關(guān)于合理分配《精餾實(shí)訓(xùn)》教學(xué)內(nèi)容的探討

呂江平，孟 寧，李 薇

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060；2.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

化工教學(xué)

關(guān)于合理分配《精餾實(shí)訓(xùn)》教學(xué)內(nèi)容的探討

呂江平1，孟 寧1，李 薇2

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060；2.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油化學(xué)工程系，甘肅蘭州 730060）

精餾操作很重要，也很復(fù)雜，如果遵循由易到難的原則，合理劃分教學(xué)環(huán)節(jié)，將重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容恰當(dāng)分配，教學(xué)節(jié)奏適宜把握，公正地考核，能夠激發(fā)學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)效率，在一周內(nèi)掌握精餾操作，經(jīng)過驗(yàn)證是可以做到的。本文詳細(xì)介紹了：將《精餾實(shí)訓(xùn)》劃分為全回流和連續(xù)精餾兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，如何把繁多的教學(xué)內(nèi)容合理分配到各個(gè)環(huán)節(jié)，這樣分配有何意義；如何具體安排5 d的教學(xué)進(jìn)度以及如何客觀公正地考核。

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容；全回流；連續(xù)精餾；產(chǎn)品質(zhì)量得分；操作穩(wěn)定性得分

0 引 言

化工生產(chǎn)中精餾分離應(yīng)用廣泛，歷史悠久，技術(shù)成熟。目前，只要涉及到液態(tài)均相混合物的分離一般首選精餾方法，因此，作為化工類專業(yè)的學(xué)生必須掌握精餾操作。

蒸餾是根據(jù)各個(gè)組分揮發(fā)度的差異對混合液進(jìn)行分離的化工單元操作，為了徹底分離，需在塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行多次部分氣化和多次部分冷凝，即精餾［1］。精餾分離過程涉及熱量傳遞、物質(zhì)擴(kuò)散、氣液相平衡，理論知識(shí)比較抽象，掌握起來有一定難度。加之，精餾過程需要連續(xù)供熱與取熱，因此除了需要供氣、液傳質(zhì)傳熱的精餾塔外，還必須具備塔底再沸器、塔頂冷凝器、回流罐、產(chǎn)品罐、原料罐、進(jìn)料泵等輔助設(shè)備。相關(guān)設(shè)備多、流程復(fù)雜、操作步驟多，影響因素多，理論抽象是精餾的特點(diǎn)，與其它化工單元操作相比，其操作難度最大。盡管裝置相同，操作相似，由于對待外界干擾的反應(yīng)快慢不同，采取的措施不盡相同，結(jié)果也就不同，產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量、能量消耗差異較大。全國職業(yè)院?；た偪毓ご筚惖囊豁?xiàng)主要比賽項(xiàng)目就是利用精餾的方法對乙醇水溶液進(jìn)行分離，每屆都有全國各地遴選出的幾十支優(yōu)秀隊(duì)伍參加角逐，縱觀幾屆的比賽，其它兩項(xiàng)得分接近，水平相當(dāng)，唯獨(dú)精餾操作成績往往差距較大，決定了比賽的最終排名，難怪選手慨嘆“成也精餾，敗也精餾”。說明精餾操作靈活性強(qiáng)、自由度大，值得深究的東西多，可用途又那么廣，所以化工類院校（尤其是化工類職業(yè)院校）非常重視精餾實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

如何才能較好地掌握精餾操作？我們認(rèn)為，首先，要講清楚精餾過程的基本理論知識(shí)、精餾塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使學(xué)生對精餾有必要的理解（越深入越好）；其次，對精餾實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行分解，將重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容合理分配到不同環(huán)節(jié)，然后分步實(shí)施，通過完成一個(gè)個(gè)具體的任務(wù)逐個(gè)消化所有知識(shí)點(diǎn)，最終達(dá)到完全掌握的目的。

