化學工程基礎實驗

前言

在理科化學和應用化學專業(yè)的工程技術教育中，化學工程基礎實驗作為化學化工類創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中重要的實踐環(huán)節(jié)，起著十分重要的作用?；瘜W工程基礎實驗與化學工程基礎課堂教學、化學工業(yè)實習等教學環(huán)節(jié)相互銜接、彼此照應，構成了一個有機整體。隸屬工程實驗范疇的化學工程基礎實驗因其具有較強的直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，因此，既可用來驗證各化工單元的操作過程的機理、規(guī)律，幫助學生鞏固和強化在化學工程基礎課程中所學基本理論，又可用以培養(yǎng)學生一絲不茍、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的工作態(tài)度。本書根據(jù)教育部所屬化學類專業(yè)教學指導委員會制定的普通高等學校本科化學和應用化學專業(yè)化學工程基礎教學的基本要求編寫，以培養(yǎng)學生在實驗研究過程中所必需的能力和素質為目的，以強化創(chuàng)新能力為重點，在我校自編并經(jīng)多年實踐的《化學工程基礎實驗》講義的基礎上，對其中的實驗進行了相應的組合與改革，充實了部分實驗內容，并將化學工程基礎實驗與計算機仿真、模擬及處理結合起來，突出“三傳一反”中的最基本的單元操作實驗，如：流體的流動與輸送、傳熱、吸收、精餾、干燥、固體流態(tài)化、超臨界流體萃取，以及化學反應器基本原理中的脈沖示蹤法和階躍示蹤法、測定基本反應器的停留時間分布等。特別是基本反應器停留時間分布測定的實驗內容，包括實驗裝置的設計、制作等，是我校從20世紀80年代初開始，經(jīng)過多年的探索和研究完成的。因其結構簡單、組裝方便、價格低廉、實驗直觀，深受兄弟院校好評。此外，其他實驗采用了不同廠家生產(chǎn)的實驗設備，特別是有些裝置由計算機聯(lián)機控制，方便學生能夠在遵循相同的實驗原理的基礎上，明了實驗裝置的設計理念，開拓思路，同時，也可以比較好地解決實驗教材的通用性。本書既可以和李德華編著、化學工業(yè)出版社出版的普通高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材《化學工程基礎》（第二版）以及其他版本的《化學工程基礎》教材配套使用，又可以供單獨設置化學工程基礎實驗課程之用。參加本書編寫的有李德華（第1章，第2章，第3章，第4章基礎實驗部分、綜合實驗部分的實驗四和實驗六以及附錄等），吳正舜（第4章綜合實驗部分的實驗二、實驗三和實驗五），陳義鋒（第4章綜合實驗部分的實驗一）。全書由李德華負責統(tǒng)稿、修訂。本書得到了華中師范大學教務處和化學學院領導的支持，在此表示誠摯的謝意。對書中所引用文獻資料的作者和單位，謹表衷心感謝。由于時間倉促，書中不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

內容概要

本書是作者在多年教學實踐的基礎上，參考國內外相關教材、新增綜合性實驗，并引入計算機仿真實驗內容，為增進學生的工程意識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，在原實驗講義基礎上重新編寫的。本書可以和普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《化學工程基礎（第二版）》（李德華編著）配套使用，也可單獨選用。全書共分4章，主要內容包括化學工程實驗基礎知識（實驗誤差的估算與分析、實驗數(shù)據(jù)處理方法、常用數(shù)值計算方法、實驗設計方法、計算機數(shù)據(jù)處理軟件Excel的基本功能和科技繪圖、數(shù)據(jù)分析軟件Origin）、化工基礎實驗參數(shù)測量技術、計算機仿真實驗（7個）、化學工程基礎實驗［基礎實驗部分（9個）、綜合實驗部分（6個）］等，共計22個實驗。實驗內容涉及流體流動、傳熱、吸收、精餾、萃取、干燥等主要單元操作以及物料粒子的停留時間分布的實驗測定（脈沖示蹤法、階躍示蹤法）。借以突出工程實驗的特點，強調工程觀念的培養(yǎng)，注重化工實驗的共性問題。本書可作為高等院?；瘜W、化工、環(huán)境、食品、冶金、制藥等相關專業(yè)師生的化工實驗課教材，也可供有關部門的專業(yè)技術人員參考使用。

