化工原理实验(叶长燊)（双语版）

1.先进性与趣味性，开发了虚拟仿真软件，将仿真实验系统、完整地写进教材，提高教学效率与质量。 2.实用性，针对化工原理课程中某些抽象问题，通过演示实验的直观展示，使学生获得感性认识，促进对抽象工程问题的理解。 3.更好地培养学生能力，书中的自组装实验与开放研究可进一步培养学生的工程观念，提高实践动手和工程研究能力。 4.中英双语，有利于培养新工科人才综合素质与国际视野，为以后工作中进行国际交流与合作打下扎实的基础。

化工原理是化学工程学科中形成最早、基础性最强、应用面最广的学科分支。化工原理紧密联系化工生产实际，它来源于实践，又面向实践，应用于实践，是一门实践性很强的专业基础课程。“化工原理”、“化工原理实验”及“化工原理课程设计”三大课程构成了化工原理课程体系，其中化工原理实验则是树立工程意识、培养工程研究能力和解决工程问题能力必不可少的重要实践教学环节。
福州大学从二十世纪九十年代开始，在化工原理实验课程的教学内容、教学方法等方面一直紧跟人才培养的时代要求开展持续的教学改革，实验设备也经过多次的改进和更新换代。经过三十年的努力，已逐步形成演示实验、虚拟仿真实验、“设计型和研究型以及综合型”实验、自组装实验、提高型实验和综合实训实验等系统完善的实验教学内容，以学生自主学习为主、教师指导为辅的启发式、交互式、探究式等多样的实验教学方法；从实验研究目标确立、实验研究方案制订、实验装置组装、实验步骤设计、实验现象观察、参数测定、实验数据处理以及实验结果分析与讨论等环节，有效地培养学生的工程思维、实践动手能力和创新能力。
本书的特点如下。
(1)教学内容系统完善、循序渐进。
全书包括绪论、化工原理实验研究方法、实验数据的误差分析、实验数据处理、Excel与Origin软件的应用、实验室常用测量仪表、化工原理虚拟仿真实验、化工原理演示实验、化工原理“三型”实验、化工原理自组装实验、化工原理提高型实验与实训等内容。
(2)研究型、设计型和综合型实验进一步完善。
在实验装置改进和更新换代的基础上,“三型”实验的实验装置和教学内容进一步完善，学生可根据任务书独立完成实验研究并撰写研究小论文，本书可引导学生熟练应用所学知识、开展探究性学习、掌握论文撰写的基本要求和技能。
(3)自组装实验操作性强
在“三型”实验基础上，开发建设了流体流动阻力、离心泵、传热过程强化、列管换热器等自组装实验。学生可根据自身学习需求和兴趣设置实验研究课题，自主搭建实验装置，制订研究计划和目标，独立开展实验研究，并获得相关结果和结论，充分发挥学习的自主性和主动性，强化实践动手能力。
(4)设置提高型和实训实验。
在单元操作实验的基础上，进一步增强实验研究的综合性和复杂性，培养学生综合应用知识的能力和应对复杂工程问题的能力。
(5)思考题更加丰富，针对性强、富有启发性。
各实验均提供了大量针对本实验研究内容的思考题，有利于启发学生针对实验的理论依据、实验过程现象、实验与理论的结合等各个方面逐步进行深入、全面的思考与探讨。
本书由叶长燊、李玲、施小芳、侯琳熙等编写，其中英文由吴乃昕、张孟佳翻译编写，全书由叶长燊统稿。本书在编写过程中借鉴参考了其他院校的有关教材，在此向相关教材的作者表示诚挚的谢意。同时，感谢天津大学化工基础实验中心、北京欧倍尔软件技术开发有限公司、北京恒久实验设备有限公司、福州大学石油化工学院、福州大学石油化工虚拟仿真实验教学中心、福州大学石油化工学院化工原理与实验教学团队全体老师的大力支持。
鉴于编者的水平及经验有限，且编写时间仓促，书中不妥和疏漏之处在所难免。在此，真诚希望广大读者和同行不吝赐教，使本教材日臻完善。