2 《精餾實(shí)訓(xùn)》教學(xué)

2.1 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

依據(jù)我院制定的化工類專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，《精餾實(shí)訓(xùn)》需主要完成以下任務(wù)并進(jìn)行考核：

（1）深化理解精餾原理；

（2）了解篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)、精餾裝置流程、掌握相關(guān)儀表、儀器的使用；

（3）掌握精餾裝置操作步驟，包括全回流及連續(xù)精餾的正常開、停車步驟；

（4）識(shí)別精餾塔不正常操作狀況，如漏液、液沫夾帶、液泛等現(xiàn)象的判斷以及消除；

（5）優(yōu)化操作，通過合理調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，克服干擾因素，在能耗較低的情況下得到合格的產(chǎn)品，并使產(chǎn)量最高。

2.2 《精餾實(shí)訓(xùn)》裝置

我院使用的精餾裝置是華東理工大學(xué)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，經(jīng)我系孟寧老師改造的篩板塔精餾裝置。見圖1。

裝置主要包括：塔體、塔釜、冷凝器、回流罐、原料罐、產(chǎn)品罐、進(jìn)料泵等。塔釜容積為5 000 mL，內(nèi)置2根功率均為1.1 k W的電加熱棒；塔體為篩板塔，內(nèi)徑50 mm，板間距100 mm，共有15塊錯(cuò)流塔板，兩個(gè)進(jìn)料口，由下向上數(shù)分別位于第3塊和第5塊塔板上方。原料：常溫15%～17%（V）乙醇水溶液

操作條件：常壓

物料組成使用酒精濃度計(jì)測定

圖1 篩板塔精餾裝置

2.3 教學(xué)內(nèi)容分配與實(shí)施

2.3.1 教學(xué)內(nèi)容分配的總體思路

首先，向?qū)W生介紹蒸餾原理、精餾原理、篩板式精餾塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精餾操作必要條件、氣液體流通路徑等基本理論知識(shí)，使學(xué)生對精餾有一定程度的理解，知道自己要“干什么”；其次，按照化工廠精餾操作開工時(shí)先進(jìn)行全回流操作，正常后進(jìn)行連續(xù)精餾操作的實(shí)際情況，我們也將《精餾實(shí)訓(xùn)》劃分為全回流和連續(xù)精餾操作兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。這樣設(shè)置好處較多。

全回流操作精餾塔既不進(jìn)料也不出產(chǎn)品，與上下游設(shè)備隔絕，處于獨(dú)立狀態(tài)，受外界干擾最少，容易調(diào)節(jié)，但它包含了精餾操作的基本內(nèi)容，如塔頂、塔底均有回流，每層塔板都要進(jìn)行氣液傳質(zhì)、傳熱，整個(gè)塔體溫度、濃度分布合理，否則操作無法穩(wěn)定進(jìn)行。通過全回流操作，學(xué)生不僅能夠與精餾原理聯(lián)系起來，而且可以理解熱量平衡對精餾塔操作的影響，這一點(diǎn)對連續(xù)精餾尤為重要。全回流是精餾塔最基本的操作，也是連續(xù)精餾操作的基礎(chǔ)，必須熟練掌握。相對來說，全回流操作容易掌握，但光會(huì)還不行，必須熟練。教學(xué)中可頻繁改變回流量大小，一次次打破精餾塔已建立的平衡，要求學(xué)生相應(yīng)調(diào)節(jié)，盡快使塔恢復(fù)平衡，通過多次練習(xí)達(dá)到熟能生巧的程度。另外，還可設(shè)置一些事故，如漏液、液泛等，組織學(xué)生討論、分析，找出原因，進(jìn)行處理。在緊張有序的氛圍中學(xué)會(huì)“識(shí)別精餾塔不正常操作狀況”，“掌握相關(guān)儀表、儀器的使用”，理解熱量平衡對精餾操作的影響。從而完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)中（2）、（4）及（3）的一部分內(nèi)容。

