图文结合在化工原理教学中的应用

陈建福，苏火煌，杨芝萍



图文结合在化工原理教学中的应用

陈建福，苏火煌，杨芝萍

（漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000）

化工原理是化工类及相关专业的一门重要基础课程，对于培养学生的工程观念、强化工程分析的能力具有重要的作用。根据化工原理课程的学科特点，在课程教学中对热状况参数q的求法及流体静力学方程进行图文结合的教学方法，希望能为化工原理课程的教学改革提供参考。

化工原理；进料热状况参数；图文结合

1 引言

化工原理是漳州职业技术学院应用化工技术、高聚物生产技术、食品加工技术、生物技术、环境监测与评价等专业开设的一门重要的专业技术基础课。课程内容以工程应用为背景，以化工单元操作为主线，注重工程实际问题处理方法。它起着由理及工、从基础到专业的桥梁作用，在培养学生工程观念，培养独立组织和完成实验的能力及严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度,发挥着重要的作用。目前怎样结合专业特点整合化工原理教学内容体系，改进教学方法和模式，调动学生学习兴趣和积极性，使学生在有限学时内牢固掌握该门课程的技术原理和方法并形成良好的工程观念和素养，值得广大教学工作者深刻思考[1-2]。

图文结合是激发学生学习兴趣和提高课堂教学效率的一种有效方法，本文利用图文结合方法对精馏过程中进料热状况参数q及静力学方程推导过程进行分析，为利用图文结合的方法求解化工原理中相关问题的教学改革提供参考。

2 各种进料热状况下的q值的分析方法

2.1 q线方程的作用

在精馏塔的教学中，设备费用和操作费用的经济衡算主要考虑的是回流比的选择，而没考虑到进料热状况。不同的进料热状况，使进料板上升的蒸汽量及下降液体量发生变化，从而引起理论板层数的变化以及对塔底加热蒸汽和塔顶冷凝水的需求量的变化，进料热状况直接影响着设备费用和操作费用[3]。

在实际生产中，加入精馏塔中的原料液有五种热状况：即温度低于泡点的过冷液体、泡点温度下的饱和液体、温度介于泡点和露点间的气液混合物、露点下的饱和蒸气、温度高于露点的过热蒸气。

2.2 文字解析分析法

2.2.1冷液体进料

2.2.2饱和液体进料

如图1的B图中，由于原料液的温度与进料板上液体的温度相近，因此原料全部进入提馏段，而两段的上升蒸气流量相等，即：

2.2.3气、液混合物进料

2.2.4饱和蒸气进料

如图1的D图中，进料成为的一部分，而两段的液体流量则相等，即：

2.2.5过热蒸气进料

由以上分析可知，精馏塔中的两段的气、液摩尔流量间的关系受进料量及进料热状况的影响，通用的定量关系及进料热状况可通过进料板上的物料衡算和热量衡算求得。然而对于高职教学，复杂的计算分析过程的推导，往往是不受学生欢迎的，图文结合则能避开复杂的计算推导，激发学生学习的兴趣。

2.2 作图法热状况参数q的求法

图2 物料混合物的t-x-y图

从图中分析可得：

冷液体进料：

由图2中分析进料热状况q直接转化为图形中线段的比值，能较直观地读出其范围，能较好帮助学生深刻理解热状况q及其范围。与传统的文字分析方法相比，图文结合方法更直接明了，能使学生更深刻理解复杂的工艺分析过程所无法体现的简捷。

3 流体静力学方程的图文解析方法

流体静力学方程是指静止流体在重力和压力作用下的平衡规律，其中重力为恒量，变化的是压力，故流体静力学方程实际上是讨论流体内部压力变化的规律。教材[4]中从流体的微元出发，讨论了微元流体的静力学平衡，其中涉及到的三元偏导数等高等数学问题，恰恰是高职学生的弱项。笔者在教学中发现若用图文结合的方法，可避开导数的求解问题，使本知识点更加通俗，易懂。

解析1：在图3中选取流体内部任一微小单元作为研究对象，其横截面积为A，则该微小单元表面受到向下的压力1，下表面受到的向上的压力为2，微小单元的重力为，单元受力平衡，则有：1+=2，2–1=说明流体的压力与横截面积A无关，若将这微元的上边界移动到水平面相平，则2–1对于不可压缩流体，此时在静止流体内部，深度为h的位置处的压力为2–0=（0为大气压）。

解析2：同解析1一样，取微元流体，此时这微元流体可想像为流体内部的一隔离的物体。浮力指物体在流体（包括液体和气体）中，上下表面所受的压力差。根据阿基米德原理，漂浮于流体（液体或气体）表面或浸没于流体之中的物体的浮力等于排开水的重力，且此时的物体是处于平衡的，即有：s=浮=，2–1=2–0=，即为流体静力学方程。

从q线方程的推导与流体静力学方程的推导中，可以看出与传统的文字分析方法相比，图文结合方法更直接明了，推导过程中往往能避开复杂的数理推导，特别是图形结合法往往能引入一些学生比较熟悉的知识，而使学生更深刻理解复杂的工艺分析过程所无法体现的简捷。

图3 微元流体的受力分析

4 结语

针对高职高专教育的培养目标，改进《化工原理》传统教学方法是课程改革的必然要求，其实效直接影响了毕业生的职业素质和职业能力的高低，在当前高校教学改革日益精简课时的背景下，必须结合专业特点进行教学改革，以适应新时期短学时化工原理教学的需要。作为从事化工原理教学的教师，将深入探索并不断总结经验，以使化工原理的教学不断适应新形势发展的要求，培养适于社会需要的优秀人才。

[1] 陈常贵,柴诚敬,姚玉英.化工原理(下册)[M].天津:天津大学出版社,2004.

[2] 张浩勤,陆美娟.化工原理(下册)[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3] 王维德,黄颖芬,晋正茂,等.进料热状况对精馏能耗影响[J].华侨大学学报:自然科学版,2008,29(2):260－262.

[4] 姚玉英,黄凤廉,陈常贵.化工原理(上册)[M].天津:天津大学出版社,2004.

（责任编辑：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

福建省教育厅B类科技计划研究项目(JB11310)；漳州市科技计划项目(Z2010003)；漳州职业技术院科研计划资助项目(ZZY1111)。

陈建福（1982－），男，福建南安人，助教，在职博士，从事化学工程与技术的教学及科研工作。

G712

A

1673-1417（2012）01-0073-05