化工原理教学随笔之四:离心泵

▲离心泵是作为流体力学应用的一个实例而安排的,因此,在讲解及选择推导方法时,应尽可能与流体流动章保持一致,不宜另起炉灶、另搞一套。 ▲管路特性曲线,反映了管路对输送机械的要求。讲授流体输送,应从此处着手。 ▲为了启发与诱导学生的思维能力和创造能力,就要从几类不同结构的泵的作用原理比较中,让学生体察到如何依据一定的物理原理、发展有效的过程、调用可靠的机械手段、以达到一定的工程目的,从而避免给学生的枯燥、烦琐的知识灌输的错觉。     

化工原理教学随笔之九:精馏

精馏原理的基本问题,一是挥发度差异的度量即相平衡问题;二是如何使都具有挥发性的两个组份得到高纯度的分离,也即回流的作用问题。 考虑到溶液的非理想性,故用挥发度的差异来表征精馏过程的难易;一个组份的挥发度,表示该组份在体系平衡时的气液两相组成灼关系,而相对挥发度则表示两组份在该体系中挥发度的比值。 为达到精馏过程的高纯度分离目的,必须调用回流这一工程手段。将部分塔顶产品作为液相回流,使之与上升的蒸汽逆流接触;将部分塔底产品汽化后作为汽相回流,使之与下降液相接触,以获得高纯度产品。这样,过程的工程特征主要是传质而非传热。 精馏过程的数学描述,有各种不同方法。梯级法后于矩阵法。电子计算机的应用,使矩阵法重新得到使用,等摩尔流假定亦不再是必要的。讲授中应以矩阵法为主,但又不能排斥梯级法。梯级法便于思考分析问题,而矩阵法用于解决问题。     

化工原理教学随笔之十三:固体干燥

固体物料的对流干燥也是一种热、质同时传递的过程,但由于涉及水份在固体内部的传递,问题变得更为复杂; 由于水份与固体物料之间存在各种物理的或化学的作用力,从而使水份在气固之间的平衡关系不同于气、水系统的相平衡关系; 从工程应用上看,空气、水系统的焓—湿图比湿—温图更为方便; 固体干燥过程是一种热耗极大的单元操作,因此,设法提高热量利用率有着十分重要的意义; 由于水份在固体内部的传递规律难以搞清,固体干燥过程的数学描述尚不完善,干燥设备的计算主要是根据实验结果或按照经验处理。     

化工原理教学随笔之十一:液液萃取

液液萃取章的讲授,应尽可能地环绕与吸收过程的异同而展开,强调其与吸收过程相似之处,可加深学生对传质分离过程一般原理的掌握;强调其与吸收过程之不同点,可使学生深刻理解萃取过程的特殊性。 萃取过程涉及的是液液系统,故萃取流程可是单级与多级逆流、也可组织多级错流、回流萃取等,以处理多组份系统。 萃取过程的数学描述与吸收过程在本质上是相仿的,只是在多级模型中应引入平衡级的假设;唯一的差别是,萃取过程的各组分具有相互溶解度,不存在“惰性”组份,因此,萃取过程的操作线和平衡线在一般情况下为曲线。 萃取过程处理的是液液系统,而吸收过程处理的是气液系统,因而萃取设备与吸收设备差异极大;况且,苯取过程还存在返混以及液滴的分散、合并、再分散问题,影响到设备的选型与结构。     

化工原理教学随笔之八:气体的吸收

作为一个分离方法,吸收分离过程应当包括“吸收-解吸’这样一个完整的过程。从分离观点看,吸收过程只是将待分离的气体混合物转换为待分离的液相混合物;这一过程的成功与否,取决于转换而得的液相混合物是否易于分离; 吸收分离过程的基本原理是基于物理化学中阐述详尽的气-液相平衡的原理;在应用该基本原理于吸收分离过程时,要注意单位问题、吸收过程的极限和过程的推动力以及解吸条件等问题; 吸收分离过程的实质是以吸收剂作为工作介质的,吸收剂的选择是工业吸收分离过程的经济性的核心; 吸收分离过程速率的控制步骤是质量的传递。必须强调指出的是,既要考虑微元表面的速率因素,又要考虑总体上的速率因素,亦即返混对过程的影响。在化工原理课程教学中一直没有涉及返混这一客观因素的影响,这是一种不应有的滞后。     

