化学工程与工艺的理解精选(九篇)

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第1篇：化学工程与工艺的理解范文

【关键词】化学工艺学 教学改革 石油化工

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2012）16－0001－02

广东石油化工学院坐落于中国南方最大的石油生产基地——广东省茂名市，为华南地区唯一一所石油化工特色院校。学校的化学工程与工艺专业是国家级特色专业建设点，毕业生遍布全国各地的石油化工行业，就业具有很强的针对性，深受用人单位欢迎。广东石油化工学院化学工程与工艺专业人才培养的目标是为社会输送具备化学工程与工艺基本理论、基本知识和基本技能，具有较强工程实践能力、良好的创新意识和较高综合工程素质的人才。毕业生能在石油炼制、石油化工、能源、环保、材料等部门从事工程设计、技术开发、生产管理等方面的工作。化学工艺学作为该专业一门重要的专业课，是基础化学、化工热力学、化学反应工程、化工原理等课程的综合应用。通过该课程的学习，要求学生掌握化工生产的基本原理、主要化工产品的生产方法、工艺流程等。在化学工艺学课程教学中，应注重强化学生的工程意识和基础知识的实际应用能力。

一 结合石油化工特色，创建课程群

从人才培养的角度看，石油化工高校培养的毕业生应具有较强的工程实践能力、良好的创新意识和较高的综合工程素质，以适应石油炼制或石油化工等相关行业的人才需求。毕业生不但要懂得某一专业的基础理论，还要具有某一岗位所需要的生产操作和组织能力，并能在现场进行技术操作和改进，解决生产实际问题。因此，广东石油化工学院石油化工专业所培养的人才具有基层性、实用性和技术性，这是本专业区别于其他普通高校教育的一大特色。根据本专业的特点和学生的基础及接受能力，以培养学生的综合实践操作能力和创新能力为主线，可将石油炼制工程、石油化工产品分析技术、石油产品应用技术与开发、石油储运基础等课程创建一个课程群，围绕本专业人才培养目标，对各课程的主要内容进行精选优化，调整化学工艺学的教学内容。可从这些主干课程中选择一些典型的石化产品，作为化学工艺学的教学案例，分析这些石化产品的生产方法、工艺流程、工艺参数、条件影响等。这种处理方式对课程群里面其他的课程教学可起到辅助和巩固的作用。

二 优化和更新化学工艺学的教学内容

根据教学大纲对教学内容进行处理，把各章节内容按照了解、掌握、应用、设计等不同要求作详细的定位。例如，对于工业生产中已经不采用的生产方法，只要求学生了解某种工业过程可能有多种生产方法即可；对需掌握的内容，可以要求学生对各种生产方法进行比较，分析其适用范围、效果、操作条件、能耗等，从技术经济的角度选择生产方法。学生不仅要掌握教材介绍的几种基本化工产品的生产，而且其生产--方法要会应用，能够举一反三，要能设计出一些简单的生产工艺。例如，在讲授合成氨时，可以先引入哈伯法合成氨工艺的历史及哈伯本人的一些简介，既可以提起学生对合成氨工艺的学习兴趣，又可以了解一些名人的事迹。当学生有了兴趣之后，可以从不同的原料角度，引入不同的生产工艺，如以煤为原料，以天然气为原料，以重油为原料的合成氨工艺，其各自的工段均有所不同，可以在讲授完后让学生总结各不同原料合成氨工艺的异同，这样学生学完之后印象深刻，可以吃透这部分内容。

另外，在组织化学工艺学教学内容时，应着重突出石油化工特色。在第一次化学工艺学讲授过程中，让大家认识到本门课程的针对性、重要性及实用性。在第一章“绪论”部分组织讲授材料的时候，可以结合茂名炼油产业链，围绕几个关键词如石油化工、石油炼制、乙烯工业、茂名乙烯、石化工业区等展开内容学习。例如，乙烯工业是指以石油馏分为原料裂解生产乙烯为主，同时生产丙烯、丁烯、芳烃等产品的生产过程。乙烯是石油化工的基本有机原料，目前约有75%的石油化工产品由乙烯生产。乙烯主要用来生产聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多种重要的有机化工产品，乙烯产量已成为衡量一个国家石油化工工业发展水平的标志。再如，对乙烯产品结构的介绍（塑料类、合成橡胶类、液体化工类）；对长三角、珠三角、环渤海湾大型炼化一体化企业集群及沿长江产业带分布的介绍等，这些内容可以让学生清晰地认识未来的就业方向、就业区域和就业前景。在这种情况下，学生会充分认识到化学工艺学这门课程的针对性和重要性，在后面的时间里自然会重视这门课程的学习，因为这些内容的学习与他们未来的就业息息相关。

围绕本专业人才培养目标，针对毕业生的就业特点，广东石油化工学院的化学工艺学这门课应该调整教学内容，注重重点内容的凝练。其重点内容应围绕乙烯工业展开。

如以茂名石化乙烯为例，学习乙烯生产原理、工艺技术、产品应用等基本知识；以茂名石化工业区为例，学习乙烯下游产业链、产品应用等基本知识。

乙烯生产原理主要包括乙烯生产过程中的化学反应规律、反应机理、热力学及动力学分析，乙烯生产的工艺参数和操作指标（如原料性质及评价、裂解温度、烃分压、停留时间、裂解深度等）及乙烯生产的工艺过程等。

