化工原理试讲讲义

实验一 雷诺演示实验一、 实验目的1. 了解流体圆管内的流动形态及其与雷诺数Re 的关系；2. 观察流体在圆管内作稳定层流及湍流两种情况下的速度分布及湍流时壁面处的层流内层；3. 观察并测定流动形态发生临界变化时流量、流速与雷诺数。

二、 实验原理雷诺数μρdu =Re ，一般情况下Re ＜（2000～3000）时，流动形态为层流，Re ＞4000时，流动形态为湍流。

μπρμπρπμρd q d du d du 44141Re =∙∙==测定流体1升水所需时间，计算出q ，然后可计算出对应的Re 。

三、 实验装置在1700⨯500⨯500mm 的玻璃水箱内安装有一根内径为28mm 、长为1450mm 的长玻璃管，玻璃管进口做成喇叭形以保证水能平稳的流入管内，在进口端中心处插入注射针头，通过小橡皮管注入显色剂——红墨水。

水由水箱底部进入，并从上部溢流口排出，管内水流速可由管路下游的阀门控制。

本装置玻璃水箱主体由15mm的钢化玻璃粘接而成，所连接上下水管道均有不锈钢材质，下边的轮为能承重的加强轮，在做实验时，需要将轮刹车。

本实验其他设施：水、红墨水、秒表:1块、量筒：1000ml 1个四、实验步骤与现象观察1.开启上下阀门至溢流槽出现溢流。

2.缓和开启实验玻璃管出口阀门，为保证水面稳定，应维持少量溢流。

3.徐徐打开显示剂橡皮管上夹管，调整显示剂流速与管内水流速一致，观察显示剂流线，并记录一定时间内通过的水量和水温。

4.自小到大再自大到小调节流量，计算流型转变的临界雷诺数。

5.观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。

6.观察湍流时壁面处的层流内层。

五、注意事项1．由于红墨水的密度大于水的密度，因此为使从给针头出来的红墨水线不发生沉降，需要红墨水用水稀释50％左右。

2．在观察层流流动时，当把水量调得足够小的情况下（在层流范围），禁止碰撞设备，甚至周围环境的震动、以及水面风的吹动均会对线型造成影响。

为防止上水时造成的液面波动，上水量不能太大，维持少量溢流即可。

化⼯原理实验讲义（应化）实验⼀雷诺实验⼀、⽬的与要求1、通过实验了解圆管内流体流动情况，建⽴流型概念。

2、通过流量的测定、雷诺数的计算和圆管内流线的特征，判断流体的流动型态，并测定临界雷诺数。

3、测定流体在圆形直管中层流、湍流的速度分布图。

⼆、实验原理流体作稳态流动时，其流动型态基本分为滞流（层流）、湍流两种，这两种流型的过渡状态称为过渡流。

流体流动的型态与流体的密度、粘度及流道的直径有关。

这可⽤雷诺准数来判断，⼀般为：Re≤2000为滞流Re≥4000为湍流2000三、实验主要仪器及主要技术数据实验主要仪器：雷诺仪、秒表、量筒实验主要数据：实验管道有效长度L=600mm外径d =30mm内径d i=26mm四、实验⽅法1、准备⼯作（1）向墨⽔储瓶中加⼊适量的⽤⽔稀释过的墨⽔。

