对开设“分离科学与技术前沿” 课程的思考.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-对开设“分离科学与技术前沿”课程的思考傅延勋，徐铜文（中国科学技术大学化学与材料科学学院，安徽合肥230026）摘要：本文阐述了分离工程应用的广泛性、重要性。指出在理科化学与应用化学专业研究生中开设“分离科学与技术前沿”课程，可使学生了解拓宽这方面的知识面及其一些最新动态，掌握分离工程领域的最新技术，更好地适应毕业后的工作环境。关键词：现代大学制度；政府；文化背景；改革中图分类号：G423.04文献标识码：AReflectionsontheCourseof“FrontiersofSeparationScienceandTechnology”FUYan-xun,XUTong-wen（UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,Anhui230026）Abstract:Separationtechnologyiswidelyuseful.Thecourseof“FrontiersofSeparationScienceandTechnology”mayprovidestudentsofchemistrywithlatestinformationandhelpbroadentheirhorizonssoastobetterpreparethemfortheirprofessionalpursuitsaftergraduation.Keywords:modernuniversitysystem；government；culturalbackground；reform一、分离工程的重要性分离过程是指将某一体系混合物通过物理、化学等手段分离成两个或两个以上组成彼此不同的产物的过程。这种混合物可以是原料、反应产物、中间物体或废弃物料。要将混合物分离，必须采用一定的方法。工业规模上，是要通过适当的装置和技术手段来进行，要消耗一定的能量来实现，这个过程被称为分离工程。分离过程往往贯穿于整个工艺过程，往往是获得最终产品的一个重要而又必须的手段。例如用煤合成氨，必须用氨水脱除硫化氢，用水加氨来吸收二氧化碳，用醋酸铜氨液吸收一氧化碳等。分离过程广泛应用于石油、化工、医药、材料、冶金、食品、生化、原子能和环境治理等工业技术领域。在这些工业领域中，分离过程的装置和能量消耗都占有十分突出地位。例如，在化工生产过程中，分离过程的基建投资占总投资的50%90%，消耗的能量也往往占总能量的绝大部分（例如聚乙烯生产过程中，精制所消耗能量占总能量的94%，而醋酸生产则占到98）。随着现代生产和科学技术的飞速发展、人民生活水平的普遍提高，对分离技术也提出了越来越高的要求。例如，在原子能和半导体工业中所需的高纯气体氩、氦及半导体材料硅、锗等，纯度要求都在99.99，有的甚至超过99.9999。电子工业中使用的超纯水、核反应堆使用的冷却水，其用量之大、纯度要求之高，是无法用二次蒸发等传统工艺制取的。再如载人空间飞行器及空间站中二氧化碳气体的去除、饮用水的制备及生活废水的再生利用等，对分离技术都提出了新的要求。现代生产和科学技术的飞速发展，不但促使一些常规分离技术，如精馏、吸收、萃取、吸附、结晶、干燥等不断地得到改进和发展，而且如反应精馏、熔融结晶、变压吸附等新技术的出现，更促使一些新型分离方法，如膜分离、泡沫分离、分子精馏、变压吸附、重力场分离、超临界萃取、色谱分离等得到重视、研究和开发。这些新型分离技术，有些已在生产-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-中得到一定规模的应用。这些方法具有良好的前景，并且各具特色。二、在理科研究生中开设“分离科学与技术前沿”课程的必要性理科化学与应用化学人才的主要培养目标是科研、开发和教学人员2。通过在校学习，培养学生的工程意识和经济技术观点，提高他们从事应用与开发研究的能力，使他们在科技成果转化过程中更好地与工程技术人员相互配合3。