化工原理教学随笔之五:液体的搅拌

搅拌这一章的核心,在于从过程的定性分析着手,揭露混和过程的实质,导出搅拌装置的选择和放大的若干指导原则。 混和是由破碎和输送两个过程组成的。破碎依靠的是小尺度的湍动;输送则要依靠大尺度的环流。因此,要使破碎的动力——旋涡的尺寸愈小,液滴才能破碎得愈小。 搅拌装置应具备的功能,一是一定的输送量,另一是人工诱发的湍动。搅拌装置的这种功能要求,决定了搅拌装置的结构和选择原则。     

化工原理教学随笔之一:综述

陈敏恒教授孜孜不倦致力于化工原理课程的改革与建设,更新了教学内容,改变了教学方法,重视了学生的能力培养和学习积极性的调动,课堂讲授从120学时缩减为60学时,教学效果较为显著。他多次主持教改试点班,反响强烈。试点班学生参加学校组织的课程竞赛,取得了囊括一、二、三、五、六名的好成绩。广大读者多次要求本刊将他在1983年受教育部和化工部委托举办的全国化工原理教师研究讨论班上的讲稿录音整理发表。陈敏恒教授接受本刊编辑部要求,答应认真“试一试”,重新撰写…… 教学内容如何围绕“发展、选择、设计、操作”四个方面进行精选与剪裁;教学过程如何采用“过程分析、过程的数学描述和实例分析”的程式以体现定性——定量——应用这样三个层次;学生的学习,如何采用“自学——听课——复习”的方式,这些就是第一部分的综述将向读者展示的内容,不知能否满足读者的要求,我们等待着信息反馈。     

化工原理教学随笔之二:流体流动

化工原理课程涉及的物料绝大部分是流体;涉及的过程绝大部分是在流动条件下进行的。开设流体力学以作为化工原理先修课,是十分必要的。 流动的宏观规律的讲解,着眼于用已有的固体质点力学的认识去研究新的流体力学领域,从新领域的特殊性中领悟、树立新的观点和概念,使学生体察科学继承与发展的关系。 考察方法的变化,是流体流动与固体质点运动之间差异的必然反映。 伯努利方程的推导,重点不在于纯数学的处理,而应有助于学生体察工程观点与常用的工程处理方法。 通过层流和湍流时所采用的两种不同研究方法,阐明方法论的原则,是能力培养的一个重要方面。 湍流有湍流强度和湍流尺度两个特征值,给学生以“尺度”的概念,是很有用的。     

化工原理传热教学的新探索

换热器出口温度的计算是个复杂过程。Excel软件是一个高效的计算软件。文章对利用Excel软件进行换热器出口温度的计算进行了探讨。这种方法快速、简便和可靠。结果表明,在化工原理学习中利用Excel软件可以有效提高学生处理数据的能力。     

化工原理教学随笔之十二:热质同时传递的过程

热、质同时传递的过程在实践中有着广泛的应用,讲授热质同时传递过程可将已经学过的传热过程和传质过程综合起来,使学生融会贯通; 当传热与传质两类过程同时存在并出现交联时,会出现新的现象,传递方向可能发生逆转; 单一传递过程的极限是平衡状态,因之也是唯一的,不因设备类型而异;传热与传质过程同时进行时的过程极限不是平衡状态,因而也不是唯一的,可因设备类型的不同而异; 热、质同时传递的过程其在过程的数学描述方面并无特殊之处,只是两类过程方程的联立求解而已。     

化工原理教学随笔之六:流体通过颗粒层的流动

流体通过颗粒层的流动,其流体通道是不均匀的纵横交错的网状通道,无法沿用严格的流体力学方法处理,要通过研究过程的特殊性,寻找简化的途径。 紧紧抓住极慢流动这一特殊性,设想此时流动的阻力主要来自表面摩擦,与通道的形状关系甚小,据此就可对流动过程作出大幅度的简化,并用非球形颗粒的当量直径、非均匀颗粒的平均直径、通道的当量直径和当量长度等参数,把复杂的不均匀的网状通道简化为由许多平行排列的均匀细管组成的管束通道。 “当量”的概念在工程上经常应用。讲授中要讲清“当量”的特定含义:一个复杂事物不可能用另一个简单事物予以全面替代,而只能在某一个侧面上达到来种等价。这就是对非球形颗粒的特征参数为什么不是一个、三个或四个,而只能是两个的道理。     

