《化工专业实验》实验课程简介

《化工专业实验》实验课程简介

总学时：48      总学分：1.5    实验学时：48

一、基本信息

课程名称：化工专业实验

英文名称：Specialty Experiment of Chemical Engineering

课程性质：专业实践

先修课程：有机化学、化工原理、化学反应工程、化工热力学、化工工艺学、煤化学、精细化工工艺学、化工过程测控技术。

开课单位：化工学院

实验类型：独立设课

适用专业：化学工程与工艺

应开学期：7

二、课程简介

本课程是化学工程与工艺专业必修的一门实践性课程。目的在于培养学生运用所学的理论，分析和解决实际问题的能力，及从事试验研究的科学思维方式。使学生了解本专业试验研究的基本方法，掌握专业实验的基本技术和操作技能。本课程包括验证型、综合型、设计型和创新型实验，主要有煤化学、基础有机化工、化工热力学、化学反应工程、精细化工等方向的实验。

三、课程质量标准

1.课程目标

（1）熟悉本专业试验研究的基本方法，掌握专业实验的基本技术和操作技能，能基于专业理论，根据既定目标选择研究路线，设计可行的实验方案，并选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法，安全的开展实验。（支撑毕业要求4）

（2）能运用所学的理论，正确分析和整理实验数据，并对实验结果进行合理的解释、总结、关联或建模，从而获取合理有效的结论。（支撑毕业要求4）

（3）通过实验过程中小组成员的合理分工、互相搭配、协调一致地完成实验任务，培养学生的人际协调与合作能力。（支撑毕业要求9）

2.基本要求

（1）熟悉有机化工的典型操作过程，加深对煤组成、结构、性质的认识，掌握典型精细化工产品的合成或制备方法，深入理解并掌握化工热力学和反应工程的基本原理和主要方法，熟练掌握基本实验技能。

（2）掌握化工试验研究的一般思路和模式，掌握实验数据的处理方法，能够对数据进行合理的分析和解释，并能联系理论知识，得到有效的结论。

3.课程体系概况

4.实验内容与要求

项目编号：01

项目名称：乙醇催化脱水反应

实验内容：气相法乙醇催化脱水，并对产物进行检测

实验要求：得到至少三个反应条件（不同的加料速度、温度等）下的原料转化率、产物乙烯收率和选择性

预习要求：了解实验原理、方法和步骤，写出预习报告

操作与观察：配制标准溶液并进行色谱分析，设定实验条件，收取反应产物并进行色谱分析，观察并记录湿式流量计读数

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验流程、必要的实验步骤、原始数据记录、数据分析和讨论。得到不同条件下乙醇转化率和产物乙烯的收率、选择性，并分析条件变化对实验结果的影响。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：02

项目名称：γ-三氧化二铝的制备和性能测定

实验内容：沉淀法制备氢氧化铝，干燥、焙烧后得到γ-三氧化二铝，并对其进行性能评价。

实验要求：沉淀法制备氢氧化铝，并经洗涤、过滤、成型后，再在适当条件下干燥和焙烧得到产品。鉴定产品晶型并分析产品的杂质含量。

预习要求：了解实验原理和步骤，写出预习报告

操作与观察：沉淀法制备氢氧化铝，整个过程需观察反应液状态、反应温度，并按要求鉴定pH值。洗涤并过滤浆料，用pNa计测定最后滤液的Na+离子浓度。按要求将产品成型、干燥、焙烧。鉴定产品晶型。

实验报告要求：实验报告应包括实验方法、实验步骤、原始数据和现象记录、数据计算等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：03

项目名称：流体PVT性质的测定

实验内容：测定CO2的p-v-t关系；测定CO2的tc，pc，vc等

实验要求：测定低于临界温度下的等温线（T = 20℃或25℃）；测定临界等温线和临界参数，观察临界现象；测定高于临界温度的等温线（T = 40℃）

预习要求：了解实验原理和步骤，写出预习报告

操作与观察：控制恒温水浴到实验温度，操作压力台，使毛细管内的压力升高或降低，记录压力并读取水银柱上端液面刻度，随时观察毛细管内的现象。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验步骤、原始数据和现象记录、数据计算等，并对结果进行必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：04