编者
2020年7月1日于福州大学

叶长燊，福州大学石油化工学院，教授，博士生导师，《J. Chem. Eng. Data》、《J. Chem. Thermodyn.》、《Chem. Eng. Commun.》等期刊的审稿专家。长期从事化工原理、化工原理实验基础课的教学，以及化工传质与分离、化工过程强化等领域的科研工作。先后作为负责人和骨干成员主持或参与福建省精品课程（化工原理）、福建省省级教学团队、化工原理实验核心课程、化工原理网络课程、化工原理课程体系线上线下教学模式综合改革与实践等多项教研教改项目。2003年获得福州大学教学新秀奖，2004年获得福州大学教学成果特等奖（第二完成人），2007年获得福州大学实验技术成果奖（第三完成人）。以第二作者编写《化工原理解题指南》、《化工原理实验》各一部，联合开发化工原理实验装置并获得专利授权6项。指导本科生在首届和第二届全国大学生化工实验大赛连续获得一等奖。
科研方面主要从事化工过程强化，绿色吸附剂的制备，工业废水精馏、吸附回收有机物、金属离子等相关技术研究，主持或参与科技部国际合作项目、福建省科技厅重点项目及横向开发项目等30余项绿色化工技术的相关研究，在国内外刊物发表学术论文40余篇，申请国家专利近50余项，其中授权20余项。作为第三完成人获得2016年中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖、第二完成人获得2017年福建省科技进步奖一等奖。

《化工原理实验（双语版)》共分10章，内容包括绪论、化工原理实验研究方法、实验数据的误差分析、实验数据处理、Excel与Origin软件的应用、实验室常用测量仪表、化工原理虚拟仿真实验、化工原理演示实验、化工原理“三型”实验、化工原理自组装实验、化工原理提高型实验与实训等内容。全书从基础知识到专业知识，从演示实验、虚拟仿真实验到实物实验，从“三型”实验到自组装实验，从单一的单元操作实验到复杂的综合实训实验，由浅入深、由易到难进行介绍，旨在从多方面、多层次实现学生实验设计能力、实践动手能力、工程研究能力、工程问题的综合分析与解决能力的系统性和个性化训练与培养。
本书为中英对照,可作为高等学校化工及相关专业的化工原理实验教材或教学参考书，也可以作为石油、化工、环境、轻工、医药等行业科研和生产技术人员的参考书。

绪论1
0.1化工原理实验的教学目的1
0.2化工原理实验的教学特点1
0.3化工原理实验的教学内容与方法2
0.4化工原理实验的教学环节和要求2
0.5化工原理实验的基本安全知识6
0.5.1实验守则7
0.5.2基本安全知识7
0.6任务书12
0.6.1阻力实验12
0.6.2离心泵实验13
0.6.3过滤实验14
0.6.4传热实验15
0.6.5吸收实验16
0.6.6精馏实验18
0.6.7干燥实验19
0.6.8液液萃取实验20

第1章化工原理实验研究方法22
1.1直接实验法22
1.2量纲分析法22
1.2.1量纲分析法具体步骤23
1.2.2量纲分析法举例说明23
1.3数学模型法25
1.3.1数学模型法主要步骤25
1.3.2数学模型法举例说明25
1.3.3数学模型法和量纲分析法的比较26

第2章实验数据的误差分析28
2.1真值与平均值28
2.2误差的分类29
2.3误差的表示方法30
2.4精密度、正确度和精确度31
2.5实验数据的有效数字31
2.6误差的处理方法33
2.7直接测量的误差估算36
2.8间接测量中的误差传递38
2.9误差分析的具体应用39

第3章实验数据处理42
3.1列表法42
3.1.1数据表的分类42
3.1.2设计实验数据表应注意的事项43
3.2图示法43
3.2.1坐标系选择的基本原则44
3.2.2坐标分度的确定44
3.2.3设计实验数据图应注意的事项45
3.3数学方程表示法46
3.3.1图解分析法46
3.3.2回归分析法49

第4章Excel与Origin软件的应用54
4.1Excel在实验数据处理中的应用54
4.2Origin在实验数据回归与绘图中的应用60

第5章实验室常用测量仪表69
5.1温度测量69
5.1.1膨胀式温度计70
5.1.2热电偶温度计71
5.1.3热电阻温度计74
5.1.4温度计的选择和使用原则75
5.2压力(差)测量75
5.2.1液柱式压力计75
5.2.2弹性式压力计77
5.2.3电气式压力计79
5.2.4活塞式压力计81
5.2.5压力(差)计的校验81
5.3流量测量815.3.1速度式流量计81
5.3.2容积式流量计85
5.3.3质量流量计85
5.3.4流量计的检验和标定86
5.4液位测量86
5.4.1直读式液位计86
5.4.2差压式液位计87
5.4.3浮力式液位计88