三 适当引入双语教学

第2篇：化学工程与工艺的理解范文

关键词：卓越工程师；创新创业；重点实验室；仿真平台；校企合作

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0121-03

2015年6月11日，中国高校创新创业教育联盟成立大会暨首届全国创新创业教育论坛在清华大学举行。教育部副部长林蕙青、中国高等教育学会会长瞿振元和清华大学校长邱勇出会并致辞。在首届全国创新创业教育论坛上，清华大学、北京大学、浙江大学、中南大学等高校的＜已д呔汀按葱麓匆到逃模式，创新创业人才培养”的核心问题作了主题发言，来自全国137所高校的代表交流了各高校对大学生创新创业教育模式的探索和创新创业人才培养的做法。大学生创新创业能力的培养一直都是大学教育的重要研究课题，实施好、开展好大学生创新创业项目也成为了高等学校教育教学工作的重要组成部分，通过创新创业项目提升个人创新意识，增强自身实践能力更是广大同学的迫切需求。

创新创业项目的开展，创新精神是灵魂，专业技术是基础，政策、资金扶持是保障。从以上三点来看，国家教育部“卓越工程师教育培养计划”试点班（以下简称“卓越班”）的学生较之其他大学生有着突出的优势。选拔进入“卓越班”的学生对工程技术有着较为浓厚的兴趣和较强的创新意识，有更多的实践机会检验和应用所学的专业知识，并且得到了重点培养，理应在创新创业项目中崭露头角，为其他同学做出示范、形成榜样。广西大学化学工程与工艺专业是教育部“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）入选专业，该专业从2012级学生开始选拔有志于工程技术研究、综合能力突出的学让组建试点班，并依托资源，利用优势，在大学生创新创业能力的培养上有了初步探索。

一、科学选拔学生，重点配备师资

广西大学化学化工学院制定了精密、科学的方案，从能源化工与制药类2012级开始选拔优秀学生进入化学工程与工艺专业“卓越班”。学院采取课程成绩和面试成绩相结合，兼顾学生兴趣方向、创新意识、动手能力和专业水平的选拔方式，成立了以王立升教授、周立亚教授、陈小鹏教授、粟海峰教授、王琳琳教授五位专家为成员的评审小组。首先依据学生的加权平均成绩和专业排名确定入围人选，再对入围学生进行逐一面试，通过考察他们对“卓越计划”的理解，对工程技术的兴趣和化工专业基础知识掌握的扎实程度以及实验操作技能，最终从能源化工与制药类200位学生中选拔出33人进入化学工程与工艺专业“卓越班”。

对于“卓越班”，学院重点配备了师资。聘请广西教学名师、博士生导师陈小鹏教授担任班主任，邀请童张法教授、王琳琳教授、廖丹葵教授、黎铉海教授按照工程问题、工程案例和工程项目的教学内容为“卓越班”学生加授《化工热力学》、《色谱分析》、《化工设计》的相关知识，培养学生们的工程意识，拓宽他们专业领域的知识面。同时邀请广西梧州日成林产化工股份有限公司总经理、教授级高级工程师李前先生等一批工程技术应用专家担任“卓越班”创新创业项目的校外辅导教师。

学院科学的选拔方式和师资配备确保了“卓越班”的质量，是其创新创业计划项目得以高质、高效开展的基础。

二、依托重点实验室和仿真平台助推创新创业项目开展

广西大学化学化工学院现拥有“广西石化资源加工及过程强化技术自治区重点实验室”，并正积极申报国家级虚拟仿真实验教学示范中心。重点实验室和仿真平台为“卓越班”学生开展创新创业项目提供了优越的实验条件。

在重点实验室，“卓越班”的学生更早地接触并操作了一批高精尖的设备，利用气相色谱分析仪、高效液相色谱仪、气―质联用仪分析物质的成分，利用改进的Ellis平衡釜测定气液相平衡数据。对于如何进样、如何检测、如何分析以及设备的构型、构造都有了全面的了解，为日后利用精密仪器开展创新实验进行了先行演练。

“卓越班”的学生在对专业理论知识和相关工艺流程有了全面的认识后到模拟仿真教学中心进行仿真训练，仿真平台有品牌机的硬件支撑和我院自行研发的“化工单元操作”的软件支持，让学生们在十分逼真的环境中获得对工艺路线的深度理解和对实际操作技能的熟练掌握。学生们在学习了机械制图、化工仪表及其自动化、化工原理、化工分离工程相关章节的课程后进行液位控制、离心泵、换热器、精馏塔等单元仿真训练，在学习精细有机合成及其工艺学、石油炼制工程、香料工艺学的理论课程后进行合成氨生产工艺仿真、催化裂化冶炼技术仿真、桂花浸膏提取工艺仿真等多项仿真训练。在仿真训练中，学生们学会了开停车规程、故障的分析与处理，强化了对单元操作、化学反应工程、传递工程、化工系统工程、过程动态学及控制的认识及对工艺流程的理解。由于化工行业具有易燃易爆、高温高压等不安全因素和连续化、高技术操作的生产特征，仿真训练便是工科学生真正进入企业实习的预热。通过仿真平台的操作训练，同学们初步树立起生产的连续性、设备的维护等工程意识和从生产实际考虑问题的思维方式，为创新创业项目的高质量开展奠定了实践基础。