化工原理教学随笔之十:气液传质设备—板式塔

气液传质设备的讲授宜从设计目标,即从需要出发,主要的技术目标是:通量——处理能力、允许线速;效率——单位压降的板效率;适应能力——操作弹性。 气液传质设备的设计原则,应从过程的规律出发,并遵循两条基本原则:“一是良好的气液接触的提供最大的传质系数与传质面积;二是具有最大限度的逆流,以提供最大的实际推动力。 考虑气液传质设备的工程因素,应从过程分析出发。有影响气液接触的工程因素,也有影响逆流流向的工程因素。不同的板效率表达式反映了所包含的工程因素的不同。 板式塔中各种不同的板结构,无非是利用结构手段有选择地调动有利的工程因素,抑制不利的工程因素,以达到一定的目标。     

化工原理传热教学中的一点体会

本通过两道例题，说明了圆筒壁内的温度分布曲线和逆流换热器中冷、热流体沿传热面的温度分布曲线的正确画法，所用的方法并不是数学上的定量计算，而是运用传热基本方程武进行定性分析，由此加深学生对传热基本规律的理解。     

化工原理实验传热单元启发式教学实践

在化工原理实验教学实践中,学生自学传热单元内容,在学生讨论的过程中,老师启发学生通过观察分析比较,区分有关因素和物管因素,迅速抓住问题的本质,发现和提出自己要研究的问题,并对问题提出初步假设和猜想,老师适时引导学生紧紧围绕这些猜想和假设,积极寻找设计,验证猜想和假设从而完成实验。     

化工原理教学随笔之三:流动阻力问题的研究方法

▲流动阻力这一节内容,可作为在传授知识同时着重进行能力培养的极好的典型材料,应予充分发挥。 ▲解决阻力问题,可采用数学分析法、半经验半理论的数学模型方法和因次论指导下的实验归纳成经验方程等三种不同方法。教学中应通过这三种方法的阐述与剖析,点明基础学料和工程学科研究中的重要区别,给学生以方法论的启迪与引导。这也是在教学中如何既传授知识又培养学生能力的关键之一。 ▲不同的研究对象,要求采用不同的研究方法。在化工原理第一章的教学中,就帮助学生完成这一认识上的转变,极为重要。它不仅是学好化工原理课程之所必须,也是学好各种工程学科的必要条件。     

化工原理新型传热实验装置

新传热实验装置增加了风冷冷凝器装置,可使换热过程剩余的蒸汽返回蒸汽发生器中,水可循环利用,并且节约了热量;新装置的蒸汽发生器与旧装置比,缩小了体积,并且补水及时,产生水蒸气时间也大大缩短。同时,该新型传热装置可通过计算机程序运行完成整个实验的调节控制,计算机系统自动对实验数据进行采集、处理以及图像生成。     

化工原理传热实验教学的新探索

文章以化工原理实验中传热实验的计算为例,讨论了1stOpt软件在化工原理实验中的应用.与其它软件相比,1stOpt软件具有简便、快速和可靠等优点.通过使用该软件,有效提高了学生处理实验数据的技巧,而且也提高了学生设计实验、分析和解决问题的能力.     

类比在化工原理传热和传质教学中的应用

传热和传质都是化工原理教学的核心内容。本文针对传热和传质的共性,将类比法引入教学过程中,使学生能够利用相对容易理解的传热的规律来促进较难理解的传质规律的掌握,进而促进更难理解的热质同时传递过程的理解和掌握,提高教学效果。     

传热综合性实验装置在化工原理教学中的应用

传热实验是化工原理实验必不可少的实验,通过对新旧传热实验装置的对比,总结了空气对流传热综合性实验装置的优点,采用综合性实验装置也是时代发展的需要,更加有利于培养学生的工程观念,提高学生综合素质和创新能力。     

化工原理传热综合性实验的教学设计与探究

化工原理实验是化工原理课程教学的重要组成部分。结合现阶段人才培养方案的转变,以化工原理实验中的传热实验为例,通过对课程内容的设计,使传热实验具有综合性和实践性等特点,提高了教学质量,激发了学生的学习热情,并增强了理论与实践的结合能力及团队协作能力。