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1、第10卷 第4期广东石油化工高等专科学校学报Vol.10No.4JOURNALOFGUANGDONGCOLLEGE2000年11月OFPETROCHEMICALTECHNOLOGYNOV.2000化工原理教学的若干方法周锡堂XXX,吴景雄广东石油化工高等专科学校 石化系,广东 茂名 525000摘 要 作为化工类及其相近专业所必修的一门技术基础课,化工原理综合运用物理化学、力学及高等数学等知识将整个化工生产过程分为若干个典型的单元来加以研究和介绍,在基础理论与专业技术之间建立了一道重要的桥梁,因而向为各高校及教育主管部门重视。通过对化工原理知识体系及教学过程的分析和
2、总结,提出了在教学中采用循序渐进、类比、突出课程特性、注重定性分析与定量计算相结合等方法的重要性。关键词 化工原理;循序渐进;类比法;特性;定性分析;定量计算化工原理是化工类及其相近专业必修的一门技术基础课。根据化工生产过程各物理步骤所遵循的原理,人们将整个生产过程分为若干个典型的单元来加以研究和介绍,这样一门学科称为化工原理,国外一般称为化工单元操作。化工原理虽然不是将某个化工生产过程作为整体来研究的,但它绝不是大量知识的简单堆积,而是内在联系密切、科学性系统性很强、处处表现出最优化思想的一门课程。充分认识这一点,是教好和学好这门课的关键。结合自身的认识和教学实践
3、,笔者认为下述几种方法在教学中较为有效。1 由浅入深、循序渐进的方法 在化工原理这门课程中,各部分之间的联系非常紧密,知识的递进性也是非常明显的。可以说,不掌握化工原理的第一部分(流体流动及其设备),就没法学习其第二部分(传热及其设备),因为化工上的传热几乎都是在流体作强制对流时实现的,这就牵涉到流体流动的规律。同样,讲到其第三部分—传质及其设备时,将不仅涉及流体力学知识,还要用到传热知识。以典型的传质过程—精馏为例,塔内气液两相的流动规律及流动对传质的影响的分析和计算,就有赖于流体力学知识;要计算某精馏过程所需载热剂或冷却剂用量,就得用到传热知识。因此,对教师来
4、说,由浅入深地把“流体流动”的知识讲清楚、讲透彻,是顺利地引导学生进入化工原理知识领域的关键性一步。例如“层流底层”是一个看似简单但内涵却相当丰富,的概念,如果在讲“流体流动”时能把它的含义、起因及影响因素交代清楚,并用适当例子加以分析,那么在以后讲传热和传质时“层流底层”这个概念用起来会十分方便。,2 类比、对照的方法 事实上,应用类比、对照的方法来教学,也就是方法论中所说的用联系的观点看问题。在化工原理的X收稿日期:2000-10-15XX第一作者:男,讲师第4期 周锡堂等:化工原理教学的若干方法29三大部分中,存在一些物理意义不同但数学形
5、式却极为相似的物理量。下述三个定律即是一个很好的例子:du牛顿粘性规律:τ=-μdy(1)dt傅立叶定律:q=-λ(2)dxdc费克定律:j=-D(3)dzdu从物理意义来说,上述3个定律分别说明动量传递速率τ与速度梯度、热量传递速率q与温度梯度dydtdc及质量传递速率j与浓度梯度的正比关系,比例系数μ、λ和D分别称为流体的粘度、导热系数和扩散dxdz系统,它们均为流体的物性常数,对具体的流体来说,其物性常数主要取决于其组成、温度和压力。式中的“-”号表示动量、热量、质量传递的方向分别与速度梯度、温度梯度、浓度梯度的方向相反。如果将它们抽象出来,得到的数学关系是完
6、全一致的。这说明,动量、热量和质量的传递在实质上具有高度的同一性。此外还要说明的是,它们均限于对层流状态时传递性质进行描述,不能用来对湍流流体中的传递速率进行计算。又如:对流传热速率计算式:1=αh(T-TW)=αc(tw-t)(4)对流传质速率计算式:N=KG(p-pi)=KL(ci-c)(5)上述两式公别表示了对流传热速率和传热推动力(温度差)、对流传质速率与传质推动力(浓度差)的关系,比例系数α和k分别为对流传热膜系数和对流传质膜系数。如果从数学的角度来看,它们在实质上是一致的,都体现了传递速率等于传递推动力与传递阻力(1/α或1/k)之比的含义。再如:11d
7、o总传热系数与分传热系数关系式:=+(6)Kαoαidi111总传质系数与分传质系数关系式:=+(7)KGkGHkL这两个计算式何以如此相似?原因很简单,它们都是根据所谓双膜理论导出来的。双膜理论的核心是:认为传递阻力主要集中在界面两侧的层流膜中(当然传递推动力也是如此)。此外,对数平均温度差与对数平均浓度差、传热单元与传质单元、传热膜系数的关联与传质膜系数的关联,等等,在形式上或考虑问题的方式上都有许多相似之处。充分认识存在于流体力学、传热和传质中的规律的一致性,对教师来说显得尤为重要。因为,把一些可类比的问题放到一起来讨论和分析,既起到温习旧内容的作用,又可
