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图像思维在吸收教学中的应用_常海.pdf
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1、常 海 等.图像思维在吸收教学中的应用2023,Vol.37,No.1收稿日期:20220307基金项目:江苏高校品牌专业建设工程项目(PPZY2015B112)作者简介:常海(1972),男,硕士,讲师,主要从事化工原理及实验的教学,E-mail:ch doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 01 025图像思维在吸收教学中的应用常 海 王雅琼(扬州大学 化学化工学院,江苏 扬州 225002)摘 要 吸收作为“化工原理”课程中一个较难的章节,有一些知识点能够利用图像思维来提高教学效果。作者从图像思维在气液相平衡关系及其应用、气膜阻力和液膜阻力控制、传质
2、单元数关联图及其应用这 3 个方面来讨论其应用。关键词 图像思维 吸收 教学方法中图分类号:G642 文献标志码:A “化工原理”是化工制药类专业的一门专业主干课程,吸收章节是其中的主要章节之一1。图像思维是一种形象思维,能通过直观的图像来思考、分析与解决问题2,具有很强的直观可视性,从而能够弥补文字教材与口头表达的不足之处3,使复杂的问题简单化,抽象问题具体化,从而有利于对知识的理解和掌握4。图像思维在传热教学中能够起到提高教学效果的目的,吸收作为质量传递过程,比热量传递更加复杂,涉及的概念和原理更多,学生学习难度更大,所以图像思维能够起到更大的作用5。作者从气液相平衡关系及其应用、气膜阻力
3、和液膜阻力控制、传质单元数关联图及其应用这 3 个方面来讨论图像思维在吸收教学中的应用。1 气液相平衡关系及其应用气液相平衡关系是吸收过程的一个基础,它可以判别过程进行的方向、指明过程的极限及计算过程的推动力1。作者分别从气液相平衡关系本身、传质过程进行方向的判别、计算吸收过程推动力这 3 个方面来讨论图像思维的应用。1.1 气液相平衡关系同一温度下,不同的气体在同一种溶剂中的溶解度相差很大,当符合亨利定律时可以通过亨利系数的大小来判断溶解度的相对大小,更直观的方法是通过平衡溶解度曲线图。如图 1,可以很直观地表现出不同气体在水中溶解度的差异。特别是溶解度较大,不符合亨利定律时也可以很直观地显
4、示。同一种气体,在不同温度下溶解度大小的规律同样可以由溶解度曲线图来清晰地表现出来1。图 1 不同气体水中平衡溶解度曲线同一体系中,吸收和解吸的总压有较大的差异,而总压对气液相平衡关系的影响则比较复杂,最好通过图像来讨论,如图 2。由图 2,在一定的温度下,气相中溶质组成 y 不变时分压正比例于总压。则当总压增加时,在同一溶剂中溶质的溶解度 x 随之增加,这将有利于吸收,故吸收操作通常在加压条件下进行。但当总压不太高时,如果仅是总压变化而溶质的分压不变(此时 y 同比例变化),则溶解度不变。1.2 判别传质过程进行的方向当气体中 y ye时,吸收过程不断进行,直到 y=79第 37 卷第 1
5、期Vol 37,No 1化工时刊Chemical Industry Times2023 年 2 月Feb.2023 2023,Vol.37,No.1教改论坛ye时,达到相平衡,当 y ye时液相中溶质向气相传递,即为解吸过程。同样也可以通过液相浓度与液相平衡浓度的相对大小来判别传质过程进行的方向。图 2 不同总压下 CO2在水中溶解度曲线如图 3,组成点 A 在平衡线上方,为吸收过程;组成点 B 在平衡线上,为平衡过程,组成点 C 在平衡线下方,即为解吸过程。图中也标示出了每一点对应的气液相平衡浓度,通过图像能够很容易地理解这个概念。图 3 判别传质过程进行的方向1.3 计算吸收过程推动力由于
6、气液浓度有多种表达方法,并且由于相平衡关系的存在,塔内任一截面上的推动力也有多种表达式,学生对这个知识点容易混淆,此时图像思维能够起到很大的作用。在图 4 中,P 点坐标值表示实际气液浓度,Q 点坐标值表示对应的界面浓度,由于界面阻力很小,可以认为界面处于气液相平衡状态,所以Q 点位于相平衡线上。注意弄清主体浓度 x 与 y、界面浓度 xi与 yi以及平衡浓度 xe与 ye的区别和联系。xi与 yi为平衡关系,xe与 y 为平衡关系,x 与 ye为平衡关系。所以,以气相浓度为基础的推动力形式有(y-yi)和(y-ye),以液相浓度为基础的推动力形式有(xi-x)和(xe-x)。以分压和摩尔浓度
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