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关键词： 过氧化氢异丙苯   α-甲基苯乙烯   汽液平衡测定   萃取精馏   Aspen Plus  

摘要： 在过氧化二异丙苯（DCP）的生产过程中,由于参与该生产过程的反应物及产物的化学稳定性较差,因此会发生大量的副反应。生产过程中的副产物如异丙苯、过氧化氢异丙苯（CHP）、α-甲基苯乙烯、苯乙酮和α,α-二甲基苄醇等均为有机合成中重要的中间体。本论文根据副产物之间的性质差异,提出了DCP生产中氧化及脱水缩合阶段副产物的分离方法。测定并关联负压条件下异丙苯-CHP、常压下α-甲基苯乙烯-苯乙酮、苯乙酮-α,α-二甲基卞醇、α-甲基苯乙烯-α,α-二甲基卞醇二元体系及α-甲基苯乙烯-苯乙酮-α,α-二甲基卞醇三元体系的汽液平衡数据,采用Herington面积法检验实验数据的热力学一致性,并对其热力学数据作回归分析,得到二元体系之间完整的交互参数。分别选用NRTL和UNIQUAC相平衡模型计算汽液平衡状态下二元及三元体系中汽、液相的理论值,并与实验值进行比较,结果表明:NRTL与UNIQUAC相平衡模型下的理论值与实验值之间的相对误差均小于5%,证明了实验值的可靠性;且相较于UNIQUAC模型,NRTL模型的关联误差更小,更适用于该体系。设计连续精馏过程分离异丙苯-CHP。通过绘制异丙苯-CHP的二元相图可知,两者之间的相对挥发度远大于1,即可通过连续精馏过程实现异丙苯与CHP的分离。采用化工流程模拟软件Aspen Plus考察理论塔板数N、原料进料位置NF、塔顶出料量D及回流比R对连续精馏过程中塔顶异丙苯的含量及收率的影响,并设计正交试验进一步优化各工艺参数;在此数据的基础上,建立实验装置进行实验研究,在优化条件下,异丙苯的含量与收率分别为95.23%和96.88%。采用连续精馏与萃取精馏相结合的方法分离DCP生产过程中脱水缩合阶段的副产物。根据萃取剂筛选的基本原则和方法,采用单级萃取模拟及相平衡测定法筛选萃取精馏过程中的萃取溶剂,并考察各工艺参数对连续精馏、萃取精馏及溶剂回收过程的影响。根据模拟优化所得的最佳操作条件建立实验装置做验证实验,并与实验值相比较,结果表明模拟值与实验值的相对误差均小于5%,说明实验值与计算值一致,证明了工艺流程的可行性。

关键词： 结构化学模型   高中化学   有机化学   教学策略  

摘要： 有机化学在高中阶段是必修模块之一,同时也是学习的难点之一。其中,有机物化学性质的知识既处于基础且核心的地位,也是学生学习最吃力的部分。客观原因在于有机物性质杂、乱、多,需要理解和记忆同步到位,主观原因在于学生缺乏科学的学习策略,往往采取死记硬背的方式,导致了有机化学的学习困境。因此,本研究提出基于结构化学模型的教学策略,应用在高中有机化学中有机物性质的教学中,对广州地区某高中的两个班级的同学进行实验研究,得出了结论:(1)基于结构化学模型的教学策略对高中生有机物化学性质的学习有显著帮助效果;(2)基于结构化学模型的教学策略对性质丰富的物质(如烯烃、醇、芳香化合物等)的学习有显著帮助效果;(3)基于结构化学模型的教学策略对高中男生的有机物性质学习有显著帮助效果;(4)基于结构化学模型的教学策略对学业水平中后段的高中生的有机物性质学习有显著帮助效果。 论文主要分为以下五个章节:第一章针对当前现状下高中生有机物化学性质的学习困难进行分析;第二章梳理国内外相关文献,对结构化学、模型、教学策略等核心概念进行界定,结合教育理论建立基于结构化学模型的教学策略与教学设计;第三章开发调查问卷与统计量表,进行教学实验研究和并用spss 23软件前测与后测问卷数据分析;第四章根据数据结果,得出本研究所提出的结构化学模型对高中生有机物性质学习的影响的研究结果;第五章基于研究结果,提出必要结构化学知识的学习对有机物化学性质的学习有积极促进意义的研究结论,为后续不断的新课程改革提供参考经验。