三、校企合作――做新、做强创新创业项目

化学工程师的任务是把化学家在实验室的研究成果“放大”为可以获取经济效益的商业化生产工艺，“放大”便是化学工程技术的核心问题。工科学生尤其是“卓越计划”的学生只有在企业全面、系统、深入地学习“放大”过程，才会真正树立起工程意识和工艺创新理念，才能真正提升解决实际问题的技术水平，才能真正锻炼出创新创业能力。

广西大学化学化工学院与柳州化工控股有限公司、广西梧州日成林产化工股份有限公司等一批知名企业不断拓展校企合作，为“卓越班”校企联合培养搭建平台，让“卓越班”学生的创新创业能力在“学以致用、以用促学、学用相长”的培养模式下得到大幅度提升，把创新创业项目做新、做强。

（一）项目化

对于生产实习，学生到企业大都是毫无目的、走马观花式地观摩见习。实习就是用手机拍下企业的技术资料和工艺路线，回校后抄过完事的过程，根本没有达到实习的目的。针对这种现象，广西大学化学化工学院对于“卓越班”的学生提出了“带着项目下工厂”的要求。例如胡静和王洋团队的创新创业项目的课题是相平衡数据的精密测定及关联，在到广西农垦明阳生化集团股份有限公司实习时他们便专门就酒精精馏的相平衡问题与厂方技术人员展开深入交流，依靠学到的成熟工艺推演、创新，并依托广西梧州日成林产化工股份有限公司的实验室和中试车间开展创新实验；再例如罗涛团队的研究项目是矿物资源的开发利用，在到中国铝业广西分公司实习时，该团队便具体了解了铝矿的开采技术和氧化铝的最新生产工艺，以期为日后项目开展提供参考；还例如王晓惠等同学积极报名参加“全国化工设计大赛”，在去南宁统一糖业明阳糖厂实习时她们便向厂方重点学习了厂区布置、管道布置和设备选型的知识，为设计大赛积累经验。

“带着项目下工厂”的要求让同学们明确了课题方向，有了针对性的学习重点，让大家基于问题去学习，基于项目去学习，基于案例去学习，敦促大家延伸企业成熟的技术工艺增加训练计划项目的创新点，利用企业的试验条件把实验室成果转化为生产工艺，“真刀真枪”地做创新创业项目。

（二）基地化

做新、做强大学生创新创业项目必须借助一定的物质中介，必须有一个保证双向多边活动得以展开和深入的载体。实习基地便是这个物质中介或载体。广西大学化学化工学院在柳州化工控股有限公司、广西梧州日成林产化工股份有限公司、中检集团广西分公司、防城港海洋局、桂林集琦生化有限公司等企事业单位设立实习基地，动员和组织“卓越班”的学生在寒假和暑假去深入实习。

实习基地为学生提供了一个认识企业、参与生产的窗口，使学生所学的理论知识不再是纸上谈兵，他们对于书本上知识的认识不再是枯燥的文字而是一个鲜活的生产过程；实践基地为学生开创了一条拓展视野、培育创新精神的渠道，让他们了解了多种化学品生产的现状，对现行工艺的优缺点有了自己的思考，更加明晰了新工艺、新方法对于利润提升、环境保护的重大意义；实习基地为学生们创造了一个检验理论知识、提升创业能力的平台，企业的每一次技术改造、产业升级都是“二次创业”的过程，在实习基地有幸参与其中看到所学知识应用于工程实践和商业运作是提升创业能力最快捷的方式。

（三）长期化

利用校企联合培养的优势做新、做强创新创业项目，充足的实践时间是保证。只有确保企业实践活动“长期化”开展，学生们才能把自身融入到企业产品研发、工业生产、运销经营及行政管理的实际环境中，这才是对创新创业能力的高质量培育。只有坚持了企业实践活动“长期化”，学生们到企业的实习效果才能避免浅尝辄止、水过地皮湿。

与广西大学化学化工学院建立密切合作关系的广西梧州日成林产化工股份有限公司、中检集团广西分公司、桂林集琦生化有限公司等企业为“卓越班”的学生提供了时长超过一个半月的实习机会，让大家学习在工厂，工作在工厂，生活在工厂，真正感受工业生产的氛围，切实提高实践能力。

