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关键词： BOPPPS   有机化学   混合式”教学模式  

摘要： 针对有机化学的课程特点，利用BOPPPS模式(一种以教学目标为导向、以学生为中心的教学模式突出以学生为主体的闭环教学过程的优势，利用数字化教学手段，形成以雨课堂为主、QQ群和腾讯会议为辅的“混合式”教学模式，实现师生的良性互动，提高课堂教学效率，提升学生的学习效果。

关键词： 教材统整   有机化学   教学设计  

摘要： 本文基于新课程模块化教学背景下的高中有机化学教学实践所面临的现实困惑,以及新时代学生核心素养发展的内在需求,进行了指向发展学生核心素养的高中有机化学必修、选修教材的整合教学设计研究。通过文献梳理,发现国内对于高中有机化学必修、选修教材的整合教学设计研究几乎没有,因此本文寻找了适合本研究的教材统整的理论基础并进行了详细阐述,在此基础上提炼出与本研究方向相符的理论,进而制定出《高中有机化学教材统整指南》,并根据统整指南对“苯的结构和性质”与“简单有机物的合成”两个知识点,进行基于教材统整的教学设计。本文由如下六章内容组成:第一章为本文绪论。重点阐述了论文的研究缘起和研究背景,简述了论文的研究内容及目的意义、研究思路和方法。第二章为本文的理论基础。阐述了布鲁纳的结构主义课程理论及其在新课程背景下教学中的应用-“学科大概念”教学思想;同时也对课程统整理论的定义及应用作了概述,并界定了文中涉及的“教材统整”“知识统整”“经验统整”“社会统整”四个核心概念。第三章是教材统整指南的制定。包括对2017年版的课程标准进行研读,对根据2003年版课程标准编制的苏教版高中有机化学必修、选修教材内容进行详细的比较分析,重构教材体系,统整教材内容以及学时的安排,并概括了统整的教学设计模式。第四章是教学设计案例。选取了“苯的结构和性质”与“简单有机物的合成”两个知识点,进行基于教材统整的教学设计,以在文本层面上验证教材统整的可行性。第五章是对统整设计的评价。通过访谈调查一线教师对教材统整指南及统整的教学设计案例的看法,进一步在实践层面上验证本研究的可行性和必要性。第六章总结了本文得出的主要研究结论,并提出了研究展望。

关键词： 醋酸甲酯   水解   萃取精馏   反应精馏   间壁塔   控制  

摘要： 聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)可生产纤维、粘接剂及涂料等产品,广泛应用于纺织、化工和建筑等众多领域。醋酸甲酯是聚乙烯醇生产过程的重要副产物,需经水解反应生成醋酸和甲醇后回收使用。醋酸甲酯单程水解率低,并与反应物水和产物甲醇均可形成共沸物,造成现有醋酸甲酯水解及分离过程能耗高,流程复杂。简化醋酸甲酯回收流程、降低能耗是降低PVA生产成本的关键。 间壁塔(Dividing Wall Column,DWC)与完成相同功能的塔组相比可以简化流程,节约设备投资,降低能耗。论文首先提出了10万吨/年聚乙烯醇装置的醋酸甲酯间壁塔反应精馏水解工艺,取消了原工艺的水萃取精馏单元,将传统工艺的92.0%醋酸甲酯进料,改进为75.0%醋酸甲酯直接进料。采用过程模拟方法确定了较优的工艺和设备条件,结果表明,保持与传统工艺相同的水酯比及能耗情况下,醋酸甲酯水解率从66.4%提高到了72.4%。然而,该工艺受75.0%醋酸甲酯直接进料影响,进水解反应器的醋酸甲酯中仍含有12.5%的甲醇,抑制了水解反应,降低了水解反应转化率。 为降低进反应器物料中甲醇的含量,进一步提高醋酸甲酯水解率,提出了采用稀醋酸作萃取剂的间壁塔萃取-反应精馏耦合水解工艺。通过将塔釜稀醋酸返回至75.0%甲酯进料口上方,进水解反应器的醋酸甲酯中甲醇含量由12.5%降低至9.2%,水解率提高至87.4%。塔釜热负荷增大至28.9 Gcal/hr时,醋酸甲酯接近完全水解,右侧塔段顶部采出甲醇质量分数为90.4%,塔釜采出醋酸质量分数为71.7%。为比较能耗,建立了包括甲醇和醋酸精制的全流程模型,模拟结果表明新工艺与传统工艺相比能耗降低18.0%,并少了醋酸甲酯水萃取精馏塔和水解产物分离塔,简化了工艺流程。 间壁塔内隔板两侧的气相流量分配是该领域的技术难点。论文提出了通过改变间壁塔两侧冷凝器的冷凝能力调节左右两侧塔顶压力,从而改变塔内上升蒸气在两侧分配的控制策略。通过醋酸甲酯萃取-反应精馏耦合间壁塔的动态模拟,证明了通过调节间壁塔主塔塔顶冷却水量,可以实现气相分配比例在1.97到2.35范围内变化,证明了该控制策略的可行性。进一步,通过扰动分析探究了该控制结构的控制性能,研究结果可为间壁塔醋酸甲酯萃取-反应精馏水解工艺的工业实践提供借鉴。

