《化工原理》教学经验点滴
《化工原理》教学经验点滴
宝应职业高级中学09化工班昌永进
一 “开头”
一个讲演者能否抓住听众，开头的几句话十分关键。一个教师的讲课是否对学生有吸引力，开场白也非常重要。本节论及的是《化工课程》各章的开头。
现以第一章流体的流动与输送为例进行阐述。流体流动问题是化工厂里最常遇到的一个问题，也是化学工程里最基本的问题。化工生产中所处理的物料以流体（液体和气体）占大多数，流体的输送是在管路里进行的，因此流体输送管路在化工生产中起着极重要的作用，就如人体里的血脉一样。输送管路是由管子、阀门、输送机械（泵、风机等）、流量计等部分组成，四通八大于各处。所以对于这种用量巨大的输送管路和输送设备，如能做到正确设计、布置和选用，就会为国家节约大量的物资、能源，显著地提高经济效益和社会效益。
这一章学习的主要目的是研究流体的有关规律及应用这些规律去解决流体输送问题。
流体输送究竟包括那些内容，可通过下面这个实例---银川氮肥厂脱硫工段了解个梗概。
半水煤气中的硫化氢在脱硫塔中与氨水逆流接触后，被除去。
脱硫原理：
由上图可知主要任务有二：
一、选（选合适流速，确定管径，选泵，风机；选合适的阀门及测量仪表）
二、研（为了选的恰当，就得研究流体的性质，流动形态及条件，研究流体静止时，流动时的有关规律。）
为了研究以上问题，首先必须掌握以下基本概念。这样逐步展开了本章的内容。
再如第三章吸收，在ξ1概述中讲解了吸收的应用，原理，类型，目的后，在讲解吸收要解决的问题时，教师在黑板上画了一个吸收塔的示意图。
合成氨原料气经变换炉变换后，（CO+H2O汽=CO2+H2）变换气中含有大量的二氧化碳（约30%左右），它将结合成触媒造成危害，必须将其除去。本处介绍加压水洗流程。用12—30[工业大气压]的水，经塔顶喷淋而下与从塔底进入的变换气逆流接触，使二氧化碳被水吸收，这是一个物理吸收过程，净化后的气体由塔顶排除，其中二氧化碳残余量在2%以下，吸收二氧化碳后的水由水洗塔底部引出。
由上图，我们需要解决这样几个问题：
一、气、液相组成是如何表示的？吸收的极限是什么？气液平衡关系如何表示？
二、吸收速率方程如何表达?怎样强化吸收？
三、液气比是多少才能满足要求？
四、吸收塔径的计算。
五、吸收塔高的计算。
现在，我们就上述问题为序，一一研究。
再如，讲到第七章合成氨工业，介绍完氨在国民经济中的作用后，教师向学生讲授一般的工艺过程及设备的研究目的。
对任何工艺过程研究目的有四：一、研究反应原理；二、提高产物的平衡浓度：三、缩短到达到平衡的时间；四、综合二、三找出最佳工艺条件。
研究设备：满足最佳工艺条件的前提下，要求主设备容积最小，辅助设备个数最少，便于自动化控制。
研究以上问题的工具是：质量守衡，能量守衡，动力学方程、热力学关系及平衡关系。
“良好的开端是成功的一半”。如果每个章节能有一个好的开头。那么，它便把该章节的各种知识有机地串联到一块，犹如用一根线串起一堆零乱的珠子，使该章节给学生的知识不是零乱无关,而是一个有机的整体。使学生学习后面的知识时，做到胸有成竹。多年的教学经验证明，这种方法较有成效，笔者介绍出来，与同行探讨以改进教学。
二、“章 末”
许多初学化工的学生，学习《化工原理》时，往往被众多的概念、公式弄昏了头，分不清主次，不晓得哪个该记，哪个不该记，更不了解各个公式、概念间的内在联系。因而公式记混、用错的事时有发生。为纠正这种情况，笔者经过学习、研究、每讲完一章。便给学生总结一次，在黑板上用不同颜色粉笔加以说明，最后对总结用几个字高度概括一下。实践证明：学生是很乐意接受的，而且记的牢、用的活。因限于篇幅，我只以第二章传热过程为例加以说明。
该章最重要的方程是传热基本方程：，因工业上的换热方法有三种，直接换热，间壁换热，蓄热换热。而间壁换热是工业生产中应用最广泛的一种主要换热方法。间壁换热，热量传递有二种基本方式，传导传热；对流传热。笔者把传热基本方程拿出来进行解剖，分别进行纵向、横向的剖析。从纵向讲，如果热量传递方式是传导传热，那么传热基本方程就可以写成热传导基本方程----傅立叶定律（），如果热量传递方式是对流传热，则可用对流传热热方程---牛顿冷却定律[]表示；如果热量传递方式是辐射传热，则可用辐射传热速率方程表示；如果是500℃以下的间壁换热过程，则根据连续（生产）稳定（传热）的前提，依据能量守恒定律，而得出传热速率等于给热速率。即：q传=q导=q给 。(忽略热损失)从横向讲：传热基本方程中的每一项摆出来剖析。如传热速率q，根据稳定传热的前提，依据能量守恒定律可得出q传=q导=q给，即传热速率等于热流体的放热速率，也等冷流体的吸热速率。传热系数K，可以用传热基本方程去计算（查定），也可以进行理论计算。平均温度差，则分情况计算。传热面积A可用传热基本方程计算，或到已有的换热器上去测量。
传热总结可概括为：
