化学反应工程总结篇1
关键词：化学反应工程教学水平案例教学法专题讲座
化学反应工程这门学科主要是针对工业规模化学反应过程的优化设计与控制进行研究的。它的综合性非常强，涉及的知识面也非常广，因此对于教学的要求就显得非常的高，是化工专业的一门重点专业学科。针对各方面要求都比较高的一门专业学科，老师如何教好这门课程，如何能让学生学到课程的精髓，需要老师在多年的工作教学中，不断总结各种教学经验来提升教学水平。笔者通过多年的工作经验，总结了如下提升《化学反应工程》教学水平的创新策略方法。
一、加强问题教学法与案例教学法的使用
教学方法的改进对于教学水平的提高具有重要的作用。在多年的教学工作中，发现问题教学法和案例教学法对于教学水平的提升效果明显。因此，在化学反应工程课的教学中，要加强问题教学法与案例教学法的使用。
问题教学法是指围绕问题展开教学双方互动。一般的思路就是：首先提出问题，接着思考并讨论问题，然后经过相互讨论找出答案，最后进行归纳总结。举例说明：在教授多级CStR串联的计算和优化时，我们可以提出如下问题：如何求解串联体系的转化率。针对这个问题，老师和学生展开讨论，然后学生利用所学知识点已经讨论的结果来寻求答案，最后老师对问题进行归纳总结。通过这个过程，运用问题教学法进行教学，不但活跃了课堂气氛，还深化了学生对于学习知识的认识。
所谓案例教学法就是运用实践中的实际案例来分析所学知识，做到学以致用，加强学生对于所学知识的认识。其教学过程一般为：首先进行案例的描述，接着让学生进行尝试性的解决，老师在此过程中设置悬念，然后再进行这方面的理论知识学习，最后就行方案的剖析。举例说明：讲授反应器中的混合及对反应的影响这章时我们可以充分利用案例教学法，通过案例教学法启发学生学会根据所测得的停留时间分布情况以及如何解决实际的工程操作以及设计问题。
二、加强课堂教学和实验教学的结合
对于化学反应工程这门学科来讲，它是一门理论性和实践性都很强的学科，所以必须要加强课堂教学和实验教学的结合。通过理论和实际的结合，让学生深入学习其理论知识，并能通过实验学到更多的实际知识，为以后的工作打下良好的基础。
为此，对于学校来说，要针对化学反应工程这门学科，来增加硬件设施，给学生提供良好的实践场所。比如学校可以配备如下实验装置：固定床反应器、多釜串联反应器以及流体床反应器等等。这样在讲解了相关的理论知识之后，可以在实验装置上进行实验，让学生亲身体会到这个过程，这样就能提高学生对理论的深入了解，同时也强化了其动手能力。另外，老师可以阶段性地给学生设置一些设计实验课程，让学生经常进入实验室进行试验，不仅能够很好地检验学生对于理论知识的掌握情况，还能解决其在学习中常遇到的问题。
三、教学中要密切联系学科发展的前沿
化学反应工程学是一门不断发展的学科，知识量也在不断的增多。所以，在教授化学反应工程学时，要密切联系学科发展的前沿，这对于学生以后的工作具有非常重要的意义，也是提升化学反应工程教学水平的一种创新方法。目前，化学反应工程发展呈现如下趋势：第一，考察现象的时空尺度向两级发展，这种现象主要体现在两个方面，一方面随着各种试验仪器的快速发展，观察事物的尺度也变得越来越小，这就让我们更加容易了解事物的本质；另一方面时空考虑的尺度逐渐增大，并开始在更大范围考虑诸如可持续性发展这方面的问题。第二，研究重点从各类大宗化学品逐渐向各种产量较少的专用品方向发展，这也是近年来大宗化学品不断饱和而导致的。而我国还没有完全完成从各类大宗化学品向各种产量较少的专用品方向发展的转变，不过也在逐步变化中，多种小产量、高附加值的专用产品越来越受重视。第三，随着科学技术与计算机技术的不断发展，以往各种相对困难的理论知识也得到了相应的解决，比如非线性分析问题随着计算机技术的发展也逐渐变成可能。这些疑难问题的逐步解决有利于化学反应工程学科的发展。第四，对于化学反应工程学科，已经由过程导向性学科向产品导向性学科发展，化学反应工程学科的主要研究目标也有追求时空效率和物能利用的最大化向以产品结构和性能的可控化方向拓展。因此，为了更好地学习该课程，必须在教学中密切联系学科前沿知识。
四、加强教师自身修养
要想提升化学反应工程教学水平，教师水平的提高必不可少。教师自身修养如果上不去，其他教学方面配套再完善，也无济于事。为了提升教师的自身修养和化学化工相关专业知识能力，必须做到以下几点：第一，制订短期培训班，内容包括专业知识的培训以及自身素质的培训。第二，各个学校之间加强学科联系，老师之间应多沟通，多观摩学习，多切磋，寻找出最适合学生的教学与方法。第三，促进学校与相关企业进行交流与合作，让老师有机会进入工厂参观与学习，深入了解企业的一些基本运作模式，运用所学知识，理论与实践相结合，在很大程度上起到事半功倍的作用。由此可见，通过这些方面的提升，不断地加强老师的能力，对于课程的教学也是非常有益的。
五、开设专题讲座
专题讲座可以开拓学生的视野，提升学生解决问题的能力。因此我们要定期开设与化学反应工程学科相关的专题讲座，这些专题讲座可以是一些前言知识也可以是一些实际的生产实例。在讲座中积极引导学生进行讨论，通过专题讲座这一形式，来提升学生解决问题的能力。由此可见，开设专题讲座，可以强化理论与生产实际的联系，是提升化学反应工程学科教学水平的好方法。
综上所述，要想提升化学反应工程学科的教学水平，需要学校和任课老师不断努力，通过各种创新策略方法，提升学生的学习兴趣，真正让学生从课程学习中学到实际的本领，为以后的工作打下坚定的基础。
参考文献：
[1]王,金涌,程易,王金福.化学反应工程教学新理念和实践探索[J].化工高等教育,2009,(02).
[2]陈喜蓉,陈早明.《化学反应工程》课程建设与教学改革初探[J].中国科教创新导刊,2010,(34).
[3]徐静莉,孙国富,司红岩,李延升.浅谈化学反应工程教学改革[J].广东化工,2010,(09).
[4]朱静,宋育红,赵文凯,宋菊玲.浅析化学反应工程课程改革[J].化工时刊,2009,(01).