项目名称：停留时间分布实验

实验内容：脉冲示踪法测定连续均相反应器的停留时间分布规律

实验要求：采用脉冲示踪法分别测定单釜和三釜串联反应器的停留时间分布。得出停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t），并求出其数学特征值——数学期望和方差；并和多级混合模型或轴向扩散模型关联，分别求出模型参数——虚拟级数N和轴向Pe准数。

预习要求：了解实验原理和步骤，写出预习报告

操作与观察：调整设备各参数至要求值，观察各釜内的搅拌情形。用针筒在反应器的入口快速注入一定量示踪剂并开始实验，电脑收集数据并计算给出结果。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验步骤、原始数据和现象记录、数据处理方法等，并对结果进行必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：05

项目名称：二元体系气液平衡数据的测定

实验内容：测定大气压力下乙醇（1）--环己烷（2）体系的T-P-xi-yi数据。

实验要求：掌握改进的Rose平衡釜的使用方法和用阿贝折光仪分析组成的方法；测定大气压力下乙醇（1）--环己烷（2）体系的T-P-xi-yi数据；确定液相组分的活度系数与组成关系式中的参数，推算体系恒沸点（选做），计算出不同液相组成下两个组分的活度系数，并进行热力学一致性检验（选做）。

预习要求：了解实验原理和步骤，写出预习报告

操作与观察：观察釜内液体的沸腾状态，达到气液平衡后，从液相口和气相口取样，测量样品的折光系数。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验步骤、原始数据和现象记录，计算各液相和气相样品组成，与文献值相比较并讨论偏差原因。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：06

项目名称：聚醋酸乙烯酯乳胶涂料的制备

实验内容：聚醋酸乙烯酯的合成和聚醋酸乙烯乳胶涂料的配制

实验要求：通过乳液聚合得到聚醋酸乙烯酯聚合物乳液，配制乳胶涂料，并测定涂料的性能。

预习要求：熟悉自由基聚合反应的特点和涂料配制原理，掌握实验步骤及注意事项，写出预习报告。

操作与观察：经聚合与配制得到涂料，实验中应密切观察反应和加热温度，控制在允许范围内，观察实验现象及涂料刷涂后的性状。

实验报告要求：实验报告应包括实验反应和配制原理、主要仪器药品、实验步骤、原始数据记录、实验现象及产品性状等，并附有必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：07

项目名称：煤的工业分析

实验内容：测定煤的空气干燥基的水分、灰分和挥发分，鉴定焦渣特征

实验要求：按照国标要求，正确测定煤的空气干燥基的水分、灰分和挥发分，鉴定焦渣特征，并计算固定碳。

预习要求：掌握实验测定方法和注意事项，写出预习报告。

操作与观察：正确称量煤样，按照要求放入电炉或烘箱进行测定，注意观察挥发分测定中炉子烟囱冒出的烟气，观察试样从电炉或烘箱取出后的性状变化，并鉴定焦渣特征。

实验报告要求：实验报告应包括测定方法、实验步骤、实验现象、原始数据记录、数据计算及讨论等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：08

项目名称：固体燃料发热量的测定

实验内容：恒温式氧弹热量计法测定固体燃料的发热量

实验要求：掌握氧弹法测定发热量的原理和方法，学会使用热量测定仪

预习要求：了解氧弹法测定发热量的实验原理、测定方法和注意事项，写出预习报告。

操作与观察：正确称量试样并按要求放置于氧弹内，安全使用充氧仪对氧弹充氧，操作热量仪面板开始测定。测定过程中观察搅拌、点火等重要步骤及水温变化，测定结束观察氧弹内的燃烧残渣。

实验报告要求：实验报告应包括仪器原理、测定方法、实验步骤、原始数据记录及讨论等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：09

