高分子材料的化工原理教改范文

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一、闡明高分子生產(chǎn)加工與化工生產(chǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系

高分子材料加工涉及的通常是高分子材料成型加工方法，化工原理課程也是海南大學(xué)(以下簡稱“我校”)高分子材料與工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生在初學(xué)化工原理時可能感覺與高分子加工技術(shù)相差較大，對將來專業(yè)知識沒有直接幫助，學(xué)習(xí)的積極性與主動性均難以充分調(diào)動，甚至還易產(chǎn)生消極抵觸的情緒。因此，在課程剛開始的緒論這一章的教學(xué)中在介紹什么是化學(xué)工業(yè)過程時筆者不以教材里的傳統(tǒng)化工加工為例，而是詳舉高分子行業(yè)中運用化工原理知識進(jìn)行材料加工處理的實例，提前介紹一些高分子材料加工的方法，拉近學(xué)生與傳統(tǒng)化工加工技術(shù)的距離，讓學(xué)生理解高分子加工的一些操作與傳統(tǒng)化工類的操作間的異同點，以便消除同學(xué)們內(nèi)心的疑惑，指明高分子材料加工專業(yè)的同學(xué)學(xué)習(xí)化工原理知識的必要性。如天然橡膠的初加工是海南(以下簡稱“我省”)省的特色產(chǎn)業(yè)也是我校高分子材料專業(yè)的一個重要方向。從天然橡膠樹上采割的膠乳經(jīng)過一系列的處理得到干膠產(chǎn)品(如圖所示)。在這個過程中干燥、濃縮、壓片等操作與傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中的相關(guān)的單元操作一樣，所用的基本原理相同，設(shè)備基本通用。高分子材料如聚乙烯的合成中乙烯氣體在常壓常溫下，加壓輸送合成前的加熱升溫操作及反應(yīng)后產(chǎn)物的分離與傳統(tǒng)化工專業(yè)的流體輸送原理及加熱原理是相同的，所用設(shè)備是相通的。

二、將高分子加工工藝融入化工原理的課程教學(xué)中

在高分子材料的加工中采用了大量的化工單元操作。但這些高分子加工藝在傳統(tǒng)的化工原理教材中是看不到的。這就要求任課教師具有高分子材料加工方面的知識背景，這樣可以將高分子加工工藝中運用到的化工原理的知識融入課程的教學(xué)中，學(xué)生領(lǐng)會到該門課程的知識在專業(yè)知識中的基礎(chǔ)作用學(xué)習(xí)興趣才會提高，并且在將來的工作中能有意識地提前運用化工原理的理論知識，進(jìn)行企業(yè)的節(jié)能降耗等的工藝改進(jìn)。如在以動量傳遞理論為基礎(chǔ)的單元操作的有關(guān)教學(xué)中，教材通常是以牛頓型流體如水、苯或甲苯等常規(guī)化學(xué)品的流體輸送為例，而高分子材料專業(yè)的學(xué)生處理對象多為大分子材料，所處狀態(tài)通常固體顆粒或黏稠狀態(tài)，屬于非牛頓型流體范疇。因此教材中的例子缺乏對高分子材料專業(yè)學(xué)生的足夠吸引力，難以達(dá)到應(yīng)有的示例效果。教學(xué)中我們以膠乳廠中天然濃縮膠乳的生產(chǎn)工藝為例，說明工藝中我們利用泵提供新鮮膠乳能量，促使其流入高速離心機中，而離心機是非均相物分離的一個單元操作。高分子量的聚異戊二烯在離心機轉(zhuǎn)鼓的軸中心較遠(yuǎn)的地方富集，而小分子如水分、小分子量的聚異戊二烯在軸中心附近富集。將這兩個位置的乳液分別導(dǎo)出就分別得到濃縮膠乳和膠清膠，并利用非牛頓型流體的阻力計算方法表明，由于膠乳的黏稠度遠(yuǎn)大于水的黏度在動力消耗上要比同等條件下輸送水的動力消耗大。鑒于在塑料或橡膠的加工生產(chǎn)中大量運用到了螺桿擠出機。所以在流體輸送設(shè)備介紹中，筆者是以螺桿擠出機在塑料加工中的應(yīng)用為例，說明螺桿擠出機的工作原理，并且介紹在塑料擠出機的料斗的顆粒進(jìn)料系統(tǒng)中可以利用固體流態(tài)化技術(shù)，采用真空吸料或用鼓風(fēng)機壓料進(jìn)行原料輸送。在以熱量傳遞為理論基礎(chǔ)的單元操作中，在介紹以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的熱傳遞時，筆者以未硫化膠膜在平板硫化儀內(nèi)加熱硫化為例進(jìn)行導(dǎo)熱說明。而以塑料在螺桿擠出機內(nèi)或橡膠在煉膠機上進(jìn)行塑煉時的粘流態(tài)受熱為例介紹對流傳熱熱傳遞方式。在以質(zhì)量傳遞為理論基礎(chǔ)的單元操作中，以粉末涂料的生產(chǎn)為例，介紹噴霧干燥工藝。這些將高分子材料加工工藝融入化工原理的課堂教學(xué)中，拉近了材料加工與化工原理知識間的距離，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，起到明顯的教學(xué)改革效果。