关键词： 萃取精馏   动态控制   蒸汽再压缩   渗透汽化   混合萃取剂  

摘要： 在精细化工及制药生产过程中会产生含低碳醇、酯和腈的多组分复杂混合物,上述组分间常存在共沸现象,使其分离过程颇具挑战。本文分别以异丙醇/乙酸正丙酯/水、异丙醇/乙腈/水、异丙醇/乙酸乙酯/水体系为例研究萃取精馏分离含异丙醇和水的三元体系工艺流程设计,对工艺流程进行节能和动态控制特性研究。使用蒸汽再压缩技术、耦合渗透汽化单元操作以及使用混合萃取剂模拟三个体系分离工艺流程并进行优化实现节能。（1）采用蒸汽再压缩技术对异丙醇/乙酸正丙酯/水分离工艺中性能系数COPs值为11.41的萃取精馏塔进行能量集成,回收能量370.87 k W,工艺能耗减少10.09%,总年度费用（TAC）降低7.95%。分离每千摩尔混合物的全球变暖潜势（GWP）和酸化潜势（AP）分别从16.49 kg CO2-eq和0.0295 kg SO2-eq降至14.83 kg CO2-eq和0.0265 kg SO2-eq。（2）对于异丙醇/乙腈/水体系,研究了二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、甘油和乙二醇四种萃取剂的生物毒性和对该体系气液平衡的影响,确定最优萃取剂为乙二醇。采用通量分别为1.77 g ·m-2·h-1和567 g ·m-2·h-1,渗透性分别为4.44g ·m-1·h-1·k Pa-1和74.41 g ·m-1·h-1·k Pa-1的聚多巴胺涂层金属有机骨架混合基质膜分离水与萃取剂乙二醇,精馏-渗透汽化耦合工艺比萃取精馏工艺能耗降低45.91%,TAC减少21.11%。分离每千摩尔混合物的GWP和AP分别从12.62CO2-eq和0.0226 SO2-eq降至8.11 CO2-eq和0.0145 SO2-eq。（3）对于异丙醇/乙酸乙酯/水体系,研究了二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和乙二醇四种萃取剂对该体系气液平衡的影响,发现乙二醇对该体系共沸物乙酸乙酯-异丙醇相对挥发度影响最大,二甲基亚砜对共沸物异丙醇-水的相对挥发度影响最大。通过萃取剂混合比例优化确定最优混合比例为30%二甲基亚砜+70%乙二醇。基于混合萃取剂的工艺分别比使用乙二醇和二甲基亚砜单一萃取剂的工艺TAC降低5.05%和6.09%。再沸器热负荷降低6.64%和6.43%。对三塔萃取精馏分离异丙醇/乙酸正丙酯/水工艺进行了动态控制研究,开发了固定回流比和温度/组成串级控制结构,其中温度/组成串级的控制结构处理±10%的进料流量扰动时能使产品纯度在16 h内稳定到设定值,而处理±10%的进料组成扰动时,产品纯度在12 h内稳定到设定值。对于热泵精馏工艺流程,采用固定回流比控制策略,在处理±10%的进料流量和组成扰动时三个精馏塔的产品纯度在10 h均可以稳定到设定值。

关键词： 概念图   PBL   复习课   有机化学  

摘要： 《普通高中化学课程标准(2017)年版》的基本理念中提出要重视开展“素养为本”的教学,国家对人才培养的要求更加追求创新思维、合作意识和问题解决能力。为发展学生的化学学科核心素养和培养社会需要的人才,寻求新的化学教学模式很有必要的。为了落实高中生的化学学科素养的教学目标,重点提升学生的创新思维、合作意识和问题解决能力,以情境学习理论、建构主义学习理论等四大理论作为理论基础,本文提出了基于问题的学习(Problem-Base Learning,PBL)联合概念图在高中化学复习课中的实践研究策略。本研究分为两个阶段:前期为准备阶段,阅读相关文献了解PBL和概念图的研究现状,通过教师访谈了解目前化学复习课的授课比例、复习方法、实际教学效果及对本复习策略的态度和建议;后期为实践阶段:选择成绩无显著差异的两个班级作为实验班和对照班,对实验班的学生进行PBL及概念图的相关培训,实验班采取PBL联合概念图的策略复习人教版选修五第三章:烃的含氧衍生物,对照班则采取传统复习方法进行复习,并进行后测。通过课堂分析、后期跟进、访谈学生和学生后测成绩分析,表明将PBL联合概念图应用到高中化学复习课中,对学生的学习成绩有明显的促进作用,其中对中等生的影响最大、优等生次之,最后是学困生。此教学策略既可以帮助学生构建完整的化学知识体系,通过绘制概念图学生也能达到自我检测知识的目的,学生能在深度理解概念关系的基础上掌握知识内容,提升复习效率,也可以培养学生的创新思维、合作意识和问题解决能力,学生的学习由机械地接受转变主动的构建,有效的提升了学生的学习兴趣和积极性;教师通过实施PBL联合概念图的复习模式,可以转变教学方式和更新教学理念,所绘制的概念图,可以在教学中多次使用,也可以作为学习资源分享给学生自主复习。此外,有机化合物的结构和性质是人教版选修五的重要内容,也是高考中选做题的知识基础。将PBL联合概念图应用到此部分内容的复习课中,有助于梳理有机物结构和性质,实现知识的结构化。

