第一章 试验预备知识化学工程实验的组织和实施包括以下几项 内容： （1）实验方案的拟定； （2）实验设计； （3）主要实验设备的设计和选择； （4）管道和仪表的设计和选择； （5）实验流程的组织； （6）实验流程的安装和调试。1第一章 化学工程专业试验预备知 识第一节 实验方案的拟定在组织化学工程实验时，首先要对整个实验 过程的进行作一个全面概括的设想和规划， 使实验者对实验作到心里有数，要拟定实验 方案。实验方案包括的内容及作用如图： 2第一章 化学工程专业试验预备知 识第二节 试验设计试验设计的方法很多，如优选法、正交试验法 、序贯试验法等。下面对正交试验法做简要介绍。 正交试验通常包括以下几个步骤： （1）根据试验目的，确定考查指标； （2）确定考查的影响因素和水平； （3）选用正交表； （4）按正交表安排试验； （5）对实验结果进行分析，找出最优化条件。3第一章 化学工程专业试验预备知 识第三节 主要实验设备的设计和选择本节仅就化学工程实验最常见的几种主要设 备：反应器，精馏塔和动力设备等的设计和 选型原则作简要介绍。 一、反应器的选型与设计在选择反应器时，应根据实验目的，并考虑 化学反应的特点（如反应速度的快慢，反应 热效应的大小等）、传热、传质、转化率与 反应选择性以及以后反应器的放大等问题。 实验室常用的反应器主要有以下几类：4第一章 化学工程专业试验预备知 识1、固定床反应器。包括等温或绝热式积分反 应器、等温微分反应器、无梯度（循环微分 反应器）与脉冲式微型催化反应器等。 2、流化床反应器。流化床反应器也是一种很 重要的气固反应器。在反应器中，固体或催 化剂颗粒被气体吹起，呈悬浮状态，剧烈地 运动，由於气固两相的接触较好，传热，传 质效果都远优于固定床。流化床反应器的主体尺寸主要包括：流 化床直径，扩大段直径，浓相流化床高度， 分离段高度和扩大段高度。其中浓相流化段 是气固两相进行化学反应的主要场所。 5第一章 化学工程专业试验预备知 识3、釜式反应器。釜式反应器一般用于液相反 应，液-液，气-液和气-液-固等相际间的反应 。釜式反应器最主要的特点是可以通过搅拌 来促进传热和传质过程，其采用搅拌器或采 用由泵和反应器组成的循环系统来实现。实 验室常用的釜式反应器多由带搅拌器的三颈 玻璃烧瓶或不锈钢制成的圆筒形设备，釜式 反应器按其操作方式可以分为间歇操作，连 续操作和半连续操作搅拌反应器三种。 6第一章 化学工程专业试验预备知 识实验时，如何选用反应器？主要取决于所研 究的物系和研究 的目的。釜式反应器械几乎 是液相反应专用的反应器；固定床催化反应 器和流化床反应器主要用于气固反应。对于 复杂反应系统，可以使用不止一种型式的反 应器。例如，积分反应器便于考察有阻抑作 用和副反应时的综合效应，在其后装置一个 无梯度反应器或微分反应器，有利于准确测 定高转化率下或接近实际情况下的反应速率 。 7第一章 化学工程专业试验预备知 识二、精馏塔 精馏在生产，实验和科学研究中均占有着很 重要的位置。无论是原料的制备或产物的精 制分离，都需要精馏。化学工程需要探讨精 馏过程的规律，以指导精馏生产中的工程问 题。 三、动力设备的选择 化学工程实验大都需要一定的动力设备，如 真空泵、计量泵、离心泵、鼓风机、压缩机 等。选择时，要求这些设备能够连续运转， 安全可靠，并且，价格低廉，有故障时易排 除。 8第一章 化学工程专业试验预备知 识第四节 工艺管线和仪表的设计及选择工艺管线的设计一要考虑过程的工艺条件和 过程介质的物性，二要按各个装置的特点进 行设计。