第一章 化学工程专业试验预备知
识
1
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
2
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,
第一章 化学工程专业试验预备知
识
3
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
4
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,
第一章 化学工程专业试验预备知
识
5
? 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。
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6
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
7
? 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。
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8
? 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。
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9
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。
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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。
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? 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。
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? 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。
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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。
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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。
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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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
2
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,
第一章 化学工程专业试验预备知
识
3
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
4
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,
第一章 化学工程专业试验预备知
识
5
? 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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
6
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
7
? 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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
8
? 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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
9
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
10
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
11
? 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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
12
? 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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
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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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
14
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。
第一章 化学工程专业试验预备知
识
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