化学反应工程总结篇2
化学反应工程这门学科主要是针对工业规模化学反应过程的优化设计与控制进行研究的。它的综合性非常强,涉及的知识面也非常广,因此对于教学的要求就显得非常的高,是化工专业的一门重点专业学科。针对各方面要求都比较高的一门专业学科,老师如何教好这门课程,如何能让学生学到课程的精髓,需要老师在多年的工作教学中,不断总结各种教学经验来提升教学水平。笔者通过多年的工作经验,总结了如下提升《化学反应工程》教学水平的创新策略方法。
一、加强问题教学法与案例教学法的使用
教学方法的改进对于教学水平的提高具有重要的作用。在多年的教学工作中,发现问题教学法和案例教学法对于教学水平的提升效果明显。因此,在化学反应工程课的教学中,要加强问题教学法与案例教学法的使用。
问题教学法是指围绕问题展开教学双方互动。一般的思路就是:首先提出问题,接着思考并讨论问题,然后经过相互讨论找出答案,最后进行归纳总结。举例说明:在教授多级CStR串联的计算和优化时,我们可以提出如下问题:如何求解串联体系的转化率。针对这个问题,老师和学生展开讨论,然后学生利用所学知识点已经讨论的结果来寻求答案,最后老师对问题进行归纳总结。通过这个过程,运用问题教学法进行教学,不但活跃了课堂气氛,还深化了学生对于学习知识的认识。
所谓案例教学法就是运用实践中的实际案例来分析所学知识,做到学以致用,加强学生对于所学知识的认识。其教学过程一般为:首先进行案例的描述,接着让学生进行尝试性的解决,老师在此过程中设置悬念,然后再进行这方面的理论知识学习,最后就行方案的剖析。举例说明:讲授反应器中的混合及对反应的影响这章时我们可以充分利用案例教学法,通过案例教学法启发学生学会根据所测得的停留时间分布情况以及如何解决实际的工程操作以及设计问题。
二、加强课堂教学和实验教学的结合
对于化学反应工程这门学科来讲,它是一门理论性和实践性都很强的学科,所以必须要加强课堂教学和实验教学的结合。通过理论和实际的结合,让学生深入学习其理论知识,并能通过实验学到更多的实际知识,为以后的工作打下良好的基础。
为此,对于学校来说,要针对化学反应工程这门学科,来增加硬件设施,给学生提供良好的实践场所。比如学校可以配备如下实验装置:固定床反应器、多釜串联反应器以及流体床反应器等等。这样在讲解了相关的理论知识之后,可以在实验装置上进行实验,让学生亲身体会到这个过程,这样就能提高学生对理论的深入了解,同时也强化了其动手能力。另外,老师可以阶段性地给学生设置一些设计实验课程,让学生经常进入实验室进行试验,不仅能够很好地检验学生对于理论知识的掌握情况,还能解决其在学习中常遇到的问题。
三、教学中要密切联系学科发展的前沿
化学反应工程学是一门不断发展的学科,知识量也在不断的增多。所以,在教授化学反应工程学时,要密切联系学科发展的前沿,这对于学生以后的工作具有非常重要的意义,也是提升化学反应工程教学水平的一种创新方法。目前,化学反应工程发展呈现如下趋势:第一,考察现象的时空尺度向两级发展,这种现象主要体现在两个方面,一方面随着各种试验仪器的快速发展,观察事物的尺度也变得越来越小,这就让我们更加容易了解事物的本质;另一方面时空考虑的尺度逐渐增大,并开始在更大范围考虑诸如可持续性发展这方面的问题。第二,研究重点从各类大宗化学品逐渐向各种产量较少的专用品方向发展,这也是近年来大宗化学品不断饱和而导致的。而我国还没有完全完成从各类大宗化学品向各种产量较少的专用品方向发展的转变,不过也在逐步变化中,多种小产量、高附加值的专用产品越来越受重视。第三,随着科学技术与计算机技术的不断发展,以往各种相对困难的理论知识也得到了相应的解决,比如非线性分析问题随着计算机技术的发展也逐渐变成可能。这些疑难问题的逐步解决有利于化学反应工程学科的发展。第四,对于化学反应工程学科,已经由过程导向性学科向产品导向性学科发展,化学反应工程学科的主要研究目标也有追求时空效率和物能利用的最大化向以产品结构和性能的可控化方向拓展。因此,为了更好地学习该课程,必须在教学中密切联系学科前沿知识。
四、加强教师自身修养
要想提升化学反应工程教学水平,教师水平的提高必不可少。教师自身修养如果上不去,其他教学方面配套再完善,也无济于事。为了提升教师的自身修养和化学化工相关专业知识能力,必须做到以下几点:第一,制订短期培训班,内容包括专业知识的培训以及自身素质的培训。第二,各个学校之间加强学科联系,老师之间应多沟通,多观摩学习,多切磋,寻找出最适合学生的教学与方法。第三,促进学校与相关企业进行交流与合作,让老师有机会进入工厂参观与学习,深入了解企业的一些基本运作模式,运用所学知识,理论与实践相结合,在很大程度上起到事半功倍的作用。由此可见,通过这些方面的提升,不断地加强老师的能力,对于课程的教学也是非常有益的。
五、开设专题讲座
化学反应工程总结篇3
一、多种方法并举，牢记元素符号
掌握化学用语是学好化学的前提和基础，而突破元素符号又是掌握化学用语的关键。元素符号多，要求的记忆量大，难记易忘。怎样才能牢固地记忆这些元素符号呢?心理学研究表明：随着识记材料数量的增加，记忆所需的时间并不直接按所识记材料的数量来增加，而是比这个比例要大得多。也就是说，分散识记要大大优于集中识记。因此我们应采用分散记忆的方法，有意识地结合具体物质的名称，来记忆相应的元素符号。另外，还可以在课后自己动手制作元素符号卡片，卡片的一面是元素符号，另一面是元素的名称。利用小卡片可以有针对性地反复进行元素名称、元素符号的相互练习，从而把一些易混的元素符号及名称搞清楚。
二、明确元素化合价，正确书写化学式
化学式是用元素符号来表示物质组成的式子，它是书写化学方程式的基础和关键。教材中主要讲了根据名称来写化学式和用化合价写化学式两种方法。这两种书写方法中，单纯用名称来写化学式是比较简单的，但绝大多数物质的化学式需用化合价才能写出。因此重点应掌握用化合价书写化学式。常见元素的化合价是书写化学式的依据，应通过各种方法熟记常见元素的化合价，以便为正确地书写化学式打下坚实的基础。
三、准确理解规律，熟练掌握方程式
化学方程式是化学用语中的高级思维形式，是发展逻辑思维能力和学好化学的重要工具。熟练掌握化学方程式又是掌握化学用语中的一点，大家只要采用以下几种方法，就可以比较容易地掌握化学反应方程式。
1 实验联想法：化学反应方程式是化学实验的本质描述，是实验的高度概括和总结。因此依据化学实验来记忆有关的化学方程式，是最为行之有效的方法。例如，加热碱式碳酸铜，只要我们重现实验情景，联想到浅绿色粉末变成了黑色，试管口有水滴出现，放出能使澄清的石灰水变浑浊的气体这些实验事实，就会促使对方程式Cu2(oH)2Co3=2Cuo+H2o+Co2的理解和记忆。
2 反应规律法：化学反应都是有规律可循的。如化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应等反应规律。利用这些反应规律来掌握化学方程式，可以收到事半功倍的效果，达到举一反三、触类旁通的目的。
在利用反应规律书写化学方程式时，有些知识必须牢记。如复分解反应发生的条件、盐的溶解性、金属活动性顺序等内容。另外，还应注意发现和总结易忽略的反应规律，如有机物办法。如能自己总结出碳氢化合物充分燃烧都生成二氧化碳和水的规律，就很容易掌握甲烷、乙醇和甲醇燃烧的化学方程式。
化学反应工程总结篇4
对于化学知识点的掌握我们应该首先掌握高二化学反应原理的重要知识点内容，高二化学反应原理是贯穿化学知识点的重要内容，因此同学们需要详细了解。下面小编给大家分享一些高二化学反应原理知识总结，希望能够帮助大家，欢迎阅读!
高二化学反应原理知识1反应热焓变
1、定义：化学反应过程中放出或吸收的热量叫做化学反应的反应热.
在恒温、恒压的条件下，化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的焓变。
2、符号：H
3、单位：kJ·mol-1
4、规定：吸热反应:H
>0或者值为“+”，放热反应:H<0或者值为“-”
常见的放热反应和吸热反应
放热反应
吸热反应
燃料的燃烧C+Co2,H2+Cuo
酸碱中和反应C+H2o
金属与酸Ba(oH)2.8H2o+nH4Cl
大多数化合反应CaCo3高温分解
大多数分解反应
小结：
1、化学键断裂，吸收能量;
化学键生成，放出能量
2、反应物总能量大于生成物总能量，放热反应，体系能量降低，H为“-”或小于0
反应物总能量小于生成物总能量，吸热反应，体系能量升高，H为“+”或大于0
3、反应热
数值上等于生成物分子形成时所释放的总能量与反应物分子断裂时所吸收的总能量之差
高二化学反应原理知识2热化学方程式
1.概念:表示化学反应中放出或吸收的热量的化学方程式.
2.意义:既能表示化学反应中的物质变化,又能表示化学反应中的能量变化.