项目名称：固体燃料中碳、氢、氮和硫元素含量的测定

实验内容：用全自动元素分析仪测定固体燃料中的碳、氢、氮元素含量，用自动定硫仪测定固体燃料中的硫含量。

实验要求：掌握固体燃料中碳、氢、氮、硫元素含量的测定原理，熟悉碳氢氮元素分析仪和自动定硫仪的操作方法和步骤。

预习要求：了解碳氢氮元素分析仪和自动定硫仪的测定原理和测定方法，写出预习报告。

操作与观察：1）碳、氢、氮元素的测定：正确称量试样并按照要求用锡箔纸包裹，放入碳氢氮元素分析仪的自动进样器，测试后正确计算结果。2）硫元素的测定：正确准备试样，调整仪器条件，按照要求进样，观察进样过程和电解池中的颜色变化。

实验报告要求：实验报告应包括仪器原理、实验步骤、注意事项、原始数据记录及讨论等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：10

项目名称：乙醇水蒸汽重整实验

实验内容：催化剂存在下，乙醇水蒸汽重整制取氢气

实验要求：得到至少三个温度下的原料转化率和产物收率

预习要求：了解实验原理、方法和步骤，写出预习报告

操作与观察：设定实验条件，记录气体产物流量计读数，对气体产物进行色谱分析，收取液相产物并进行色谱分析。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验流程、必要的实验步骤、原始数据记录、数据分析和讨论。得到不同温度下乙醇转化率和氢气的收率，并温度对实验结果的影响。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：11

项目名称：变压吸附法浓缩二氧化碳实验

实验内容：四塔联合使用，变压吸附法提纯二氧化碳，用气相色谱跟踪检测

实验要求：得到至少三个条件下的产品气浓度

预习要求：了解实验原理、方法和步骤，写出预习报告

操作与观察：调整各个阀门和各塔压力，使处于试验要求范围内，用组态王软件控制系统运行，用气相色谱检测产品气和放空气的气体浓度。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验流程、必要的实验步骤、原始数据记录、数据分析和讨论。分析不同条件对实验结果的影响。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：12

项目名称：负载型镍催化剂的制备

实验内容：利用浸渍法制备镍基催化剂

实验要求：选用合适的催化剂载体，拟定催化剂负载量，配制相应的硝酸镍溶液，用溶液浸渍载体，经静置后干燥、焙烧，再经成型、破碎、筛分后得到一定粒度的半成品催化剂。如条件合适，再将半成品催化剂用氢气还原得到目标催化剂。

预习要求：选定催化剂载体和负载量，了解实验步骤，写出预习报告

操作与观察：配制硝酸镍溶液，用硝酸镍溶液浸渍载体并观察现象；进行干燥、焙烧并观察现象。用压片机压制成型并破碎、筛分。

实验报告要求：实验报告应包括实验方法、实验步骤、原始数据和现象记录、数据计算等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：13

项目名称：活度系数测定

实验内容：用气相色谱法测定物质的无限稀溶液的活度系数，并求出其偏摩尔混合热。

实验要求：初步掌握色谱仪的使用方法，每个试样做4～5个柱温下的测试分析，计算各柱温下各试样在邻苯二甲酸二壬酯中的Vg和γi，以lnVg-1/T作图，求各试样的ΔHmix值。

预习要求：了解实验原理和步骤，复习气相色谱相关知识，写出预习报告

操作与观察：设定气相色谱仪的各条件，待色谱稳定后，对每个样品进行分析。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、实验步骤、原始数据和现象记录；计算各柱温下各试样在邻苯二甲酸二壬酯中的Vg和γi，并以lnVg-1/T作图，求各试样的ΔHmix值；并对结果进行必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：14

项目名称：日用化学品的配制

实验内容：配制洗洁精、洗发香波或雪花膏等。

实验要求：根据配方配制目标产品（目标产品可每组不同），掌握配方原理

预习要求：预定目标产品，并查阅相关文献，确定配方组成。写出预习报告。

操作与观察：根据配方选用合适的药品和仪器等，配制目标产品，并判断产品是否达标。

实验报告要求：实验报告应包括配制原理、主要仪器药品、配方组成、实验步骤、实验现象及产品性状等，并附有必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：15

