化學工程與工藝專業實驗-第一章

圖書在版編目（ＣＩＰ）數據

化學工程與工藝專業實驗　\/　安紅主編.　南京　:

南京大學出版社,　2020.8

ISBN9787305231216

Ⅰ.　①化…　Ⅱ.　①安…　Ⅲ.　①化學工程－化學實驗－

高等學校－教材　Ⅳ.　①TQ016

中國版本圖書館CIP數據核字(2020)第137317號

出版發行南京大學出版社

社址南京市漢口路22號郵編210093

出版人金鑫榮

書名化學工程與工藝專業實驗

主編安紅

責任編輯劉飛編輯熱線02583592146

照排南京南琳圖文製作有限公司

印刷廣東虎彩雲印刷有限公司

開本787×10921／16印張　155字數　362　千

版次2020年8月第1版2020年8月第1次印刷

ISBN9787305231216

定價3900元

網址：　http:\/\/www.njupco.com

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化學工程與工藝專業實驗

前言

《化學工程與工藝專業實驗》是以化工過程研究與開發的方法為主線，按照化學工程學科的發展方向構建的專業實驗教學內容。在實驗內容選擇上，充分考慮教學內容的係統性、典型性和綜合性，以培養學生在實驗研究過程中所必需的設計能力和研究能力為目的，鍛煉和提高學生的動手能力，強化分析及解決複雜工程問題的能力。

本書結合目前國內理工院校較多采用的化工實驗裝置，以及相關實驗教學內容進行編寫。全書分“化工專業實驗基礎知識”和“化工專業實驗實例”兩個部分。化工專業實驗基礎知識包括化工實驗安全知識和實驗方案設計與數據處理，講解了實驗過程風險分析、風險防範的必要性及具體防範方法，以強化學生的健康、安全、環保意識和社會責任。化工專業實驗實例包括基礎數據測試實驗、化工熱力學實驗、反應工程實驗、化工分離技術實驗、化工工藝實驗以及研究開發實驗等類型，共27個實例，讀者可根據條件和教學要求選用。附錄列出了一些實驗設計的正交表和部分實驗研究過程中所需的輔助儀器設備使用方法，以及應用Aspen　plus軟件進行物性估算。

本實驗教材以期達到以下四個方麵的教學要求和學習目標：

1.　通過實驗驗證所學的專業知識，提高學生的感性認識，並幫助其深入理解、鞏固和加深所學的理論知識。

2.　加強實驗基本操作技能的訓練，掌握專業實驗的基本技術和操作技能，學會專業實驗主要儀器和裝備的使用，通過實驗掌握本專業實驗研究的基本方法，為今後獨立工作打下良好的操作技能基礎。

3.　通過實驗，觀察實驗中發生的各種現象，運用所學知識加以分析與歸納，找出發生的原因，提高分析問題和解決問題的能力，並為解決複雜工程問題打下良好的基礎。

4.　培養學生在解決專業實驗和複雜工程問題時考慮的解決方案，對社會、環境、健康、安全、法律以及文化的影響，並理解應承擔的責任，在實踐中理解並遵守工程職業道德規範，強化自身的團隊合作能力和溝通能力。

本書可作為高等學校化工及相關專業的本科生教材，也可供相關行業及科研人員參考。第一篇實驗基礎知識可供學生自學，第二篇“實驗實例”中有些實例側重於驗證專業理論，使學生加深對理論的理解，有些實驗著眼於模擬生產實際過程，以提高學生對工程和工藝問題的認識。本書實例可根據具體條件和教學計劃選擇。研究開發型實驗，可供學生進一步拓展選做。

參與本書編寫以及相關化學工程與工藝專業實驗指導的教師有：江蘇海洋大學的許前會、武寶萍、葛洪玉、高樹剛、張珍明。武寶萍、周華蘭和王升康對部分實驗項目進行了校對，南京工業大學任曉乾對部分實驗內容提供了指導，史笑參與本書第一篇的編寫，並對本書的圖表製作和全書的文字進行了校對。