[总结]书写热化学方程式注意事项:
(1)反应物和生成物要标明其聚集状态，用g、l、s分别代表气态、液态、固态。
(2)方程式右端用H标明恒压条件下反应放出或吸收的热量，放热为负，吸热为正。
(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量，因此可以是整数或分数。
(4)对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H也不同，即H的值与计量数成正比,当化学反应逆向进行时,数值不变,符号相反。
高二化学反应原理知识3盖斯定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。
化学反应的焓变(ΔH)只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
总结规律：若多步化学反应相加可得到新的化学反应，则新反应的反应热即为上述多步反应的反应热之和。
注意：
1、计量数的变化与反应热数值的变化要对应
2、反应方向发生改变反应热的符号也要改变
反应热计算的常见题型：
1、化学反应中物质的量的变化与反应能量变化的定量计算。
2、理论推算反应热：
依据：物质变化决定能量变化
(1)盖斯定律设计合理路径
路径1总能量变化等于路径2总能量变化(2)通过已知热化学方程式的相加，得出新的热化学方程式：
物质的叠加，反应热的叠加
小结：
a：若某化学反应从始态(S)到终态(L)其反应热为H，而从终态(L)到始态(S)的反应热为H’，这两者和为0。
即H+H’=0
b：若某一化学反应可分为多步进行，则其总反应热为各步反应的反应热之和。
即H=H1+H2+H3+……
化学反应工程总结篇5
关键词:污染源普查;物料衡算;污染物排放量
abstract:materialbalancealgorithmarethetechnicalrequirementscensussourcesemissionsfromoneaccountingmethod,butthematerialbalancealgorithmskillslackofdepthandcomprehensivesummaryandconclusion,itisdifficultforthegrass-rootssourcestomastertheuseofcensusstaff.inanalyzingtheproblemexist,basedonthecombinationofemissionsauthorizedtocarryoutthepracticeofsummingupanumberofmaterialbalancetechniques,seekingapprovalofastrategicmeanstoenhancethecredibilityoftheopinionsurveydata.
keywords:pollutionsourcecensus;materialbalancemethod;pollutionemissions
1概述
《第一次全国污染源普查技术规定之三——工业源及集中式污染治理设施普查技术规定》明确要求:“物料衡算法核算污染物的产生量和排放量是普查技术规定的污染物排放量核算方法之一”。
连云港市地处江苏省苏北地区,工业经济基础薄弱,工业企业规模小、种类多,大部分企业都没有污染源监测数据,而且受原料、产品、生产工艺、生产规模、末端治理技术差异的影响,部分企业无法采用产排污系数法核算污染物的产生量和排放量,只能采取物料衡算法核算污染物的产生量和排放量。
2物料核算法定义和方法
物料衡算法是指根据物质质量守衡原理,对生产过程中使用的物料变化情况进行定量分析的一种方法。即:投入物料量总和=产出物料量总和=主副产品和回收及综合利用的物质量总和+排出系统外的废物质量(包括可控制与不可控制生产性废物及工艺过程的泄漏等物料流失)。采用物料衡算法核算污染物产生和排放量时,应对企业生产工艺流程和能源、水、物料投入、使用、消耗情况进行充分调查、了解,从物料平衡分析着手,对企业的原材料、辅料、能源、水的消耗量、生产工艺过程进行综合分析,使测算出的污染物产生量和排放量能够比较真实地反映企业在生产过程中的实际情况。[1]
物料衡算可以按需要,围绕整个生产过程、单元操作、反应过程、设备的某一部分或设备的微分单元进行,这种为进行物料衡算所取的生产过程中某一空间范围称为控制体。[2]根据质量守恒定律,通过物料衡算,可以得知进入控制体的物料质量和组成与离开控制体的物料质量和组成之间的关系。
为进行物料衡算,首先按分析的需要划定控制体,再选定衡算的物料质量基准,根据质量守恒定律,对任一组分可以得到如下关系式:
进入控制体的某组分质量+该组分在控制体内生成(或消失)质量=该组分离开控制体质量+该组分在控制体内累积质量
对于连续生产的定态化工过程,控制体内的一切状态参数、物料的物理性质等均不随时间而改变,故其中不会有物料质量的累积。控制体内产生(或消失)的物料质量,由化学(反应)计量方程决定。[3]对于不发生化学反应的连续定态过程,上式可以简化为:进行物料衡算,可以建立三类方程,即物料衡算方程、同一物流各组分含量间关系(如摩尔分数之和为1)和控制体的约束条件。物料衡算方程可以按物料中所含组分写出,也可按物料总量写出,但只有nc个方程是独立的。[3]控制体的约束条件须视具体对象而定,例如两物流以一定比例进入混合器混合,对混合器进行物料衡算时,给定两物流的比例即为一个约束条件。因此,独立方程数目将等于nc+ns(物流数目)+ne(控制体的约束条件数目)。物料衡算可以求解与独立方程数目相同的未知量。
综上所述,物料衡算的步骤有:①作控制体的流程图,给进出边界的物流编号。根据选取的衡算物料质量基准,在图上注明各已知的物料质量和组成,给待求未知量标以相应的符号。②列出各独立方程,校对独立方程数目是否与未知量数目相等。③解方程组求出各未知量。如果参与过程的物料中,有一个或数个组分(或元素)的质量在进料和某个出料中不发生变化,这种组分称为联系物或惰性组分。找出过程中的联系物,可使物料衡算变得较为方便。
3物料核算法核算污染物产排量应用实例
3.1生产工艺
某公司主要产品为三氟氯氰酸,生产规模为600t/年,以贲亭酸甲酯和三氯三氟乙烷为原料,经加成反应、环化、皂化、酸析得到三氟氯氰酸。
在反应釜中投入贲亭酸甲酯、叔丁醇和硫酸铜,升温后滴入三氟三氯乙烷进行加成反应,反应结束后蒸馏脱溶,得加成物,溶剂回收套用,加成物进行过滤,过滤出催化剂(硫酸铜)。
将叔丁醇和金属钠在反应釜中反应生成叔丁醇钠,加入环已烷、二甲基乙酰胺混合形成混合溶剂,对混合溶剂进行冷冻并滴入加成物,利用加成物自身环化的特点生成环合物。环化反应结束后进行脱溶,溶剂套用。
将环合物投入反应釜中加热并滴入片碱、甲醇溶液进行皂化反应,反应结束后离心分离得皂化物。在离心分离的残液中加入氯化钙并蒸馏,冷却回收的甲醇套用,氯化钠、氯化钙和水形成副产品制冷液。
离心的皂化物加入盐酸,析出三氟氯氰酸,离心分离得粗品,废水进厂区污水站处理。
粗品在甲醇溶液中精制,离心分离后得成品,甲醇溶液可多次套用。
3.2物料平衡计算过程
根据生产工艺流程和原辅材料消耗量进行物料平衡计算,计算结果见表1和图1。
4运用物料衡算法核定污染物排放量的技巧
运用物料衡算进行污染物产排量的核算是将工业污染源的排放、生产工艺管理、资源(原材料、水、能源)的综合利用和环境治理有机结合,系统地全面地研究生产过程中污染物的产生、排放的一种定量分析方法。灵活运用物料衡算法需要掌握一定的技巧。?
4.1合理选择衡算界面和进行衡算的元素、物质和物料
物料衡算适用于整个生产过程的总的物料平衡,也适用于生产过程中某一局部生产过程的物料平衡,适用于总物料也适用于某一元素和物质。为弄清楚某种污染物的产生量或排放量,要利用好已有的数据和资料,特别是排污单位生产经营长期进行监控的分析指标。合理选择衡算界面和基准物主要考察选择的生产单元和进行衡算的物质在进行污染物产生与排放计算时是否资料易收集、数据可信度有保证、需补充测试的数据少,且稳定易测,计算简便快捷。?
4.2关键性指标通过必要的实测来提高物料衡算的客观合理性
运用物料衡算法进行污染物排放量核算的可靠性决定于少数关键性指标,在实际计算中常把生产过程的物料守恒关系概化为流失量=投入物料量-回收物料量,基于此在长期实践中形成了燃料废气量、二氧化硫、烟尘、氮氧化物及污染物去除率等公式,运用已有的物料衡算公式关键在于结合实际情况确定公式中的参数。如计算二氧化硫排放量使用的燃煤、重油、原料用量和硫份,直接影响物料衡算结果,应将这些指标的检查抽测纳入污染源监督检查范围,通过较多数据积累确保核算结果的客观准确。
参考文献?