项目名称：十二烷基苯磺酸钠的合成

实验内容：用发烟硫酸磺化十二烷基苯，再以氢氧化钠中和的方法制备目标产品

实验要求：以发烟硫酸作磺化剂，与十二烷基苯发生反应，然后用氢氧化钠中和得到十二烷基苯磺酸钠

预习要求：了解实验原理、实验步骤及注意事项，写出预习报告。

操作与观察：经磺化、分酸、中和三步得到产品，实验中注意观察记录各参数值并记录实验现象。

实验报告要求：实验报告应包括实验原理、主要仪器药品、实验步骤、原始数据记录、实验现象及产品性状等，并附有必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：16

项目名称：水溶性酚醛树脂胶的制备

实验内容：以苯酚和甲醛在碱性条件下制备酚醛树脂胶

实验要求：以苯酚和甲醛在碱性条件下制备酚醛树脂胶，粘度控制在0.1~0.2Pa•s（20℃）。

预习要求：掌握酚醛树脂胶的合成原理，掌握实验步骤及注意事项，预习粘度计的使用方法。写出预习报告。

操作与观察：在四口烧瓶中合成酚醛树脂胶，观察反应情况和温度。

实验报告要求：实验报告应包括实验反应和配制原理、主要仪器药品、实验步骤、原始数据记录、实验现象及产品性状等，并附有必要的讨论。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：17

项目名称：烟煤黏结指数测定

实验内容：转鼓实验法测定烟煤的黏结指数

实验要求：掌握烟煤黏结指数测定的原理和方法，学会使用转鼓。

预习要求：了解烟煤黏结指数的测定方法和注意事项，写出预习报告。

操作与观察：正确称量标准煤样和实验煤样，按照标准完成煤样的混合和压平，之后放入预热好的电炉进行焦化，按照标准处理焦渣。观察标准煤样和实验煤样的不同，观察焦渣处理过程中的外观变化。

实验报告要求：实验报告应包括测定方法、实验步骤、实验现象、原始数据记录、数据计算及讨论等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：18

项目名称：煤灰熔融性的测定

实验内容：角锥法测定煤灰熔融性

实验要求：掌握角锥法测定煤灰熔融性的，能正确观察和确定煤灰熔融的特征温度。

预习要求：了解角锥法测定煤灰熔融性的操作方法和注意事项，预习制作角锥的方法，写出预习报告。

操作与观察：正确使用角锥模制作角锥，准确放置刚玉舟，正确操作灰熔融性测定仪。观察灰锥在升温过程中形态的变化过程，准确记录4个特征温度。

实验报告要求：实验报告应包括测定方法、实验步骤、实验现象、数据记录及讨论等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：19

项目名称：煤炭固定床气化与气体产物分析

实验内容：用空气或水作气化剂，对煤炭进行常压固定床气化，并用气相色谱分析气体产物的组成。

实验要求：掌握固定床气化的原理和实验操作，会用气相色谱法进行气体分析。

预习要求：熟悉煤炭气化的理论和气化反应，了解实验步骤，拟定气化条件，写出预习报告。

操作与观察：检查设备各处连接是否正常，保证不漏气。按照以下顺序操作：称量煤样——装样——开软件——通保护气——升温——通入气化剂——收集反应气——分析。注意观察控制软件中的各处温度和压力等参数。

实验报告要求：实验报告应包括气化原理、实验流程图、实验步骤、原始数据记录、数据分析和讨论、实验方案评价、改进建议等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：20

项目名称：生物质热解及产物分析

实验内容：进行生物质热解实验，对气、液、固产品进行成分分析,计算各自收率。

实验要求：掌握生物质热解实验的基本原理和方法步骤，正确计算气、液、固产品三种产品的收率，并选用合适的方法对产品进行分析检测。

预习要求：熟悉热解实验的基本方法和所用仪器设备，选定热解原料，拟定基本实验步骤和产品分析检测方案，写出预习报告。

操作与观察：按照仪器设备的要求进行装样——升温——收集气、液、固产品，对各产品进行相应的检测，并计算各产品的收率。注意观察各种产品的性状和实验中仪器设备的各参数值。