在应用与开发研究中，往往规模较小，体系复杂，分离要求较高，难度较大。例如药物的精制和提纯、抗生素的净制和病毒的分离、矿产中金属的提取和精选、同位素的分离和重水的制备等。在应用与开发研究中，不仅要使用一些常规分离技术，如精馏、吸收、萃取、吸附、结晶、干燥等，而且更要用到一些新型分离技术，如膜分离、分子精馏、变压吸附、重力场分离、超临界萃取、色谱分离等。例如用纳滤膜分离糖和盐的水溶液。随着对环境保护和资源综合利用认识的不断提高，人们希望在治理废水的同时实现有价物质的回收，譬如：大豆乳清废液中含有1%左右的低聚糖和少量的盐，亚硫酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有2%2.5%的六碳糖和五碳糖，制糖工业中出现的废糖蜜中含有少量的盐等等。这些废液处理过程中都涉及到糖和盐的分离问题。根据纳滤膜的特点，可以用纳滤膜实现糖和盐的分离。再如用凝胶色谱法分离照相明胶水溶液。照相明胶是胶原解旋的产物，主要含有p、2、1、p组分。1、2组分分子量略小于十万4，他们对照相乳剂的感光性能和理化指标有着举足轻重的影响。研究它们的影响及机理是十分重要而有意义的课题。要研究首先要将它们进行分离。用常规的分离技术分离不行，而采用新型的凝胶色谱技术方可以分离它们。又如微滤离子交换反渗透工艺制备超纯水，可以使水的电导率达到2Scm，这是常规分离技术所达不到的。再如反应精馏法制乙酸乙酯。该方法使化学反应与分离操作同时进行，能显著提高转化率，降低消耗。该方法目前在工业上已获得比较广泛的应用，例如在酯化、皂化、胺化、异构化、烃化、乙酰化等反应中都采用这一方法。如以乙酸和乙醇为原料，在酸催化下生成乙酸乙酯的可逆反应。该反应乙醇、水、乙酸乙酯三个组分可形成二元共沸物，水-酯、水-醇共沸物沸点较低，醇和酯不断地从塔顶排出，从而使转化率提高。若控制反应原料比例，可使组分转化完全5。从这些例子我们可以看到，一些新型分离技术在应用、开发、科研、生产中已广泛出现。对于理科化学与应用化学研究生，光掌握和了解一些常规分离技术是远远不够的，必须掌握和了解新型分离技术。在中国科学技术大学教务处和化学与材料科学学院的大力支持下，我们从去年开始在理科化学和应用化学专业研究生（博士生、硕士生）中开设了“分离科学与技术前沿”必修课程。我们认为，这对拓宽研究生在分离工程技术领域的知识面，了解分离科学与技术的一些最新动态，掌握分离工程领域的最新技术具有重要的意义，可使他们毕业后能更好地适应日新月异的现代化建设，解决他们在实际工作中所面临的一些基本问题。在讲授这门课程时，我们认为，既要与基本的化工原理或单元操作相区别，又要由浅入深地讲述一些新的分离理论和分离方法。因此，“分离科学与技术前沿”的课程内容大致拟1.分离科学与工程的简单回顾、分离工程的重要性；2.分离过程的基本理论，包括分离过程的热力学和动力学，典型分离过程的基本理论3.新型分离技术的发展与应用，这些分离技术包括：膜分离技术、分子精馏、变压吸-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-附、重力场分离、结晶分离、色谱分离技术、超临界萃取；.集成分离技术以及分离科学与技术的展望。为使教学直观、生动、有趣且信息量大，我们采用了多媒体教学。课程考试采用学生写专题综述，并上讲台用多媒体讲述，考试成绩由教师和学生组成的评议组现场评定。通过这门课程的学习，同学们普遍认为学习这门课程是非常必要的，也是及时的。他们普遍认为，“通过学习这门课程，充分认识到分离过程的重要性。”“原来没有想到分离物系还有这么多新型分离方法。”有的同学说：“我们毕业后如果从事应用与开发研究，或者技术转让，所做的工作往往都是些开创性工作，规模不大，体系复杂，但分离技术要求高。学习了这门课以后，我们心里有谱了，我们掌握和了解了这些新型分离技术，就可以帮助我们在今后的参考文献：1刘茉莉，陈欢林.新型分离技术基础M.杭州:浙江大学出版社,1993.2傅延勋,杨伟华,瞿其曙,徐铜文