化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程編號(hào)：095115課程名稱：化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)/學(xué)分：24/1先修課程：化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工分離過程適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝開課系或教研室：化學(xué)化工系一、課程性質(zhì)與任務(wù)1．課程性質(zhì)：化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程是一門獨(dú)立的綜合性實(shí)驗(yàn)，是掌握專業(yè)工程技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。它是從工程與工藝兩個(gè)角度出發(fā)，選擇典型的工藝與工程要素，組成系列的工藝與工程實(shí)驗(yàn)。

2．課程任務(wù)：該課程任務(wù)是是了解化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，掌握其基本實(shí)驗(yàn)方法和研究方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、解決問題的能力。通過學(xué)習(xí)，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，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、觀察能力以及分析問題和解決問題的能力，為今后工作打下較扎實(shí)的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)基本要求化工工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程是一門綜合性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，涉及知識(shí)面較廣，為做好實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，了解相關(guān)的知識(shí)，查閱有關(guān)資料，寫出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格要求學(xué)生認(rèn)真操作，認(rèn)真觀察現(xiàn)象，認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)記錄。學(xué)習(xí)本課程的要求是：1）熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的流程，掌握實(shí)驗(yàn)原理；2）正確使用儀器、儀表；3）能獨(dú)立安裝、調(diào)試簡單的實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)行正確的實(shí)驗(yàn)操作；4）能正確處理數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；5)掌握工程領(lǐng)域的一般實(shí)驗(yàn)研究方法，能綜合分析問題、解決問題。三、課程教學(xué)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一、一氧化碳變換反應(yīng)裝置一氧化碳變換是石油化工和合成氨生產(chǎn)中的重要過程，深入地學(xué)習(xí)和了解一氧化碳變換及其原理對(duì)進(jìn)一步理解多相催化反應(yīng)有關(guān)知識(shí),初步接觸工藝設(shè)計(jì)思想,掌握氣固相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法及催化劑活性的評(píng)比方法都具有很重要意義。一氧化碳變換反應(yīng)式為：CO+H2OH2+CO2+Q反應(yīng)是放熱可逆的體積不變的，需要在催化劑存在下進(jìn)行，因此需要有一定的條件，其中水蒸氣過量對(duì)反應(yīng)影響較大。過量水蒸氣增加時(shí)可以提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，但增加到一定程度后，轉(zhuǎn)化率變化即不顯著。本實(shí)驗(yàn)就是通過選定某種催化劑，例如B205型，改變?cè)蠚馀c水蒸汽的比例，測(cè)定反應(yīng)后氣體組成（一氧化碳的濃度）了解和驗(yàn)證過量水蒸氣對(duì)變換反應(yīng)的影響。反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨反應(yīng)溫度改變CO的變換率а也有相應(yīng)變化，實(shí)驗(yàn)中可明顯地看出這情況。實(shí)驗(yàn)二、多釜串聯(lián)返混實(shí)驗(yàn)多釜串聯(lián)返混實(shí)驗(yàn)裝置是測(cè)定帶攪拌器的釜式液相反應(yīng)器中物料返混情況的一種設(shè)備，它對(duì)加深了解釜式與管式反應(yīng)器的特性是最好的實(shí)驗(yàn)手段之一。通常是在固定攪拌馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)和液體流量的條件下，加入示蹤劑，由各級(jí)反應(yīng)釜流出口測(cè)定示蹤劑濃度隨時(shí)間變化曲線，再通過數(shù)據(jù)處理得以證明返混對(duì)釜式反應(yīng)器的影響，并能通過計(jì)算機(jī)得到停留時(shí)間分布密度函數(shù)及多釜串聯(lián)流動(dòng)模型的關(guān)系。此外，也可通過其它種類反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而更深刻的理解各種反應(yīng)器的特性。