第6章化工原理虚拟仿真实验91
6.1虚拟仿真实验概述91
6.1.1基本操作91
6.1.2菜单选择项功能说明93
6.1.3仪表和阀门调节说明95
6.1.4注意事项97
6.2雷诺演示仿真实验97
6.2.1仿真主界面97
6.2.2雷诺演示实验装置97
6.2.3实验项目98
6.3化工流动过程综合实验98
6.3.1仿真主界面98
6.3.2化工流动过程综合实验装置99
6.3.3实验项目99
6.4离心泵综合性能测定实验99
6.4.1仿真主界面99
6.4.2离心泵实验装置100
6.4.3实验项目100
6.5恒压过滤实验101
6.5.1仿真主界面101
6.5.2恒压过滤实验装置101
6.5.3实验项目102
6.5.4可变换的实验条件102
6.5.5数据处理注意事项102
6.6传热综合实验102
6.6.1仿真主界面102
6.6.2传热综合实验装置103
6.6.3实验项目103
6.6.4可变换的实验条件103
6.7二氧化碳吸收与解吸实验104
6.7.1仿真主界面104
6.7.2二氧化碳吸收与解吸实验装置104
6.7.3实验项目105
6.7.4可变换的实验条件105
6.7.5注意事项105
6.8精馏综合拓展实验105
6.8.1仿真主界面105
6.8.2精馏综合拓展实验装置106
6.8.3实验项目107
6.8.4注意事项107
6.9液液萃取实验108
6.9.1仿真主界面108
6.9.2液液萃取实验装置108
6.9.3实验项目109
6.9.4可变换的实验条件109
6.9.5注意事项109
6.10洞道干燥实验109
6.10.1仿真主界面109
6.10.2洞道干燥实验装置109
6.10.3实验项目110
6.10.4可变换的实验条件110
6.10.5注意事项110

第7章化工原理演示实验111
7.1雷诺实验111
7.1.1实验目的111
7.1.2实验原理111
7.1.3实验装置111
7.1.4实验步骤111
7.1.5注意事项113
7.1.6思考题113
7.2能量转化(流体机械能转化)演示实验113
7.2.1实验目的113
7.2.2实验原理113
7.2.3实验装置113
7.2.4实验步骤114
7.2.5注意事项115
7.2.6思考题115
7.3流线演示实验115
7.3.1实验目的115
7.3.2实验原理115
7.3.3实验装置115
7.3.4实验步骤116
7.3.5思考题117
7.4非均相气固分离演示实验117
7.4.1实验目的117
7.4.2实验原理117
7.4.3实验装置118
7.4.4实验步骤118
7.4.5注意事项120
7.4.6思考题120
7.5板式塔流体力学性能演示实验120
7.5.1实验目的120
7.5.2实验原理120
7.5.3实验装置121
7.5.4实验步骤122
7.5.5注意事项122
7.5.6思考题122

第8章化工原理“三型”实验123
8.1流体流动阻力实验123
8.1.1实验目的123
8.1.2实验原理123
8.1.3实验装置与流程125
8.1.4实验步骤及注意事项126
8.1.5思考题127
8.2离心泵实验128
8.2.1实验目的128
8.2.2实验原理128
8.2.3实验装置与流程129
8.2.4实验步骤及注意事项130
8.2.5思考题131
8.3过滤实验132
8.3.1实验目的132
8.3.2实验原理132
8.3.3实验装置与流程133
8.3.4实验步骤及注意事项134
8.3.5思考题135
8.4传热实验136
8.4.1实验目的136
8.4.2实验原理136
8.4.3实验装置与流程137
8.4.4实验步骤与注意事项140
8.4.5思考题142
8.5吸收实验142
8.5.1实验目的142
8.5.2实验原理143
8.5.3实验装置与流程144
8.5.4实验步骤与注意事项146
8.5.5思考题147
8.6精馏实验148
8.6.1实验目的148
8.6.2实验原理148
8.6.3实验装置与流程151
8.6.4实验步骤与注意事项154
8.6.5思考题155
8.7干燥实验156
8.7.1实验目的156
8.7.2实验原理156
8.7.3实验装置与流程158
8.7.4实验步骤与注意事项159
8.7.5思考题160

第9章化工原理自组装实验161
9.1自组装实验目的161
9.2自组装实验要求161
9.3自组装实验主要设备、仪表与配件162
9.3.1流体流动阻力自组装实验162
9.3.2泵性能测试自组装实验163
9.3.3传热过程强化自组装实验164
9.3.4列管换热自组装实验164

第10章化工原理提高型实验与实训166
10.1液液萃取提高型实验166
10.1.1实验目的166
10.1.2实验原理166
10.1.3实验装置与流程167
10.1.4实验步骤与注意事项167
10.1.5思考题171
10.2多效蒸发综合实训172
10.2.1实训目的172
10.2.2基本原理172
10.2.3工艺流程、主要设备及仪表172
10.2.4实训项目174
10.3吸收解吸综合实训175
10.3.1实训目的175
10.3.2基本原理176
10.3.3工艺流程、主要设备及仪表176
10.3.4实训项目176

