對開設“分離科學與技術前沿” 課程的思考.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-對開設“分離科學與技術前沿”課程的思考傅延勛，徐銅文（中國科學技術大學化學與材料科學學院，安徽合肥230026）摘要：本文闡述了分離工程應用的廣泛性、重要性。指出在理科化學與應用化學專業(yè)研究生中開設“分離科學與技術前沿”課程，可使學生了解拓寬這方面的知識面及其一些最新動態(tài)，掌握分離工程領域的最新技術，更好地適應畢業(yè)后的工作環(huán)境。關鍵詞：現(xiàn)代大學制度；政府；文化背景；改革中圖分類號：G423.04文獻標識碼：AReflectionsontheCourseof“FrontiersofSeparationScienceandTechnology”FUYan-xun,XUTong-wen（UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,Anhui230026）Abstract:Separationtechnologyiswidelyuseful.Thecourseof“FrontiersofSeparationScienceandTechnology”mayprovidestudentsofchemistrywithlatestinformationandhelpbroadentheirhorizonssoastobetterpreparethemfortheirprofessionalpursuitsaftergraduation.Keywords:modernuniversitysystem；government；culturalbackground；reform一、分離工程的重要性分離過程是指將某一體系混合物通過物理、化學等手段分離成兩個或兩個以上組成彼此不同的產物的過程。這種混合物可以是原料、反應產物、中間物體或廢棄物料。要將混合物分離，必須采用一定的方法。工業(yè)規(guī)模上，是要通過適當?shù)难b置和技術手段來進行，要消耗一定的能量來實現(xiàn)，這個過程被稱為分離工程。分離過程往往貫穿于整個工藝過程，往往是獲得最終產品的一個重要而又必須的手段。例如用煤合成氨，必須用氨水脫除硫化氫，用水加氨來吸收二氧化碳，用醋酸銅氨液吸收一氧化碳等。分離過程廣泛應用于石油、化工、醫(yī)藥、材料、冶金、食品、生化、原子能和環(huán)境治理等工業(yè)技術領域。在這些工業(yè)領域中，分離過程的裝置和能量消耗都占有十分突出地位。例如，在化工生產過程中，分離過程的基建投資占總投資的50%90%，消耗的能量也往往占總能量的絕大部分（例如聚乙烯生產過程中，精制所消耗能量占總能量的94%，而醋酸生產則占到98）。隨著現(xiàn)代生產和科學技術的飛速發(fā)展、人民生活水平的普遍提高，對分離技術也提出了越來越高的要求。例如，在原子能和半導體工業(yè)中所需的高純氣體氬、氦及半導體材料硅、鍺等，純度要求都在99.99，有的甚至超過99.9999。電子工業(yè)中使用的超純水、核反應堆使用的冷卻水，其用量之大、純度要求之高，是無法用二次蒸發(fā)等傳統(tǒng)工藝制取的。再如載人空間飛行器及空間站中二氧化碳氣體的去除、飲用水的制備及生活廢水的再生利用等，對分離技術都提出了新的要求?，F(xiàn)代生產和科學技術的飛速發(fā)展，不但促使一些常規(guī)分離技術，如精餾、吸收、萃取、吸附、結晶、干燥等不斷地得到改進和發(fā)展，而且如反應精餾、熔融結晶、變壓吸附等新技術的出現(xiàn)，更促使一些新型分離方法，如膜分離、泡沫分離、分子精餾、變壓吸附、重力場分離、超臨界萃取、色譜分離等得到重視、研究和開發(fā)。這些新型分離技術，有些已在生產-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-中得到一定規(guī)模的應用。這些方法具有良好的前景，并且各具特色。二、在理科研究生中開設“分離科學與技術前沿”課程的必要性理科化學與應用化學人才的主要培養(yǎng)目標是科研、開發(fā)和教學人員2。通過在校學習，培養(yǎng)學生的工程意識和經濟技術觀點，提高他們從事應用與開發(fā)研究的能力，使他們在科技成果轉化過程中更好地與工程技術人員相互配合3。