TW-ZY405阿司匹林制備實(shí)驗(yàn)裝置
讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)更貼近工業(yè)現(xiàn)實(shí):TW-ZY405阿司匹林制備實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)實(shí)踐與思考
既安全又高效的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),原來(lái)都靠它。
作為一名在職業(yè)院校從教多年的化學(xué)教師,我深知一款優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)于教學(xué)效果的重要性。今天,我想與大家分享我們學(xué)校近年來(lái)引入的TW-ZY405阿司匹林制備實(shí)驗(yàn)裝置在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用體驗(yàn)。
這一裝置不僅解決了傳統(tǒng)阿司匹林合成實(shí)驗(yàn)中的諸多難題,還極大地提升了學(xué)生的實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)興趣。
01 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)困境
在引入TW-ZY405裝置之前,我們的阿司匹林合成實(shí)驗(yàn)一直采用傳統(tǒng)方法:在錐形瓶或三頸瓶中進(jìn)行反應(yīng),使用濃硫酸作為催化劑,在70℃水浴中加熱反應(yīng)。
這種方法雖然經(jīng)典,但存在諸多問(wèn)題:
反應(yīng)條件控制不精確,副反應(yīng)多;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的刺激性氣味,影響實(shí)驗(yàn)環(huán)境;學(xué)生操作不便,安全性令人擔(dān)憂;產(chǎn)品純度不高,收率波動(dòng)大。
最為困擾的是,傳統(tǒng)裝置難以體現(xiàn)現(xiàn)代化工生產(chǎn)中的連續(xù)流工藝和自動(dòng)化控制,與學(xué)生未來(lái)工作崗位的技能要求脫節(jié)。
02 現(xiàn)代化教學(xué)裝置的革新
TW-ZY405阿司匹林制備實(shí)驗(yàn)裝置的到來(lái),為我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了全新變化。
這套裝置由電動(dòng)攪拌器、玻璃重結(jié)晶器、玻璃過(guò)濾器、真空泵、緩沖罐、恒溫槽、循環(huán)水泵等核心部件組成,完全模擬了工業(yè)化生產(chǎn)場(chǎng)景。
與傳統(tǒng)方法相比,它具有多項(xiàng)顯著優(yōu)勢(shì):
安全性大幅提升:裝置配備漏電保護(hù)系統(tǒng),可在漏電瞬間自動(dòng)斷電;采用滴漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),漏液報(bào)警與加熱控制連鎖,有效保障學(xué)生安全。
操作更加簡(jiǎn)便:裝置采用可視化和集成化設(shè)計(jì),使阿司匹林合成以全流程形式清晰呈現(xiàn),學(xué)生可以直觀觀察每一步反應(yīng)過(guò)程。
貼近工業(yè)實(shí)際:裝置涵蓋釜式反應(yīng)、?;磻?yīng)、過(guò)濾分離、中和反應(yīng)、重結(jié)晶、精餾、傳熱、流體輸送等單元操作,使學(xué)生能系統(tǒng)掌握制藥工藝的全流程。
我們特別欣賞裝置的模塊化設(shè)計(jì),分為公用工段、反應(yīng)工段、重結(jié)晶單元和篩板精餾單元四個(gè)模塊,可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和場(chǎng)地特點(diǎn)靈活組合,如同“堆積木”一般便捷。
03 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體應(yīng)用
在阿司匹林合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們利用TW-ZY405裝置設(shè)計(jì)了三個(gè)階段的實(shí)踐活動(dòng):
第一階段:基礎(chǔ)合成技能訓(xùn)練
學(xué)生使用裝置進(jìn)行經(jīng)典的阿司匹林合成,以水楊酸和乙酸酐為原料,在對(duì)甲苯磺酸等催化劑作用下進(jìn)行?;磻?yīng)。
與傳統(tǒng)方法不同,裝置能夠精確控制反應(yīng)溫度、壓力和物料流速,顯著提高了產(chǎn)品收率和質(zhì)量。
第二階段:工藝優(yōu)化探究
在掌握基礎(chǔ)合成后,我們引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。比如,比較不同催化劑(如對(duì)甲苯磺酸、磷酸與氨基磺酸混合物等)的催化效果,探究最佳反應(yīng)條件。