連續(xù)精餾操作要求原料不停地進(jìn)，產(chǎn)品不斷地出，回流液還必須始終保持，此時(shí)精餾塔與上下游設(shè)備聯(lián)通，干擾因素比全回流多，操作難度也大。進(jìn)料的流量、組成、溫度、熱狀態(tài)，產(chǎn)品流量，冷卻介質(zhì)流量、進(jìn)口溫度，塔釜加熱功率大小、液位高低等都會(huì)影響精餾塔的狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)塔壓、塔頂溫度、塔釜溫度、各層塔板溫度等參數(shù)波動(dòng)，往往幾種現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生，干擾因素交替作用，到底哪個(gè)是主要原因，應(yīng)采取什么措施，就得認(rèn)真分析，仔細(xì)判斷，通過調(diào)節(jié)－驗(yàn)證－再調(diào)節(jié)－再驗(yàn)證……多次反復(fù)，不斷總結(jié)，方能逐漸對連續(xù)精餾操作有較深入的認(rèn)識(shí)。這部分是《精餾實(shí)訓(xùn)》的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，將其放在連續(xù)精餾階段消化。為了幫助學(xué)生克服畏懼心理，可先降低要求，首先保證塔頂餾出液純度達(dá)標(biāo)，再逐漸加碼，要求“優(yōu)化操作”，對產(chǎn)品數(shù)量、能量消耗提出更高的要求。同樣，為了營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，可采取勞動(dòng)競賽、交流發(fā)言等形式激發(fā)學(xué)生的積極性，從而提高學(xué)習(xí)效果。

2.3.2 教學(xué)內(nèi)容具體的分配與實(shí)施

2.3.2.1 教學(xué)進(jìn)度

我院化工類專業(yè)學(xué)生一般安排一周（5×5學(xué)時(shí)）的《精餾實(shí)訓(xùn)》，針對這些學(xué)生我們制定了如下的具體安排：見表1。

表1 《精餾實(shí)訓(xùn)》進(jìn)度表

2.3.2.2 實(shí)訓(xùn)考核

一般2～3人為一組，規(guī)定在90 min內(nèi)，完成連續(xù)精餾的全過程操作（包括正常開停車、工藝調(diào)節(jié)），還要生產(chǎn)出純度合格（體積百分含量≥90%），數(shù)量盡量多的產(chǎn)品，超時(shí)扣分。操作成績由產(chǎn)品質(zhì)量得分、操作穩(wěn)定性得分和操作規(guī)范得分三項(xiàng)構(gòu)成。產(chǎn)品質(zhì)量得分，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量及數(shù)量確定，即將所得塔頂產(chǎn)品換算為20℃無水乙醇，數(shù)量越多，分?jǐn)?shù)越高。操作穩(wěn)定性得分，由操作的平穩(wěn)程度決定，當(dāng)塔頂一有餾出液采出，立即收集、檢測第一批產(chǎn)品，15 min后再收集、檢測一批產(chǎn)品，根據(jù)兩批產(chǎn)品組成差異大小給出操作穩(wěn)定性得分，差距越小得分越高，組成偏差超過3%，穩(wěn)定性得分為0分。產(chǎn)品質(zhì)量得分占70%、操作穩(wěn)定性得分占20%，另外10%由操作步驟規(guī)范與否確定。為了做到客觀公正，操作考試成績當(dāng)場公布。該成績占實(shí)訓(xùn)成績的60%，另外，實(shí)訓(xùn)報(bào)告占20%，出勤及課堂表現(xiàn)占20%，三項(xiàng)綜合作為最終實(shí)訓(xùn)成績。