書籍目錄

緒論
　0.1　化學工程基礎實驗課的教學目的
　0.2　化學工程基礎實驗課的教學要求
　0.3　化學工程基礎實驗預習報告和實驗報告的基本內容
　0.4　化學工程基礎實驗室的安全防護知識
第1章　化學工程實驗基礎知識
　1.1　實驗誤差和有效數(shù)字
　　1.1.1　誤差的基本概念
　　1.1.2　有效數(shù)字
　1.2　實驗數(shù)據(jù)的采集
　　1.2.1　測量儀器的主要性能指標
　　1.2.2　實驗數(shù)據(jù)的人工采集
　　1.2.3　實驗數(shù)據(jù)的計算機自動采集與控制
　　1.2.4　采集和控制示例
　　1.2.5　智能儀表結構、工作方式及其主要優(yōu)點
　1.3　實驗數(shù)據(jù)處理方法
　　1.3.1　列表法
　　1.3.2　圖示法
　　1.3.3　數(shù)學方程表示法
　　1.3.4　數(shù)據(jù)處理程序
　　1.3.5　異常值及其剔除
　　1.3.6　實驗數(shù)據(jù)的回歸分析與曲線擬合
　1.4　常用計算方法
　　1.4.1　數(shù)值計算的基本特點
　　1.4.2　方程求根
　　1.4.3　插值
　　1.4.4　數(shù)值積分
　1.5　實驗設計方法
　　1.5.1　正交設計法
　　1.5.2　均勻設計法
　1.6　計算機數(shù)據(jù)處理軟件簡介
　　1.6.1　Microsoft Excel軟件的功能
　　1.6.2　Microcal Origin軟件的功能及應用
第2章　化學工程基礎實驗參數(shù)測量技術
　2.1　流體溫度的測量
　　2.1.1　熱膨脹式溫度計
　　2.1.2　壓力式溫度計
　　2.1.3　熱電阻溫度計
　　2.1.4　熱電偶
　2.2　壓力的測量
　　2.2.1　氣壓計的構造與操作
　　2.2.2　流體壓力測量儀表的類型
　2.3　流量的測量
　　2.3.1　差壓式流量計
　　2.3.2　轉子流量計
　　2.3.3　渦輪流量計
　　2.3.4　濕式流量計
　　2.3.5　皂膜流量計
第3章　計算機仿真實驗
　　實驗一　管內流體流動阻力仿真實驗
　　實驗二　離心泵性能仿真實驗
　　實驗三　管內強制對流傳熱過程仿真實驗
　　實驗四　填料塔吸收過程仿真實驗
　　實驗五　篩板精餾塔過程仿真實驗
　　實驗六　轉盤萃取塔仿真實驗
　　實驗七　洞道式干燥過程仿真實驗
第4章　化工基礎實驗
　4.1　基礎實驗部分
　　實驗一　流體流動阻力系數(shù)的測定
　　實驗二　離心泵特性曲線的測定
　　實驗三　液?液熱交換器傳熱系數(shù)及傳熱膜系數(shù)的測定
　　實驗四　填料塔液側傳質膜系數(shù)的測定
　　實驗五　連續(xù)精餾塔分離能力的測定
　　實驗六　固體流態(tài)化實驗
　　實驗七　干燥操作與干燥速率的測定
　　實驗八　脈沖示蹤法測定基本反應器的停留時間分布
　　實驗九　階躍示蹤法測定連續(xù)攪拌釜式反應器的停留時間分布
　4.2　綜合實驗部分
　　實驗一　流體流動過程綜合實驗
　　實驗二　離心泵計算機數(shù)據(jù)采集與過程控制實驗
　　實驗三　傳熱綜合計算機數(shù)據(jù)采集與過程控制實驗
　　實驗四　連續(xù)精餾計算機數(shù)據(jù)采集與過程控制實驗
　　實驗五　超臨界流體萃取實驗
　　實驗六　連續(xù)流動反應器中的返混測定實驗
附錄