三、以高分子材料為實驗對象

化工原理一般是同學(xué)們從公共基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)所接觸到的第一門工程性課程，亦是一門理論與實踐緊密結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課程。它的實驗課教學(xué)設(shè)計至關(guān)重要，其不僅關(guān)系到整門課程教學(xué)效果的好壞，更是決定能否推進(jìn)該課程素質(zhì)教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為提高高分子材料類專業(yè)同學(xué)參與化工原理實驗課的學(xué)習(xí)熱情，筆者在實驗教學(xué)中選擇高分子材料進(jìn)行相關(guān)的實驗。如干燥實驗中有的專業(yè)以甘蔗渣紙板為實驗對象，獲得有關(guān)纖維的干燥過程曲線和干燥速率曲線。而我省特色產(chǎn)業(yè)天然膠乳加工中有將天然膠乳干燥制備成干膠的這一操作。為了結(jié)合我校的高分子材料專業(yè)，專業(yè)實習(xí)提前將有關(guān)化工原理的知識融入到專業(yè)學(xué)習(xí)中。實驗中以天然膠乳制備的濕膜片為實驗材料，獲得天然膠乳薄膜制品的干燥過程曲線和干燥速率曲線，為以后同學(xué)們?nèi)ツz乳廠參觀實習(xí)提供理論和實驗依據(jù)。這一舉措不僅有效激發(fā)了同學(xué)們參與實驗研究的主動性，反過來也極大促進(jìn)了該課程理論學(xué)習(xí)的積極性。

四、有的放矢傳授教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)少學(xué)時的課程教學(xué)計劃

在高分子材料類專業(yè)的教學(xué)計劃中，化工原理雖也多被列為必修課程，但相比化工類專業(yè)，其教學(xué)學(xué)時要少得多。因此，如何在有限的學(xué)時內(nèi)，引導(dǎo)同學(xué)們在掌握基本化工操作知識的基礎(chǔ)上，有的放矢地傳授教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主復(fù)習(xí)，進(jìn)行課外自學(xué)。如化工原理教材中有大量公式推導(dǎo)過程，少學(xué)時專業(yè)課的教學(xué)中不容許課堂上在公式推導(dǎo)中花費大量的時間，課堂教學(xué)中會簡單介紹推導(dǎo)思路，鼓勵學(xué)生課前及課后自學(xué)，重點放在有關(guān)理論的應(yīng)用上。如離心泵理論揚程的方程式的推導(dǎo)過程，運用了前期我們學(xué)過的伯努利方程的知識和幾何學(xué)中速度的矢量運算知識。在教學(xué)中要求學(xué)生課前自學(xué)，教學(xué)重點在分析、總結(jié)和對公式的理解和運用上。考慮課程特點，在蒸發(fā)等單元操作上分配課時較少，而對于膜分離這類單元操作，由于與高分子材料有密切關(guān)系，安排一定的學(xué)時學(xué)習(xí)這類單元操作的原理。這樣做到有的放矢，盡可能與專業(yè)產(chǎn)生一定的關(guān)聯(lián)，為專業(yè)知識拓寬堅實的專業(yè)基礎(chǔ)知識。

作者：張可喜符新何映平李志君單位：海南大學(xué)材料與化工學(xué)院