仝 艷 呂 品 岳麗麗

河南中醫(yī)藥大學藥學院 河南鄭州 450046

蒸餾是中藥制藥工程原理與設備課程中的重點內(nèi)容之一。按蒸餾方法可以分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾以及特殊精餾。精餾是生產(chǎn)中應用最廣泛的蒸餾方式，可以用于分離各組分揮發(fā)度相差不大的均相液體混合物。精餾過程是利用氣相多次部分冷凝和液相多次部分汽化的原理進行的。精餾操作的設備是精餾塔，在中藥提取車間，精餾塔主要用于酒精的回收再利用[1,2]。在精餾實驗教學過程中，學生由于種種原因，包括理論知識掌握不好、沒做實驗預習、不參與實驗的準備、缺乏合理的分工合作及實驗報告內(nèi)容設置等，對實驗的興趣不大，不能積極主動地參與到實驗中。多年的教學實踐表明，要解決上述問題必須要培養(yǎng)學生的能動性。

1 良好的理論基礎

良好的理論基礎會提高學生實驗的主動性和積極性。在理論課上，學生要能夠?qū)W會精餾的基本原理，初步了解板式精餾塔的結構和操作過程，否則在實驗時會無所適從、錯誤百出。

在精餾的學習過程中，需要掌握的重點難點較多，包括2組分溶液的氣液相平衡圖、相平衡方程、精餾段操作線方程、提餾段操作線方程、q線方程以及理論塔板數(shù)的計算等。因此，教師在課堂上需要采用多種教學手段引發(fā)學生的學習興趣，才能收到較好的教學效果。例如，利用多媒體給出，2組分溶液多次部分汽化和部分冷凝的溫度組成圖，氣液兩相在經(jīng)過多次部分冷凝后氣相中可得到高純度的易揮發(fā)組分；經(jīng)過多次部分汽化，液相中可得到高純度的難揮發(fā)組分。結合清晰美觀的圖片，學生跟隨教師的講解就很容易理解精餾操作的原理。在講解結構較為復雜的板式精餾塔時，以生動有趣的動畫輔助教學。在輕松的氛圍中，學生了解了精餾塔內(nèi)部有多塊塔板，由精餾段和提餾段兩部分組成，進料板以上的塔段是精餾段，進料板以下的塔段(包括進料板)是提餾段。在塔頂有液體回流，在塔底有蒸汽回流。為了在塔頂和塔底分別產(chǎn)生液體回流和蒸汽回流，要設置塔頂冷凝器和塔底再沸器。對于相平衡方程、精餾段操作線方程、提餾段操作線方程、q線方程以及理論塔板數(shù)的計算等內(nèi)容，必須以適量課堂習題進行反復練習才能很好地掌握。

2 認真進行實驗預習

預習是學生能動性的一種體現(xiàn)，也是實驗能夠成功的關鍵[3]。精餾操作較為復雜，需測定較多數(shù)據(jù)并進行分析計算，實驗的不確定因素較多。為了能成功完成實驗，不僅要求學生預習后寫出預習報告，對實驗目的、實驗原理及過程有整體的了解，而且在課前時間教師對學生的預習效果進行檢查并進行答疑。例如，計算理論塔板數(shù)要用到q線方程、精餾段操作線方程及提餾段操作線方程。對于q線方程的獲取，學生普遍感覺很難。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)該問題的原因在于學生不知道如何得到料液(一定配比的乙醇水溶液)的露點溫度和泡點溫度。這個問題表明，學生在課堂上并沒有真正掌握兩組分溶液的溫度組成圖。此外，使用酒度計對進料液的酒度進行測量后，要換算為標準20 ℃的酒度V20，然后計算乙醇的摩爾含量。在此過程中，學生往往會對進料溫度下的酒度和V20的轉(zhuǎn)換提出疑問，并會對酒度計產(chǎn)生濃厚的興趣。此外，在實驗中還有一個經(jīng)常出現(xiàn)的問題，就是學生會忘記在進料前測定進料液的溫度。這就造成q線方程、提餾段操作線及進料液的V20都無法通過計算得到，從而影響實驗數(shù)據(jù)的匯總及實驗結果的分析。

3 實驗準備

在實驗前要進行實驗的準備工作，主要包括精餾塔的調(diào)試和試劑的配置，為培養(yǎng)學生的主動性和能動性，要求學生參與全部的實驗準備工作。(1)學生參與精餾塔的開車，在進料前達到一個良好的狀態(tài)。學生通過在塔釜加入蒸餾水、開啟電源進行加熱、打開塔頂冷凝器進水閥和塔釜出液冷卻水閥控制塔釜壓力，這一系列的操作，對于精餾塔的結構和操作都有了初步的了解，為進行實驗打下了基礎。(2)學生參與進料液的配置。在等待精餾塔穩(wěn)定的過程中，學生要根據(jù)實驗的要求配置一定濃度的乙醇水溶液。例如，用量筒量取3 000 mL的乙醇和2 000 mL的水并混合在一起進行攪拌，分別測定溫度和酒度、并由專人進行記錄。在這個過程中，學生要用到量筒，酒度計和溫度計等進行量取和測定，進一步鍛煉了動手能力，激發(fā)了學生對實驗的興趣。