（四）成果与建议

广西大学化学化工学院化学工程与工艺专业“卓越班”的学生在卓越工程师教育培养模式下的创新创业项目得到了高质量的开展，“卓越班”现有三支团队在“国家级大学生创新创业训练计划”项目中获得立项。在“广西高校大学生创新创业项目”的申报和立项中，化学化工学院排名前五的团队三支来自“卓越班”。截至目前，多数项目已取得了阶段性研究成果，多人在《高校化工学报》等核心期刊发表研究文章；2012级创新创业项目将于今年8月结题，研究成果将以专业论文和专利形式呈现。

教育部于2011年1月向各省、自治区、直辖市的教育行政部门和各高等学校下发了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》，2013年11月又联合中国工程院下发了《卓越工程师教育培养计划通用标准》。《意见》和《标准》都要求入选“卓越计划”的各高等学校“优先保证卓越计划所需优秀生源，在工程硕士推免政策上向卓越计划倾斜”。对于“卓越计划”的学生，坚固树立其创新意识，扎实培养其创新能力，贯通培养是最为有效的途径。“本―硕”贯通培养、“硕―博”贯通培养、“本―硕―博”贯通培养能让学生在持续性培养模式下最大限度地夯实理论基础，提升实践水平，培育创新能力。在贯通培养模式方面，北京理工大学等部分高水平大学已经做出了有益探索，将这种培养推广到“卓越计划”的其他入选高校，将整体提高“卓越计划”的培养成效。

国家实施“卓越计划”的目的在于培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量多类型的工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。创新意识和创新能力的提升是创新人才培养的重点，“卓越计划”和“大学生创新创业项目”都是基于这一点出发，为大学生创新创业能力培养铺就了一条全方位、多层次的“绿色通道”。“卓越计划”是手段，“大学生创新创业项目”是载体，两者相互促进、相得益彰。“卓越计划”为“大学生创新创业项目”的高质量开展汇集了优势，“大学生创新创业项目”为“卓越计划”的培养效果提供了检验平台，并使“卓越计划”学生的实践技能得到了锻炼和发挥。因此，重点在“卓越班”中开展“大学生创新创业项目”是必要选择。

参考文献：

[1]李晶.卓越工程师师资培养的探索[J].广东化工，2014，41（05）：186，192.

[2]吴彩金，韩虹，周苏敏.化工仿真实验室建设与教学实践探索[J].高校实验室工作研究，2010，（02）：62-64.

[3]康蕾，彭桂莲.化工仿真在工学结合《化工单元操作》课程中的应用[J].广东化工，2012，39（09）：220.

第3篇：化学工程与工艺的理解范文

关键词：石油化工工艺；教学改革；实践教学

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）37-0040-02

一、引言

《石油化工工艺学》是继基础课和专业基础课之后，化学工程与工艺专业主干专业课程之一。其主要任务是从石油化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明石油化工工艺的基本概念和基本理论，介绍典型工艺的生产方法与工艺原理、典型流程与关键设备、工艺条件与节能降耗分析。与化工专业其他课程相比，该课程具有明显的特殊性：综合性强，知识点多；课程内容广泛，新工艺多；应用性强，理论与实际紧密结合。所以刚刚完成基础课和专业基础课学习、缺乏工程概念和实践经验的大学生，要面对以原油蒸馏、催化裂解、催化重整等工业化装置为研究对象的非理想的、动态的、复杂多样的生产实际问题，以及大量的新概念、新工艺等，会感到无所适从，甚至厌烦、畏惧。目前，《石油化工工艺学》仍以课堂教学为主。虽有少学时的实践教学，但企业从确保生产稳定、安全等方面考虑，不允许实习学生动手操作。另外，传统的“一块黑板，一支粉笔”的教学方法根本不能让学生对复杂的实际工艺过程真正理解、掌握，更不要说现场实际控制操作了。所以该课程教学效果较差，急需改革。针对该课程的特点及教学现状，为了确保教学质量，提高教学效果，我们进行了教学改革探索。

二、强化课堂教学

《石油化工工艺学》以课堂教学为主。为了提高教学质量，培养学生兴趣和学习的积极性、主动性，更好地实现理论与实践的有机结合，首先应以教学手段的改革强化课堂教学。一方面引入了多媒体教学手段，借助多媒体的声光交互、动静结合的特点给学生全新的视觉感受，极大地提高学生的学习兴趣；以图片、声像资料和动画方式展示一些设备和生产工艺流程，解释一些抽象的原理，展现一些复杂工艺流程中单元操作的实现过程等，直观、形象，能帮助学生深入理解、开阔视野、增加兴趣，使其在有限的时间内容易接受，实现了高效且良好的教学效果[1]。另一方面应借助学校开通的网络教学平台，丰富课堂教学内容，在教学过程中根据需要及时地向学生介绍最新工艺、与课程相关的国内外研究动态、企业生产现状等，并对社会行业发展和人材结构需求等信息进行传递。除此之外，网络教学平台还可以实现师生的互动，使老师及时了解学生的困惑和对课程的掌握情况，以便课堂教学中有的放矢。这些教学手段的实施都大大地提高了教学质量和教学效果。其次以教学方法的改革强化课堂教学。传统的“满堂灌”教学方法，已无法满足要求，需要采用多种教学方法并用。譬如启发引导式[2]、讨论式、情境教学式[3]、工程案例式[4，5]等。该方法既能增加师生之间的教学互动，又能激发学生的好奇心、学习兴趣和求知、探索精神；既培养学生将基础理论应用到专业课中的学习方法，又提高学生对实际问题的综合分析能力和解决能力。这些教学方法的改革活跃了课堂氛围，实现了师生的共同参与，改善了教学效果，提高了教学质量。

