《化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)大綱

1、化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程名稱：化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程英文名稱：Chemical Engineering Experiments課程編碼：0901SJ025課程類別/性質(zhì)：實(shí)踐課/必修學(xué)分：4總學(xué)時(shí)/理論/實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）：64/0/64開課單位：化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝先修課程：化工熱力學(xué)、化反應(yīng)工程、分離工程一、課程簡(jiǎn)介化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的實(shí)踐性課程，它是從工程與工藝兩個(gè)角度出發(fā)，即以化工工藝生產(chǎn)為背景，又以解決工藝或過程開發(fā)中所遇到的共性工程問題為目的，選擇典型的工藝與工程要素，所組成系列的工藝與工程實(shí)驗(yàn)。它是進(jìn)行（化工類）工程師基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)之一，在專

2、業(yè)教學(xué)計(jì)劃中占有重要的地位。通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解與熟悉有關(guān)化工工藝過程、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程等學(xué)科發(fā)展方向上的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法；掌握與學(xué)會(huì)過程開發(fā)的基本研究方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法以及工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和組織方法；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維方法、理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度，提高實(shí)踐動(dòng)手能力、觀察能力和以及分析和解決問題的能力。為畢業(yè)環(huán)節(jié)乃至今后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，起到承前起后的作用。二、課程教學(xué)目標(biāo)1價(jià)值目標(biāo)：1）具有愛國(guó)敬業(yè)、科學(xué)精神及化工職業(yè)素養(yǎng)；2）能夠在學(xué)習(xí)及以后的應(yīng)用中充分考慮社會(huì)、安全、健康、法律、經(jīng)濟(jì)等因素；3）樹立可持續(xù)發(fā)展理念，注重化工生產(chǎn)中的環(huán)境保護(hù)。2知識(shí)和能力目標(biāo)：（

3、1）掌握過程開發(fā)的基本研究方法以及工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和組織方法；能夠?qū)Σ煌芯柯肪€進(jìn)行評(píng)價(jià)和選擇（畢業(yè)要求4.2）；（2）掌握實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，并能對(duì)觀察結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析和解釋，進(jìn)而得到合理的結(jié)論（畢業(yè)要求4.4）。課程目標(biāo)目標(biāo)內(nèi)容1掌握過程開發(fā)的基本研究方法以及工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和組織方法；能夠?qū)Σ煌芯柯肪€進(jìn)行評(píng)價(jià)和選擇。2掌握實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，并能對(duì)觀察結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析和解釋，進(jìn)而得到合理的結(jié)論?；I(yè)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)與畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)采用的教學(xué)環(huán)節(jié)1研究：4.2 能夠根據(jù)對(duì)象特征，比選研究路線，設(shè)計(jì)

4、實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作2研究：4.4 能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目思政融入點(diǎn)實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)演示驗(yàn)證綜合設(shè)計(jì)1二元汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際64.2、4.42色譜法測(cè)定無(wú)限稀釋溶液的活度系數(shù)系統(tǒng)思維、創(chuàng)新思維64.2、4.43連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定強(qiáng)調(diào)工程概念84.2、4.44催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散有效因子測(cè)定強(qiáng)調(diào)工程概念84.2、4.45共沸精餾制無(wú)水乙醇強(qiáng)化安全環(huán)保意識(shí)84.2、4.46反應(yīng)精餾制乙酸乙酯引入綠色化工64.2、4.47超濾膜分離強(qiáng)化安全環(huán)保意識(shí)84

5、.2、4.48烴氣相氧化制備石油羧酸鹽表面活性劑及性能測(cè)試強(qiáng)調(diào)敬業(yè)和工匠精神84.2、4.49重質(zhì)油熱裂化引入綠色化工、節(jié)能降耗64.2、4.4總計(jì)64四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求實(shí)驗(yàn)一二元汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定6學(xué)時(shí)（1）目的要求測(cè)定正己烷（C6）-正庚烷(C7)二元體系在常壓下的汽液平衡數(shù)據(jù)；了解平衡釜的結(jié)構(gòu)，汽液平衡測(cè)定的原理和方法；掌握汽液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法（Wilson方程）。（2）方法原理以循環(huán)法測(cè)定汽液平衡數(shù)據(jù)原理如下：當(dāng)體系達(dá)到平衡時(shí)，汽相冷凝液和液相兩個(gè)容器的組成不隨時(shí)間變化，這時(shí)從兩容器中取樣分析，即可得到一組平衡數(shù)據(jù)。根據(jù)熱力學(xué)原理，平衡時(shí)有通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得不同組成下的活度系數(shù)本實(shí)驗(yàn)