1陆新元、田为勇.环境监察[m].北京:中国环境科学出版社,2002(10)
化学反应工程总结篇6
关键词:硫酸镁;硫酸钾;化学反应;工艺流程
中图分类号:tQ444文献标识码:a文章编号:1009-2374(2010)03-0064-02
硫酸钾是一种白色或接近于无色、有规则形状、具有苦味的结晶。硫酸钾易溶于水,但不溶于乙醇、二硫化碳等。它是重要的无机工业原料,例如可以利用硫酸钾制取碳酸钾及硫酸铝钾,在染料、玻璃、香料等工业种具有广泛的用途。在农业上,它是主要的无氯肥料,同时也给农作物补充生长所需的硫元素。
然而我国是一个钾盐资源极其缺乏的国家,总的来说可以利用的可溶性钾盐矿床非常少。从我国目前已探明的钾盐资源来看,我国的钾盐资源有以下两大特点:一是资源分布不均匀,西北地区远远高于西南地区(前者的资源约占全国总储量的96%,后者的资源约占全国总储量的2.6%),并且在经济比较发达的东部地区钾盐资源几乎没有分布;二是钾盐矿的存在形式主要以内陆湖沉积的液体为主,这种形式的资源约占资源总储量的95%左右,并且大多分布于我国四大盐湖区的近代盐湖。
因此,如何高效率、低成本制取优质硫酸钾是目前我国硫酸钾生产中所面临的最主要的问题之一。
一、制取硫酸钾的工艺方法简介
依据制取硫酸钾原料的存在形式,可以把目前国内外制取硫酸钾的方法归结为以下三大类:(1)利用硫酸盐型的海湖盐卤水及地下卤水制取硫酸钾,通过这种方式制取的硫酸钾约占其总产量的10%～20%;(2)利用天然形成的硫酸钾矿石或具有复杂组分的钾矿石制取硫酸钾,这种方式制取的硫酸钾的产量约占总产量的10%左右;(3)利用转化法制取硫酸钾,把含硫酸根的原料与氯化钾进行化学转化制取硫酸钾,这种方式制取的硫酸钾的产量约占总产量的75%。目前国内外制取硫酸钾的工艺方法主要有以下几种;
(一)利用海湖盐卤水及地下卤水制取硫酸钾的工艺方法主要有:高温盐法、苦卤蒸发―浮选法
1.高温盐法。此方法制取硫酸钾基本工艺过程是:把氯化钾生产过程中产生的副产物高温盐作为制取的原料,将副产物高温盐与氯化钾进行反应后,生成的产物为钾镁矾和氯化钠的混合物。然后向物料中加入萜烯醇类起泡剂和反应所产的矾母液并制成浆料,将浆料送入浮选机并进行分离,最后得到软钾镁矾和工业盐。利用分离得到的软钾镁矾和氯化钾在水溶液中进行二段反应,分离就可得到硫酸钾。本工艺方法生产成本较高、工序较多等缺点。
2.苦卤蒸发―浮选法。此方法是在高温盐法制取硫酸钾的工艺基础上进行了进一步的改进。此方法缩减了利用高温盐法制取硫酸钾的工艺步骤,提高了硫酸钾的收率。但是此方法仍不可避免由于浮选操作而带来的缺陷。
(二)利用钾盐矿石制取硫酸钾
此方法是以含钾硫酸盐的矿石、明矾石、钾盐镁矾矿等为原料,通过一系列的物理、化学变化而获取硫酸钾的方法。由于我国可利用的钾矿矿床资少、品质低、分布具有极不均匀性,以及工艺方法具有操作难度大、产品质量不高、收率较低等缺陷,从而使利用钾盐矿石制取硫酸钾这种工艺方法得不到广泛的应用。
(三)利用转化法制取硫酸钾
转化法是指利用氯化钾与含有硫酸根的原料进行反应,从而制取硫酸钾的方法。根据原料所含硫酸根的不同,转化法可分为以下几种:
1.曼海姆法。此方法的原料为氯化钾和硫酸。其反应方程式为:
2KCl+H2So4=K2So4+2HCl
从反应机理来看,该反应分为两步进行:第一步是在温度较低时进行的,发生放热反应:
2KCL+H2So4KHSo4+HCL+Q
第二步是在较高温度下进行的,发生吸热反应,
KHSo4+KClK2So4+HCL-Q。
此方法的优点在于:反应生成的产品硫酸钾的品质较高,反应的效率也比较高。此方法的缺点是:由于第二步方应是在高温强酸的条件下进行的,因此设备腐蚀严重,设备的维修量较大,投资成本较高。
2.缔置法。此方法选取氯化钾、硫酸和氨为原料,经过缔合、置换和解缔等一系列的化学反应制取得到硫酸钾。此方法的基本机理是:利用有机溶剂对不同酸的亲和力不同的特点来制取硫酸钾。基本的工艺过程是:首先用有机缔合剂和硫酸缔合;然后在氯化钾溶液中,利用氯离子将硫酸根从缔合剂上置换下来,从而得到硫酸钾溶液;最后将溶液进行结晶就可以得到硫酸钾。此方法是在常压下进行的,反应所需温度低,反应物料的设备的腐蚀性小,投资成本低。
二、硫酸镁制取硫酸钾的新工艺方法
通常在制取硫酸钾时,可以选取七水硫酸镁、氯化钾为反应原料,采取转化法制取硫酸钾。但是当这种工艺方法受到的工艺原料组成波动的影响时,就会增加操作的难度,同时也会降低产品的质量,得到的硫酸钾的收率不高。基于原料组成波动的影响,本文作者为了消除这一干扰因素,通过实验研究总结出了一种新的利用硫酸镁制取硫酸钾的工艺方法。这种新的工艺方法的创新技术在于用有机溶剂甲醇分离水溶液中硫酸钾,此工艺方法克服了传统工艺的所存在的缺陷,具有深远的推广价值。
(一)制取七水硫酸镁
盐泥是氯碱厂的副产品,如何能使盐泥得到综合利用是长期以来一直关注的问题。本实验选取盐泥制取七水硫酸镁。盐泥中有多种金属离子,但要从盐泥中回收金属镁等却很困难,因为操作的工艺过程很复杂,生产成本较高。而作者利用下面的方法制取得到了汽水硫酸镁。
利用盐泥制取得到的七水硫酸镁为疏松粉末,浅白色、无毒、无味,空气干燥时易风化,易溶于水。当温度达到67.5℃时就会溶于结晶水中,当温度达到70℃时就会失去四分子的结晶水,当温度达到300℃以上时全部的结晶水都失去。
制取的化学反应方程式为:
mG(oH)2+H2So4+5H2o=mgSo4・7H2o
此方法工艺流程虽然简单,操作简便,但下面几个工艺控制点必须控制好:
1.配泥浓度。配泥浓度对产品的质量、产量均有影响。浓度有合理,若浓度太低导致产量会降低,设备效率低,结果是溶液浓度低,同时热分解后所得结晶比容、酸度往往达不到要求。因此配泥时要把握好浓度的高低,最好使盐泥与硫酸的比在1∶4左右。
2.酸化反应。酸化反应要确保完全进行,以避免因酸化未完全进行而造成mgSo4溶液的损失,向反应器中通入自来水和母液,在搅拌条件下按一定配比缓慢加入盐泥,接着加入硫酸,速度先快后慢,直到泡沫的颜色由土白色变为桔红色,控制酸碱度,测比重为约为1.7g/mL,继续搅拌使之充分反应。反应温度最好在45℃为左右,防止液体溅出反应槽。
3.热分解浓度与时间。溶液热分解是制取七水硫酸镁最关键的工序。温度和反应时间都要适中,分解温度太高或者时间太长不仅浪费蒸汽热量,而且影响七水硫酸镁的质量和产量。若温度太低或分解时间太短,就会影响自冷结晶的速度,拖延干燥时间,同样也会使七水硫酸镁达不到要求。适合的分解温度条件是100℃～110℃,分解时间主要依靠观察颜色的变化,当颜色由桔红色变浅黄色即可停止,玻璃棒有结晶产生为准。
(二)硫酸镁制取硫酸钾工艺原理
选取七水硫酸镁、氯化钾为反应原料,采取转化法制取硫酸钾的反应方程式一般可写成:
2KCl+mgSo4?葑K2So4+mgCl2
制取工艺的步骤可分为一段转化制取和二段转化制取两种。无论选取何种工艺步骤,首先都要将KCl和mgSo4・7H2o混合,得到有K2So4、KCl、mgSo4、mgCl2四种电解质组成的水溶液。
