来，建设面向知识经济时代的国家创新体系，要求造就一支庞大的高素质的创造性人才队伍。

因此，作为高级人才的培养基地，高等院校应当把创造力的教育和培养贯穿于各门课程教学及实践性教学环节中。

实践性教学环节相对于课堂理论教学环节，更能贯穿对学生创造力的开发，其教学内容、方法、手段如何能适应创造性人才的培养要求尤为重要。

传统的大学实验教学，其内容是以验证前人知识为主的验证型实验，其方法是教师手把手地教，这些都不利于培养学生的主动性和创造性。

当今，大学实验教学改革中，普遍开设综合型、设计型、研究型实验，是对学生进行创造教育的重要思路和做法。

在“211工程”重点建设的大学必须通过的本科教学评优工作指标中就明确要求综合型、设计型、研究型实验应占70%以上。

《化工原理实验》是一门技术基础实验课，在培养化工类及相关专业的高级人才中起举足轻重的作用，被学校确定为我校参加本科教学评优工作重点建设的基础课程之一。

福州大学投入247万元用于建设以“三型”实验为主的现代化的具有国内先进水平的化工原理实验室。

目前，第一期投入100万元的化工原理实验室建设工作已经完成，第二期投入147万元的建设工作正在进行中。

已建成具有国内先进水平的实验装置18套，其中有6套是我校与北京化工大学、天津大学共同联合研制的，有2套是我们自行研制的。

这些装置将化工知识与计算机技术紧密地结合起来，同时还融合了化学、电工电子、数学、物理及机械等多学科的知识，具有计算机数据采集、处理和控制等功能，能够针对不同专业的要求开出不同类型的“三型”实验。

有了这些高新技术装备的实验装置，我们还必须花大力气进行化工原理实验内容、方法的改革，必须以当代教育思想、教育方法论及教育心理学为指导，研究以学生自主学习为主的启发式、交互式、研讨式、动手式的实验教学方法，从实验方案拟定、实验步骤设计、实验流程装配、实验现象观察、实验数据处理和实验结果讨论等方面有效地培养学生的创造性思维和实践动手能力。

《化工原理实验讲义》就是为了适应化工原理实验教学内容、方法、手段的改革要求而编写的。

《化工原理实验讲义》由施小芳高级实验师执笔主编，李微高级实验师、林述英实验师参与编写工作，阮奇教授主审。

叶长燊等老师参加了编写讲义的讨论，并提出许多宝贵意见。

在此，对本讲义在编写过程中给予热心帮助和支持的老师，表示衷心的感谢。

本讲义在编写过程中，参阅了有关书籍、杂志、兄弟院校的讲义等大量资料，由于篇幅所限，未能一一列举，谨此说明。

本讲义难免存在不妥之处，衷心地希望读者给予指教，使本讲义日臻完善。

福州大学化工原理实验室2004．2．5目录第一篇化工原理实验基础知识绪论 (1)第1章化工原理实验的研究方法 (10)1.1直接实验法 (10)1.2因次分析法 (10)1.3数学模型法 (12)第2章实验数据的误差分析 (15)2.1误差的基本概念 (15)2.2误差的表示方法 (17)2.3“过失”误差的舍弃 (20)2.4间接测量中的误差传递 (20)2.5误差分析在阻力实验中的具体应用 (22)第3章实验数据处理 (25)3.1列表法 (25)3.2图示法 (26)3.3实验数据数学方程表示法 (29)第4章计算机数据采集与控制 (39)4.1概述 (39)4.2计算机数据采集和控制的原理及构成 (39)4.3智能仪表 (41)4.4变频器 (43)第5章正交试验设计方法 (45)5.1 试验设计方法概述 (45)5.2 正交试验设计方法的优点和特点 (46)5.3 正交表 (47)5.4 正交试验的操作方法 (49)5.5 正交试验结果分析方法 (49)5.6 正交试验方法在化工原理实验中的应用举例 (51)第二篇实验第6章化工原理计算机仿真实验 (55)实验一离心泵仿真实验 (56)实验二阻力仿真实验 (57)实验三传热仿真实验 (58)实验四流体流动形态的观察 (59)实验五柏努利方程演示实验 (59)实验六吸收仿真实验 (60)实验七干燥仿真实验 (60)实验八精馏仿真实验 (61)第7章化工原理实验 (63)实验一流体阻力实验 (63)实验二离心泵实验 (69)实验三过滤实验 (74)实验四传热实验 (81)实验五吸收实验 (87)实验六精馏实验 (99)实验七干燥实验 (113)附录1AI708型仪表操作说明 (123)2 变频器简易操作说明 (124)3 阿贝折射仪使用说明 (126)4 电子天平使用说明 (128)5 液体比重天平使用说明 (130)主要参考文献 (132)第一篇化工原理实验基础知识绪论化工原理实验是化工、制药、环境、食品、生物工程等院系或专业教学计划中的一门必修课程。

化工原理实验属于工程实验范畴，与一般化学实验相比，不同之处在于它具有工程特点。

每个实验项目都相当于化工生产中的一个单元操作，通过实验能建立起一定的工程概念，同时，随着实验课的进行，会遇到大量的工程实际问题，对理工科学生来说，可以在实验过程中更实际、更有效地学到更多工程实验方面的原理及测试手段，可以发现复杂的真实设备与工艺过程同描述这一过程的数学模型之间的关系，也可以认识到对于一个看起来似乎很复杂的过程，一经了解，可以只用最基本的原理来解释和描述。