三、加强实践教学

石油加工过程错综复杂。虽然课堂教学中运用多种教学方法，既注重了知识的交叉和融合，又注重了知识领域的拓宽和工程案例的结合，但是学生没有实践经验，缺乏综合分析的能力和将理论知识应用到实际工程问题的意识，所以必须加强实践教学环节。认识实习、专业综合实验、顶岗实习等多种实践类教学手段，不仅仅是理论教学的补充和完善，更是学生实践能力培养与训练的重要教学环节。首先使学生通过认识实习对石油化工工艺主要工艺的生产有一定的概念和认识，然后通过课堂教学，在具备“必须、够用”理论知识的基础上，通过专业综合实验、顶岗实习等实践环节，循序渐进的分层实训，使学生逐步将石油化工工艺关键理论与生产实际融为一体，这不仅为操作技能的训练和形成提供了强有力的支撑，而且建立了工程意识、理论与实践相结合的意识，具备了在实践中学习的能力、综合应用知识分析和解决实际问题的能力以及人际交往与团队协作精神[6]。

四、培养工程思维能力

尽管先修课程如《化工原理》等已引入“工程”概念，且在教学中从教学方法、手段、实践等多个环节也引导学生建立工程意识，但还需要学生进一步在实践中自己主动的、习惯性的去强化工程意识，培养工程思维能力。譬如，学生自编工艺[7]，让学生自选课题，用分析与综合的方法根据工程实际生产编制工艺并组织讨论；请实习基地的外聘企业专家定期进入学校，走上讲台，开设应用技术讲座、工程案例分析；学生自制剪辑并配有录音的工厂装置图片、工艺图片，以及一些现场教学录像；老师和学生走进企业，现场教学；深入车间，顶岗实习等，这些都可以在实践中培养并强化工程意识，使学生逐渐地学会从工程观念的角度考虑每一个生产环节，配置合理的流程，实现生产的最优化。

五、改革教学模块

根据专业、课程特点和教学目标，整个教学过程由原来的“满堂灌”和专业实验两个模块改为五个模块：认识实习模块、理论教学模块、专业综合实验模块、现场教学模块和顶岗实习模块。认识实习模块使学生近距离接触生产流程、设备等，建立感官认识和概念，并产生好奇、兴趣和探索的欲望；理论教学模块是指学生学习理论知识，并在老师的引导下应用理论知识去分析工程中的实际问题，结合企业的装置图片、讲解和现场教学录像等建立工程观念、分析并解决实际问题；专业综合实验模块是指学生可以自由选题，根据认识实习和理论教学所掌握的知识，通过分析和综合考虑自编工艺，在指导教师的指导下独立完成。这不仅使学生获得了学有所用的成就感，而且培养了学生综合思维能力、动手能力和分析解决实际问题的能力；现场教学模块既使学生巩固了理论知识，又系统化的深入认识了工艺流程、设备等，还强化了学生的工程观念及综合分析能力；顶岗实习模块则是针对生产实际中的某个工段或车间进行更深入和细致的学习与研究，包括流程、设备、操作条件的调试、简单故障的排除等，最终实现理论和实践的统一，并使学生能应用工程观念、理论知识去综合分析和解决实际生产问题，具备一定的动手操作技能和排除故障的能力。

通过这些模块的训练和学习，毕业后的学生不仅具有扎实的专业理论知识，且具有一定的现场操作技能和水准，缩短了工作后的“再教育”过程，基本可以实现“零距离”上岗。

六、结语

总之，改革后的《石油化工工艺学》课程，在五大教学模块中通过分层教学、强化课堂教学、加强实践教学训练、培养工程思维能力，不仅确保了教学质量，取得了良好的教学效果，而且还有效地提高了学生综合运用理论知识分析、解决实际问题的能力，基本实现“零距离”上岗。

参考文献：

[1]温得英.多媒体课件教学的利与弊[J].信息与教学探索，2008，（9）：164-165.

[2]王虹，李翠清，靳海波，等.基于工程素质教育的石油加工工艺学课程改革与实践[J].化工高等教育，2010，27（4）：47-49.

[3]田伟军.情境教学法在煤化工工艺课程中的应用[J].考试周刊，2009，（4）：179-180.

[4]罗学海，王晓梅.工程案例教学法在工科课堂中的应用探讨[J].湖北成人教育学院学报，2007，13（5）：98-99.

[5]贾绍义，夏清，吴松海，等.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化工高等教育，2010，（3）：78-81，96.

[6]王要令，赵振新，马步伟.《煤化工工艺学》课程教学改革探索[J].科技信息，2010，（22）：2.