在應用與開發(fā)研究中，往往規(guī)模較小，體系復雜，分離要求較高，難度較大。例如藥物的精制和提純、抗生素的凈制和病毒的分離、礦產中金屬的提取和精選、同位素的分離和重水的制備等。在應用與開發(fā)研究中，不僅要使用一些常規(guī)分離技術，如精餾、吸收、萃取、吸附、結晶、干燥等，而且更要用到一些新型分離技術，如膜分離、分子精餾、變壓吸附、重力場分離、超臨界萃取、色譜分離等。例如用納濾膜分離糖和鹽的水溶液。隨著對環(huán)境保護和資源綜合利用認識的不斷提高，人們希望在治理廢水的同時實現(xiàn)有價物質的回收，譬如：大豆乳清廢液中含有1%左右的低聚糖和少量的鹽，亞硫酸鹽法制備化纖漿和造紙漿過程出現(xiàn)的亞硫酸鈣廢液中含有2%2.5%的六碳糖和五碳糖，制糖工業(yè)中出現(xiàn)的廢糖蜜中含有少量的鹽等等。這些廢液處理過程中都涉及到糖和鹽的分離問題。根據(jù)納濾膜的特點，可以用納濾膜實現(xiàn)糖和鹽的分離。再如用凝膠色譜法分離照相明膠水溶液。照相明膠是膠原解旋的產物，主要含有p、2、1、p組分。1、2組分分子量略小于十萬4，他們對照相乳劑的感光性能和理化指標有著舉足輕重的影響。研究它們的影響及機理是十分重要而有意義的課題。要研究首先要將它們進行分離。用常規(guī)的分離技術分離不行，而采用新型的凝膠色譜技術方可以分離它們。又如微濾離子交換反滲透工藝制備超純水，可以使水的電導率達到2Scm，這是常規(guī)分離技術所達不到的。再如反應精餾法制乙酸乙酯。該方法使化學反應與分離操作同時進行，能顯著提高轉化率，降低消耗。該方法目前在工業(yè)上已獲得比較廣泛的應用，例如在酯化、皂化、胺化、異構化、烴化、乙?；确磻卸疾捎眠@一方法。如以乙酸和乙醇為原料，在酸催化下生成乙酸乙酯的可逆反應。該反應乙醇、水、乙酸乙酯三個組分可形成二元共沸物，水-酯、水-醇共沸物沸點較低，醇和酯不斷地從塔頂排出，從而使轉化率提高。若控制反應原料比例，可使組分轉化完全5。從這些例子我們可以看到，一些新型分離技術在應用、開發(fā)、科研、生產中已廣泛出現(xiàn)。對于理科化學與應用化學研究生，光掌握和了解一些常規(guī)分離技術是遠遠不夠的，必須掌握和了解新型分離技術。在中國科學技術大學教務處和化學與材料科學學院的大力支持下，我們從去年開始在理科化學和應用化學專業(yè)研究生（博士生、碩士生）中開設了“分離科學與技術前沿”必修課程。我們認為，這對拓寬研究生在分離工程技術領域的知識面，了解分離科學與技術的一些最新動態(tài)，掌握分離工程領域的最新技術具有重要的意義，可使他們畢業(yè)后能更好地適應日新月異的現(xiàn)代化建設，解決他們在實際工作中所面臨的一些基本問題。在講授這門課程時，我們認為，既要與基本的化工原理或單元操作相區(qū)別，又要由淺入深地講述一些新的分離理論和分離方法。因此，“分離科學與技術前沿”的課程內容大致擬1.分離科學與工程的簡單回顧、分離工程的重要性；2.分離過程的基本理論，包括分離過程的熱力學和動力學，典型分離過程的基本理論3.新型分離技術的發(fā)展與應用，這些分離技術包括：膜分離技術、分子精餾、變壓吸-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-附、重力場分離、結晶分離、色譜分離技術、超臨界萃??；.集成分離技術以及分離科學與技術的展望。為使教學直觀、生動、有趣且信息量大，我們采用了多媒體教學。課程考試采用學生寫專題綜述，并上講臺用多媒體講述，考試成績由教師和學生組成的評議組現(xiàn)場評定。通過這門課程的學習，同學們普遍認為學習這門課程是非常必要的，也是及時的。他們普遍認為，“通過學習這門課程，充分認識到分離過程的重要性?！薄霸瓉頉]有想到分離物系還有這么多新型分離方法?！庇械耐瑢W說：“我們畢業(yè)后如果從事應用與開發(fā)研究，或者技術轉讓，所做的工作往往都是些開創(chuàng)性工作，規(guī)模不大，體系復雜，但分離技術要求高。學習了這門課以后，我們心里有譜了，我們掌握和了解了這些新型分離技術，就可以幫助我們在今后的參考文獻：1劉茉莉，陳歡林.新型分離技術基礎M.杭州:浙江大學出版社,1993.2傅延勛,楊偉華,瞿其曙,徐銅文