关键词： 变式教学   有机化学   程序性知识  

摘要： “变式”是对指向知识本质的原型问题的变化形式。“变式教学模式”是通过非本质特征迭代变化,逐渐深化学生对知识本质特征认知和把握的教学模式。本文拟在如下三方面展开研究:(1)当前学生学习有机化学程序性知识的实际情况是怎样的?(2)基于现状,如何构建变式教学模式下的有机化学程序性知识复习课?(3)变式教学模式下有机化学程序性知识复习课成效如何?本文的研究方法是文献研究、问卷调查、访谈研究和个案研究,结论如下:实验组中不同学业水平学生对有机化学程序性知识“有机合成与推断”的掌握均较为薄弱,三类学生的学习障碍及其成因均不同。本研究基于文献研究和心理学相关认知理论构建了以“创设原型问题”、“构建变式问题”和“铺设循环路径”为主要教学环节的变式教学模式。实施变式教学前后学生有机化学程序性知识水平有显著性差异,对学业中等水平学生有机化学程序性知识水平的提升更具成效。此外,研究发现,变式教学模式不仅能同时满足不同学业水平学生的学习需求,还能有助于教师教学能力及命题能力的提升。故此,本研究认为变式教学模式为减轻学生学业负担,提升教师素养指明了一条行之有效的道路。

关键词： 绿色化教学   高校   有机化学   实验教学   改革  

摘要： 随着社会的不断发展,人们对绿色化教学越来越重视,开展有机化学的课程可以培养他们的创造能力,还可以培养他们的动手操作能力,有利于学习素质的提高,让学生更好地学习,为学生以后的动手操作奠定基础,促进学生各个方面的发展。除此之外,绿色化教学可以减少对环境的污染,同时节约教学成本。因此,学校要重视有机化学实验教学的改革,为学生提供一个好的实验环境,不断完善这一改革,提高机化学实验的教学的质量。因此,本文将要来探讨分析一下基于绿色化教学的高校有机化学实验教学改革。

关键词： 有机化学   反应机理   课程思政   竞争  

摘要： 为提高教学效果以及学生学习《有机化学》课程的兴趣,我们对有机化学课程的教育教学内容进行改革,挖掘本课程知识体系中蕴含的马克思主义哲学观点及其课程思政元素。文章以一个基于有机分子反应机理的课程思政教学案例为范例,论述了《有机化学》课程思政教学的原理、内容和方法,力图使有机化学课堂教学达到学理性与政治性的相统一。结果表明,有机化学课堂开展"课程思政"教学的效果良好,提高了学生的学习积极性。