對本書中所引用文獻資料的作者和單位，表示衷心感謝。

書中不妥之處，敬請批評指正。

安紅

2020年6月

第一篇化工專業實驗基礎知識

第1章化工實驗安全知識1

1.1化工實驗的危險性1

1.2化工實驗室常見事故2

1.3實驗過程危害識別3

1.4實驗過程風險分析9

1.5實驗室危害控製措施13

1.6實驗室常用安全常識16

第2章實驗方案設計與數據處理20

2.1實驗方案的設計20

2.2實驗數據的處理26

第二篇化工專業實驗實例

第3章基礎數據測試實驗50

實驗1液液傳質係數的測定50

實驗2雙驅動攪拌器測定氣液傳質係數56

第4章化工熱力學實驗63

實驗3二元氣液平衡數據的測定63

實驗4化學吸收係統氣液平衡數據的測定70

實驗5多態氣固相流傳熱係數的測定74

實驗6圓盤塔中二氧化碳吸收的液膜傳質係數測定79

實驗7三元液液平衡數據的測定84

實驗8氣固相催化反應宏觀反應速率的測定91

實驗9二氧化碳臨界狀態觀測及pVT關係測定97

第5章反應工程實驗102

實驗10多釜串聯反應器中返混狀況的測定102

實驗11連續循環管式反應器中返混狀況的測定107

實驗12氣升式環流反應器流體力學及傳質性能的測定110

實驗13鼓泡反應器中氣泡比表麵及氣含率測定118

第6章化工分離技術實驗122

實驗14恒沸精餾122

實驗15熔融結晶分離提純對二氯苯128

實驗16組合膜分離實驗開發133

實驗17碳分子篩變壓吸附提純氮氣136

實驗18填料塔分離效率的測定141

第7章化工工藝實驗145

實驗19改進ZSM5催化劑評價實驗145

實驗20一氧化碳中溫低溫串聯變換反應149

實驗21催化反應精餾法製甲縮醛154

實驗22超細碳酸鈣的製備158

第8章研究開發實驗163

實驗23一氧化碳淨化催化劑的研製163

實驗24苯乙醇烷基化製乙苯催化劑的開發研究167

實驗25多孔催化劑比表麵積及孔徑分布的測定171

實驗26催化劑製備實驗177

實驗27流化床反應器的特性測定188

附錄192

附錄1常用正交設計表192

附錄2常用均勻設計表196

附錄3我國高壓氣體鋼瓶標記200

附錄4水的蒸氣壓201

附錄5阿貝折光儀202

附錄6DDS11A型電導率儀204

附錄7氣相色譜在化工專業實驗中的應用207

附錄8Aspen　plus在化工熱力學實驗中的應用217

第一篇

化工專業實驗基礎知識

化學工程與工藝專業實驗

第1章化工實驗安全知識

1.1化工實驗的危險性

化工實驗過程的危險性主要來源於三個方麵。

第一，化學品危險性：實驗使用的大多數物質屬於易燃、易爆、有毒、有害或者具有腐蝕性的危險化學品，實驗者在操作或存儲危險化學品時蘊含著一定風險。實驗過程中，會產生一定中間產物或者副產物，也會產生廢氣、廢液、廢固，如果操作不及時或處理不當，會對人身安全和環境造成嚴重的影響。

第二，化學反應危險性：不同的化學反應，具有不同的原料、產品、工藝流程、控製參數，其危險性也呈現不同的水平。一般情況下，中和反應、複分解反應、酯化反應較少危險性，操作較易控製；氧化、還原、硝化反應等就存在火災和爆炸的危險。一些情況下，操作稍有不慎將引發嚴重的安全事故，例如原料、中間產物或副產物中存在不穩定物質；高溫、高壓條件下易燃易爆物料參與的化學反應；接近爆炸極限運行的化學反應；高毒、強腐蝕性物料存在的化學反應等。

第三，操作過程危險性：化工實驗室中，一些推進科研成果轉化的綜合性實驗裝置往往流程長、工藝複雜、操作變量多，又存在高溫、高壓、高速攪拌等苛刻實驗條件，實驗操作過程的危險性高。如“一氧化碳中溫低溫串聯變換實驗”，該裝置包含了氣體鋼瓶、原料氣淨化器、混合器、脫氧槽、水飽和器、反應器、分離器、氣相色譜等部件；實驗過程包含了氣體流量控製與檢測、反應器溫度控製與檢測、壓力檢測、氣體樣品含量分析等環節；操作參數高度依賴測控儀表、自控係統。因此，不確定因素多，實驗過程存在較高的操作風險。

1.2化工實驗室常見事故

(1)　觸電

在水控、換熱、有機合成、分析等化工實驗室中一般空氣濕度較大，潮濕的空氣凝結成的水滴容易附著在老化的用電線路、絕緣層破損處，容易發生觸電事故。實驗室中亂拉電線、實驗設備的損壞等引起的觸電事故常有發生。

(2)　灼燙

化工實驗室中很多實驗需要高溫或者加熱環境，實驗過程中高溫設備、物料容易燙傷實驗人員。

(3)　火災

實驗人員誤操作、實驗設備損壞、危險化學品存放不當、儀器設備過熱以及消防設備不足等因素均容易引起實驗室火災，造成人員傷亡和財產損失。

(4)　物理爆炸

在某些合成、反應等實驗室中存在很多的高溫高壓容器，若實驗設備材料質量不合格、腐蝕導致壁厚變薄、設備發生脆性變化以及人為損壞等，設備在高溫高壓的環境下很容易發生爆炸。在化工實驗室中存在的氧氣罐、氮氣罐、氫氣罐，若沒有安裝防護設施均容易發生爆炸事故。另外空氣壓縮機長期超負荷運行，使壓縮空氣的溫度、壓力波動大，導致儲氣罐的交變應力增加；壓力容器本體、壓力表、安全閥未定期校驗，失去安全附件的作用等都是實驗室發生物理爆炸的原因。

(5)　化學爆炸

實驗室中存在的靜電放電，如果與易燃易爆化學品接觸容易發生化學爆炸；禁忌物品的存放不合理也是導致發生爆炸的主要原因；很多實驗在高溫高壓環境下進行，因工藝條件不當、誤操作等可能發生爆炸。