3 結(jié)束語

由于精餾操作難度較大，開課之初及時(shí)告知學(xué)生該項(xiàng)目的難度及考核方式，以引起重視，讓學(xué)生懂得“要過關(guān)必須學(xué)習(xí)”；對教學(xué)內(nèi)容合理安排，實(shí)際操作由易到難，循序漸進(jìn)，保證只要努力就能掌握，讓學(xué)生“充滿信心地學(xué)習(xí)”；考核客觀公正，練習(xí)過程采用各種激勵(lì)手段，營造良好氛圍，激發(fā)學(xué)生“自覺地學(xué)習(xí)”。

由于措施得力，自2012年3月以來，我們按此方法培訓(xùn)了20個(gè)班級約1 000位學(xué)生，95%的同學(xué)都能夠順利過關(guān)，成績在90分以上者可達(dá)10%左右。學(xué)生普遍反映較好，認(rèn)為一邊講理論一邊做練習(xí)，理論與實(shí)際緊密結(jié)合，有利于深化理解抽象的理論，能夠掌握大部分知識(shí)點(diǎn)，能夠提高自己的動(dòng)手能力，分析問題、解決問題的能力，還能增強(qiáng)學(xué)習(xí)的信心。

精餾影響因素多，并且相互關(guān)聯(lián)，往往一個(gè)因素的變化會(huì)牽扯其它多個(gè)因素發(fā)生變動(dòng)，造成精餾操作很復(fù)雜，然而教材或相關(guān)資料中為了簡明扼要地說明問題，在討論某一因素的變化時(shí)，常常固定其它因素進(jìn)行分析（即物理學(xué)中經(jīng)常采用的控制變量法），這對實(shí)際操作有指導(dǎo)意義，但不全面，與實(shí)際情況不完全符合［2］。也就是說，精餾操作中遇到的實(shí)際問題往往找不到完全現(xiàn)成的答案，這給精餾操作工人帶來了難度，對于學(xué)習(xí)精餾操作的學(xué)生、講授《精餾實(shí)訓(xùn)》的老師都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因此，要真正掌握精餾操作，作為學(xué)生應(yīng)多動(dòng)手，勤動(dòng)腦；作為指導(dǎo)老師，要細(xì)化操作過程，合理安排進(jìn)度，講清關(guān)鍵環(huán)節(jié)的操作，除此之外，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)，樹立精餾操作無止境的觀念，激勵(lì)他們不斷探究。關(guān)于《精餾實(shí)訓(xùn)》教學(xué)仍有很大的發(fā)展空間，教師也要從嚴(yán)要求自己，不斷探索，找到更合理、更有效的教學(xué)方法。

［1］姚玉英.化工原理（下）［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1999：2－14.

［2］張競，李潤堂，康發(fā)仁，等.精餾操作知識(shí)問答［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1980：2，118.

Discussion on The Rational Allocation of《Rectification Practical Training》Teaching Content

Lv Jiang-ping1,Meng Ning1,Li Wei2
（1.Department of Application Chemical Engineering，Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology，Lanzhou，Gansu 730060 China；2.Department of Petrochemistry Engineering，Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology，Lanzhou，Gansu 730060 China）

Distillation operation is very important and complicated.However，according to the principle of step by step，reasonably divided teaching process，appropriate allocated the key，difficult content，with suitable teaching rhythm and fair assess，students'enthusiasm can be stimulated and learning efficiency should be Improved.Thus，master distillation operations can be done within a week and it is provened.《Rectification Practical Training》is divided into two full reflux and continuous distillation teaching parts.In this case，how the complex teaching content reasonably assigned to each session and what the significance of such allocation is and how arrange for a five－day teaching schedule specificly and how objectively and fairly assess is described in detail in this paper.

practical training content；total reflux；continuous distillation；product quality；operational stability score

G420

A

1003-6490（2015）04-0041-04

2013年蘭州石化學(xué)院教育改革研究項(xiàng)目（JY2013－31）

2015－08－15

呂江平（19－），男，甘肅蘭州人，講師，主要從事化工教學(xué)工作。Email：Lvjp1010＠126.com