（2）调整墨⽔细管出⼝的位置，使它位于实验管道的中⼼线上。

（3）轻轻打开墨⽔流量调节夹，使墨⽔从墨⽔咀流出，排出墨⽔管内空⽓，关闭调节夹。

2、雷诺实验过程（1）关闭流量出⼝调节阀，打开储⽔槽进⽔阀，使⾃来⽔充满⽔槽，并使槽内溢流堰具有⼀定的溢流量。

（2）轻轻打开管道出⽔阀门，使流体缓慢流过实验管道，排出管内⽓体。

（3）调节储⽔槽下部的出⽔阀开度，调节储⽔槽液位，使其保持恒定。

（4）缓慢地适当打开墨⽔流量调节夹，墨⽔⾃墨⽔咀流出，待墨线稳定后，即可看出当前⽔流量下实验管道中墨⽔的流线。

根据流线判断流型，并⽤秒表、量筒测定流体流量。

（5）适当的增⼤管道出⽔阀开度，通过调节储⽔槽下部的出⽔阀和进⽔阀控制储⽔槽液位，并维持⼀定的⽔槽溢流板溢流量。

适当调整墨⽔流量，使墨线清晰，稳定后，测定较⼤流量下实验管内的流动状况。

如此反复，可测得⼀系列不同流量下的流型，并判断临界流型。

3、速度分布图的测定与上述雷诺数测定相似，通过流量调节及墨线线形的判断，分别判定流型为层流、湍流时对应的管道出⽔阀的开度范围。

⾸先使储⽔槽液位恒定（此时，可通过调节储⽔槽的进⼝阀和出⼝阀使液位稳定），瞬时开关墨⽔流量调节夹，在墨⽔咀出⼝处形成⼀个墨团，观察墨团端⾯特征，打开管道出⽔阀（使出⽔阀开度在所测定流型的开度范围），观察墨团端⾯随流体流动时的变化，记下管道末端墨团端⾯的形态后，通过调节储⽔槽的进⼝阀和出⼝阀调节储槽液位，使其恒定。

化工原理绪论一、《化工原理》课程的性质、地位和作用(一)是化工类及其相近专业的一门基础技术课程和主干课程，是由理及工的桥梁，又是各种化工专业课程的基础。

《化工原理》则属于工程技术科学的范畴。

(二)从学科性质看，本课程是化学工程学的一个分支，主要研究化工过程中各种操作，它来自化工生产实践，又面向化工生产实践。

进行化工技术和化工过程的开发、设计、生产及单元操作。

(三)课程具有显著的工程性，要解决的问题是多因素、多变量的综合性的工业实际问题。

因此，分析和处理问题的观点和方法也就与理科课程不同，应首先从实际出发考虑问题。

需从课程学习中得到工程设计的实际训练。

二、化工过程与单元操作(一)化工过程的特征与构成化工过程可以看成是由原料预处理过程、反应过程和反应产物后处理过程三个基本环节构成的。

反应过程是在各种反应器中进行的，它是化工过程的中心环节。

反应过程必须在某种适宜条件下进行，例如，反应物料要有适宜的组成、结构和状态，反应要在一定的温度、压强和反应器内的适宜流动状况下进行等。

而进入化工过程的初始料通常都会有各种杂质并处于环境状态下，必须通过原料预处理过程使之满足反应所需要的条件。

同样，反应器出口的产物通常都是处于反应温度、压强和一定的相状态下的混合物，必须经过反应产物的后处理过程，从中分离出符合质量要求的、处于某种环境状态下的目的产品，并使排放到环境中去的废料达到环保的规定要求；后处理过程的另一任务是回收未反应完的反应物、催化剂或其它有用的物料重新加以利用。

可见，在原料预处理和反应产物后处理过程中都要进行一系列的物理变化过程，如加热、冷却、增减压、使物料发生相变化(如汽化、冷凝、结晶、溶解等)、使均相物料中各组分进行分离、使不同相态的物料彼此分离等。

即使在反应器中，为了维持适宜的反应条件，也需组织一系列物理过程，如加入或移走热量、混合、搅拌等。

经过长期的化工生产实践发现，各种化工产品的生产过程所涉及的各种物理变化过程都可归纳成为数不多的若干个单元操作。

课程名称：化工原理与应用授课教师： [教师姓名]授课班级： [班级名称]授课时间： [具体日期和时间]教学目标：1. 知识目标：使学生掌握化工生产的基本原理和常用技术。

2. 能力目标：培养学生分析和解决化工生产中实际问题的能力。

3. 素质目标：提高学生的安全意识、环保意识和团队协作能力。

教学内容：1. 化工生产概述2. 化工反应原理3. 化工工艺流程4. 化工设备与操作5. 化工安全管理教学过程：一、导入1. 教师简要介绍化工行业的现状和发展趋势。

2. 提出问题：化工生产中存在哪些安全问题？如何预防？3. 学生分组讨论，每组选出代表进行汇报。

二、讲授新课1. 化工生产概述- 化工生产的定义和分类- 化工生产的特点和重要性2. 化工反应原理- 化学反应速率和平衡- 催化剂的作用3. 化工工艺流程- 常见的化工工艺流程- 工艺流程图分析4. 化工设备与操作- 常用化工设备介绍- 化工设备操作注意事项5. 化工安全管理- 化工生产安全的重要性- 常见安全事故案例分析- 安全生产措施三、课堂练习1. 学生分组进行案例分析，找出案例中的安全隐患并提出改进措施。