关键词： DMF   塔板堵塞   运行周期   异戊二烯   萃取精馏  

摘要： 碳五分离装置是以裂碳五为原料,采用普通精馏和萃取精馏相结合方式,将裂解碳五馏分中的异戊二烯、间戊二烯、双环戊二烯等组分分离出来。本装置萃取单元以DMF为溶剂,并采用两级萃取精馏方法,分离出聚合级异戊二烯,因此,萃取单元平稳运行是影响碳五分离装置长周期运行的关键。本文结合装置萃取单元生产过程运行情况及两次停工检修塔盘堵塞检查情况,探讨DMF法在分离装置应用中存在的问题及应对措施,从而实现碳五分离装置安、稳、优、长周期运行的目标。

关键词： 高中化学   核心素养   有机化学   教学策略  

摘要： 在当今教育背景下,更加强调学生核心素养能力的培养。因此,在开展高中有机化学教学过程中,教师应从教学理念与教学设计上进行全方面的改革,在教学理念上,应坚持"以生为本"教育理念,注重自主学习环境的构建,使学生能够有意识的完成教师安排的任务,进而促进学生学习效率的提升。在教学方式上,要以教学目标为基础,打造趣味性课堂,使得学生学习动机增强。

关键词： 三聚甲醛   离子液体   活度系数模型   萃取精馏  

摘要： 三聚甲醛是合成聚甲氧基二甲醚（PODE_n）、聚甲醛工程塑料（POM）、杀虫剂和粘结剂等重要化工产品的重要原料。目前,国际市场对三聚甲醛产能的需求不断增加,但三聚甲醛的合成与分离的先进技术长期被国外垄断,因此研制三聚甲醛的合成与分离新技术至关重要。三聚甲醛是甲醛水溶液反应精馏的产物,相应的汽相馏出物中含有水、甲醛和甲醇等杂质,且三聚甲醛与水形成了共沸物,因此分离精制三聚甲醛的难度很高,目前常用的方法包括结晶法与萃取-精馏法,但结晶法易结垢且连续化生产困难,萃取-精馏法需要的萃取剂量多且对环境和人体有害。针对上述问题,本文研究了利用离子液体作为萃取精馏剂提纯三聚甲醛的新方法,并取得了如下成果:（1）利用COSMOtherm X软件和相平衡实验筛选了可以打破三聚甲醛-水共沸物的离子液体[MMIM][X],并利用Gaussian 09软件从分子层面分析了离子液体打破三聚甲醛-水共沸点的机理,结果发现为了打破三聚甲醛-水体系的共沸点,不仅需要离子液体与水形成强度较高的氢键,而且需要离子液体具有一定的空间位阻效应,以使离子液体能与多个水分子形成氢键,但与三聚甲醛形成氢键较为困难。（2）常压下测定了三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]三元系的汽液相平衡数据,结果发现只用1mol/kg的离子液体[MMIM][X]即可打破三聚甲醛-水体系的共沸点,且离子液体的浓度越高,打破共沸点的效果越优异。随后,测定了三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醛四元体系、三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醇四元体系以及三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醇-甲醛五元体系的汽液相平衡数据,发现少量甲醛和甲醇的存在对离子液体[MMIM][X]打破三聚甲醛-水体系的共沸点的影响不大,且少量甲醛的存在能够提高利用离子液体[MMIM][X]提纯三聚甲醛的效果。（3）采用多个活度系数模型对三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]三元系的汽液相平衡数据进行了回归,结果表明NRTL模型的偏差最小,对汽相组成拟合的平均绝对偏差均在0.008以内。采用NRTL模型对三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醛四元系的汽液相平衡数据进行了回归,对汽相组成拟合的平均绝对偏差在0.012以内;采用NRTL模型对三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醇四元系的汽液相平衡数据进行了回归,对汽相组成拟合的平均绝对偏差在0.013以内,且对汽相中甲醇的活度系数拟合的平均相对偏差较小,其结果为3.56%。采用NRTL模型对三聚甲醛-水-离子液体[MMIM][X]-甲醇-甲醛五元系的汽液相平衡数据进行预测,对汽相组成预测的平均绝对偏差在0.016以内。上述结果表明NRTL模型适用于含离子液体和三聚甲醛的体系的相平衡计算。（4）利用简易萃取精馏装置和实验室组建的萃取精馏小试装置,进行了萃取精馏实验,结果表明在溶剂比为2和回流比为1的条件下,利用离子液体[MMIM][X]作为萃取精馏剂能够将三聚甲醛和水完全分离,获得纯度高于99.5%的三聚甲醛产品。

