圖文結(jié)合在化工原理教學中的應用

陳建福，蘇火煌，楊芝萍

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圖文結(jié)合在化工原理教學中的應用

陳建福，蘇火煌，楊芝萍

（漳州職業(yè)技術學院 食品與生物工程系，福建 漳州 363000）

化工原理是化工類及相關專業(yè)的一門重要基礎課程，對于培養(yǎng)學生的工程觀念、強化工程分析的能力具有重要的作用。根據(jù)化工原理課程的學科特點，在課程教學中對熱狀況參數(shù)q的求法及流體靜力學方程進行圖文結(jié)合的教學方法，希望能為化工原理課程的教學改革提供參考。

化工原理；進料熱狀況參數(shù)；圖文結(jié)合

1 引言

化工原理是漳州職業(yè)技術學院應用化工技術、高聚物生產(chǎn)技術、食品加工技術、生物技術、環(huán)境監(jiān)測與評價等專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)技術基礎課。課程內(nèi)容以工程應用為背景，以化工單元操作為主線，注重工程實際問題處理方法。它起著由理及工、從基礎到專業(yè)的橋梁作用，在培養(yǎng)學生工程觀念，培養(yǎng)獨立組織和完成實驗的能力及嚴肅認真的工作作風和實事求是的科學態(tài)度,發(fā)揮著重要的作用。目前怎樣結(jié)合專業(yè)特點整合化工原理教學內(nèi)容體系，改進教學方法和模式，調(diào)動學生學習興趣和積極性，使學生在有限學時內(nèi)牢固掌握該門課程的技術原理和方法并形成良好的工程觀念和素養(yǎng)，值得廣大教學工作者深刻思考[1-2]。

圖文結(jié)合是激發(fā)學生學習興趣和提高課堂教學效率的一種有效方法，本文利用圖文結(jié)合方法對精餾過程中進料熱狀況參數(shù)q及靜力學方程推導過程進行分析，為利用圖文結(jié)合的方法求解化工原理中相關問題的教學改革提供參考。

2 各種進料熱狀況下的q值的分析方法

2.1 q線方程的作用

在精餾塔的教學中，設備費用和操作費用的經(jīng)濟衡算主要考慮的是回流比的選擇，而沒考慮到進料熱狀況。不同的進料熱狀況，使進料板上升的蒸汽量及下降液體量發(fā)生變化，從而引起理論板層數(shù)的變化以及對塔底加熱蒸汽和塔頂冷凝水的需求量的變化，進料熱狀況直接影響著設備費用和操作費用[3]。

在實際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液有五種熱狀況：即溫度低于泡點的過冷液體、泡點溫度下的飽和液體、溫度介于泡點和露點間的氣液混合物、露點下的飽和蒸氣、溫度高于露點的過熱蒸氣。

2.2 文字解析分析法

2.2.1冷液體進料

2.2.2飽和液體進料

如圖1的B圖中，由于原料液的溫度與進料板上液體的溫度相近，因此原料全部進入提餾段，而兩段的上升蒸氣流量相等，即：

2.2.3氣、液混合物進料

2.2.4飽和蒸氣進料

如圖1的D圖中，進料成為的一部分，而兩段的液體流量則相等，即：

2.2.5過熱蒸氣進料

由以上分析可知，精餾塔中的兩段的氣、液摩爾流量間的關系受進料量及進料熱狀況的影響，通用的定量關系及進料熱狀況可通過進料板上的物料衡算和熱量衡算求得。然而對于高職教學，復雜的計算分析過程的推導，往往是不受學生歡迎的，圖文結(jié)合則能避開復雜的計算推導，激發(fā)學生學習的興趣。

2.2 作圖法熱狀況參數(shù)q的求法

圖2 物料混合物的t-x-y圖

從圖中分析可得：

冷液體進料：

由圖2中分析進料熱狀況q直接轉(zhuǎn)化為圖形中線段的比值，能較直觀地讀出其范圍，能較好幫助學生深刻理解熱狀況q及其范圍。與傳統(tǒng)的文字分析方法相比，圖文結(jié)合方法更直接明了，能使學生更深刻理解復雜的工藝分析過程所無法體現(xiàn)的簡捷。