因此，在实验课的全过程中，学生在思维方法和创新能力方面都得到培养和提高，为今后的工作打下坚实的基础。

一、化工原理实验教学目的化工原理实验教学的目的主要有以下几点：1．巩固和深化理论知识在学习化工原理课程的基础上，进一步理解一些比较典型的已被或将被广泛应用的化工过程与设备的原理和操作，巩固和深化化工原理的理论知识。

2．提供一个理论联系实际的机会将所学的化工原理等化学化工的理论知识去解决实验中遇到的各种实际问题，同时学习在化工领域内如何通过实验获得新的知识和信息。

3．培养学生从事科学实验的能力实验能力主要包括：①为了完成一定的研究课题，设计实验方案的能力；②进行实验，观察和分析实验现象的能力和解决实验问题的能力；③正确选择和使用测量仪表的能力；④利用实验的原始数据进行数据处理以获得实验结果的能力；⑤运用文字表达技术报告的能力等。

学生只有通过一定数量的实验训练，才能掌握各种实验技能，为将来从事科学研究和解决工程实际问题打好坚实的基础。

4．培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风，提高自身素质水平。

二、化工原理实验的特点本课程内容强调实践性和工程观念，并将能力和素质培养贯穿于实验课的全过程。

围绕《化工原理》课程中最基本的理论，开设有设计型、研究型和综合型实验，培养学生掌握实验研究方法，训练其独立思考、综合分析问题和解决问题的能力。

实验设备采用计算机在线数据采集与控制系统，引入先进的测试手段和数据处理技术；实验室开放，除完成实验教学基本内容外，可为对化工原理实验感兴趣的同学提供实验场所，培养学生的科研能力和创新精神。

本课程的部分实验报告采用小论文形式撰写，这类型实验报告的撰写是提高学生写作能力、综合应用知识能力和科研能力的一个重要手段，可为毕业论文环节和今后工作所需的科学研究和科学论文的撰写打下坚实的基础。

三、化工原理实验教学内容与方法1.化工原理实验教学内容化工原理实验教学内容主要包括实验理论教学、计算机仿真实验和典型的单元操作实验三大部分。

（1）实验理论教学主要讲述化工原理实验教学的目的、要求和方法；化工原理实验的特点；化工原理实验的研究方法；实验数据的误差分析；实验数据的处理方法；与化工原理实验有关的计算机数据采集与控制基本知识等。

（2）计算机仿真实验包括仿真运行、数据处理和实验测评三部分。

（3）典型单元操作实验典型单元操作实验内容和地点如下表所示。

实验内容实验地点阻力实验离心泵实验过滤实验传热实验吸收实验精馏实验干燥实验化工楼114室化工楼114室化工楼113室化工楼208室化工楼108室化工楼211室化工楼208室2．化工原理实验教学方法由于工程实验是一项技术工作，它本身就是一门重要的技术学科，有其自己的特点和系统。

为了切实加强实验教学环节，将实验课单独设课。

每个实验匀安排现场预习（包括仿真实验）和实验操作两个单元时间。

化工原理实验工程性较强，有许多问题需事先考虑、分析，并做好必要的准备，因此必需在实验操作前进行现场预习和仿真实验。

化工原理实验室实行开放制度，学生实验前必须预约。

化工原理实验成绩实行结构成绩制，分为三部分：（1）预习情况、仿真实验、现场提问、实验操作共占20％，每项各占5％。

（2）实验报告质量占30％。

（3）期末笔试成绩占50％。

期末笔试为闭卷考试，主要考核学生对工程实验研究方法掌握和应用的程度，包括以下几方面的内容：实验方法、实验原理、实验设计、实验操作、数据处理、实验分析、工程实践等几方面的内容。

四、实验各环节要求化工原理实验包括①实验预习；②实验操作；③测定、记录和数据处理、④实验报告编写等四个主要环节，各个环节的具体要求如下：1．预习环节要满足达到实验目的中所提出的要求，仅靠实验原理部分是不够的，必须做到以下几点：（1）认真阅读实验讲义，复习课程教材以及参考书的有关内容，为培养能力，应试图对每个实验提出问题，带着问题到实验室现场预习。

（2）到实验室现场熟悉设备装置的结构和流程。

（3）明确操作程序与所要测定参数的项目，了解相关仪表的类型和使用方法以及参数的调整、实验测试点的分配等。

（4）进行仿真实验和仿真实验测评。

2．实验操作环节一般以3～4人为一小组合作进行实验，实验前必须作好组织工作，做到既分工、又合作，每个组员要各负其责，并且要在适当的时候进行轮换工作，这样既能保证质量，又能获得全面的训练。

实验操作注意事项如下：（1）实验设备的启动操作，应按教材说明的程序逐项进行，设备启动前必须检查：（a）对泵、风机、压缩机、真空泵等设备，启动前先用手扳动联轴节，看能否正常转动。

（b）设备、管道上各个阀门的开、闭状态是否合乎流程要求。

上述两点皆为正常时，才能合上电闸，使设备运转。

（2）操作过程中设备及仪表有异常情况时，应立即按停车步骤停车并报告指导教师，对问题的处理应了解其全过程，这是分析问题和处理问题的极好机会。

（3）操作过程中应随时观察仪表指示值的变动，确保操作过程在稳定条件下进行。

出现不符合规律的现象时应注意观察研究，分析其原因，不要轻易放过。

（4）停车前应先后将有关汽源、水源、电源关闭，然后切断电机电源，并将各阀门恢复至实验前所处的位置（开或关）。

3．测定、记录和数据处理：（1）确定要测定哪些数据凡是对实验结果有关或是整理数据时必需的参数都应一一测定。

原始数据记录表的设计应在实验前完成。