　附錄一　常用正交設計表
　附錄二　常用均勻設計表
　附錄三　水的蒸氣壓
　附錄四　銅-康銅熱電偶分度表
　附錄五　我國高壓氣體鋼瓶標記
　附錄六　乙醇、正丙醇有關計算參數(shù)
　附錄七　部分液體的折射率（25℃）
　附錄八　阿貝折光儀
　附錄九　DDS-11A型電導率儀
參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章　化學工程實驗基礎知識1.4　常用計算方法在化學學科研究以及化學工程的技術問題當中，人們對一些實際問題的解算方法也有著濃厚的興趣?？蒲泻凸こ淘O計是一種創(chuàng)造性的勞動，但是，其中往往有不少重復性工作。多年來，人們曾想方設法節(jié)約重復性工作時間，以便把精力更多地集中到問題的創(chuàng)造性方面。由于計算機能高速度、高精度地完成復雜性計算，因此，已逐漸成為科技工作者的有力工具。如同任何其他新的工藝過程開始應用時那樣，計算機也帶來一些新的問題。伴隨著計算機的高速度，也存在著計算機的失效和計算機的誤用等問題，在實際工作中由于使用計算機而帶來的許多困難并不是來自計算機本身，而是取決能否恰當?shù)剡x擇和應用一種解決具體問題的正確計算方法（或算法，即指對一些數(shù)據(jù)按某種規(guī)定的順序進行運算的一個運算序列）。一個科技工作者在解決問題前，若能花一點兒時間在算法的選擇上多下一些功夫，那么，在以后的具體工作中就能節(jié)省不少無效勞動的時間。1.4.1　數(shù)值計算的基本特點由于計算機是對數(shù)字進行計算的，因此，對問題的考慮一般不是通過數(shù)學分析，而是通過數(shù)值計算去求解的。數(shù)值方法是一種古老的數(shù)學方法，長期以來因其計算量大而限制了它的應用。隨著計算機的廣泛使用，數(shù)值方法重新登上了現(xiàn)代數(shù)學的舞臺，而且越來越顯示出它的威力。所謂數(shù)值方法，是這樣一種數(shù)學邏輯，即不用求得未知數(shù)的解析式，而用級數(shù)計算方法、迭代等方法逐步逼真，以得到精確度符合需要的解，或用級數(shù)展開的辦法，把復雜函數(shù)化為簡單的算術運算而求得其精確度合適的解。數(shù)值方法有以下特點：①數(shù)值方法不需要函數(shù)有確定的解析式，對于如列表函數(shù)等均可求解。②數(shù)值方法所涉及的只是簡單的算術運算，雖然計算次數(shù)多，但對計算而言，這是更為合理的計算方法，計算機雖無思維能力（如不能把|f（x）的原函數(shù)解析式求出），但其運算速度極快。③幾乎所有不能用解析方法求解的超越函數(shù)，均可以找到合適的數(shù)值方法求解。④對于雖然可用解析方法求解，但表達式過于復雜的數(shù)學問題，采用數(shù)值方法更加簡單、直觀。⑤數(shù)值計算得到的是一般合乎精度要求的近似值，所以，誤差問題是數(shù)值計算中必須考慮的問題，算法的優(yōu)劣往往在于計算中產(chǎn)生誤差的嚴重程度。

編輯推薦

《高等學校教材?化學工程基礎實驗》可作為高等院校化學、化工、環(huán)境、食品、冶金、制藥等相關專業(yè)師生的化工實驗課教材，也可供有關部門的專業(yè)技術人員參考使用。

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