有机溶剂对这些电解质有一定的析盐作用,而且有机溶剂对不同电解质的析出作用是不同的,因此利用此种不同,就可以将水溶液中的不同种类的电解质分开。研究证实:有机溶剂甲醇对K2So4析出作用最强烈,对KCl的析出作用明显低于对K2So4的析出作用,对mgCl2没有析出作用。有机溶剂甲醇的析盐作用的大小与电解质溶液的饱和程度有关。若饱和程度愈大,析盐作用就愈强烈,反之若饱和程度很小时,则析盐作用就会消失。在上述水溶液中,K2So4呈现过饱和状态,而KCl却远离饱和,这就使甲醇对它们析出作用有了明显的差异。当加入甲醇后,先析出K2So4,化学反应的动力就向生成K2So4的方向进行,K2So4就会越来越多,而反应物KCl浓度越来越低,使得甲醇析出K2So4的速度加快。
(三)硫酸镁制取硫酸钾工艺步骤
1.硫酸钾的析出。首先配制KCl的饱和水溶液以及mgSo4・7H2o的甲醇水溶液,然后将两种溶液完全混合,就会析出K2So4。接着用质量分数为的甲醇溶解mgSo4・7H2o,配制mgSo4・7H2o的甲醇水溶液。
2.甲醇的回收。在操作过程中甲醇要实现回收循环使用。经过过滤后的溶液中含有大量mgCl2,可以通过蒸发除水、再冷却结晶回收。因此,回收甲醇可采用两步法。
3.剩余溶液的利用。将过滤后的溶液进行蒸发除去稀甲醇后mgCl2・6H2o就相当于饱和溶液,冷却至常温,就可结晶析出mgCl2・6H2o。若原料中naCl含量较多,溶液除去甲醇后,应继续蒸发除水,使naCl在高温下以晶体形式析出,然后再冷却至常温,mgCl2・6H2o晶体析出。同时剩余的母液中含有一定量的K2So4,可将其收集起来,单独用甲醇进行处理,回收其中的K2So4。
四、结语
本文提出的以氯化钾、硫酸镁为原料,利用转化法生产硫酸钾的新工艺。这种新的工艺方法的创新技术在于用有机溶剂甲醇分离水溶液中硫酸钾。此工艺方法克服了传统工艺的所存在的缺陷,操作简单,品质稳定、硫酸钾的收率高,具有较高的推广价值。
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化学反应工程总结篇7
药物合成反应是制药工程专业本科阶段一门必修主干课程之一，具有很强的理论性和实践性。该课程的教学目的是使学生能系统地掌握化学药物及其中间体制中重要的有机合成反应和合成设计原理，提高学生在实际药物合成中分析问题和解决问题的能力。但药物合成反应涉及内容丰富，涵盖知识面宽，各章节间缺少相关联系，而且人名反应繁多，各种类型的反应极易混淆，[3，4]因此在教学过程中，运用好的教学方法，激发学生学习兴趣尤为重要。
基于多年药物合成反应课程的教学实践，根据不同的教学内容，结合本校制药工程专业特色和学生、教材的实际情况，笔者就提高课程教学效果进行了下列尝试和探讨。
一讲好第一课，激发学生学习热情
我校现在所用教材为闻韧主编《药物合成反应》第三版，教材内容纷繁复杂，而且没有安排绪论内容，如果直接进入“卤化反应”教学，学生会感觉教学内容枯燥乏味，缺乏新颖性。为了激发学生学习兴趣，使教学内容结构趋于合理，做到专业特色与课程特色的有机结合，笔者在第一堂课增加了绪论部分。基于笔者国家二类新药“抗真菌药硝酸舍他康唑及其软膏”和“抗癫痫药加巴喷丁及其胶囊”研究成果，讲述了化学合成在新药研究中的重要性，以及新药研究的规范性、科学性，使同学们对新药研究的程序和要求有了初步认识，揭开了新药研究的“神秘感”。进而，笔者介绍了抗肿瘤药紫杉醇，紫杉醇首先是从美国红豆杉树皮中分离出来的有效成分，后来人们用全合成或半合成的方法得到了紫杉醇。以其为先导化合物找到了活性更高、副作用更低的多西紫杉醇，多西紫杉醇的发现正是使用了化学的方法对紫杉醇进行结构修饰而得到的，让同学们感受到了化学合成竟然如此“神奇”，更重要的是让同学们认识到合理药物设计与合成需要扎实的理论基础。通过第一节课的学习，使同学们感受到了制药工程专业浓厚的“药味”，也对药物合成反应课程有了新的认识，成功激发了学生对药物合成反应课程的学习热情，为该课程的后续讲授打下了良好基础。
二多媒体教学与传统教学有机结合，提高课堂教学效率
多媒体教学改变了传统教学中单一、枯燥、呆板的表现形式，以其生动形象的声像、视听等技术来表现学科教学内容，具有清晰、美观、生动、信息量大等优点。对于药物合成反应中的许多教学内容如反应机理、药物分子结构、分子成键等，借助于多媒体教学可使其直观化、形象化，缩短了客观实物与学生之间的距离。并且可以利用不同的颜色或特殊标记把重点内容标示给学生，引起学生的注意，将一些抽象的反应机理和复杂的合成路线形象的展示出来，及时补充、更新药物研究与应用的相关前沿知识内容，拓宽学生的视野，这样既可以节省时间，又可以提高教学效果，激发学生的学习兴趣。但在使用多媒体课件授课时，教学信息量大幅增加，转换速度快，往往使学生无法跟上授课进度，缺乏思维过程，对所学知识无法及时消化和理解，而且在一定程度上削弱了师生间的互动和交流。因此，在课堂教学中，要充分考虑学生的接受能力和基础差异，在重点、难点等内容上辅以板书，做到多媒体和传统教学模式有效结合，这样既保证了教学容量，又有利于学生接受和记忆，达到提高教学质量的目的。
三采用案例教学方法，加强理论与实践的结合
案例教学法也叫实例教学法或个案教学法，它是在教师的指导下，根据教学目标和课程内容的需要，采用案例组织学生进行学习、研究、锻炼能力的一种教学方法。[5]案例教学法的最大优势就是理论紧密联系实际，要求教师在课堂上不再照本宣科。实践证明，在教学中恰当地运用案例教学法能使课堂教学收到事半功倍的效果。但药物合成反应案例不是泛泛而谈或简单的罗列，必须有中心议题。案例的选择首先要与药物生产实际相结合，要能够引起学生的关注与共鸣，其次案例要涉及重点单元反应，有助于加深对课本理论知识的理解，可以举一反三。[6]笔者结合专业特色，在药物合成反应教学实践中，尝试采用案例教学法开展教学。通过引入生动的“教学案例”，活跃了课堂气氛，起到了很好的互动效果，有效调动了学生学习的积极性、主动性和创造性。例如第二章烃化反应，笔者引入了很多新颖的“案例”，对于o-烃化反应，“咪唑类局部抗真菌药硝酸咪康唑的合成”是这类反应案例的典型代表，制药工程专业学生大多熟知“达克宁”，但对其主要成分“硝酸咪康唑”知之者甚少，老师首先向学生介绍了硝酸咪康唑的物理性质，药理特性及临床作用特点，要求学生课后查阅相关文献，设计药物合成的具体方案，并与其类似物硝酸舍他康唑、硝酸芬替康唑、硝酸益康唑等药物分子的合成进行比较，通过师生分析、讨论、表达等活动，我们得出结论，上述药物分子可以通过williamson反应来制备，也可以通过相转移催化反应进行合成，通过综合分析，相转移催化法更适于规模化生产，而这些实验手段和方法恰恰是要让学生获得的知识点。通过这一案例，使同学们掌握了相关理论知识，同时加深了学生对药品“商品名”与“化学名”的理解。继而，我们进入了n-烃化反应的教学，笔者引入了另一案例“烯丙胺类局部抗真菌药特比萘芬、萘替芬以及布替萘芬的合成方法”，同学们通过检索发现，这类药物分子不论采用哪种方法来制备，都要通过n-烃化反应来完成。对于C-烃化反应，笔者引入了一个特殊案例“西布曲明的合成方法”，西布曲明有一个华丽的商品名“曲美”，又是一个国家明令禁止使用的减肥药，通过讨论和交流，同学们领会了C-烃化反应的基本理论，同时认识到滥用减肥药的危害，理解了加强药品广告管理的重要性。为了使同学们更好掌握如何通过酰化反应对药物结构进行改造，改变药物的理化性质，增加疗效，或减少副作用，在o-酰化反应教学章节，我们首先介绍了前药设计的基本知识，拼合原理在药物分子设计和合成中的应用，这样使学生初步了解了酯类化合物的特性及其制备方法，笔者适时引入教学案例“胰腺炎治疗药甲磺酸萘莫司他的合成”，通过查阅相关文献，同学们设计了两种方法，羧酸与酚在DCC/Dmap参与下的缩合方法，以及酰氯在缚酸剂存在下与酚的缩合方法，进而，笔者又提出，甲磺酸萘莫司他质量研究中，甲醇溶解后经过室温或冰箱冷藏放置，含量为何会降低？问题一提出，部分同学已“胸有成竹”，这是酯交换的结果，我们由此掌握了酯的另外一种合成方法，即“酯交换“法。总之，药物合成反应理论教学中，通过系统地引入丰富的、有针对性的、贴近时展的药物合成“案例”，使教师有更多的机会了解学生的兴趣点，从而做到有的放矢、因材施教，使枯燥的理论教学更加生动，拓展了学生的创新性思维，培养了学生的创新能力。