Introduction180
0.1Teaching objectives180
0.2Teaching characteristics181
0.3Teaching content and methods181
0.4Teaching requirements182
0.5Basic safety knowledge of the experiment189
0.5.1Experimental rules189
0.5.2Basic safety knowledge190
0.6Tasks196
0.6.1Resistance experiment196
0.6.2Centrifugal pump experiment197
0.6.3Filtration experiment199
0.6.4Heat transfer experiment201
0.6.5Absorption experiment202
0.6.6Distillation experiment205
0.6.7Drying experiment207
0.6.8Liquid-liquid extraction experiment208

Chapter 1 Research Methods of Chemical Engineering Principle Experiment211
1.1Direct experiment method211
1.2Dimensional analysis method211
1.2.1Specific steps of dimensional analysis212
1.2.2Dimensional analysis examples213
1.3Mathematical model method215
1.3.1Main steps of mathematical model method215
1.3.2Mathematical model method example216
1.3.3Comparison of mathematical model method and dimensional analysis method217

Chapter 2 Error Analysis of Experimental Data219
2.1True values and the mean219
2.2Error classification220
2.3Error representation methods221
2.4Precision，trueness and accuracy223
2.5Effective digits of experimental data224
2.6Error handling methods227
2.7Error estimation of directly measured values230
2.8Error propagation in indirect measurements233
2.9Application examples of error analysis234

Chapter 3 Experimental Data Processing238
3.1Tabular method238
3.1.1Classification of data tables238
3.1.2Considerations for designing experimental data tables239
3.2Graphic method240
3.2.1Basic principles of coordinate system selection240
3.2.2Determination of coordinate division241
3.2.3Considerations for designing experimental data graphs242
3.3Mathematical equation representation method243
3.3.1Graphic analysis method244
3.3.2Regression analysis method247

Chapter 4 Applications of Excel and Origin Software253
4.1Application of Excel in the experimental data processing253
4.2Application of Origin in experimental data regression and plotting260

Chapter 5 Commonly Used Measuring Instruments in the Laboratory269
5.1Temperature measurement269
5.1.1Expansion thermometer270
5.1.2Thermocouple thermometer273
5.1.3Thermistor thermometer276
5.1.4Principles of thermometer selection and use277
5.2Pressure (pressure drop)measurement278
5.2.1Liquid column pressure gauge278
5.2.2Elastic pressure gauge280
5.2.3Electric pressure gauge283
5.2.4Piston pressure gauge285
5.2.5Calibration of pressure gauge285
5.3Flow measurement286
5.3.1Velocity flowmeter286
5.3.2Volumetric flowmeter291
5.3.3Mass flowmeter292
5.3.4Flowmeter inspection and calibration292
5.4Liquid level measurement293
5.4.1Direct reading level gauge293
5.4.2Differential pressure level gauge295
5.4.3Buoyancy liquid level gauge296

Chapter 6 Virtual Simulation Experiments of Chemical Engineering Principle299
6.1Overview of virtual simulation experiments299
6.1.1Basic operations299
6.1.2Description of menu selection functions301
6.1.3Instrument and valve adjustment instructions304
6.1.4Precautions306
6.2Simulation experiment of Reynolds demonstration306
6.2.1Main interface of simulation306
6.2.2Reynolds demonstration experimental device307
6.2.3Experiment projects308
6.3Comprehensive experiment of chemical flow processes308
6.3.1Main interface of simulation308
6.3.2Experimental device for the comprehensive experiment of chemical flow processes308
6.3.3Experiment projects309
6.4Experiment of centrifugal pump comprehensive performance measurement309
6.4.1Main interface of simulation309
6.4.2Centrifugal pump experimental device310
6.4.3Experiment projects311
6.5Filtration experiment under constant pressure311
6.5.1Main interface of simulation311
6.5.2Experimental device of filtration under constant pressure311
6.5.3Experiment projects312
6.5.4Adjustable experimental conditions312
6.5.5Notes for data processing312
6.6Comprehensive experiment of heat transfer313
6.6.1Main interface of simulation313
6.6.2Experimental device for comprehensive experiment of heat transfer313
6.6.3Experiment projects314
6.6.4Adjustable experimental conditions315
6.7Carbon dioxide absorption and desorption experiment315
6.7.1Main interface of simulation315
6.7.2Experimental device of carbon dioxide absorption and desorption315
6.7.3Experiment projects316
6.7.4Adjustable experimental conditions317
6.7.5Precautions317
6.8Comprehensive experiment of rectification317
6.8.1Main interface of simulation317
6.8.2Experimental device for comprehensive experiment of rectification318
6.8.3Experiment projects319
6.8.4Precautions319
6.9Liquid-liquid extraction experiment320
6.9.1Main interface of simulation320
6.9.2Experimental device for liquid-liquid extraction320
6.9.3Experiment projects321
6.9.4Adjustable experimental conditions321
6.9.5Precautions322
6.10Tunnel drying experiment322
6.10.1Main interface of simulation322
6.10.2Tunnel drying experimental device323
6.10.3Experiment projects323
6.10.4Adjustable experimental conditions323
6.10.5Precautions324