2. 教师对学生的答案进行点评和总结。

四、课堂小结1. 教师总结本节课的重点内容。

2. 强调化工生产安全的重要性。

3. 鼓励学生在课后加强学习和实践。

教学方法：1. 讲授法：系统讲解化工生产的基本原理和常用技术。

2. 讨论法：引导学生参与课堂讨论，提高学生的思维能力和团队协作能力。

3. 案例分析法：通过案例分析，使学生深入了解化工生产中的安全问题。

教学工具：1. 多媒体课件2. 案例资料3. 化工设备模型教学评价：1. 课堂表现：学生的参与度、发言积极性等。

2. 课后作业：学生对所学知识的掌握程度。

3. 期末考试：全面评估学生对化工原理与应用课程的理解和应用能力。

范文：化工课程试讲教案课程名称：化工原理与应用授课教师： [教师姓名]授课班级： [班级名称]授课时间： 2023年3月15日 14:00-16:00教学目标：1. 知识目标：使学生掌握化工生产的基本原理和常用技术。

目录实验守则 (2)前言 (3)实验一、流体流动型态及临界雷诺数的测定 (8)实验二、伯努利实验 (12)实验三、管路流体阻力的测定 (17)实验四、套管换热器液-液热交换实验 (24)实验五、纯净水的生产 (31)附录 (32)实验守则1、实验前应认真准备，弄清实验目的、任务和实验方法，写出预习报告，做好实验前的一切准备，以保证实验任务的胜利完成。

2、按时进入实验室，进入后要严肃认真，不得喧哗、嬉笑、打闹，不得抽烟和随地吐痰。

3、注意安全，不得赤足或穿拖鞋进入实验室，谨防触电，有辫子的女生应将辫子扎好，以防机械扎住，造成事故。

4、听从教师及工作人员指导。

5、遵守实验设备、仪器的操作规程，在弄清其流程和用法后，经教师同意方可启用。

6、节约水、电、汽及化学药品等物，爱护仪器设备。

7、如损坏仪器设备等，应立即报告教师，登记在册，按学校规定制度处理。

8、实验结束后，清理仪器设备，使之复原，并打扫场地。

前言化工原理是一门关于化学加工过程的技术基础课，是建立在实践基础上的科学。

它不仅有完整的理论体系，而且具有独特的实验方法。

让学生直接观察到某些生动现象，直接体验某些理论和规律，直接测取某些设备的性能参数，不仅是帮助加深对理论知识的理解和获得实践知识的重要手段，也是应用实验研究的独特方法和处理技巧以培养学生分析问题和实际操作能力的重要手段。

化工原理实验是教学过程中的重要环节。

一、化工原理实验的目的1、验证有关的化工单元操作的理论，巩固和加深对理论的认识和理解。

2、熟悉实验装置的结构、性能和流程，并通过实验操作和对实验现象的观察，使学生掌握一定的基本实验技能。

二、化工原理实验的要求为达到上述目的，要求学生做到以下几点：1、根据实验的要求，参照实验指导、教材，复习好有关的原理，了解实验目的要求、方法和步骤、设备的流程、仪器的使用方法，写出实验预习报告。