关键词： 丙炔醇   共沸   萃取精馏   经济优化  

摘要： 丙炔醇是一种被广泛用于医药和农药行业中的重要中间体,丙炔醇-水常压下是共沸体系,用普通精馏方法无法将其分离,工业上制备丙炔醇的过程中,需要通过特殊精馏来进行丙炔醇-水的分离。本文拟采用萃取精馏的方式对丙炔醇-水进行分离,为此,通过以下三方面基础研究,为丙炔醇-水体系的分离设计提供基础数据,优化最佳分离方法,为实际生产提供理论依据。首先利用高溶解性、高选择性、沸点适宜等萃取剂基本筛选原则初步甄选出五种物质作为萃取精馏分离丙炔醇-水共沸体系的备选溶剂,再根据等挥发度曲线法和相对挥发度法对备选溶剂进行了进一步的优化,筛选出了性能较优的1,4丁二醇作为本次流程模拟最终使用萃取剂。为了确定精馏塔的操作条件,设计精馏塔的尺寸,对模拟过程缺少的基础数据进行了实验测定。本研究测定了丙炔醇—1,4-丁二醇在压力为60.0k Pa和80.0k Pa下的等压相平衡数据,并采用Van Ness点法检验了实验数据的热力学一致性;利用NRTL、UNIQUAC模型对相应相平衡数据进行了回归,得到该体系的二元交互参数,用于后续精馏塔的模拟计算过程。最后制定出了丙炔醇-水共沸体系的分离方案,并对以1,4-丁二醇为萃取剂的双塔萃取精馏分离丙炔醇-水体系的流程进行稳态设计,以年度总费用(TAC)为目标,进行全过程经济优化,确定出了萃取精馏分离丙炔醇-水共沸体系的较佳工艺操作条件。结果表明以1,4-丁二醇为萃取剂的丙炔醇-水双塔萃取精馏分离工艺,技术上可行,经济上合理,论文的研究成果可为该体系的工业分离提供了切实可行的方案。

关键词： 共沸物   丙炔醇-水   萃取精馏   隔壁塔   传热  

摘要： 特殊精馏作为共沸混合物分离的一种重要手段,被广泛应用于石油化工、冶金轻工、食品医药等领域。然而精馏过程热力学效率较低,在现代工业发展中,高能耗、低热力学效率的常规精馏已经不能满足绿色生产需求。因此,开发一种经济、可持续的精馏过程强化技术成为当前亟需解决的难题。隔壁塔（DWC）通过将两塔集成在一个塔内进行操作,相比于传统的两塔精馏减少了冷凝器和再沸器的使用,避免了中间组分间的返混现象,降低了精馏过程能量消耗及资本投入,有效地减少了精馏分离过程CO2的排放,因此近年来受到了各界的广泛关注。目前,DWC的设计和模拟主要是基于Petlyuk塔模型,模型忽略了隔壁两侧传热对分离过程的影响,使得理论模型与实际过程存在偏差,给DWC设计和操控带来不确定性。为此,本研究提出了采用虚拟中间换热器的方法,用于设计带传热的DWC模型,并以丙炔醇（PA）-水为例来验证提出的方法。本文以二元共沸混合物PA-水体系为研究对象,设计了常规两塔萃取精馏（ED）工艺,来对PA进行分离回收。在此基础上,对ED工艺进行强化设计,提出了分壁式萃取精馏（EDWC）工艺,并对ED及EDWC工艺进行能量集成设计。过程优化中,针对多变量操作过程,传统的序贯迭代优化过程繁琐,因此本研究采用遗传算法对全局进行寻优。该算法通过遗传、交叉、变异等过程方式,来保证种群的多样性,过程采用优胜劣汰机制,具有参数随机搜索、剔除重复解及无效解等几大显著优势,在过程寻优中具有良好的适用性。整个过程通过ActiveX控件实现Matlab和Aspen Plus的联用,来对操作参数进行优化,结果以Excel形式输出。通过对ED、EDWC、热集成萃取精馏工艺（HI-ED）、热集成分壁式萃取精馏工艺（HI-EDWC）过程中的塔板数、进料位置、溶剂流量、塔顶采出流量、回流比等多个变量进行优化,最终获得较小的能耗、资本投资及CO2排放。对比四种优化工艺可以发现,EDWC工艺较ED工艺的设备投资费用降低15.44%,操作费用减少0.910×10～5$/y,总年度成本TAC和CO2排放分别降低15.18%和12.48%;HI-ED和HI-EDWC两种热集成工艺具有更小的能量消耗、TAC及CO2排放。在EDWC遗传算法优化过程中,分析了隔壁位置及侧线采出物料流率对过程能耗的影响,以此获得最优操作参数及TAC,并作为EDWC跨壁传热模型设计的初始数据。在此基础上,保持相同的操作条件及气液分配比,采用Aspen Plus模拟软件,搭建EDWC跨壁传热模型,来分析隔壁两侧传热对分离过程能耗的影响。传热优化设计后,通过对考虑跨壁传热的EDWC模型和绝热EDWC模型的塔板温度剖析,发现EDWC隔壁左侧（主塔侧）右侧（侧线采出段）均有高温,两侧均有热量传递,而二者传热温差较小,两侧温度变化也较小。由于塔板温度的变化,造成侧线流股PA的组成降低,为了达到分离效果,再沸器负荷上升。研究结果表明:跨壁传热对EDWC过程能耗存在影响;相较于绝热过程,跨壁传热会引起隔壁两侧塔板上的物流交互作用发生改变,引起过程能耗发生变化。