Chapter 7 Demonstration Experiment of Chemical Engineering Principle325
7.1Reynolds experiment325
7.1.1Experimental objectives325
7.1.2Experimental principles325
7.1.3Experimental device325
7.1.4Experimental procedures326
7.1.5Precautions327
7.1.6Questions328
7.2Demonstration experiment of energy conversion (fluid mechanical energy conversion)328
7.2.1Experimental objectives328
7.2.2Experimental principles328
7.2.3Experimental device329
7.2.4Experimental procedures330
7.2.5Precautions330
7.2.6Questions330
7.3Streamline demonstration experiment331
7.3.1Experimental objectives331
7.3.2Experimental principles331
7.3.3Experimental device332
7.3.4Experimental procedures333
7.3.5Questions333
7.4Demonstration experiment of heterogeneous gas-solid separation334
7.4.1Experimental objectives334
7.4.2Experimental principles334
7.4.3Experimental device336
7.4.4Experimental procedures337
7.4.5Precautions337
7.4.6Questions337
7.5Demonstration experiment of hydrodynamic performance of plate column338
7.5.1Experimental objectives338
7.5.2Experimental principles338
7.5.3Experimental device339
7.5.4Experimental procedures340
7.5.5Precautions340
7.5.6Questions341

Chapter 8 Chemical Engineering Principle “Three Type”Experiment342
8.1Fluid flow resistance experiment342
8.1.1Experimental objective342
8.1.2Experimental principles342
8.1.3Experimental device344
8.1.4Experimental procedures and precautions344
8.1.5Questions347
8.2Centrifugal pump experiment348
8.2.1Experimental objective348
8.2.2Experimental principles348
8.2.3Experimental device350
8.2.4Experimental procedures and precautions351
8.2.5Questions352
8.3Filtration experiment353
8.3.1Experimental objective353
8.3.2Experimental principles353
8.3.3Experimental device355
8.3.4Experimental procedures and precautions356
8.3.5Questions358
8.4Heat transfer experiment359
8.4.1Experimental objectives359
8.4.2Experimental principles359
8.4.3Experimental device360
8.4.4Experimental procedures and precautions363
8.4.5Questions366
8.5Absorption experiment367
8.5.1Experimental objectives367
8.5.2Experimental principles367
8.5.3Experimental device369
8.5.4Experimental procedures and precautions371
8.5.5Questions373
8.6Distillation experiment374
8.6.1Experimental objectives374
8.6.2Experimental principles375
8.6.3Experimental device378
8.6.4Experimental procedures and precautions381
8.6.5Questions383
8.7Drying experiment384
8.7.1Experimental objectives384
8.7.2Experimental principles385
8.7.3Experimental device387
8.7.4Experimental procedures and precautions387
8.7.5Questions389

Chapter 9 Self-designed Experiments of Chemical Engineering Principle391
9.1Purpose of self-designed experiments391
9.2Requirements of self-designed experiments392
9.3Equipment for self-designed experiments392
9.3.1Self-designed experiment of fluid flow resistance392
9.3.2Self-designed experiment of pump performance testing393
9.3.3Self-designed experiment of enhancedheat transfer394
9.3.4Self-designed experiment of shell-and-tube heat exchanger395

Chapter 10 Advanced Experiment and Practical Training397
10.1Advanced experiment of liquid-liquid extraction397
10.1.1Experimental objectives397
10.1.2Experimental principles397
10.1.3Experimental device399
10.1.4Experimental procedures and precautions399
10.1.5Questions404
10.2Multi-effect evaporation comprehensive training404
10.2.1Training objectives404
10.2.2Basic principles405
10.2.3Process，main devices and instruments406
10.2.4Training projects407
10.3Absorption-desorption comprehensive training410
10.3.1Training objectives410
10.3.2Basic principles410
10.3.3Process，main equipment and instruments411
10.3.4Training projects411

附录416

参考文献421