3 流體靜力學方程的圖文解析方法

流體靜力學方程是指靜止流體在重力和壓力作用下的平衡規(guī)律，其中重力為恒量，變化的是壓力，故流體靜力學方程實際上是討論流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律。教材[4]中從流體的微元出發(fā)，討論了微元流體的靜力學平衡，其中涉及到的三元偏導數(shù)等高等數(shù)學問題，恰恰是高職學生的弱項。筆者在教學中發(fā)現(xiàn)若用圖文結(jié)合的方法，可避開導數(shù)的求解問題，使本知識點更加通俗，易懂。

解析1：在圖3中選取流體內(nèi)部任一微小單元作為研究對象，其橫截面積為A，則該微小單元表面受到向下的壓力1，下表面受到的向上的壓力為2，微小單元的重力為，單元受力平衡，則有：1+=2，2–1=說明流體的壓力與橫截面積A無關，若將這微元的上邊界移動到水平面相平，則2–1對于不可壓縮流體，此時在靜止流體內(nèi)部，深度為h的位置處的壓力為2–0=（0為大氣壓）。

解析2：同解析1一樣，取微元流體，此時這微元流體可想像為流體內(nèi)部的一隔離的物體。浮力指物體在流體（包括液體和氣體）中，上下表面所受的壓力差。根據(jù)阿基米德原理，漂浮于流體（液體或氣體）表面或浸沒于流體之中的物體的浮力等于排開水的重力，且此時的物體是處于平衡的，即有：s=浮=，2–1=2–0=，即為流體靜力學方程。

從q線方程的推導與流體靜力學方程的推導中，可以看出與傳統(tǒng)的文字分析方法相比，圖文結(jié)合方法更直接明了，推導過程中往往能避開復雜的數(shù)理推導，特別是圖形結(jié)合法往往能引入一些學生比較熟悉的知識，而使學生更深刻理解復雜的工藝分析過程所無法體現(xiàn)的簡捷。

圖3 微元流體的受力分析

4 結(jié)語

針對高職高專教育的培養(yǎng)目標，改進《化工原理》傳統(tǒng)教學方法是課程改革的必然要求，其實效直接影響了畢業(yè)生的職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)能力的高低，在當前高校教學改革日益精簡課時的背景下，必須結(jié)合專業(yè)特點進行教學改革，以適應新時期短學時化工原理教學的需要。作為從事化工原理教學的教師，將深入探索并不斷總結(jié)經(jīng)驗，以使化工原理的教學不斷適應新形勢發(fā)展的要求，培養(yǎng)適于社會需要的優(yōu)秀人才。

[1] 陳常貴,柴誠敬,姚玉英.化工原理(下冊)[M].天津:天津大學出版社,2004.

[2] 張浩勤,陸美娟.化工原理(下冊)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.

[3] 王維德,黃穎芬,晉正茂,等.進料熱狀況對精餾能耗影響[J].華僑大學學報:自然科學版,2008,29(2):260－262.

[4] 姚玉英,黃鳳廉,陳常貴.化工原理(上冊)[M].天津:天津大學出版社,2004.

（責任編輯：季平）

The application of Graphic Combination in Chemical Engineering Principles teaching

CHEN Jian-fu，SU Huo-huang，YANG Zhi-ping

（Department of Food and Biology Engineering，Zhangzhou Institute of technology, Zhangzhou 363000，China）

The principles of chemical engineering was an important technical class which is set up by chemical professions and similar professions. It played an important role in training the engineering idea and strengthening the engineering analysis abilities of students. Based on the disciplinary characteristics of chemical engineering principles, the method of graphic combination was used in the course of teaching thermal conditions parameter q and the hydrostatic equilibrium equation in teaching methods. The paper would be hoped to provide a reference for the educational reform of chemical engineering principle.

chemical engineering principles; feeding hot status parameters; graphic combination

2011－12－09

福建省教育廳B類科技計劃研究項目(JB11310)；漳州市科技計劃項目(Z2010003)；漳州職業(yè)技術院科研計劃資助項目(ZZY1111)。

陳建福（1982－），男，福建南安人，助教，在職博士，從事化學工程與技術的教學及科研工作。

G712

A

1673-1417（2012）01-0073-05