四重视总复习，培养学生综合应用能力
总复习不是对已讲内容的简单重复，应该是重点内容的总结和归纳，以强化、检验学习效果，培养学生综合运用能力。例如通过介绍局部盐酸罗哌卡因、盐酸布比卡因、盐酸左布比卡因等药物分子的合成方法，使同学们巩固了卤化反应、酰化反应、烃化反应等三章重点教学内容知识点，并了解了在烃化反应中碘化钾和碳酸钾的作用。癫痫及神经病理性疼痛治疗药加巴喷丁和普瑞巴林，以及骨骼肌松弛药巴氯芬均为取代的γ-氨基丁酸结构，它们的合成方法涉及到了Knoevenagel反应及Hofmann重排反应的应用，同时，使同学们了解了老药新用、一药多用的相关知识。抗抑郁药盐酸氟西汀的制备过程使我们重温了酰化反应、mannich反应（缩合反应）、还原反应、williamson反应（烃化反应）等多个章节的重点内容。降血脂药环丙贝特的制备方法体现了Friedel-Crafts及Baeyer-Villiger氧化重排反应在药物分子合成中的应用。这些生动实例使学生巩固了所学知识，把握了该课程的重点内容，对提高学生的综合应用能力起到了积极促进作用。
总之，随着医药工业的快速发展和制药技术的不断革新，实践能力与创新能力的提高成为制药工程专业人才培养的重要目标，因此，要改善课堂教学效果，提高教学质量，教师应该摒弃“灌输式”教学方法，使学习成为学生的自觉行动。上述教学方法的实践，突破了传统教学方法的局限性，在教学中取得了良好的教学效果，充分调动了学生学习的主动性和积极性，提高了学生理论联系实际的能力，在培养制药工程专业人才中发挥了重要的作用。
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化学反应工程总结篇8
【关键词】化学课堂；课前自主学习；学习效率
新的课堂教学模式中，要求学生课前自主学习，培养学生自主学习的能力，而学生的自主学习能力来自于教师必要的学法指导，教师恰当的学法指导可以增强学生的自主学习信心，提高自主学习的能力和学习的效果，那么高中教师该如何来做好指导工作呢？
笔者认为，首先要转变教学理念。观念是行动的灵魂，人的观念决定人的行为，教育观念对教学起着指导和统率的作用。新课标提出：教师不仅是知识的传播者，同时也是学生学习的引导者、组织者和合作者。在教学活动中，教师必须置身于教学过程中，时刻关注学生的思维活动。因此，教师首先要转变教学观念，改变教学方式。教师要由昔日知识的传授者转变为学生学习的促进者。其次要精心进行教学设计。教学过程的设计要体现学生的主体地位和教师的主导地位，体现教师在教学过程的引导、指导、帮助、鼓励和促进的作用。教学过程要综合多种教学方式，要讲求实效，使不同层次的学生都有一定的收获，培养能力，发展思维能力，达到教学目标。具体来讲高中化学教师可以从以下几个方面进行化学自主学习指导。
一、有关概念学习的导学
高中化学教学中有关化学概念教学的内容不少，学生自主学习概念时，往往只知道概念的字面意义，不能理解概念学习的深刻含义以及概念的外延，在概念的运用过程中常常犯错误，在学习方法上要加强引导。如“物质的量”概念学习中，用类比方法与其他物理量如长度、时间进行概念的对比理解。用分解与集合的思想去引导学生对定义“一定数目粒子的集合体”的理解。概念的使用对象上强调是“微观粒子”并理解引用该概念计量微观粒子的意义。通过具体的数据分析进行归纳总结，帮助学生对1mol的定义以及利用阿伏加德罗常数进行微粒数与物质的量之间的换算，通过换算理解学习“物质的量”的概念的作用。利用类比法结合生活中“一打乒乓”等表示集合的事例加强抽象概念的理解。概念导学中引导学生由表及里、由内向外、由浅入深逐步理解概念的内涵和外延，只有这样，学生对概念的灵活运用才会水到渠成。
二、有关方程式的导学
化学学习中方程式学习贯穿教学始终，许多学生总是记不住方程式，没有理解方程式的含义，机械的记忆导致化学学科比较繁杂、难学，学习兴趣较低，学习效率较差。有关方程式的导学中，运用归类思想指导学生将学过的方程式和新学习的方程式进行归类学习，通过以点带面归类，如钠和水反应引导学生对极活泼金属钾、铷、钙等进行学习。通过反应类型归类，如离子方程式的学习时学习一个反应掌握一类反应等。利用物质的性质归类，如常见物质表现氧化性的反应。运用框架法引导学生构建知识网络，如铁、钠、铝、氮、硫、氯元素化合物转化的学习，引导学生写出物质间转换的方程式及反应条件。抓本质找规律，如有机化学中抓住官能团进行导学，如学习乙烯时，抓住碳碳双键的特点，可以进行加成反应和加聚反应，同时掌握了氯乙烯的学习。对某一个化学反应从多角度进行分析，理解发生该反应的原理，如从氧化还原反应、电解反应、水解反应、复分解反应、化合反应、分解反应、取代反应、置换反应等角度分析，多角度分析反应不仅可以准确记住方程式，还能理解反应的原理，更能灵活运用反应的原理。
三、有关推断的导学
化学推断题主要培养学生的思维能力，构建学科知识体系，是化学学习中一种重要的训练题型。推断题主要涉及方程式中生成物的推断，元素化合物网络推断和物质或离子的推断，有机化学网络推断。推断题的导学中要引导学生构建知识网络，通过题干或框图寻找推断题的突破口，突破口常常是物质的结构特点、特殊性质、特殊用途、特殊现象、特殊条件、特殊反应以及化学工业如硝酸工业、硫酸工业、氯碱工业、合成氨工业等，从突破口发散，步步推进，层层深入分析，直至揭示整个反应网络。无机化学的推断别注意题干中对结构、性质、用途的描述，框图网络中注意现象、条件的分析，从而找出突破口。有机化学中注意官能团的变化，氢氧原子的增减，确定反应过程是否发生加成反应、氧化反应和酯化反应，从碳原子最少的有机物寻找突破口。
四、有关图像和数据的导学
化学图像和数据分析题主要培养学生的分析能力和归纳总结能力。数据题导学别要注意数据呈现的规律和变化特点，如原子的第一电离能数据，通过数据的增大规律和突然增大的特点，可以判断最外层的电子数以及通常表现的化合价。化学二维图像题的导学注意横纵坐标表示的意义，沿着曲线走代表什么意义，拐点及出现拐点的先后代表了什么含义，直线代表什么意义等，如化学平衡图像的分析思路，先从图像得出结论，再结合平衡运动原理则可做出准确判断。化学三维图像导学时主要弄清楚图像构建的空间构型，如正四面体、正三棱锥、正八面体等，根据空间构型再结合教材知识则可解决相关问题，如晶体结构图和杂化轨道的空间构型等。
五、有关计算的导学