裝置配備的微通道反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)連續(xù)流反應(yīng),控制反應(yīng)溫度在50-60℃,壓力在0.2-0.4 MPa,使實(shí)驗(yàn)條件更加可控。
第三階段:產(chǎn)品純化與分析
學(xué)生使用裝置的重結(jié)晶單元對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行純化,學(xué)習(xí)冷凝回流、過(guò)濾分離、真空倒料等操作技巧。
隨后,通過(guò)薄層色譜法鑒定產(chǎn)物純度,計(jì)算產(chǎn)率,全面掌握藥物合成的質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)方法。
04 教學(xué)成效與反饋
經(jīng)過(guò)兩學(xué)年的使用,TW-ZY405裝置給我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了明顯變化:
學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲:裝置的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和高仿真度,使學(xué)生實(shí)驗(yàn)不再局限于“小燒杯小試管”,而是真正接觸到工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境,學(xué)習(xí)積極性顯著提高。
實(shí)驗(yàn)效果大幅提升:與傳統(tǒng)方法相比,使用該裝置后,阿司匹林的平均產(chǎn)率從不足60%提高到75%以上,產(chǎn)品純度也明顯改善。
安全記錄改善:裝置的多重安全防護(hù)設(shè)計(jì),使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全事故率降為零,營(yíng)造了安全可靠的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
綜合技能培養(yǎng):通過(guò)該裝置的系統(tǒng)訓(xùn)練,學(xué)生不僅掌握了阿司匹林合成的具體技能,更培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。
一名學(xué)生反饋說(shuō):“雖然對(duì)實(shí)驗(yàn)還是不怎么熟,但用這臺(tái)新裝置學(xué)習(xí)的確是讓操作更加簡(jiǎn)單了,最重要的感受就是這臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行噪音真的小,做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候比其它實(shí)踐課心情平穩(wěn)多了!”
05 教學(xué)實(shí)踐的建議
對(duì)于考慮引入TW-ZY405裝置的院校,我結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)提供幾點(diǎn)建議:
師資培訓(xùn)要先行:教師需要先熟悉裝置的原理、操作和維護(hù),才能有效指導(dǎo)學(xué)生。我們建議利用寒暑假參加供應(yīng)商提供的培訓(xùn)課程。
實(shí)驗(yàn)教材需配套:我們根據(jù)裝置特點(diǎn),編寫(xiě)了專門(mén)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),將實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為多個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)明確任務(wù)描述、任務(wù)要求、相關(guān)知識(shí)和任務(wù)實(shí)施等內(nèi)容。
注重教學(xué)方法的創(chuàng)新:采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”和“項(xiàng)目導(dǎo)向”教學(xué)法,讓學(xué)生在以典型工作任務(wù)為載體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,自主探究和解決問(wèn)題。
合理安排實(shí)驗(yàn)規(guī)模:該裝置占地面積適中,普通高校實(shí)驗(yàn)室即可滿足。單次實(shí)驗(yàn)可安排16名學(xué)生進(jìn)行,一次投料量約10L,成本約700元,可得到阿司匹林原料藥400-500g。
看見(jiàn)學(xué)生們熟練操作TW-ZY405裝置、眼中閃爍著對(duì)知識(shí)的渴望時(shí),我深信這項(xiàng)投資的意義已遠(yuǎn)超其金錢(qián)價(jià)值。
這套裝置培養(yǎng)的不僅是技能,更是對(duì)未來(lái)職業(yè)的認(rèn)同和信心。也許有一天,這些學(xué)生中就會(huì)有人站在真正的制藥生產(chǎn)線前,回憶起在學(xué)校的第一次阿司匹林合成實(shí)驗(yàn),那將是我們教育工作者最大的欣慰。
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