实验报告要求：实验报告应包括热解方法、实验仪器设备介绍、实验步骤、产品产率计算方法、原始数据记录、数据分析和讨论、实验方案评价、改进建议等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

实验编号：21

项目名称：超级电容器炭电极材料制备及性能表征

实验内容：制备超级电容器电极用多孔炭材料，制备极片并组装成模拟电容器，对模拟电容器进行电化学性能测试。

实验要求：掌握制备炭材料的方法步骤和影响因素，能够制备极片并组装模拟电容器，了解对电容器进行电化学性能测试的方法。

预习要求：查阅文献，确定炭材料的制备方案，了解极片的制备方法，了解模拟电容器的组装技术和电化学性能测试方法。写出预习报告。

操作与观察：制备炭材料，并将材料做成极片，组装模拟电容器并进行电化学性能测试。观察炭材料、极片的外观性状。

实验报告要求：实验报告应包括实验方案、实验仪器设备介绍、实验步骤、实验现象、原始数据记录、电化学测试数据、数据分析和讨论总结、实验方案评价、改进建议等。教师检查原始数据记录并签字，批改实验报告并附有必要的评语。

5.课程考核

本课程采用过程考核和结课考试相结合的考核方式。

过程考核包括平时表现和实验报告两个方面。平时表现主要包括实验预习情况、上课态度、实验操作、实验数据质量、小组合作情况等方面，教师需在每个实验中对每位同学的平时表现给予评分，评分以百分制给出，课程结束时将平时表现分予以综合得到平时表现成绩。实验报告的评分可参照以下方面：内容完整性、数据分析计算正确性、理论应用合理性、结论有效性。评分以百分制给出。

结课考试建议采用笔试方式，也可根据实际情况采用现场操作或口试方式，成绩以百分制给出。

最终成绩 = 平时表现成绩（×25%）+ 实验报告成绩（×25%）+ 结课考试成绩（×50%）。教师也可以适当调整各部分成绩所占的比例，但结课考试成绩所占比例应不低于40%。

课程考核主要内容和权重：实验原理和方法、实验技术和操作步骤、安全注意事项、实验仪器设备（支撑课程目标1，权重0.55）；实验结果分析和归纳，数据计算和建模，结论的得出（支撑课程目标2，权重0.40）；小组内组员合作情况（支撑课程目标3，权重0.05）。

四、课程师资队伍

课程负责人应具有高级职称和博士学位，熟悉实验教学和本领域发展前沿。

实验教师应具有博士学位和中级以上职称，教学经验丰富，熟悉化工实验室各项安全规范和制度。

实验技术人员应具有博士学位和中级以上职称，熟悉实验室各种仪器设备和各项安全规范和制度。

五、教学资源要求

实验室名称：化工专业实验室

主要设备、材料：乙醇催化脱水反应装置、乙醇水蒸汽重整实验装置、四塔变压吸附装置、马弗炉、鼓风干燥箱、压片机、气相色谱仪、真空水泵、二氧化碳PVT性质测定仪、停留时间分布装置、二元体系气液平衡数据测定装置、阿贝折射仪、黏度计、黏结指数转鼓、定硫仪、恒温式量热仪、全自动碳氢氮元素测定仪、煤灰熔融性测定仪、红外光谱仪、煤炭固定床气化装置、生物质热解装置、电化学工作站、管式炉、玻璃仪器多种、加热套、电动搅拌器等。

虚拟仿真资源：无。

教材、指导书：《化工专业实验》，中国矿业大学出版社

主要参考书：

1、张双全. 煤化学实验. 中国矿业大学出版社，2010

2．吴国光. 化工专业实验，中国矿业大学出版社，2005

3．强亮生，王慎敏. 精细化工综合实验，哈尔滨工业大学出版社，2008

六、说明

本课程标准适用于化学工程与工艺或相关专业，变更需由课程负责人提出申请，报化学工程与工艺专业教学指导委员会及主管教学副院长审批。本课程标准从中国矿业大学2016级化学工程与工艺专业开始执行。学生在预习课程时，需复习本标准中的先修课程内容。其他专业的课程如包含有与本标准中相同或相似的的实验项目，可参照本标准执行。