关键词： 非智力因素   有机化学   学习效果   探讨  

摘要： 文章主要介绍了中下层学生学习有机化学的表现,着重探讨了利用非智力因素调动他们学习有机化学的积极性和提高他们学习效果的方法,并总结了笔者在激发中下层学生非智力因素过程中的体会。

关键词： 燃料乙醇   Aspen Plus   差压精馏   萃取精馏   热集成设计  

摘要： 燃料乙醇作为可再生能源在当今能源需求量巨大且化石能源日益枯竭的社会背景下逐渐受到人们的广泛关注。本文针对纤维素制燃料乙醇的精馏过程进行工艺设计,设计了两种不同的分离工艺:三塔差压精馏加分子筛吸附和萃取精馏。具体内容如下:(1)本文以发酵醪液中的主要物质乙醇-水为主要研究对象。对从文献中获取的汽液相平衡数据的可靠性进行了检验,然后利用该组实验数据和Aspen Plus中的回归模块分别对NRTL、Wilson和UNIQUAC三种模型的二元交互参数进行拟合回归。最后分析三种模型的计算值与实验值,发现NRTL的平均误差最小,所以确定NRTL模型为本文模拟计算的物性方法。(2)对燃料乙醇生产采用三塔差压精馏加分子筛吸附工艺。由于精馏塔顶的采出组成对精馏工段和吸附工段的能耗和成本均有影响,所以经过公式推导得出塔顶采出质量组成与吸附工段回流的淡酒流量的关系,然后利用Aspen Plus软件对塔顶采出质量组成处于88%～93%范围,以0.5%为步长取值进行了模拟计算与优化,通过能耗和TAC的综合分析,确定最佳的塔顶采出质量组成为90%。然后引入多效精馏和热泵精馏进行热集成强化设计,评估后发现,多效精馏更具优势,与原流程相比,其能耗和TAC 分别减少了 33.13%和 26.44%。(3)提出了以乙二醇为萃取剂的萃取精馏分离工艺。基于序贯迭代优化法,确定了各塔的最佳操作参数,然后采用变压热交换和塔间直接热交换对该流程进行了热集成强化设计。相比于原流程,第一种强化方案的能耗降低了 17.80%,TAC节省了 9.64%,第二种强化方案的能耗降低了26.53%,TAC 节省了 18.62%。(4)从经济、环境和（火用）损失三方面对所有分离工艺进行了综合评估,结果发现,采用多效精馏热集成的三塔差压精馏加分子筛吸附分离工艺的TAC为774.71万美元,CO2排放量为6381.11 kg/h,（火用）损失为4162.23 kW。此分离工艺的这三种评价指标均是所有分离工艺中最小的,所以可以确定此分离工艺是最经济、最环保的,更具应用潜力。综上,本文针对纤维素制燃料乙醇精馏过程,设计了两种分离工艺,选择了合适的热力学模型,完成了过程的模拟优化、过程强化设计及其综合评估,从而确定了最优分离工艺,以期为实际生产提供借鉴作用。