通过章末的总结，使学生清晰地看到本章的脉络，每个概念、每个公式确切的位置与作用。重点、非重点、难点在总结示意图上清楚地展示出来，这样使学生脑海中对该章的知识，有一个系统的、完整的印象，便于记忆、应用。
一次学习、一层楼、一次总结、一层天。每一次的总结，都使人们对知识的认识、深化一次。教师给学生的应该不只是“金”，更应该是“点金术”，而总结这一“点金术”，只有在总结过程中才能学会。
三．“五步解题”
不管是工科学生还是理科学生，不少人一提到解题，或多或少感到发怵。特别是初学化工课的人，往往有这种感觉：一学就懂、一放就忘、一用就错。上课清楚、解题糊涂。几个人七拼八凑，互相启发解一道较难的题往往要花二三个小时。
产生上述问题的原因固然很多，但没有掌握解题方法恐怕是主要原因之一。笔者根据多年的教学经验，总结了五步解题法，用于教学，收效颇好。五步可归纳为五个字：分、图、选、算、分。即：分析题意；画出图形；选好基准；方程计算；分析答案。因为正确的答案来源于正确的计算，而正确地计算又取决于正确的基准和正确的图形，正确的图形则取决于题意的正确理解。一环扣一环，只要有一步出了错，最后的答案必错无疑。学生出错，往往是因为他们嫌麻烦，不愿严格地遵照这五个程序。上述五步中，中间三步是最关键的。画图，只要画出方框图或设备的简略外形图就可以了。选基准，指选计算基准（包括用柏努利方程解题时的计算截面与基准水平面）。基准中含压强基准，（如方程两边都用绝压或都用表压），温度基准，（方程两边都用开氏温标或摄氏温标），单位基准，（方程两边物理量须用统一的国际单位制或其它的单位制。）列方程计算时，宜用“逆推顺写”的方针，即从题目问题推起，要解决它，应创造什么条件---------但要具体地写在纸上却要从前向后顺着写。例如：已知20℃的水在内径为50[mm]、长为30[m]的直管中以1.5[m/s]的流速流动，求压头损失为多少？因为求压头损失hf 就得求λ，要求λ就得先求Re与，[]，求Re必须先得求ρ、μ，此为逆推。做题时先根据20℃的水查出ρ、μ，然后再求出Re与，进而查出λ，最后算出。用箭头表示ρ、μ Re，λ，此为顺写。不少同学解出答案后如释重负地把作业推到一边，不管对与错。教师应要求学生分析答案的正确与否。比如题目要求管中的水流速，而作出的答案是5 [m/s]已超出了水的常用流速范围1.5—3[ m/s]，答案很可能是错了，那你就必须认真检查，找出原因所在。只有长期坚持严肃认真、一丝不苟的学风，才能培养出学生良好的思想、业务素质。因此，多年来，我一直要求学生抄题、画图、用直尺或三角板来画分数线和等号，在做题过程中严格按照五步解题法程序计算，收到较好的效果。
为了使同学对五步解题法记得牢、理解得深，笔者为学生总结了四句话：“弄清题意最要紧,正确画图看分明。等号两边数量同，检查答案行不行。”第三句话是指列方程式要注意等号二边不仅要数值相同，而且要量纲（单位）相同。现举一物料衡算的例子，说明五步解题法的运用。
例：燃烧某种含炭79%（重量）和灰分6%（重量）的煤，所得的煤渣中含灰分90%（重量）和碳10%（重量）。试计算燃烧100公斤重的煤，所得的煤渣重和未利用的可燃物的百分数？
一、分析题意：按“逆推顺写”的原则，要求出未利用的可燃物的百分数，就必须先求出煤渣中所未燃烧的炭和总炭的重量，而如此就得先算出煤渣的总量是多少，因为渣是由灰分和未燃烧的炭组成的，必须先算出灰分的重量。另外，该题属于物料衡算，解这类题首先确定衡算对象，其次,要规定出衡算基准，第三,要找出联系物质。对有化学变化的过程，联系物质应以未发生化学变化的物质（如：惰性物质）或某一化学元素为基准。具体到本题，我们把燃烧炉作为衡算对象，把入炉的100公斤重的煤作为衡算基准，把没有变化的灰分作为联系物质。
二、画出图形：用方框图代表燃烧炉。此炉是衡算对象、即与外界脱离而独立的一个系统。此系统与其它设备或与周围空间之间的物流方向，在图中都用箭头表示出来：凡是指向此系统的，都属于输入（G1），凡是从此系统引出的，都属于输出（G2）而令∑G1=∑G2。
气
100公斤重煤
空气 渣
三、选好基准：以100公斤重的煤作为衡算基准。把灰分作为联系物质。因为灰分是固体物质一般存于渣中，它不能被燃烧，所以不起变化。
四、列方程计算：
由上图知：入炉灰分=出炉灰分（物料衡算式），即
入炉灰分=100×6%=6公斤重
出炉灰分=渣中灰分=6公斤重
而渣中含灰分90%（重量）和碳10%（重量），那么含灰分为6公斤重的渣是多少重量？令渣为X重，则：
100：90=X：6
X=6.67公斤重
渣中所含未燃烧的煤=6.67-6.0=0.67公斤重
100公斤重的煤含炭量=100×79%=79公斤重
未利用的可燃烧物（碳）的百分率=×100%=0.85%
五、分析答案：如手头没有此类数据可和上述答案比较，那么，把解题过程重新检查一遍，认为无误即可。
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