[7]王健祥.《有机化工工艺学》课程教学初探[J].泰州职业技术学校学报，2002，2（3）：54-56.

第4篇：化学工程与工艺的理解范文

Abstract： Based on the characteristics of Coal Chemical Technology course， and combined with the author's teaching experience， this article discusses on how to make students understand， recognize and apply the professional course. The author's teaching experience is stated in this article in hope of getting more improvements and support in the future teaching.

关键词： 煤化工工艺学；教学；体会

Key words： coal chemical technology；teaching；experience

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）02-0238-02

0 引言

《煤化工工艺学》是煤化工专业的专业必修课，煤化工专业在我校是属于化学工程与工艺专业的一个方向。为了顺应国家大力发展煤化工产业的大战略，培养煤化工专业的应用型人才迫在眉睫。而只有学懂《煤化工工艺学》，才能基本了解煤化工专业的实质内涵。《煤化工工艺学》课程的主要内容包含：煤的低温干馏、炼焦、炼焦化学产品的回收与精制、煤的气化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生产的污染与防治，内容涉猎了煤的绝大部分转化原理、工艺及其方法。通过本书的学习，可以使学生获得专业基本知识，具备在专业生产第一线工作的基本能力。所以教授好这门课程，并且使学生获得必要的收效显得尤为重要。

《煤化工工艺学》是一门以应用为主的专业技术课，学生学起来比较抽象难懂，因此比较科学而易懂的讲授方法，才能够与学生引起共鸣，达到较好的收效。这门课程的基础课是《煤化学》、《有机化学》、《化工原理》、《物理化学》等，作者本人讲授《化工原理》和《煤化学》课程多年，同时结合自己多年的生产实践经验，在驾驭这门课程方面谈一下自己的教学体会。

1 合理分配课时，顺应人才需求

我校引用的《煤化工工艺学》教材是大连理工大学郭树才老师编写的，建议课时80学时。而我校在教学计划中规定课时是128学时，大三下80学时，大四上48学时，因此在分配教学内容时，笔者将煤的低温干馏、炼焦、焦化产品回收与精制三大部分放在大三下的80学时里，把煤的气化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生产的污染与防治放在大四上。这样分配的优点在于：大三下的内容主要是传统煤化工的精髓，学生利用较多的学时理解、消化、吸收；大四上的内容主要是新型煤化工的知识，并且是传统煤化工与石油化工的交汇。从我校的特色办学里可知，我校的煤化工专业既保留了煤化工专业的特色，又吸收了石油加工专业的营养，具有大化工的优势。同时，由于国内现在煤化工的开发利用重点在煤气化、煤液化以及煤制天然气等方面，所以把新型煤化工知识放在这个学期学习，可以使参加应聘的同学很容易回忆起所学过的东西，面试时更有自信。

2 内容详略有当，紧跟学科前沿

郭树才老师的《煤化工工艺学》是按照80学时的课程来设计的，我们拆开来讲解，如果只理解课本上的知识远远不能满足教学需求，因此，必须依托课本，适度引进《炼焦工艺学》、《煤化学产品工艺学》、《煤炭气化工程》、《煤炭直接液化》、《煤炭间接液化》、《煤基醇醚燃料》、《煤化工过程中的污染与控制》等相关教学内容，才能达到既使课堂内容饱满，又使学生了解学科前沿，了解新装置、新技术、新工艺的发展动态，具有对新装备、新技术、新工艺、新方法理解、运用和掌握的初步能力。

比如在第一章，煤炭的低温干馏内容里，实质重点是煤的低温干馏和中温干馏的基本原理、工艺过程、主要设备以及主要技术，为第二章煤的高温干馏做足了铺垫。在讲解的过程中，笔者就结合国内的央企大唐国际比较成熟的“褐煤提质工艺”，以及《煤化学》教材中讲到的相关煤的基本性质与工艺性质来做适当重点讲解，这样，既使学生回顾起来《煤化学》课本上的基本重点知识，又使学生了解了煤低温干馏工艺的风向标，既满足了学生的专业好奇，又为未来就业打下良好基础。在第二章炼焦内容里，大量引进《炼焦工艺学》的基本原理、工艺过程、国内外主要焦炉类型、焦化工艺等的主要内容，同时也结合国内鞍山焦耐院与化六院开发并且使用的各类大型焦炉，展开评价，既使学生把握了煤的高温干馏的基本知识，也使学生认识到了煤焦化的瓶颈以及突破的入口，为未来煤高温干馏的技术研发打下深厚的基础。在第三章炼焦化学产品回收与精制一章，除了详细讲解煤气净化过程中如何提取并且回收重要的化学产品，同时也就目前比较看好的苯加氢工艺，以及煤焦油加氢工艺做了必要的阐述。使学生了解了课本知识的同时，也较好的把握了国内煤化工专业动态，为自己选择专业方向做好了准备。在第四章以后的煤炭气化、煤炭液化等新型煤化工知识方面，更是结合国内现在的煤化工产业动态，在讲解气化原理、气化设备、气化工艺的同时，结合本人对欧洲煤化工技术的考察，把学生引进以煤气化为基础的碳一化工领域，使学生对未来煤化工发展的大战略有了初步的思考，并对就业有了更深刻的认识。在煤化工产业的背后，实质是大量的能耗、大量的污染，如何解决，必须要使学生了解污染产生的主要环节，污染物的主要类型，针对不同性质的污染如何在生产的初、中、末，采用必要的技术消除。因此，学生在学习知识的同时，也知道了自己的专业不仅可以去煤化工行业去就业，也可以去环保、能源动力方面去就业，拓展了思维，开阔了眼界。