實(shí)驗(yàn)三、管式爐裂解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室管式爐裂解裝置是測(cè)定石油烴類裂解反應(yīng)和其他有機(jī)物裂解反應(yīng)過程的有效手段，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果找出最適宜的操作條件，給工業(yè)操作提供可靠的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)為放大提供必要的參數(shù)。該裝置為一空管，內(nèi)部插入熱電偶套管，能測(cè)定床內(nèi)任意位置的溫度，結(jié)構(gòu)簡單，流程緊湊，能更換不同管徑反應(yīng)器，反應(yīng)操作靈活，性能可靠。此外，還可根據(jù)需要裝填固體催化劑進(jìn)行氣固相催化反應(yīng)，是教學(xué)、科研、工業(yè)設(shè)計(jì)必備的設(shè)備之一。裝置可根據(jù)實(shí)驗(yàn)使用要求進(jìn)行組合，如：原料為氣體、液體、氣液混合物，進(jìn)料方式可以從反應(yīng)管上部進(jìn)入（普通流程），亦可從反應(yīng)管下部進(jìn)入（特殊流程），不同進(jìn)料方式在冷凝器的安裝位置上也不同，使用中可方便地改變各接口位置，以達(dá)到所需要的操作方式。實(shí)驗(yàn)四、氣固相實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行加氫、脫氫、氧化、鹵化、芳構(gòu)化、烴化、歧化、氨化等各種催化反應(yīng)的科研與教學(xué)工作。它能準(zhǔn)確地測(cè)定和評(píng)價(jià)催化劑活性、壽命、找出最適宜的工藝條件，同時(shí)也能測(cè)取反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和工業(yè)放大所需數(shù)據(jù),是化工研究方面不可缺少的手段。本裝置由反應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成：反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器為管式，由不銹鋼材料制成。床內(nèi)有直徑3mm的不繡鋼套管穿過反應(yīng)器的上下兩端,并在管內(nèi)插入直徑1mm實(shí)驗(yàn)五、微反色譜實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)是一種微反色譜裝置實(shí)驗(yàn)，特點(diǎn)是有一套獨(dú)立的反應(yīng)系統(tǒng)與色譜聯(lián)接在一起，它僅填裝0.1—1克催化劑，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)物可通過六通閥旋轉(zhuǎn)進(jìn)樣，同時(shí)在色譜內(nèi)能分析出反應(yīng)的產(chǎn)物組成，并能在撲集器內(nèi)收集到液體，而尾氣可放空排出。因?yàn)榱ㄩy是置于恒溫箱內(nèi)，產(chǎn)物可保持為氣相狀態(tài)，能把尾氣中所有組分都分析出來。這一結(jié)果真正反映了在某溫度、壓力、空速條件下的瞬間的數(shù)據(jù)，真實(shí)、可靠。所以對(duì)評(píng)價(jià)催化劑活性和確定工藝條件、取得放大數(shù)據(jù)都是極其有利的手段。故在有機(jī)化工、精細(xì)化工、催化工程與農(nóng)藥化工、醫(yī)藥化工、環(huán)保等部門均得到應(yīng)用。微反色譜的反應(yīng)溫度控制是采用精密的的人工智能型控溫儀表，精度在0.2%以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)六、乙苯脫氫氣固相催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)了解以乙苯為原料，氧化鐵系為催化劑，在固定床單管反應(yīng)器中制備苯乙烯的過程；學(xué)會(huì)穩(wěn)定工藝操作條件的方法。掌握乙苯氣相催化脫氫制苯乙烯的反應(yīng)原理；掌握乙苯和水進(jìn)料量的控制和調(diào)節(jié)，油水分層操作；探索反應(yīng)條件對(duì)苯乙烯收率的影響；熟悉反應(yīng)器、汽化器、加料泵等實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法；掌握反應(yīng)產(chǎn)物的氣相色譜分析方法。實(shí)驗(yàn)七、中空纖維超濾膜實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生了解中空纖維膜分離用于雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑的分離、分級(jí)、提純和富集操作過程。該過程的特點(diǎn)是：處理對(duì)象無相態(tài)變化，節(jié)能，分離效率高，設(shè)備簡單，占地面積小，操作方便等。本裝置具有耐蝕性和耐用性，外觀漂亮，整體性強(qiáng)，適用于本科生和研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可作為研究人員進(jìn)行研究的手段。四、學(xué)時(shí)分配表章節(jié)主要內(nèi)容課時(shí)備注化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)安全理論3（一）一氧化碳變換反應(yīng)裝置3（二）多釜串聯(lián)返混實(shí)驗(yàn)3（三）管式爐裂解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)3（四）氣固相實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)3（五）微反色譜實(shí)驗(yàn)3（六）乙苯脫氫氣固相催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)3（七）中空纖維超濾膜實(shí)驗(yàn)3合計(jì)24五、教材及參考書教材：《化工工藝實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，化工教研室自編.教學(xué)參考書：[1]房鼎業(yè)、樂清華、李福清，化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[2]劉永光，化工開發(fā)