化工過程綜合實驗

前言

化學(xué)工程的主要特點之一是以“裝置”為特征的過程加工工業(yè)，所處理的原料在各種“裝置”中發(fā)生形態(tài)、組成、性質(zhì)的連續(xù)變化，最終成為具有特定性質(zhì)的化學(xué)產(chǎn)品。因此，化學(xué)工業(yè)常被作為“裝置工業(yè)”和“過程工業(yè)”的代表進行研究，其中通過科學(xué)實驗方法獲取“裝置”開發(fā)、設(shè)計和操作運行過程的重要參數(shù)成為主要研究方法。盡管化學(xué)反應(yīng)過程往往被認為是化學(xué)品生產(chǎn)的核心步驟，但在大多數(shù)情況下，化學(xué)反應(yīng)所需原料在反應(yīng)前需要進行“精制”，反應(yīng)產(chǎn)物需要進行“純化”，才能夠達到人們對產(chǎn)品的質(zhì)量要求。從技術(shù)經(jīng)濟角度分析，物質(zhì)的分離與精制過程在整個化學(xué)品生產(chǎn)過程中所占成本超過化學(xué)反應(yīng)部分所占費用，某些化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)過程主要由依據(jù)物理原理為基礎(chǔ)的分離過程構(gòu)成。由于化學(xué)品生產(chǎn)過程中包括物理變化和化學(xué)變化兩類復(fù)雜過程，歷史上很長時期主要依靠經(jīng)驗來指導(dǎo)生產(chǎn)?；瘜W(xué)工程教育主要依靠經(jīng)驗知識傳授和具體產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝展開，往往學(xué)生在大學(xué)中學(xué)習(xí)的具體工藝過程，畢業(yè)后不久便發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)中已經(jīng)落伍了。在20世紀初期，由于化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，需要一定的理論指導(dǎo)紛繁復(fù)雜的化學(xué)品生產(chǎn)過程。美國的化學(xué)工程師首先嘗試將化學(xué)品生產(chǎn)過程所涉及的物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程區(qū)分開，并且按照各種物理變化過程所依據(jù)的原理進一步分類，由此導(dǎo)致1915年化工“單元操作”概念誕生?！皢卧僮鳌保╱nit operation）主要指在化學(xué)品生產(chǎn)過程中具有相同或相似物理原理，能夠引起物質(zhì)的組成、狀態(tài)、能量等發(fā)生顯著變化的各種操作過程，如蒸發(fā)、結(jié)晶、精餾、吸收、萃取、吸附、膜分離、干燥、分級、粉碎等。正是由于“單元操作”概念的產(chǎn)生，使原先圍繞各種具體的化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝為主線的化學(xué)工程教育，逐漸轉(zhuǎn)向圍繞各種單元操作為主要內(nèi)容的教學(xué)和研究，由此促進了化學(xué)工程理論和化學(xué)品生產(chǎn)工業(yè)技術(shù)的進步。

內(nèi)容概要

本書從化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展對相關(guān)實驗教育所提出的要求出發(fā)，重新構(gòu)造教學(xué)內(nèi)容框架，突出現(xiàn)代化學(xué)工程從單元技術(shù)研究向化學(xué)產(chǎn)品為對象的綜合技術(shù)研究轉(zhuǎn)變的特點。依據(jù)重視基礎(chǔ)概念，加強技能訓(xùn)練，提高過程綜合能力的教學(xué)思路，按照專業(yè)領(lǐng)域本書共分為5個單元模塊，分別為專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊、分離工程模塊、材料與環(huán)境工程模塊、生物化工模塊、反應(yīng)工程模塊。實驗內(nèi)容既包括典型物系的測定分析，又包括運用科學(xué)原理解決實際工程問題。    本書可作為高等學(xué)?；?、化學(xué)、環(huán)境、生物等學(xué)科的實驗教材，也可供作為過程工程等相關(guān)領(lǐng)域科研和繼續(xù)教育的參考資料。

書籍目錄

第1部分 專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊　實驗1 二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及P-V-T關(guān)系實驗　實驗2 雙元系液液相平衡實驗　實驗3 用離子選擇性電極測定混合電解質(zhì)溶液中鹽的活度系數(shù)　實驗4 蒽酮比色法測定酵母菌中海藻糖含量第2部分 分離工程模塊　實驗5 乙醇一水一乙二醇擬三元體系氣液平衡實驗及Wilson模型參數(shù)回歸　實驗6 萃取精餾制取無水乙醇及其流程模擬第3部分 材料與環(huán)境工程模塊　實驗7 氣升式環(huán)流生物反應(yīng)器實驗　實驗8 超濾膜分離實驗　實驗9 電滲析制備去離子水實驗　實驗10 反滲透法制備超純水實驗第4部分 生物化工模塊　實驗11 質(zhì)粒DNA的提取和瓊脂糖凝膠電泳　實驗12 酵母菌發(fā)酵法制備乙醇第5部分 反應(yīng)工程模塊　實驗13 連續(xù)流動反應(yīng)器停留時間分布密度函數(shù)的測定　實驗14 氣固相催化反應(yīng)實驗附錄A 實驗報告書寫要求附錄B 實驗室安全制度附錄C 學(xué)生實驗室守則

章節(jié)摘錄

插圖：2）離子交換膜離子交換膜是電滲析裝置的重要組成部分，它對離子的選擇透過機理和離子在膜中的遷移可以通過以下三種作用加以說明。（1）孔隙作用：貫穿膜體內(nèi)部的是彎曲的通道，這些孔隙可以將大小不同的分子加以分離。孔隙作用的強弱主要取決于孔隙度的大小和均勻程度。（2）靜電作用：由于膜體內(nèi)分布著帶電荷的固定離子交換基團，因此在膜內(nèi)構(gòu)成了強烈的電場。陽膜為負電場，陰膜為正電場。依據(jù)靜電效應(yīng)，陽膜只能選擇吸附陽離子，而陰膜只能選擇吸附陰離子。（3）擴散作用：離子透過膜的過程可以分為選擇吸附、交換解吸和傳遞轉(zhuǎn)移三個階段。膜對溶解離子所具有的傳遞遷移能力稱為擴散作用，依賴于膜內(nèi)活性離子交換基團和孔隙的存在。以上三方面是膜本身的作用，外加電場則是實現(xiàn)離子交換膜選擇透過性必不可少的條件。從理論方面探討，它的選擇透過性可以通過Donnan平衡理論加以解釋。實質(zhì)上，電滲析脫鹽或濃縮過程得以實現(xiàn)，就是借助于電解質(zhì)離子在膜相遷移數(shù)與溶液相中遷移數(shù)的差。同時，在電滲析過程中，還會因為在膜兩側(cè)存在濃度差和壓力差而發(fā)生電解質(zhì)離子的擴散和反滲透等過程。因此，實際電滲析過程中存在多種作用力下的多種物流流動。

編輯推薦

《化工過程綜合實驗(第2版)》：清華大學(xué)化學(xué)工程系列教材。

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