化学计算是培养学生的分析问题能力和数据计算能力，化学计算导学时要抓住计算的依据和原理，主要有根据方程式计算质量、体积、浓度、电子转移、焓变、反应速率、转化率和平衡常数等，如在多步反应计算时，根据各步反应找出关系量，关系量的寻找依据有原子守恒和电子守恒，关系量则为计算的依据，根据关系量列方程可以简化计算步骤和计算难度，节约了计算时间，使得计算思路清晰。
六、有关实验的导学
化学反应工程总结篇9
[关键词]生物分离；知识网络；教学改革
[中图分类号]G642.0 [文献标识码]a [文章编号]1005-4634(2012)03-0062-03
0 引言
随着生物技术的蓬勃发展，利用生物工程手段改造传统产业，大力发展工业生物技术，实现低碳循环经济已经成为目前产业发展的前沿之一。由于产品分离纯化是生物产品加工的重要环节，其过程、质量和成本往往决定整个生物加工过程的成败。因此，生物分离在整个生物产品生产过程中占据重要地位，生物分离工程课程是生物工程、制药工程等相关专业的重要专业基础课程，该课程相关知识储备也为学生以后继续从事科学研究或工厂实践夯实了坚实的基础。
生物分离工程课程是一门理论和实践密切结合的多学科交叉课程，知识面涉及物理、化学、数学、化工及微生物等学科，内容相对分散，不仅包括生物工程产物的分离、提取、精制的基本原理和相关基础理论，也包括大量的分离单元操作及其工业实际应用。知识点涉及细胞破碎与分离、初级分离、膜分离、萃取、吸附、层析、电泳、结晶、干燥及蛋白体外复性等方面。笔者在教学过程中，深切感觉知识点分散对学生学习、理解和复习的难度。知识网络是人们在学习和实践中所获得的知识通过一定的方式联系起来所构成的开放性知识体系。如果在授课过程中能够将知识点归纳总结比较，由点到线，再到面成体，构建相关知识网络并将其灵活应用到课堂教学中，可收到较好的效果。
1 抓住本质化繁为简，重点内容主线贯穿
把厚书读薄，抓住本质，化繁为简，以简明扼要的文字或图表将所学内容凝练出来，是学习繁多知识的一种有效方法。例如色谱技术是现代生物分离技术的核心，色谱又分为凝胶过滤色谱、离子交换色谱、反相色谱、疏水色谱及亲和色谱等。授课过程中，学生普遍反映该章节内容分类繁多，不易理解和掌握。因此在理论课程讲解过程中，重点突出色谱分离的本质——根据混合物中的溶质在固定相和流动相之间分配行为的差别而进行分离的方法。抓住这一本质，上述色谱分类就是基于溶质分子和固定相之间的相互作用机理不同，而关键在于选用的固定相。一般而言，应用于生物产品分离纯化的固定相色谱介质共同特点是都具有良好的亲水性、化学稳定性和机械强度。而凝胶过滤色谱主要就是采用微孔凝胶介质为固定相，如Sepha-rose，主要起筛分作用，是根据溶质相对分子量的差别进行分离的一种方法；如果对凝胶介质活化并键合一定量的阴阳离子，就成为离子交换介质，如Sepharose-Deae，主要是根据溶质与固定相间静电作用力的差别进行分离，即离子交换色谱；如果对介质表面偶联疏水基团就成为疏水介质，如phe-nylSepharose，主要是根据蛋白分子与介质间弱疏水作用的差别而进行分离，即疏水色谱，是生物大分子常用的分离纯化方法；如果将介质表面完全非极性化，如oDS-C18介质，就是反相色谱，主要根据溶质问极性差别进行分离分析，常用于非极性小分子(分子量小于5000)的分析和纯化；如果将介质表面活化并偶联一定的亲和配基，即亲和色谱，如BSa-Sepharose介质，主要是根据生物物质间的特异性亲和作用而实现分离。由此可见，色谱分离的核心在于选用的介质，而决定分离原理的主要因素是介质表面的基团，据此可将上述内容归纳总结如图1所示。通过这样的一个图，在相应色谱章节课程讲授过程中，引导学生从本质出发理解不同色谱分离过程的区别和联系，不仅使学生加深了对色谱分离原理的理解，更为关键的是，学生对色谱分离的本质、分类、各种色谱方法的区别和联系均可熟练掌握。
再如，生物分离过程的一般流程如图2所示，该图概括了生物分离课程中涉及到的所有分离操作，因此在课程的讲解过程中应以其为主线，在各章引言、生物产品分离示例的课程讲授中重点突出此图，并在全部课程结束后重新复习该流程图。通过这样反复强调，可化繁为简，学生对各分离操作在生物产品分离中的地位一目了然，有利于学生加深对各个单元操作的认识，深入理解各分离操作在生物产品分离工艺中的作用和相互关系，从而扎实地掌握各分离操作并能够灵活运用。
2 以因素为切入点，注重分离过程的提炼总结
虽然生物分离过程涉及内容繁多，但在分离工艺中一些单因素对分离的影响存在相通之处。如果以每一个因素为切入点，将相关知识点归纳提炼总结，可使分散的知识点构建成网，从而使知识体系立体化，加深学生对生物分离操作的理解。例如，生物产品如蛋白质、有机酸及核酸等都是两性物质，在不同的pH条件下两性物质的带电性质会有所不同。而带电性质会影响其分离特性，因此pH控制在这些两性物质分离中起着非常重要的作用，在课堂上应有意引导学生总结和提炼。在初级分离沉淀分级中，控制pH在目的产物等电点附近可使其溶解度降低，便于沉淀析出；有机溶剂萃取分离过程中，控制体系pH可使目的产物保持分子或离子状态，可调节其在水相或有机相的分配，从而实现萃取或反萃取；离子交换吸附过程中，决定分离的主要因素是目的组分与介质间的静电引力，控制pH可改变目的产物的电离状态，进而实现选择性的吸附或洗脱；亲和色谱分离过程中，如果静电引力在亲和作用中占据主导地位，pH控制在亲和吸附或洗脱过程中也具有重要意义。课堂上引导学生以pH对生物分离的影响为导向，归纳总结成表，如表1所示，就形成了清晰的知识网络。
再如，表面活性剂在生物分离中也有广泛的应用。细胞破碎中，采用表面活性剂处理细胞，可增大细胞壁通透性，便于细胞破碎；初级分离中，加入表面活性剂利用表面吸附的原理对溶剂进行分级分离；膜分离过程中用表面活性剂作为清洗剂对污染膜进行清洗；液膜萃取过程中加入表面活性剂稳定液膜，反胶团萃取中加入表面活性剂形成反胶团溶解生物物质；SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中加入表面活性剂使蛋白变性并消除其电荷差异，从而使其迁移率只与蛋白分子量有关。与之类似，过程强化技术等在生物分离中的应用有超声波破碎、超声波萃取、微波萃取、超临界萃取、超临界色谱等，以一个因素为切入点，将整个生物分离课程的内容提炼总结，并在课堂上及时引导学生思考，并以课堂提问和课后思考题的形式启发学生主动思考和查阅相关资料，由点到线再到面成体，构建相应的知识网络，以培养学生的独立思考和知识融会贯通能力。
3 加强知识点横向比较和联系
由于生物分离过程涉及分离操作较多，为加深同学们对所学概念的理解，课堂教学中可将各知识点进行横向联系和比较。如色谱和吸附这两个概念，色谱主要根据溶质和固定相之间各种相互作用——分子大小、静电引力、疏水性、特异性识别等的不同实现分离纯化；吸附是根据范德华力或静电引力实现从液体或气体中回收有用目的产物的过程。在分离单元操作过程中，色谱和吸附是两个互相并列的概念；但在色谱分离技术中，吸附色谱是根据固定相与溶质问吸附作用力不同的色谱操作，其本质是吸附原理在色谱上的应用，是和凝胶过滤色谱、疏水色谱等并列的概念。在实际讲课过程中，这两个概念学生非常容易混淆。类似的离子交换吸附和色谱也存在相似的区别和联系。