6、中活度系數(shù)和組成關(guān)系采用Wilson方程關(guān)聯(lián)。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：汽液平衡釜、阿貝折光儀主要材料：乙醚、正己烷、正庚烷、環(huán)己烷（4）掌握要點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制；平衡狀態(tài)的判斷；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲?。粩?shù)據(jù)的擬合。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；測(cè)試不同組成下的氣液平衡數(shù)據(jù)；計(jì)算活度系數(shù)，根據(jù)Wilson方程擬合出兩個(gè)模型參數(shù)，得出兩組分的活度系數(shù)。實(shí)驗(yàn)二色譜法測(cè)定無(wú)限稀釋溶液的活度系數(shù) 6學(xué)時(shí)（1）目的要求掌握測(cè)定原理和操作方法；熟悉流量、溫度和壓力等基本測(cè)量方法；氣液色譜法測(cè)定正己烷或環(huán)己烷在鄰苯二甲酸二壬酯中的無(wú)限稀釋活度系數(shù)。（2）方法原理當(dāng)氣液色譜為線性分配等溫線、氣相為理想氣體、載體對(duì)

7、溶質(zhì)的吸附作用可忽略等簡(jiǎn)化條件下，根據(jù)氣體色譜分離原理和氣液平衡關(guān)系，可推導(dǎo)出溶質(zhì)i在固定液j上進(jìn)行色譜分離時(shí)，溶質(zhì)的校正保留體積與溶質(zhì)在固定液中無(wú)限稀釋活度系數(shù)之間的關(guān)系式。根據(jù)溶質(zhì)的保留時(shí)間和空氣出峰時(shí)間，計(jì)算出校正保留時(shí)間，改變樣品注入量，得到不同校正保留時(shí)間，作圖法得到注入量趨于0時(shí)的校正保留時(shí)間，可得到溶質(zhì)在固定液中的無(wú)限稀釋活度系數(shù)。式中，可用下式求得：（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：氣相色譜儀、色譜柱（固定液為鄰苯二甲酸二壬酯）主要材料：正己烷、環(huán)己烷、正庚烷（4）掌握要點(diǎn)填充柱的安裝；色譜儀的操作；實(shí)驗(yàn)的原理。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容色譜柱的制備；活度系數(shù)的測(cè)定；數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)三連續(xù)

8、流動(dòng)反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定 8學(xué)時(shí)（1）目的要求了解停留時(shí)間分布測(cè)定的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法；掌握停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值的計(jì)算方法；學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器的串聯(lián)模式來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。（2）方法原理停留時(shí)間分布測(cè)定所采用的方法主要是示蹤響應(yīng)法：在反應(yīng)器入口以脈沖輸入法加入示蹤劑，然后通過測(cè)量反應(yīng)器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應(yīng)器內(nèi)流體的停留時(shí)間。在反應(yīng)器出口處測(cè)得的示蹤劑濃度c(t)與時(shí)間t的關(guān)系曲線叫響應(yīng)曲線。據(jù)此可以計(jì)算出E(t)與時(shí)間t的關(guān)系，并繪出E(t) t關(guān)系曲線，從而得到體系的停留時(shí)間分布的密度函數(shù)，進(jìn)而可急速出體系的數(shù)學(xué)期望以及方差。采用無(wú)因次時(shí)間表示，對(duì)活塞流反應(yīng)器=

9、 0 ；而對(duì)全混流反應(yīng)器= 1；對(duì)介于上述兩種理想反應(yīng)器間的非理想反應(yīng)器可以用多釜串聯(lián)模型描述。其模型參數(shù)N 可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到的來計(jì)算。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：多釜串聯(lián)停留時(shí)間分布測(cè)定儀主要材料：KCL，水（4）掌握要點(diǎn)停留時(shí)間分布測(cè)定的方法；示蹤劑加入的方法；數(shù)據(jù)的處理方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定定轉(zhuǎn)速不同流量下體系的停留時(shí)間分布；繪制RTD曲線；求多釜串聯(lián)模型參數(shù)N；測(cè)定定流量不同轉(zhuǎn)速下體系的停留時(shí)間分布；繪制RTD曲線；求多釜串聯(lián)模型參數(shù)N；對(duì)比分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并解釋原因。實(shí)驗(yàn)四催化劑顆粒內(nèi)擴(kuò)散有效因子測(cè)定 8學(xué)時(shí)（1）目的要求了解內(nèi)、外擴(kuò)散過程及其對(duì)反應(yīng)的影響；掌握催化劑

