《化工原理实验》教学大纲2

《化工原理实验》教学大纲课程中文名称：化工原理实验（一）/（二）课程英文名称：PrinciplesofChemicalEngineeringExperiment(I)/(II)课程编号：J7025/J7026学分：2学时：32开课学期：第3、4学期先修课程：化工原理后修课程：化工原理课程设计、生物工程设备、专业综合实验、生工设备与车间设计等适用专业：生物工程、制药工程等课程类别：专业核心课程/必修使用教材：张金利编，化工原理实验（第二版），天津大学出版社，2016.11开课单位：生物与制药学院课程性质与课程目标化工原理实验课是生物工程专业学生的重要实践环节，其基本任务是巩固和加深对化工原理课程中基本理论知识的理解，培养学生应用理论知识开展工程实验、分析和解决复杂工程问题的能力，为学生未来从事生物工程单元操作和设备的设计、分析计算和实际操作及新装置的研发工作奠定扎实的基础。通过动量传递、热量传递、质量传递等工程实验的系统训练，使学生掌握处理工程问题的实验研究方法；掌握典型单元装置的基本操作技能，掌握工程实验设计的基本原则，了解工程实验中参数测量仪表的选用原则及流程组织的基本原则，培养学生严谨的科学态度和工程观念、分析问题和解决问题的能力，提高学生的独立思考能力和创新能力。本课程的课程目标对毕业要求4.2具有重要支撑，具体内容如下：（1）熟悉并掌握处理工程问题的实验研究方法及典型单元设备、测量仪表的基本操作技能；（2）熟悉并掌握工程实验数据的处理方法，并通过分析得到有关阻力系数、传热系数、传质系数等重要工程问题的基本特征数据和变化规律。课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标支撑的毕业要求指标点毕业要求目标1：熟悉并掌握处理工程问题的实验研究方法及典型单元设备、测量仪表的基本操作技能；目标2：熟悉并掌握工程实验数据的处理方法，并通过分析得到有关阻力系数、传热系数、传质系数等重要工程问题的基本特征数据和变化规律。4.2掌握专业实验的基本原理和方法，能够将其用于分析食品发酵、生物医药生产复杂工程问题的生物学和工程学的基本特征研究。4研究：掌握物理、化学、生物学和工程学研究方法，具备基于生物工程基本原理并采用科学方法对食品发酵、生物医药等领域生产复杂工程问题进行研究的能力，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。三、实验项目内容及学时安排序号实验项目学时实验性质备注验证设计综合必做选做1流体流动阻力测定实验42离心泵特性曲线测定实验43恒压过滤常数测定实验44传热实验45填料塔流体力学性能和吸收传质系数测定实验46精馏塔的操作和全塔效率测定实验47萃取塔的操作和萃取传质单元高度测定实验48干燥速率曲线测定实验4四、实验项目内容及学时安排序号实验名称及内容学时分配教学要求及教学方式学生任务实验预习实验操作实验报告1实验1流体流动阻力测定实验4(1)掌握量纲分析方法规划测定流体阻力的方法；(2)测定流体流过直管的阻力，确定摩擦因数与雷诺数Re的关系构及工作原理；(3)测定阀门的阻力系数；(4)了解与本实验有关的各种流量测量仪表、压差测量仪表的结构特点和安装方式，掌握其测量原理及使用方法。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解流量测量仪表、压差测量仪表的类型和调节方法，设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)改变流量，进行流体阻力的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)应在合适的坐标系中标绘粗糙直管的λ-Re关系曲线。(4)分析粗糙度和雷诺数对摩擦系数的影响。2实验2离心泵特性曲线测定实验4(1)了解离心泵的工作原理、结构和性能，熟悉离心泵的操作；(2)测定并绘制离心泵在一定转速下的特性曲线。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解离心泵工作原理、启停程序及调节方法；设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)改变流量，进行离心泵特性曲线的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)应在合适的坐标系中标绘离心泵特性曲线，并在图上标出离心泵的型号、转速。(4)分析压头、轴功率及效率随流量变化的规律，讨论其对工业生产的指导意义。3实验3恒压过滤常数测定实验4(1)了解板框过滤机的结构及操作；(2)掌握过滤问题的简化工程处理方法，及过滤常数K、qe的测定方法。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解板框过滤机的结构、工作原理和操作方法。设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)不同压差下，进行过滤常数的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)可用作图法求解过滤常数K和qe。(4)讨论是否过滤时间越长，生产能力越大？4实验4传热实验4(1)通过对空气—水蒸气简单套管换热器,管程内部插有螺旋线圈的换热器实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；(2)学会并应用线性回归分析方法，确定传热管关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m数值，强化管关联式Nu0=BRemPr0.4中B和m数值；根据计算出的Nu、Nu0加深理解强化传热的基本理论和基本方式；(3)认识套管换热器（光滑、强化）、列管换热器的结构及操作方法，测定并比较不同换热器的性能。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解换热器的结构、启停程序及操作方法。设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)不同空气流量下，进行对流传热关联式的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)在同一坐标系中绘制普通套管换热器和强化套管换热器的Nu-Re关系图，计算强化比，分析两种换热器的Nu随Re的变化情况。