1.1　化工原理实验的目的及要求

1.1.1　化工原理实验的目的

（1）巩固和深化理论知识

在学习化工基础课程的基础上，进一步理解一些比较典型的已被或将被广泛应用的化工过程与设备的原理和操作，巩固和深化化工基础的理论知识。

（2）提供一个理论联系实际的机会

用所学的化工基础等化学化工的理论知识去解决实验中遇到的各种实际问题，同时学习在化工领域内如何通过实验获得新的知识和信息。

（3）培养学生从事科学实验的能力

实验能力主要包括：

①为了完成一定的研究课题，设计实验方案的能力；

②进行实验，观察和分析实验现象的能力和解决实验问题的能力；

③正确选择和使用测量仪表的能力；

④提高计算与分析问题的能力，运用计算机及软件处理实验数据，以数学方式或图标科学地表达实验结果，并进行必要的分析讨论，编写完整的实验报告；

⑤运用文字表达技术报告的能力等。

学生只有通过一定数量的实验训练，才能掌握各种实验技能，为将来从事科学研究和解决工程实际问题打下坚实基础。

（4）培养科学的思维方法、严谨的科学态度和良好的科学作风，提高自身素质水平。

1.1.2　化工原理实验的要求

为了能达到较好的实验效果，要求实验前必须做到以下几个环节。

（1）课前预习

①认真阅读实验教材，掌握实验项目要求、实验原理、实验步骤及所需测量的参数。熟悉实验所用测量仪表的使用方法，掌握其操作规程和安全注意事项。

②到实验室现场熟悉实验设备和流程，摸清测试点和控制点位置。确定操作程序、所测参数项目、所测参数单位及所测数据点如何分布等。

③具有CAI——计算机辅助教学设备的，可让学生进行计算机仿真练习。通过计算机仿真练习，熟悉各个实验的操作步骤和注意事项，以增强实验效果。

④在预习和计算机仿真练习基础上，写出实验预习报告。预习报告内容包括实验目的、原理、流程、操作步骤、注意事项等。准备好原始数据记录表格，并标明各参数的单位。

⑤特别要注意使用设备或实验操作中可能会产生的危险，以保证实验过程中人身和设备安全。不预习实验者不准做实验。预习报告经指导教师检查通过后方可进行实验。

（2）实验操作环节　一般以3～4人为一小组合作进行实验，实验前必须做好组织工作，做到既分工、又合作。每个组员要各负其责，并且要在适当的时候进行轮换工作，这样既能保证质量，又能获得全面的训练。实验操作注意事项如下。

①实验设备的启动操作，应按教材说明的程序逐项进行，设备启动前必须检查。

a.对泵、风机、压缩机、真空泵等设备，启动前先用手扳动联轴节，看能否正常转动。

b.设备、管道上各个阀门的开、闭状态是否合乎流程要求。

上述皆为正常时，才能合上电闸，使设备运转。

②操作过程中设备及仪表有异常情况时，应立即按停车步骤停车并报告指导教师，对问题的处理应了解其全过程，这是分析问题和处理问题的极好机会。

③操作过程中应随时观察仪表指示值的变动，确保操作过程在稳定条件下进行。出现不符合规律的现象时应注意观察研究，分析其原因，不要轻易放过。

④停车前应先将有关气源、水源、电源关闭，然后切断电机电源，并将各阀门恢复至实验前所处的位置（开或关）。

（3）测定、记录和数据处理

①确定要测定的数据　凡是与实验结果有关或在整理数据时必须用到的参数都应测定。原始数据记录表的设计应在实验前完成。原始数据应包括工作介质性质、操作条件、设备几何尺寸及大气条件等。并不是所有数据都要直接测定，凡是可以根据某一参数推导出或根据某一参数由手册查出的数据，就不必直接测定。例如水的黏度、密度等物理性质，一般只要测出水温后即可查出，因此不必直接测定水的黏度、密度，而应该改测水的温度。

②实验数据的分割　实验时要测的数据尽管有多个，但常选择其中一个数据作为自变量来控制，而把其他受其影响或控制的随之而变的数据作为因变量，如离心泵特性曲线就将流量作为自变量，而将其他同流量有关的扬程、轴功率、效率等作为因变量。实验结果又往往要将这些所测的数据标绘在各种坐标系上，为了使所测数据在坐标系上得到分布均匀的曲线，这里就涉及实验数据均匀分割的问题。化工原理实验最常用的有两种坐标系；直角坐标系和双对数坐标系，坐标系不同所采用的分割方法也不同。其分割值x与实验预定的测定次数n以及其最大、最小的控制量xmax、xmin之间的关系如下：

a.对于直角坐标系

b.对于双对数坐标系

③读数与记录

a.待设备各部分运转正常，操作稳定后才能读取数据。如何判断是否已达稳定，一般要经两次测定，其读数应相同或十分相近。当变更操作条件后，各项参数达到稳定需要一定的时间，因此也要待其稳定后方可读数，否则易造成实验结果无规律甚至反常。

b.同一操作条件下，不同数据最好是数人同时读取，若操作者同时兼读几个数据时，应尽可能动作敏捷。

c.每次读数都应与其他有关数据及前一点数据对照，看看相互关系是否合理，如不合理应查找原因，是现象反常还是读错了数据，并要在记录上注明。

d.所记录的数据应是直接读取的原始数值，不要经过运算后记录，例如秒表读数1分23秒，应记为1'23″，不要记为83″。

e.读取数据必须充分利用仪表的精度，读至仪表最小分度以下一位数，这个数应为估计值。如水银温度计最小分度为0.1℃，若水银柱恰指22.4℃时，应记为22.40℃。注意过多取估计值的位数是毫无意义的。