3 教学方法灵活，学科联系紧密，学生互动加强

在《煤化工工艺学》的教学过程中，如果仅仅是循规蹈矩地一味去讲解，学生会觉得枯燥、晦涩、难以进入模型。因此，教学方法的灵活多变可以促进学生的理解。

首先采用比拟的授课方式，为学生建立立体的图形，使学生对设备及工艺加深认识。比如在讲解煤加工的设备时，我们习惯称“炉子”，使学生与家庭里常见的火炉联系起来，建立形象化的模型，然后，把模型拆开来，逐一再理顺，大家就对设备有了直观的认识。然后又把“炉子”与化工生产中的“反应器”联系起来，大家就知道了在不同的领域，设备的叫法有所不同，但是原理基本相似；再就是在焦炉的认识过程中，我把学生坐的桌子和椅子分别形象地比拟成“炭化室”和“燃烧室”，使大家直观地对焦炉建立起了立体的印象，然后再把成焦过程中模型分解开来画在黑板上，大家就很直观地对“单向供热”、“成层结焦”有了更深刻的体会。其次采用相关专业课的知识关联，强化了专业理论的理解，同时也强化了相关专业课的应用。比如在学习《煤化工工艺学》之初，先复习《煤化学》相关知识重点，使大家为不同煤化度和不同性质、不同产地的煤种如何应用，对号入座；在讲到焦炉燃烧系统及烟囱的流体流动时，我们及时地与《化工原理》课程的精髓之流体流动和传热对接，把各个环节流体流动的性质分析到位，同时把如何废气循环和节能关键点抛给学生，使学生带着问题去思考，培养大学生分析问题和解决问题的能力；还有在讲解炼焦化学产品的回收与精制过程中，及时与《化工原理》里吸收及萃取的单元操作联系起来，使学生在学习本专业课的同时，把握了专业基础课如何应用的方法，既促进了本专业的理解，也促进了其他课程的学习，一举两得。再次，利用复杂的工艺流程路线图，强化训练，启发学生快速识别并分解工艺路线。教会学生如何去理清复杂的化产回收工艺流程图，然后再自己去设计工艺加工步骤，既可以快速地理清工艺，又可以把机械制图及AUT CAD用到实处。在工艺学的学习过程中，不仅仅是学会原理、工艺，认识设备，识别流程，更重要的还有如何去设计、开发，因此，组织学生讨论，带着问题去学习思考，利用相关知识去引导学生自己动手，写专业小论文，进行相关工艺设计，工艺计算以及工艺设想，掌握专业领域内工艺与设备的基本设计能力，很值得去推广。

参考文献：

[1]赵振新.《煤化工工艺学》的教学法思考[J].化工时刊，2012（07）.

第5篇：化学工程与工艺的理解范文

李伏虎

(安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001)

【摘要】针对目前炼焦工艺学课程教学过程中的问题，对如何上好炼焦工艺学进行简单的讨论，提出多媒体教学、典型工艺教学、实验教学和毕业实习教学等多种教学手段相结合的方法，调动学生学习的积极性和自主性，引导学生主动发现问题、分析问题、解决问题，为学生进一步深造或工作打下坚实的基础。

关键词 炼焦工艺学；教学研究；典型炼焦工艺

炼焦工艺学是煤化工专业必修的一门专业课程，具有较强的实践性和综合性，在日常教学过程中，由于其内容覆盖面广，牵涉专业知识较深，学生普遍感觉学习时有一定的难度，课程内容枯燥，学习完课程过后印象不深，很难抓住重点难点。针对上述问题，教师应该根据炼焦领域的发展，调整教学方法，使学生获得系统化、专业化的炼焦知识，能利用所学的知识解释专业现象，具有解决生产问题的能力。下面就如何上好炼焦工艺学进行简单的讨论。

1合理设计课程内容

要教好一门课程首先教师就要合理设计课程内容，明确课程培养目标。炼焦工艺学课程主要向学生传授煤化工产品生产、科研、设计所需的基本理论和知识。课程内容应根据国内外炼焦与化产回收工业的最新发展，结合当前社会重大需求和所面临的问题，对课程内容进行结构调整，删减陈旧过时内容，尤其对课本中的一些低效老式焦炉炼焦工艺等知识点，学生感觉内容枯燥乏味，这就要求教师上课时发挥自己的能动性，将一些新型炼焦技术引入到课堂教学当中。