2、经教师考查达到要求后，方可进行实验，要认真进行操作，细心观察实验现象，如实记录实验数据，注意可能出现的问题，深入思考和分析。

一、课程基本信息课程名称：化工原理授课对象：化工专业本科生授课时间：2课时授课地点：教室/实验室二、教学目标1. 理解化工原理的基本概念和基本定律。

2. 掌握流体流动、传热和传质的基本原理及其在化工过程中的应用。

3. 培养学生运用化工原理解决实际问题的能力。

三、教学内容第一课时1. 流体流动- 流体力学基本概念：流体、流速、流量、压强等。

- 流体流动的基本定律：连续性方程、伯努利方程、动量方程。

- 流体流动的典型现象：层流与湍流、流线、流场等。

2. 传热- 传热的基本方式：传导、对流、辐射。

- 传热的基本定律：傅里叶定律、牛顿冷却定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律。

- 传热过程的典型设备：热交换器、冷却器、加热器等。

第二课时1. 传质- 传质的基本概念：传质系数、扩散、传质速率等。

- 传质的基本定律：菲克定律、扩散定律、Nernst扩散定律。

- 传质过程的典型设备：吸收塔、蒸馏塔、萃取塔等。

四、教学方法1. 讲授法：通过教师讲解，使学生掌握化工原理的基本概念、基本定律和典型应用。

2. 案例分析法：通过分析典型化工过程，让学生理解化工原理在实际工程中的应用。

3. 讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，提高学生的思维能力和表达能力。

4. 实验演示法：通过实验演示，让学生直观地理解化工原理的实验现象。

五、教学过程第一课时1. 导入：介绍流体流动和传热的基本概念，激发学生的学习兴趣。

2. 讲解：详细讲解流体流动的基本定律和传热的基本定律。

3. 案例分析：分析典型化工过程中的流体流动和传热问题。

4. 讨论：组织学生讨论流体流动和传热的实际应用。

5. 实验演示：演示流体流动和传热的实验现象。

第二课时1. 导入：回顾上一节课的内容，引导学生思考传质的基本概念。

2. 讲解：详细讲解传质的基本定律和典型应用。

3. 案例分析：分析典型化工过程中的传质问题。

4. 讨论：组织学生讨论传质的实际应用。

5. 实验演示：演示传质的实验现象。

第一章流体流动fluid flow本章要点★ 学习流体力学原理的目的在于分析与解决化工生产中大量存在的流体流动问题，并为各单元操作的学习提供理论基础。

流体流动原理是物理力学对流体流动现象的应用和发展。

★ 与位能基准一样，静压强也有基准。

工程上常用绝对零压线和大气压线两种基准。

在同一计算中，应注意用统一的压强基准。

★ U形测压管或U形压差计的依据是流体静力学原理。

应用静力学的要点是正确选取等压面。

★连续性方程与机械能衡算方程是描述流体流动过程的基本方程，是分析与计算流体流动过程的基本工具，它们分别是质量守恒定律和热力学第一定律用于流体流动过程的结果。

1．物料衡算---连续性方程一维稳定流动的连续性方程使用条件：将流体视为由无数质点彼此紧靠着而构成的连续体，如果用于管内流动时，流体必须充满全管，不能有间断之处。

2．机械能衡算---柏努力方程流体在流动时要作功克服流动的阻力，其机械能有所消耗，消耗了的机械能转化为热，将流体的温度略为升高，既增加流体的内能。

使用条件：假设流体是不可压缩的；流动系统中无热交换器；流体温度不变；并且流体在某种程度上可视为没有阻力的理想流体。

★流体按其流动状态有层流与湍流两种流型，这是有本质区别的流动现象。

在流体流动、传热及传质过程的工程计算中，往往必须先确定之。

流型判断依据是Re的数值。

★流体在管路中的流动阻力损失包括直管摩擦阻力损失和局部摩擦阻力损失，这是两种有本质区别的阻力损失。

前者主要是表面摩擦，而后者主要是涡流造成的形体阻力损失。

3．管内流动的阻力损失计算直管摩擦损失-----范宁公式实际流体在流动过程中因克服内摩擦而消耗机械能，故衡算式中要增加损失项，才能使输入与输出平衡。

使用条件：范宁公式是计算管内摩擦损失的通用算式，适用于不可压缩流体的稳定流动，此公式对于层流和湍流都适用。

第一节概述1、流体—液体和气体的总称。

流体具有三个特点：①流动性，即抗剪抗张能力都很小。

目录绪论 (1)实验一雷诺实验 (3)实验二伯努利方程实验 (4)实验三流体流动阻力的测定 (6)实验四流量计校核实验 (10)实验六恒压过滤常数的测定 (15)实验七传热实验 (17)实验八精馏实验 (23)实验十干燥实验 (29)绪论一、化工原理实验的特点《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。

面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。

对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。

例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。

对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。

例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。

可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。

虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。

例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。

化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。

1二、化工原理实验的要求1.巩固和深化理论知识。

化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。

这些内容是很抽象的，还应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授的内容。

化工原理实验讲义专业:环境工程应用化学教研室2015.3实验一 流体机械能转化实验一、实验目的1、了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。