有些参数在读数过程中波动较大，读取时，首先要设法减小其波动。在波动不能完全消除的情况下，可取波动的最高点与最低点两个数据，然后取平均值。在波动不很大时，可取一次波动的高低点之间的中间值作为估计值。

f.不要凭主观臆测修改记录数据，也不要随意舍弃数据，对可疑数据，除有明显原因，如读错、误记等情况使数据不正常可以舍弃之外，一般应在数据处理时检查处理。

g.记录完毕要仔细检查一遍，有无漏记或记错之处，特别要注意仪表上的计量单位。实验完毕，须将原始数据记录表格交指导教师检查并签字，认为准确无误后方可结束实验。

④数据的整理及处理

a.原始记录只可进行整理，绝不可以随便修改。经判断确实为过失误差造成的不正确数据须注明后可以剔除不计入结果。

b.采用列表法整理数据清晰明了、便于比较，一张正式实验报告一般要有四种表格：原始数据记录表、中间运算表、综合结果表和结果误差分析表。中间运算表之后应附有计算示例，以说明各项之间的关系。

c.运算中尽可能利用常数归纳法，以避免重复计算，减少计算错误。例如，流体阻力实验，计算Re和λ值，可按以下方法进行。

例如，Re的计算

其中d、μ、ρ在水温不变或变化甚小时可视为常数，合并为，故有

Re=Au

A的值确定后，改变u值可算出Re值。

又例如，管内摩擦系数λ值的计算，由直管阻力计算公式

式中，常数。

实验中流体压降Δp，用U形压差计读数R测定，则Δp=gR（ρ0-ρ）=B″R

式中，常数B″=g（ρ0-ρ）。

将Δp代入上式整理为

式中，常数B为

仅有变量R和u，这样λ的计算非常方便。

d.实验结果及结论用列表法、图示法或回归分析法来说明都可以，但均需标明实验条件。列表法、图示法和回归分析法详见第3章实验数据处理。

（4）编写实验报告

实验报告根据各个实验要求按传统实验报告格式编写。实验报告应按规定时间上交，否则报告成绩要扣分；不交实验报告者不允许参加期末笔试。

1.1.3　实验报告的编写

实验报告是实验工作的全面总结和系统概括，是实践环节中不可缺少的一个重要组成部分。实验报告可以按传统实验报告格式。

以下介绍传统实验报告格式。

本课程实验报告的内容应包括以下几项。

①实验报告封面　实验名称，报告人姓名、班级及同组实验人姓名，实验地点，指导教师，实验日期，上述内容作为实验报告的封面。

②实验目的和内容　简明扼要地说明为什么要进行本实验，实验要解决什么问题。

③实验的理论依据（实验原理）　简要说明实验所依据的基本原理，包括实验涉及的主要概念，实验依据的重要定律、公式及据此推算的重要结果。要求准确、充分。

④实验装置流程示意图　简单地画出实验装置流程示意图和测试点、控制点的具体位置并注明主要设备、仪表的名称。标出设备、仪器仪表及调节阀等的标号，在流程图的下方写出图名及与标号相对应的设备、仪器等的名称。

⑤实验操作要点　根据实际操作程序划分为几个步骤，并在前面加上序数词，以使条理更为清晰。对于操作过程的说明应简单、明了。

⑥注意事项　对于容易引起设备或仪器仪表损坏、容易发生危险以及一些对实验结果影响比较大的操作，应在注意事项中注明，以引起注意。

⑦原始数据记录　记录实验过程中从测量仪表所读取的数值。读数方法要正确，记录数据要准确，要根据仪表的精度决定实验数据的有效数字的位数。

⑧数据处理　数据处理是实验报告的重点内容之一，要求将实验原始数据经过整理、计算、加工成表格或图的形式。表格要易于显示数据的变化规律及各参数的相关性；图要能直观地表达变量间的相互关系。

⑨数据处理计算过程举例　以某一组原始数据为例，把各项计算过程列出，以说明数据整理表中的结果是如何得到的。

⑩实验结果的分析与讨论　实验结果的分析与讨论是实验者理论水平的具体体现，也是对实验方法和结果进行的综合分析研究，是工程实验报告的重要内容之一，主要包括以下内容。

a.从理论上对实验所得结果进行分析和解释，说明其必然性；

b.对实验中的异常现象进行分析讨论，说明影响实验的主要因素；

c.分析误差的大小和原因，指出提高实验结果的途径；

d.将实验结果与前人和他人的结果对比，说明结果的异同，并解释这种异同；

e.本实验结果在生产实践中的价值和意义，推广和应用效果的预测等；

f.由实验结果提出进一步的研究方向或对实验方法及装置提出改进建议等。

实验结论　结论是根据实验结果所做出的最后判断，得出的结论要从实际出发，有理论依据。