在同一章节相关的易混淆知识点也可以横向联系和比较，例如疏水色谱和反相色谱，都是根据目的组分疏水作用的差别进行分离纯化，但又有所不同。疏水色谱固定相表面偶联弱疏水性基团，疏水作用较弱，洗脱时主要采用降低离子强度、调节pH或者加入表面活性剂等方法降低疏水作用，可直接应用于盐析后蛋白分离纯化；而反相色谱固定相表面完全被非极性基团覆盖，表现强烈的疏水性，洗脱时主要采用降低流动相极性的梯度洗脱法，但应用于生物活性物质分离时存在使目的蛋白变性的危险。在讲授各自章节时将相关的知识点横向联系，比较其异同，通过知识网络的构建使得各知识点不再孤立分散，可以使学生总揽全局，加深学生对生物分离过程的理解，并提高学生的知识迁移能力。
4 重视考试的导向作用
考试的目的是为了鉴定教师的教学水平和学生的知识掌握情况，考试大纲和试题对于师生教学过程具有重要的导向作用。由此可见，考试仅仅是学习过程的一个阶段，考试中反馈出的信息有助于下一步更好的教和学的过程。考试结束决不意味着该门课程学习的结束，这一点对于当前大学教学而言尤其重要。因此，笔者在生物分离工程的教学实践中，积极拓展多种考试方式，采取了随机小考、课后小论文考察和期末考试相结合的方式。在课堂上随机小考，提问学生并引导学生总结提炼构建相关知识网络，知识点的消化吸收主要在课堂上完成；由于课堂时间有限，一门课程的学习不仅仅是课堂的45分钟，在课后集中选取一些具体的生物产品分离课题，安排学生主动去查阅相关知识，充分利用学校的图书馆资源，在课余时间完成知识面的拓展；期末考试试题的命制要灵活，重视知识点的比较、联系和总结，如前文所述，让学生列举pH控制、表面活性剂或者过程强化在生物分离中的应用。通过这三种考核方式，以课堂教学为基础，以课余时间为拓展，以期末考试为导向，学生的主动学习能力大大提高，不仅学习了知识，更重要的是提高了素质，这也是教育的根本目的所在。
5 结束语
综上所述，由于生物分离工程内容较多，构建知识网络可以将各知识点联系比较，可以抓住本质化繁为简，将所学知识串成一条线，突出各因素在分离操作中的作用，将不同单元操作相互比较并联系起来，并以考试为导向，引导学生主动学习，培养学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性，有助于加深学生对知识点的理解和认识，从而真正做到学有所用。通过这一教学实践，郑州大学生物工程系2008级生物工程班学生的生物分离工程理论课程平均成绩为79.4分，其中90分以上的占25.7％，不及格学生占1.4％。在郑州大学组织的网上教评中，笔者的评教成绩均在90分以上，为优秀等级。下一步应继续完善，探求更加符合当代教学特点的生物分离工程教学模式。
参考文献
[1]李华.生物分离工程课程的教学体会[J].化工高等教育，2007，(4)：34-36.
[2]胡永红，姚忠，刘洋，周华，韦萍.本科《生物分离工程》教学改革与实践[J].理工高教研究，2006，25(6)：124-126.
化学反应工程总结篇10
关键词:散体围岩;位移反分析;黄金分割法;监控量测;FLaC3D程序
中图分类号：U45文献标识码：a文章编号：
本文以湖南省交通厅科技项目《公路隧道施工中围岩散体破坏机理及监测信息反分析研究》为依托，采用黄金分割法结合Flac3D软件对散体围岩参数进行位移反分析。
1工程实例
1.1杜夜隧道工程概况和数值模型
吉怀高速杜夜隧道为双向4车道的双连拱隧道，隧道位于湖南省吉首市凤凰县境内，隧道起讫里程桩号K34+198～K34+704，隧道设计净空：2×10.75×5.0m。隧道进口段（K34+200~K34+250）围岩呈散体结构（Ⅴ级），最大埋深约为25m，属于浅埋隧道，有2条规模较大的断层，层理明显，节理发育，对隧道施工存在很大的安全隐患；本文以杜夜隧道左主洞的进口段作为散体围岩参数反演优化段，对该段隧道进行数值模拟计算。
1.2模型参数确定
根据《公路隧道设计规范》（JtGD70-2004）、杜夜隧道围岩相关勘察设计资料及相关文献资料比较，散体围岩及各支护结构物理力学参数见下表：
表1.1围岩及注浆加固区物理力学参数表
1.3杜夜隧道散体围岩断面现场量测数据
反演段主要是在进洞口K34+200~K34+246段Ⅴ级围岩，选取隧道ZK34+202、ZK34+232断面，根据施工现场监控量测报告，得到该断面上的监测数据。ZK34+202中最大日沉降量为-1.06mm，最大日收敛值为0.23mm，总沉降值为-3.79mm，总收敛值为-0.70mm；ZK34+232中最大日沉降量为-0.79mm，最大日收敛值为-0.15mm，总沉降值为-3.93mm，总收敛值为-1.48mm。
2杜夜隧道散体围岩段位移反分析计算与结果
2.1参数反分析结果
FLaC3D程序采用已知参数为表1.1，用坐标轮换黄金分割法对待反演参数进行位移反分析，根据杜夜隧道地质勘查报告提供的资料，在这里选取的范围为：围岩弹性模量：1~5Gpa；泊松比：0.2~0.9。经过6次优选，得到了符合要求的参数值。
表1.2参数反演结果表
由上表可知杜夜隧道ZK34+200~ZK34+250段V级围岩岩体的弹性模量为2.46Gpa，泊松比为0.42。
2.2反分析结果分析
第一，选取ZK34+232断面的现场监测值进行检验，将反演得到的岩体弹性模量和泊松比应用于有限差分FLaC3D软件进行正算，如下表1.3。
表1.3FLaC3D计算位移与现场监测位移比较
第二，选取靠近反演断面zk34+232附近的断面zk34+230、zk34+234、zk34+236、zk34+238和zk34+240的断面，因为这些断面离反演断面zk34+232很近，故可以认为这些断面的围岩力学参数相同，围岩稳定性情况也相同；将反演得到的岩体弹性模量和泊松比应用于有限差分FLaC3D软件进行正算并进行反演结果分析，得到数值模拟值与监控量测值的对比及相对误差，其中拱顶下沉值的相对误差最大为4.48%，最小为0.41%；周边（水平）位移收敛值相对误差最大为3.95%，最小为0.40%，这些误差都在允许范围之内；数值模拟与监控量测拱顶下沉值和周边（水平）位移收敛值曲线非常接近，而且都是随着掌子面的不断推进，拱顶下沉值和周边（水平）位移收敛值也不断减小，充分体现了围岩支护的作用，这些都说明反演的岩体弹性模量和泊松比值对工程实体是具有实际参考价值的，因此运用黄金分割法进行位移反分析计算，从理论和实际工程角度都是可行的。
3结论
（1）使用坐标轮换黄金分割法对隧道参数位移反分析的过程进行优化，能快速地搜索到符合满足精度要求的最优值，显著提高反分析的效率，节约大量的计算时间。（2）应用FLaC3D软件，结合实际监测量测的散体围岩变形数据，可简捷地对隧道的围岩参数进行反分析计算。（3）对反分析出的围岩参数进行反演正算，得出数值模拟与监控量测拱顶下沉值和周边（水平）位移收敛值曲线非常接近，而且都是随着掌子面的不断推进，拱顶下沉值和周边（水平）位移收敛值也不断减小，充分体现了围岩支护的作用，这些都说明反演的岩体弹性模量和泊松比值对工程实体是具有实际参考价值的，因此运用黄金分割法进行位移反分析计算，从理论和实际工程角度都是可行的。
参考文献
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