管线的设计包括：管道、各种管件 、阀门以及构成整个管线系统的其它部件； 正确地设计和选择装置的管线以及相应的仪 表是保证装置合理的一个重要组成部分。 阀门的选择，应根据流体的特性、操作压力 、介质温度和操作的要求（如启闭或调节） 而进行，并要求经济耐用。 9第一章 化学工程专业试验预备知 识第五节 化学工程实验流程的组织 第六节 实验流程的安装和调试实验流程的安装，一般应包括设备、管道、阀门和 仪器、仪表等方面。由于化学工程实验的种类多， 所用设备、仪器、仪表种类繁多，操作条件要求较 高（如高温、高压、真空、低温等），被输送的物 料性质复杂（如易燃、易爆、有毒和腐蚀等），所 以对其设备、管道和仪表的安装布置必须针对具体 过程特点，根据工艺流程要求，结合实验场地来综 合考虑。在安装布置时，一般应遵循以下原则：在 满足工艺要求的前提下，应经济合理，节省材料， 安全，操作维修方便，排列紧凑、整齐、美观。 10第一章 化学工程专业试验预备知 识一、设备的安装和布置化学工程实验装置的布置应根据实验流程的 特点，设备的多少、大小及实验场地情况来 综合考虑。设备安装和布置的一般原则：1、设备的布置必须按工艺流程顺序进行。2、考虑设备的水平布置时，应该使设备间的 管线尽可能短，管线和物料的输送应尽量避 免交错。3、考虑设备在立面上的布置时，应在满足工 艺条件的前提下，尽量利用操作条件的差别 （如操作压力的高低，温度的大小等）和设 备相互位置的差异（位差），有利于流体的 输送。11第一章 化学工程专业试验预备知 识4、设备要安排整齐，紧凑，避免过挤或过松 。5、对于运转时能产生振动和有噪音的设备， 如空压机、离心机、真空泵等，尽可能安装 在地面上，最好将其放在紧靠流程分开的机 房内。6、在设备上安装测量仪表和取样时，测量点 和取样点一定要有代表性，并要求测量准确 ，反应灵敏，便于观察和取样。7、设备安装完成，应根据工艺要求进行单个 设备的气密性或耐压强度实验。12第一章 化学工程专业试验预备知 识二、管道和仪表的安装和布置。一般管道、仪表的安装和布置，应注意以下事项： 1、小型试验装置的管道布置，基本上都是明线安装 ，其适合于输送任何介质。 2、对于流程中的重要设备（如反应器、塔设备、泵 等），应根据管口方位来排管，管子的排列一定要 根据各设备的特性，满足工艺要求。 3、实验室实验装置，一般设备较小，排列紧凑，所 以管路可以采用架空连接。 4、输送易燃易爆和有腐蚀性介质的管路应设有安全 装置，与其它介质管路隔开，保持一定的间距。 5、如果用玻璃输送腐蚀性介质，可以在管外用聚氯 乙烯薄膜包扎，以免玻璃管破裂时液体溅出，发生 事故。 6、凡需保温的管道，应在气密性检验之后才能进行 保温。 13第一章 化学工程专业试验预备知 识三、实验流程的调试当整个流程设备、管道、仪器仪表安装完毕之后， 应根据工艺要求进行气密性和强度试验。进行气密 性试验的方法是采用负压法或正压法进行，可以采 取分段检查或整个系统检查，或采取两者相结合的 方法进行检验。当全流程未发现泄漏后，有时实验 装置还需要在操作条件所要求的热负荷下进行气密 性检验。最后，进行试运转，其目的是检查所有阀 门是否灵活，各种仪器仪表工作是否正常，指示数 值是否灵敏，稳定。也可检查一些管道安装是否合 理。 当一个流程安装、调试、试运转正常后，就可以进 行正式实验。 14第一章 化学工程专业试验预备知 识15第一章 化学工程专业试验预备知 识