10、內(nèi)擴(kuò)散有效因子的概念及其實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；掌握催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子的計(jì)算方法。（2）方法原理本實(shí)驗(yàn)涉及的反應(yīng)為苯加氫氣固催化反應(yīng)，方程如下：在外擴(kuò)散影響已消除的基礎(chǔ)上測(cè)定催化劑內(nèi)擴(kuò)散有效因子。上述反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，因?yàn)楸菊鞣磻?yīng)速率常數(shù)Kp未知，因此只能通過下式來進(jìn)行計(jì)算：又：聯(lián)立上兩式，通過試差法可求解得到內(nèi)擴(kuò)散有效因子。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：內(nèi)擴(kuò)散有效因子測(cè)定儀主要材料：苯、氫氣、球形催化劑（4）掌握要點(diǎn)消除外擴(kuò)散有效因子的方法；實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法；內(nèi)擴(kuò)散有效因子的計(jì)算方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保持苯和氫的比例一定，改變總的進(jìn)料流量，測(cè)定反應(yīng)器出口處苯的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求取反應(yīng)的

11、宏觀反應(yīng)速率（-RA）；試差求解內(nèi)擴(kuò)散有效因子。實(shí)驗(yàn)五共沸精餾制無(wú)水乙醇 8學(xué)時(shí)（1）目的要求掌握選取共沸劑并用加共沸劑的方法進(jìn)行分離的原理和方法；熟悉實(shí)驗(yàn)室的精餾設(shè)備和操作方法；熟練運(yùn)用三元相圖表示溶液各組成的變化過程。（2）方法原理乙醇和水在精餾時(shí)會(huì)形成共沸物，組成為含乙醇約95%，因此通過常規(guī)的精餾沒有辦法得到無(wú)水乙醇。但是若向該體系加入第三組分，形成三元共沸物，當(dāng)三元共沸物中水和乙醇的比大于5:95時(shí)，剩余溶液中的乙醇相對(duì)于水的含量將持續(xù)增大，從而打破二元共沸組成，最終得到無(wú)水乙醇。本實(shí)驗(yàn)選取苯作為共沸劑。乙醇、水、苯之間存在共沸物的情況共沸物共沸點(diǎn)（）共沸物組成AWB乙醇水（二元）7

12、8.1595.574.43苯水（二元）69.258.8391.17乙醇苯（二元）68.2432.3767.63乙醇水苯（三元）64.8518.57.474.1共沸精餾原理圖（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：共沸精餾塔（配不銹鋼網(wǎng)狀填料）、自動(dòng)阿貝折光儀、電子天平、燒瓶主要材料：95%乙醇、苯、水（4）掌握要點(diǎn)共沸精餾的原理；共沸劑用量的計(jì)算方法；精餾塔的操作方法；數(shù)據(jù)的處理方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共沸精餾塔的使用；以苯為共沸劑制無(wú)水乙醇；實(shí)驗(yàn)過程中的取樣、分析；數(shù)據(jù)處理。實(shí)驗(yàn)六反應(yīng)精餾制乙酸乙酯6學(xué)時(shí)（1）目的要求了解反應(yīng)精餾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復(fù)雜過程；了解反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的

13、區(qū)別；掌握反應(yīng)精餾的操作，能進(jìn)行全塔物料衡算和塔操作的過程分析。（2）方法原理本實(shí)驗(yàn)是以乙酸和乙醇為原料，在硫酸催化劑的作用下生成乙酸乙酯。其反應(yīng)方程式為：上述反應(yīng)為可逆的酯化反應(yīng)，常規(guī)的反應(yīng)體系中，因?yàn)榉磻?yīng)平衡的存在，使得整體轉(zhuǎn)化率會(huì)低于平衡轉(zhuǎn)化率。但是當(dāng)生成的產(chǎn)物被不斷從反應(yīng)體系中蒸餾出去時(shí)，反應(yīng)平衡被不斷打破，反應(yīng)將會(huì)不斷向正方向移動(dòng)，從而極大的提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：反應(yīng)精餾裝置、氣相色譜主要材料：冰乙酸、無(wú)水乙醇、濃硫酸（4）掌握要點(diǎn)反應(yīng)精餾的原理；反應(yīng)精餾裝置的操作方法；取樣和測(cè)量方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容間歇操作的反應(yīng)精餾實(shí)驗(yàn)；連續(xù)操作的反應(yīng)精餾實(shí)驗(yàn)；樣品

14、成分分析；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)七超濾膜分離 8學(xué)時(shí)（1）目的要求了解超濾膜分離技術(shù)的特點(diǎn)；了解和熟悉超過濾膜分離的工藝過程；熟練掌握分光光度比色分析法及分光光度計(jì)的使用；掌握操作條件對(duì)膜分離效果的影響。（2）方法原理超濾（UF）是以壓力為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑（孔徑約為 100 nm）對(duì)液體進(jìn)行物理的篩分過程。其分子切割量一般為 6000 到 50 萬(wàn)。在壓力驅(qū)動(dòng)下，溶液中水、有機(jī)低分子、無(wú)機(jī)離子等尺寸小的物質(zhì)可通過纖維壁上的微孔到達(dá)膜的另一側(cè)，溶液中菌體、膠體、顆粒物、有機(jī)大分子等大尺寸物質(zhì)則不能透過纖維壁而被截留，從而達(dá)到篩分溶液中不同組分的目的。操作形式分為內(nèi)壓和外壓；運(yùn)行方式分為全

