化工原理教学中对传递过程类比.pdf

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1、!"!""#年第#期（总第$!期）教改经验交流化工原理教学中对传递过程的类比阎建民（上海交通大学化学化工学院，上海’()’")）!摘要"#基于一些过程速率计算的类似性，在《化工原理》教学中对照学生已经掌握的知识，可以帮助学生尽快理解各种传递过程的基本理论和计算思路。本文介绍了作者在两个方面的尝试：对照电路知识学习流体输送；对照传热学习传质。!关键词"#化工原理；传递过程；类比随着课程教育改革的不断深入，单科教学课不变？为什么“水往低处流”？借助此例，与电学中时不断减少，如本人承担的应用化学专业本科生的电位相对应，引出流体流动中“能位”的概念。《

2、化工原理》的授课时间最近缩减为!"学时，而通过流体“能位”概念，学生很快理解了：如果连相应教学要求也不能降低，这对任课教师的教学通的流体各处机械能不同，流体将从机械能高的方法提出了更高的要求。为此，一方面考虑学生素位置向机械能量低的位置流动。质普遍较好，对部分内容安排自学任务，比如让学借助学生对“能位”概念的兴致，又引出并讲生按一定要求独自总结归纳不同种类设备的特征解了“静压能”：为什么静止流体的上下部分位能和选用原则。同时，利用有限的课堂时间，想办法不同而不流动呢？因为下面部分流体的静压能较把基本理论讲透彻。大，静力学方程体现了静止流体机械能

3、的守恒。用传递过程速率计算是《化工原理》的核心内这种方法，学生很快可以理解静压能，并且在学习容，而在化工原理教学中不可能深入讲授传递的机械能衡算后，同学们马上能够认识到静力学方基本理论。如何在较短时间内，使学生对不同传递程只是机械能衡算的特例。过程速率的计算思路有清晰的理解？这里，基于不接着，借助同学们的电学知识，给出表$，引出同过程速率计算的类似性#$%，尝试在教学中引喻学不同传递过程的推动力、阻力和速率等概念，并要生已经掌握的知识，以帮助学生尽快理解各种传求在后面学习中重点关注各“？”项的含义和计算递过程的数学表述和计算思路。方法。这样，学

4、生后面听课时能有一些针对性，对一、流体输送与电路的类比流体流动问题的计算思路也有了大致了解。动量传递是学生接触的第一种传递现象。动量传递的概念对流动阻力产生的理解有帮助，但在化工原理中意义不大，难以跟传热、传质相提并论，适合简化处理。考虑流体流动中的阻力与流量的关系与电学中电阻、电流强度关系很类似，因此，利用流体输送与电路的类比，帮助同学利用电学知识迅速抓住流体流动计算方法的核心。首先，学习静力学后通过图$的示例，让学生考虑，两容器中间的阀门开启时，两液面能否维持图$&&流动方向判断问题#作者简介%&阎建民（$*++,），男，副教授，博士。化工

5、原理教学中对传递过程的类比!"表$%%不同过程现象的概念对比中*’+“，传质”部分被归入“吸收”一章，但如果只介绍与吸收有关的传质现象，学生们对蒸馏、干燥现象平衡法则推动力阻力速度等单元操作的传质过程本质就缺乏理解。在教学电荷流动电平衡（无电位差）电位差电阻电流强度中，对照刚学过的传热知识，首先集中讲解与单元流体流动能量平衡（流体静止）？？流量操操作相关的传质理论（表’），使学生能较快理热传递热平衡（无温度差）？？？解不同传质推动力与传质系数的对应关系以及相质量传递相平衡（？）&？？？平衡对传质计算的意义。应指出，以上的对照讲&注：本校化工原理

6、与物理化学同时开课，因此在学习流体流动时解，对学生后续单元操作学习也有帮助，如借助传不能理解相平衡热单元数（,!-）理解传质单元数（,./），对吸通过流体输送与电路的类比，提高了学生对收和干燥中控制步骤的讲解也容易进行。流体流动问题的兴趣，对后面很多内容的学习也表’%%传质与传热的对比有很大帮助，比如：传递平衡层流传递相界面传递总传递速率传递现象&%计算流动阻力的范宁方程中摩擦因数与导判据表述速率方程方程线电阻计算涉及的电阻率有类似性。傅立叶定律热平衡通过壁面的#$&%复杂管路流动中流量与能量消耗计算与电!"!温度相等#%"#$（&’($）热量

7、传递路中的电压电流分配很相似，比如并联管路各支!"#路单位质量流体能耗相等；总管流量等于支管流通过相界面相平衡量和。)*"+*,#$*&#.&（./(0）#%-*-*-*的质量传递化学位相等&%流体输送机械与电源的性质类似，等等。对照传热讲授传质的基本理论以后，再详细介绍传质过程的一些特点：相平衡问题比热平衡复杂，要重点理解掌握；传质中存在总体流动，高浓度对传质计算有影响；由于传质涉及多组份，扩散系数难以确定；传质过程有动态的相界面，导致传质过程强化手段与传热不同，要求学生在传质塔设备学习中留意。最后提醒学生，由于传质过程理论上的复杂性，各种传

8、质分离的单元操作（吸收、蒸馏、萃取、图’%%复杂流动管路及其对应电路干燥）采用的计算方法有类似之处，也有很大差通过以上类比，不仅帮助学生理解记忆教材异