4 分工合作

在精餾實驗中，要實時測定較多的數(shù)據(jù)，需要學生分工合作才能成功完成實驗。在進料液的配制和測定過程中，學生已經(jīng)初步體驗了團體合作的樂趣，大家的興致很高。在正式進料前，由教師再次強調(diào)實驗過程、需要測定的數(shù)據(jù)以及容易出現(xiàn)的問題。學生經(jīng)過討論后安排各自的任務，并各就各位。在此過程中，一是回流比和釜壓要始終進行控制。在精餾操作中，回流比是塔頂回流的流量與塔頂產(chǎn)品的流量之比，用轉(zhuǎn)子流量計進行測定并計算。在實際實驗過程中，塔頂回流的流量、塔頂產(chǎn)品的流量并不是穩(wěn)定的，另外在持續(xù)加熱下，釜壓也會發(fā)生變化，這就需要學生根據(jù)實時觀察進行及時調(diào)節(jié)，使之維持在恒定范圍。二是在靈敏板溫度穩(wěn)定后，每隔10分鐘，分別讀取塔頂產(chǎn)品的酒度、塔釜產(chǎn)品的酒度及8個測溫點的溫度，直至進料完畢。學生除了及時測定并記錄數(shù)據(jù)外，要及時進行數(shù)據(jù)分析，例如，塔頂產(chǎn)品的酒度忽然變小了而塔釜的酒度忽然變大了的數(shù)據(jù)，塔內(nèi)的溫度突然升高了或突然降低了的數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)這樣的問題，學生之間可以進行討論解決問題，如果解決不了，可以找實驗教師解決。在這個過程中，學生通過主動地參與實驗，鍛煉了動手能力，培養(yǎng)了通過思考解決問題的學習態(tài)度和團結合作的工作態(tài)度，提高了學生學習的能動性和積極性。

5 數(shù)據(jù)分析及實驗報告

學生在順利完成實驗后，會獲得成功的滿足感和喜悅感，對精餾操作的學習充滿興趣，非常有利于實驗能動性的培養(yǎng)。

精餾實驗分析過程中涉及的數(shù)據(jù)量較大，學生可利用計算機進行分析或者以相關的手冊進行查找。例如，要在乙醇水溶液的溫度組成圖中查出露點溫度和泡點溫度，那么學生就要根據(jù)相關數(shù)據(jù)，利用計算機做出溫度組成圖；利用教師準備的手冊進行實測酒度和V20之間的轉(zhuǎn)換。按照實驗要求進行數(shù)據(jù)的匯總，可以手工繪制表格，也可以在計算機上進行操作，實驗數(shù)據(jù)填寫要清楚明了，各組不得相互抄襲。

在準備好數(shù)據(jù)后，還要經(jīng)過大量的計算才能填寫實驗報告。(1)根據(jù)回流比寫出精餾段操作線方程。(2)寫出q線方程。首先根據(jù)進料液溫度在乙醇水溶液的溫度組成圖查找露點溫度和泡點溫度，分別計算在進料組成和露點下的飽和蒸汽的焓、進料組成和泡點下的飽和蒸汽的焓及進料組成和實際進料溫度下的進料液的焓，根據(jù)公式計算得到q值，并代入到q線方程中。(3)寫出提餾段操作線方程。先計算精餾段操作線方程和q線方程的交點(xd，yd)以及塔釜的組成xw，根據(jù)(xd，yd)和(xw，yw)兩點坐標寫出提餾段操作線方程。(4)計算理論塔板數(shù)和塔板效率。根據(jù)作圖法或逐板計算法可得到精餾塔的理論塔板數(shù)。在實際教學過程中，一般要求采用作圖法得到理論塔板數(shù)。學生要將精餾段操作線、q線及提餾段操作線都繪制在氣液相平衡圖上，在相平衡線和操作線之間作直角梯級，直角梯級的數(shù)量即為理論塔板數(shù)。由于塔底再沸器液也相當于一塊理論塔板，理論塔板數(shù)-1/實際塔板數(shù)可得到全塔效率。

對精餾實驗進行準確的數(shù)據(jù)分析是寫好實驗報告的前提，在這個過程中，每組學生要把各自的數(shù)據(jù)進行匯總并對數(shù)據(jù)的完整性進行檢查。確證無誤后，再對數(shù)據(jù)進行相應的處理并填寫實驗報告。在實驗報告上，要對實驗中遇到的問題進行分析，并寫出解決的方法。

6 結語

精餾實驗的操作過程和實驗報告書寫較為復雜，涉及的設備、儀器及理論知識點較多，主動積極的學生才能更好地完成實驗。如何在實驗教學中帶動學生的學習積極性并培養(yǎng)其主觀能動性，這是一個較難的問題。對于精餾實驗來說，學生能動性的培養(yǎng)要貫穿于整個實驗當中，從理論學習、實驗預習、實驗準備、實驗進行到實驗報告的撰寫和問題分析都是非常重要的環(huán)節(jié)。教師在教學過程中要根據(jù)實際學情合理安排，營造適當?shù)姆諊?，調(diào)動學生的主觀能動性，使學生能積極主動地參與實驗，輕松快樂地完成實驗，并為其他課程的學習打下良好的基礎。