15、流過濾和錯(cuò)流過濾。本實(shí)驗(yàn)為外壓式，全流過濾。影響膜分離性能的主要因素有：操作壓差、料液流速、溫度、料液濃度等，本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定料液流量或壓差對(duì)分離效果的影響。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：超濾膜過濾裝置、722型分光光度計(jì)、燒杯、移液管、量筒主要材料：聚乙二醇、冰乙酸、次硝酸鉍、碘化鉀、醋酸鈉、蒸餾水（4）掌握要點(diǎn)超濾膜過濾設(shè)備的使用方法；乙二醇含量的測(cè)量方法；數(shù)據(jù)處理方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容配制發(fā)色劑，繪制聚乙二醇的標(biāo)準(zhǔn)曲線；超濾膜過濾實(shí)驗(yàn)；取樣分析；聚乙二醇的截留率的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)八烴汽相氧化制備石油羧酸鹽表面活性劑及性能測(cè)試 8學(xué)時(shí)（1）目的要求了解烴汽相氧化反應(yīng)制備羧酸鹽的原理、工藝過程；掌

16、握烴氧化過程中的主要技術(shù)參數(shù)及其確定的依據(jù)；掌握烴氧化物含量測(cè)定方法及酸值測(cè)定法；掌握羧酸鹽表面活性劑的制取方法。（2）方法原理烴原料與水經(jīng)兩段加熱爐加熱至300左右，并通過噴射器混合進(jìn)入反應(yīng)器。足量的水蒸汽有助于烴的汽化并能控制反應(yīng)溫度。在反應(yīng)器壁的十個(gè)分立入口通入空氣，與氣態(tài)烴進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)冷凝、脫水，用堿中和后分離得羧酸鹽表面活性劑。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：烴汽相氧化反應(yīng)裝置、恒溫水浴、電熱套、表面張力測(cè)試儀主要材料：常減壓餾分油、KOH、95%乙醇、酚酞指示劑、甲酚紅指示劑、濃硫酸（98%）（4）掌握要點(diǎn)烴氧化的工藝；設(shè)備的操作方法；氧化產(chǎn)物的皂化值的測(cè)定；石油羧酸鹽含

17、量的測(cè)定；數(shù)據(jù)處理方法。（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容烴氧化實(shí)驗(yàn)；氧化產(chǎn)物酸值、氧化物含量，液體收率，皂化值等參數(shù)的測(cè)定；羧酸鹽濃度與表面張力關(guān)系曲線；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)九重質(zhì)油熱裂化6學(xué)時(shí)（1）目的要求了解重質(zhì)油熱裂化的原理、工藝過程；了解高壓反應(yīng)釜的操作方法；了解裂解產(chǎn)物的處理。（2）方法原理熱裂化工藝是以常壓重油、減壓餾分油或焦化蠟油等重質(zhì)油為原料，以生產(chǎn)汽油、柴油、燃料油以及裂化氣為目的的工藝過程，是通過加熱提高反應(yīng)溫度而促使重質(zhì)油裂化成輕餾分的工藝。（3）主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料主要儀器：高壓反應(yīng)釜、離心機(jī)、電子天平主要材料：重質(zhì)油、N2（4）掌握要點(diǎn)熱裂化的工藝；高壓釜的操作方法；裂化產(chǎn)物的分離。（5

18、）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容高壓釜的操作；重質(zhì)油的熱裂化；產(chǎn)物的分離。五、教學(xué)方法 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般采用學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)模式，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠛脱b置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在保障實(shí)驗(yàn)過程安全的情況下進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的全程參與和體驗(yàn)獲取知識(shí)和技能，教師全程給予必要的指導(dǎo)和答疑。六、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式 （一）課程考核方式課程名稱成績(jī)單個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)組成考核方式考核/評(píng)價(jià)依據(jù)考核對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)12化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)所有實(shí)驗(yàn)成績(jī)的算術(shù)平均值平時(shí)成績(jī)30%A1實(shí)驗(yàn)操作20%考核學(xué)生對(duì)各實(shí)驗(yàn)方法的理解和掌握情況依據(jù)實(shí)驗(yàn)操作情況評(píng)分A2考勤答疑10%依據(jù)考勤，答疑、質(zhì)疑情況評(píng)分報(bào)告成績(jī)70%A3實(shí)驗(yàn)報(bào)告70%