(4)分析总传热系数K与对流传热系数αi的关系；讨论强化传热的途径。5实验5填料塔流体力学性能和吸收传质系数测定实验4(1)测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速；(2)固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度以下，取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）；(3)进行纯水吸收混合气体中的二氧化碳、用空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解吸收塔的结构和操作方法；设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)不同吸收剂流量下，进行总吸收系数的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)应分析水吸收空气中的CO2属于气膜还是液膜控制。(4)讨论填料塔Δp/Z—u曲线的实际意义。分析实验的吸收实验属于气膜还是液膜控制。6实验6精馏塔的操作和全塔效率测定实验4(1)了解精馏装置的基本流程及筛板精馏塔的结构，熟悉精馏操作方法；(2)学习全回流条件下全塔理论塔板数和总板效率的测定方法；(3)部分回流精馏塔实验中，熟悉精馏塔结构和精馏流程，掌握全塔理论塔板数和总板效率的测定方法。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解精馏塔的结构、操作方法和启停程序；设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)全回流和部分回流条件下，进行理论板数和全塔效率的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)应计算出全回流和部分回流操作条件下的理论板数、全塔效率，分析回流比对精馏过程的影响。(4)分析回流比对精馏过程的影响。工程实际中何时采用全回流操作？7实验7（仿真实验）萃取塔的操作和萃取传质单元高度测定实验4(1)了解液―液萃取设备的结构和特点；(2)掌握液―液萃取塔的操作；(3)掌握传质单元高度的测定方法并分析外加能量对液―液萃取塔传质单元高度HOR的影响。此实验以计算机仿真的形式进行。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)通过仿真实训软件熟悉实验装置和流程；了解萃取塔的结构和操作方法。(1)严格按照安全、规范流程进行仿真模拟操作；(2)不同外加能量条件下，进行传质单元高度的测定；(3)输入实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将仿真实训场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出仿真实验过程和实验结果。(2)应将仿真实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)计算不同转速下塔顶轻相浓度、塔底重相浓度，作图分析HOR和萃取率η随外加能量增大的变化趋势。8实验8干燥速率曲线测定实验4(1)掌握测定物料干燥速率曲线的工程意义；(2)熟悉实验用干燥设备的流程、工作原理及实验组织方法；(3)了解影响干燥速率曲线的因素。(1)了解实验目的、任务和原理；(2)熟悉实验装置和流程；了解干燥装置的结构、操作方法和启停程序；设计好原始数据记录表。(1)实验前检查装置及仪表是否完好；按照安全、规范流程进行操作；(2)不同空气流量或干球温度下，进行干燥速率曲线的测定；(3)记录实验原始数据。数据应可靠、清楚、完整；(4)数据经教师审查合格后结束实验，并将实验场地打扫干净方可离开。(1)实验报告应按照格式和要求写出实验过程和实验结果。(2)应将实验数据和数据整理结果列在数据表中，并以其中一组数据为例写出计算过程。(3)应根据实验结果绘制干燥速率曲线，确定恒定干燥速率和临界含水量等。(4)分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。四、课程考核方式、成绩评定标准、课程目标达程度分值分布4.1课程考核方式考核方式为考试，内容包括平时及实验报告（其中包括实验预习报告，实验操作和实验报告），期末考试采用闭卷笔试。4.2课程成绩评定标准课程成绩=平时考核成绩×50%+期末考试成绩×50%。成绩的具体构成如下：考核项目分值评定标准(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥6060>x实验预习10预习充分，清楚实验的目的和应用范围，能够对要求了解的实验相关基本原理和方法进行表述，且准确率≥90%，绘制实验装置流程图、写出正确的实验步骤、实验数据记录表格设计正确，报告字迹工整。预习充分，清楚实验的目的和应用范围，能够对要求了解的实验相关基本原理和方法进行表述，且准确率≥80%，能画出实验装置流程图、实验数据记录表格设计较正确，报告字迹较工整。预习充分，清楚实验的目的和应用范围，能够对要求了解的实验相关基本原理和方法进行表述，且准确率≥70%，能画出实验装置流程图、实验数据记录表格设计正确，报告字迹较工整。预习基本充分，基本清楚实验的目的和应用范围，对要求了解的实验相关基本原理和方法表述的准确率≥60%，能画出实验装置流程图，实验数据记录表格设计基本正确，报告字迹较工整。预习不充分，不清楚实验的目的和应用范围，未能对要求了解的实验相关基本原理和方法进行有效表述，无实验装置流程图、无实验数据记录表，报告字迹潦草。实验操作20能够严格按实验的操作步骤和操作规范独立完成实验项目，实验结果的正确率。能够严格按照实验的操作步骤规范地完成实验项目，并能够得到较好的结果。能够按照实验的操作步骤规范地完成实验项目，并能得到部分正确的实验结果。能基本按照操作步骤完成实验项目，实验结果基本正确。能够在老师的协助下完成实验项目的操作步骤，但是没有得到理想的实验结果。实验报告20实验报告完整，实验数据记录规范、数据分析准确，准确回答实验思考题。书写干净，工整，实验装置流程图美观，对实验结果分析正确。实验报告完整，实验数据记录规范、数据分析准确，实验思考题回答较准确。书写较干净，能画出实验装置流程图，对实验结果分析正确。