2、了解流体在管内流动时，流体阻力的表现形式。

二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。

对于实际流体， 因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。

所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：2211221222f p v p v z z H g g g g ρρ++=+++上式称为伯努利方程。

三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图图1-2实验导管结构图四、操作步骤1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。

2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。

3.流体稳定后读取并记录各点数据。

4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。

5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。

五、数据记录和处理五、结果与分析1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？六、注意事项1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。

2．流量调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵上水阀。

化工原理绪论一、《化工原理》课程的性质、地位和作用(一)是化工类及其相近专业的一门基础技术课程和主干课程，是由理及工的桥梁，又是各种化工专业课程的基础。

《化工原理》则属于工程技术科学的范畴。

(二)从学科性质看，本课程是化学工程学的一个分支，主要研究化工过程中各种操作，它来自化工生产实践，又面向化工生产实践。

进行化工技术和化工过程的开发、设计、生产及单元操作。

(三)课程具有显著的工程性，要解决的问题是多因素、多变量的综合性的工业实际问题。

因此，分析和处理问题的观点和方法也就与理科课程不同，应首先从实际出发考虑问题。

需从课程学习中得到工程设计的实际训练。

二、化工过程与单元操作(一)化工过程的特征与构成化工过程可以看成是由原料预处理过程、反应过程和反应产物后处理过程三个基本环节构成的。

反应过程是在各种反应器中进行的，它是化工过程的中心环节。

反应过程必须在某种适宜条件下进行，例如，反应物料要有适宜的组成、结构和状态，反应要在一定的温度、压强和反应器内的适宜流动状况下进行等。

而进入化工过程的初始料通常都会有各种杂质并处于环境状态下，必须通过原料预处理过程使之满足反应所需要的条件。

同样，反应器出口的产物通常都是处于反应温度、压强和一定的相状态下的混合物，必须经过反应产物的后处理过程，从中分离出符合质量要求的、处于某种环境状态下的目的产品，并使排放到环境中去的废料达到环保的规定要求；后处理过程的另一任务是回收未反应完的反应物、催化剂或其它有用的物料重新加以利用。

可见，在原料预处理和反应产物后处理过程中都要进行一系列的物理变化过程，如加热、冷却、增减压、使物料发生相变化(如汽化、冷凝、结晶、溶解等)、使均相物料中各组分进行分离、使不同相态的物料彼此分离等。

即使在反应器中，为了维持适宜的反应条件，也需组织一系列物理过程，如加入或移走热量、混合、搅拌等。

经过长期的化工生产实践发现，各种化工产品的生产过程所涉及的各种物理变化过程都可归纳成为数不多的若干个单元操作。

干燥在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份。

除湿方法：机械除湿——如离心分离、沉降、过滤。

干燥 ——利用热能使湿物料中的湿份汽化。

除湿程度高，但能耗大。

惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低除湿的成本。

D502干燥罐干燥粉料属于连续对流干燥过程干燥过程热空气流过湿物料表面——＞热量传递到湿物料表面——＞湿物料表面水分汽化并被带走 ——＞表面与内部出现水分浓度差——＞内部水分扩散到表面操作压强不太高时，空气可视为理想气体。

绝对湿度：湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比相对湿度：在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压 p 与系统温度下水的饱和蒸汽压 p s 之比的百分数。

也即是质量之比 ϕϕ值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度， ϕ值越小吸湿能力越大； ϕ = 0 ，p=0时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。

ϕ = 1 ，p=ps 时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。

干球温度 t ：湿空气的真实温度，简称温度(℃ 或 K)。

将温度计直接插在湿空气中即可测量。

湿球温度t w ：大量不饱和湿空气与少量水接触，当空气供给水分的热等于水汽化所需热量时的温度。

相对湿度越大水汽化越慢，t w 就越高，t ＞t w ，当空气湿度饱和时，t w =t 通过测定气体的干球温度和湿球温度，可以计算气体的湿度：,()w H w s t w c t t H H r -=-绝热饱和过程: 高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热、传质并达到平衡状态的过程。

达到平衡时，空气与水温度相等，空气被水的蒸汽所饱和。

湿份的传递方向 (干燥或吸湿) 和限度 (干燥程度) 由湿份在气体和固体两相间的平衡关系决定。

平衡状态：当湿含量为 X 的湿物料与湿份分压为 p 的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。