對(duì)開設(shè)“分離科學(xué)與技術(shù)前沿” 課程的思考.doc

對(duì)開設(shè)“分離科學(xué)與技術(shù)前沿”課程的思考傅延勛，徐銅文（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽合肥230026）摘要：本文闡述了分離工程應(yīng)用的廣泛性、重要性。指出在理科化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)專業(yè)研究生中開設(shè)“分離科學(xué)與技術(shù)前沿”課程，可使學(xué)生了解拓寬這方面的知識(shí)面及其一些最新動(dòng)態(tài)，掌握分離工程領(lǐng)域的最新技術(shù)，更好地適應(yīng)畢業(yè)后的工作環(huán)境。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代大學(xué)制度；政府；文化背景；改革中圖分類號(hào)：G423.04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xué)等手段分離成兩個(gè)或兩個(gè)以上組成彼此不同的產(chǎn)物的過程。這種混合物可以是原料、反應(yīng)產(chǎn)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(dāng)?shù)难b置和技術(shù)手段來進(jìn)行，要消耗一定的能量來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程被稱為分離工程。分離過程往往貫穿于整個(gè)工藝過程，往往是獲得最終產(chǎn)品的一個(gè)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(yīng)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(shù)領(lǐng)域。在這些工業(yè)領(lǐng)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(chǎn)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(chǎn)過程中，精制所消耗能量占總能量的94%，而醋酸生產(chǎn)則占到98）。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、人民生活水平的普遍提高，對(duì)分離技術(shù)也提出了越來越高的要求。例如，在原子能和半導(dǎo)體工業(yè)中所需的高純氣體氬、氦及半導(dǎo)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(yīng)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?xì)怏w的去除、飲用水的制備及生活廢水的再生利用等，對(duì)分離技術(shù)都提出了新的要求。現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，不但促使一些常規(guī)分離技術(shù)，如精餾、吸收、萃取、吸附、結(jié)晶、干燥等不斷地得到改進(jìn)和發(fā)展，而且如反應(yīng)精餾、熔融結(jié)晶、變壓吸附等新技術(shù)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(chǎng)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(shù)，有些已在生產(chǎn)中得到一定規(guī)模的應(yīng)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(shè)“分離科學(xué)與技術(shù)前沿”課程的必要性理科化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)人才的主要培養(yǎng)目標(biāo)是科研、開發(fā)和教學(xué)人員2。通過在校學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)觀點(diǎn)，提高他們從事應(yīng)用與開發(fā)研究的能力，使他們?cè)诳萍汲晒D(zhuǎn)化過程中更好地與工程技術(shù)人員相互配合3。在應(yīng)用與開發(fā)研究中，往往規(guī)模較小，體系復(fù)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(chǎn)中金屬的提取和精選、同位素的分離和重水的制備等。在應(yīng)用與開發(fā)研究中，不僅要使用一些常規(guī)分離技術(shù)，如精餾、吸收、萃取、吸附、結(jié)晶、干燥等，而且更要用到一些新型分離技術(shù)，如膜分離、分子精餾、變壓吸附、重力場(chǎng)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(duì)環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用認(rèn)識(shí)的不斷提高，人們希望在治理廢水的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有價(jià)物質(zhì)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(diǎn)，可以用納濾膜實(shí)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(chǎn)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(duì)照相乳劑的感光性能和理化指標(biāo)有著舉足輕重的影響。研究它們的影響及機(jī)理是十分重要而有意義的課題。要研究首先要將它們進(jìn)行分離。用常規(guī)的分離技術(shù)分離不行，而采用新型的凝膠色譜技術(shù)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(dǎo)率達(dá)到2Scm，這是常規(guī)分離技術(shù)所達(dá)不到的。再如反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯。該方法使化學(xué)反應(yīng)與分離操作同時(shí)進(jìn)行，能顯著提高轉(zhuǎn)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(yīng)用，例如在酯化、皂化、胺化、異構(gòu)化、烴化、乙?；确磻?yīng)中都采用這一方法。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(yīng)。該反應(yīng)乙醇、水、乙酸乙酯三個(gè)組分可形成二元共沸物，水-酯、水-醇共沸物沸點(diǎn)較低，醇和酯不斷地從塔頂排出，從而使轉(zhuǎn)化率提高。若控制反應(yīng)原料比例，可使組分轉(zhuǎn)化完全5。從這些例子我們可以看到，一些新型分離技術(shù)在應(yīng)用、開發(fā)、科研、生產(chǎn)中已廣泛出現(xiàn)。對(duì)于理科化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)研究生，光掌握和了解一些常規(guī)分離技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須掌握和了解新型分離技術(shù)。在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教務(wù)處和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的大力支持下，我們從去年開始在理科化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)研究生（博士生、碩士生）中開設(shè)了“分離科學(xué)與技術(shù)前沿”必修課程。我們認(rèn)為，這對(duì)拓寬研究生在分離工程技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)面，了解分離科學(xué)與技術(shù)的一些最新動(dòng)態(tài)，掌握分離工程領(lǐng)域的最新技術(shù)具有重要的意義，可使他們畢業(yè)后能更好地適應(yīng)日新月異的現(xiàn)代化建設(shè)，解決他們?cè)趯?shí)際工作中所面臨的一些基本問題。在講授這門課程時(shí)，我們認(rèn)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(xué)與技術(shù)前沿”的課程內(nèi)容大致擬1.分離科學(xué)與工程的簡(jiǎn)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(xué)和動(dòng)力學(xué)，典型分離過程的基本理論3.新型分離技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，這些分離技術(shù)包括：膜分離技術(shù)、分子精餾、變壓吸附、重力場(chǎng)分離、結(jié)晶分離、色譜分離技術(shù)、超臨界萃??；.集成分離技術(shù)以及分離科學(xué)與技術(shù)的展望。為使教學(xué)直觀、生動(dòng)、有趣且信息量大，我們采用了多媒體教學(xué)。課程考試采用學(xué)生寫專題綜述，并上講臺(tái)用多媒體講述，考試成績(jī)由教師和學(xué)生組成的評(píng)議組現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定。通過這門課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)這門課程是非常必要的，也是及時(shí)的。他們普遍認(rèn)為，“通過學(xué)習(xí)這門課程，充分認(rèn)識(shí)到分離過程的重要性。”“原來沒有想到分離物系還有這么多新型分離方法?！庇械耐瑢W(xué)說：“我們畢業(yè)后如果從事應(yīng)用與開發(fā)研究，或者技術(shù)轉(zhuǎn)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(fù)雜，但分離技術(shù)要求高。學(xué)習(xí)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(shù)，就可以幫助我們?cè)诮窈蟮膮⒖嘉墨I(xiàn)：1劉茉莉，陳歡林.新型分離技術(shù)基礎(chǔ)M.杭州:浙江大學(xué)出版社,1993.2傅延勛,楊偉華,瞿其曙,徐銅文.對(duì)理