关键词： 萃取精馏   COSMO-SAC   离子液体   多目标优化   动态控制  

摘要： 乙酸乙酯、乙腈、2-丁酮和乙醇都是重要的化工原料,常以共沸物的形式存在于工业生产过程中,常规方法难以将其分离,通常使用特殊精馏技术来分离共沸物,而萃取精馏作为分离共沸物常用的方法具有低能耗与操作简便的优势。选择高性能的萃取剂是改善萃取精馏技术的关键,近年来,离子液体作为新型绿色萃取剂由于高回收率以及较高的可设计性受到了广泛得关注,因此研究离子液体作为萃取剂对于萃取精馏过程有着相当重要的科学意义与经济价值。面对数量众多的离子液体,计算机辅助手段可以提高筛选效率。首先本文使用MS软件对阳离子和阴离子分别进行结构优化,对于优化好的结构进行能量计算并生成相应的COSMO文件,再通过COSMO-SAC模型中的相应程序计算出各个离子的有效表面屏蔽电荷密度(σ-profile),然后以线性组合的方式建立了326种离子液体的σ-profiles数据库,再利用COSMO-SAC模型分别计算了乙酸乙酯、乙腈、2-丁酮和乙醇在326种离子液体中的无限稀释活度系数,基于这些无限稀释活度系数计算了不同离子液体的溶解度和选择性,以此为指标来为共沸体系选择最合适的萃取剂,并进行了相应的σ-profiles分析。然后使用Aspen Plus软件筛选出了适合乙酸乙酯/乙腈体系和2-丁酮/乙醇体系的传统有机溶剂萃取剂,对乙酸乙酯/乙腈体系以及2-丁酮/乙醇体系进行了传统有机溶剂分离过程、双闪蒸器回收离子液体过程以及闪蒸器-汽提塔回收离子液体过程的设计。本文通过计算年总费用(TAC)和条件数(CN)来评估设计过程的经济性以及控制性能,采用基于第二代遗传算法的多目标优化策略对流程的自由设计变量进行了优化,建立了Aspen Plus与Matlab的联合优化平台,得到了各个TAC和条件数CN之间的Pareto解集图,为过程设计提供了决策空间,根据Pareto解集图,选择TAC和CN的权衡设计PO点进行了温度控制结构下的动态控制性能研究,结果表明在±10%的流量扰动和组成扰动流程都有一定的抗扰动能力。对于这两个分离体系,使用离子液体作为萃取剂和使用传统有机溶剂作为萃取剂相比,过程的TAC和能耗都被大幅度的降低,选择闪蒸器-汽提塔的结构可以缓解萃取剂回收部分第二个闪蒸器的高真空度要求,在第一个闪蒸器液相采出中离子液体纯度较高时具有一定的经济优势。

关键词： Ti/RuO2-IrO2-SnO2-Sb2O5电极   电化学反应器   农村饮用水   消毒   强化电解寿命  

摘要： 次氯酸钠由于安全可靠、成本低廉、原料易采购等众多优点,适用于偏远农村饮用水的消毒。但是,在实际农村饮用水工程中,次氯酸钠的反应装置长期无人看管维护,且需根据水质水量频繁停开。苛刻的使用环境对反应器的寿命及效率提出了更高的要求。本论文旨在研发一套适宜农村饮用水消毒的电化学反应器,主要研究内容包括高效稳定电解阳极的选择、电化学反应器水力特性研究及电化学反应器操作条件优化。首先从活性、稳定性两个方面对Ti/RuO-SnO-SbO、Ti/RuO-TiO、Ti/RuO-TiO-IrO、Ti/RuO-IrO-SnO-SbO 4种阳极进行考察。研究结果表明,Ti/RuO-IrO-SnO-SbO在低电解液浓度、低电流密度条件下拥有最优的活性及稳定性。析氯电位仅为1.15 V vs SCE;电流效率可达71.9%-91.55%;在频繁停开的强化电解条件下寿命达231 h,是传统Ti/RuO-TiO电极的77倍,预估在400 A·m电流密度下能够使用20年。其次,以Ti/RuO-IrO-SnO-SbO电极为阳极,研制了折流式电化学反应器。通过水力特性实验发现,该反应器结构合理、稳定性较好。在不同停留时间及电流密度下,流体返混程度低、死区较小,是较为理想的推流式反应器。最后,对电化学反应器的操作参数进行了优化。结果表明,在盐水浓度为10g·L,电流密度为70 A·m,进水流量为3.3 L·h条件下运行效果最佳,电流效率达到76.75%,盐耗为3.87 kg·kg,电耗为2.84 k W·h·kg,达到国标划定的次氯酸钠发生器A级品标准。据此可见,该电化学反应器较适合在农村饮用水工程中推广应用。

关键词： 课程改革   有机化学   以学生为中心  

摘要： 有机化学课程改革"以学生为中心",紧贴教学对象师范专业背景,寻求学科专业课程与教师教育课程之间的结合点,在重难点的教学中融入师范专业教学设计的理念,同时向其传递师范专业技能和专业价值观,经过四年的改革与实践得到广大师生的认可与好评。