同时，教师还应明确教学重点如炼焦基础理论部分、焦炉基本原理部分、典型炼焦工艺等，这些知识点涉及到许多基础课程如煤化学、化工工艺学、化工原理、燃烧工程等课程的内容，讲授课程内容时，既要说明各章节内容、新老知识点的相互联系，又要避免或减少课程内容的重复。使学生清楚所学知识的来龙去脉，让学生明白学什么、如何学，合理分配重点讲解内容和自学内容。授课时要突出重点，探讨炼焦基本问题如炼焦用煤的特点、煤粘结成焦的机理、碳化室内成层结焦、炼焦化学品以及化产回收工艺等；介绍炼焦新技术及其基本原理、焦炉加热系统设计等；分析典型炼焦工艺，培养学生专业知识的实际应用能力；同时密切关注国内外相关领域发展前沿动态，使学生了解关于此学科的前沿进展。

2利用多媒体教学

合理有效地利用多媒体技术进行教学具有很多优点，可以扩大课堂讲授的信息量，拓宽学生的专业视野，使所要传授的知识直观生动形象，吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣，从而调动学生的学习积极性和学习热情，同时，多媒体还可使课堂教学更灵活，克服了课本、教师语言、板书、挂图等传统教学方式的局限性。这些优势都有利于提高了教学的质量和效率，例如在教授焦炉结构课程内容时，可以先期播放一些大型焦炉生产的视频，为学生提供了直观具体的感性认识资料，使学生可以身临其境的感受到焦炉的生产过程。由于学生事先通过视听等学习较为抽象的教学内容，并且能够直观地认识到了焦炉的科学性和复杂性，从而能使后期教学内容的效果明显。多媒体教学能让学生在短时间内，对所学的知识理解，记忆的更加深刻。过去给讲授焦炉热工课程时，只是一味枯燥的讲解一些理论知识如焦炉热工效率、物料平衡和热平衡等等，学生学习后，效果不佳，印象不深，很多同学过段时间后就不清楚如何进行焦炉的热工评定，而现在利用多媒体教学，可以结合课本理论内容，播放一些焦炉加热、煤气燃烧和熄焦等过程的视频资料，使学生对所学内容认识更加深刻，并且在实际工作中能够运用基础知识进行分析，提高学生专业能力。

3典型工艺讲解

课堂教学时，可以将一些典型炼焦工艺引入课堂，让学生了解这些工艺的特点，并且让学生对不同工艺进行总结评价，激发学生积极性，主动参与课堂讨论，参与学习，从而不仅能活跃课堂气氛，提高教学效果和效率，同时让学生能够对所学的理论灵活应用，培养学生运用专业知识分析、解决实际问题的能力。例如在讲解捣固炼焦工艺时，先将捣固炼焦的基本原理介绍给学生，然后让学生们列表对比捣固炼焦与其他炼焦工艺的区别，如比较焦炉结构、装煤方式、炼焦煤的质量等。同学们看过对比结果后，会进行思考，带着问题来学习，在学习完本节课程后，鼓励学生相互讨论，大胆发言，激发学生学习积极性。对于一个典型工艺的讲解分析并不只是局限在某一个堂课内容的知识点上，而是要贯彻整个教学过程中。在讲授有关典型焦炉结构知识点的时候，同样可以捣固炼焦工艺继续进行探讨，让学生分析焦炉应该如何设计碳化室结构，如何最大限度的提高焦炭产量，又不会影响推焦操作。通过学习，学生就能对新型焦炉的发展等有较深的理解，掌握分析其它炼焦炉结构的特点，能够举一反三，这种讲解方式比教师照本宣科的教学更能引起学生的学习兴趣，有效地解决课堂中的教与学，并且最大限度地调动学生的学习积极性，以学生为中心，最终有助于达到教学目的。

4利用实验教学

实验教学是教学工作的重要组成部分，可以培养学生的观察力、动手能力和专业素质，使学生初步学会学科做科学研究的基本方法，是理论联系实际的一个重要环节。对于炼焦工艺学中的很多内容，仅仅是靠教师板书，甚至是多媒体也远远达不到教学效果的，必须要让学生亲体体验操作，例如学生学完了炼焦工艺学课程过后，熟悉和掌握了煤炭结焦的基本原理，然而不少学生却不知道焦炭反应性的测试，这就说明教学过程中，实验教学的部分的严重缺乏，在炼焦工艺学教授过程中，在介绍相关章节内容时，需安排相应的实验部分，并且同时教会学生做科学研究的基本方法与注意事项，让学生明白做实验前的注意事项，如何去查找实验标准，如何纪录、分析试验数据，使学生养成一个良好的科研习惯。

5利用毕业实习进行教学

煤化工专业毕业实习是一次重要的实践教学环节，是对专业课课堂教学的一个完善和补充，通过毕业实习对学生进行专业知识的深化，把理论知识和实际应用有机地结合起来，加深学生对课堂教学内容的消化、理解和掌握，提高学生对所学知识的实际应用的能力。毕业实习教学过程中，应鼓励学生多动脑、勤思考，不能走马观花的看一遍，让学生灵活运用所学理论知识，这样使他们在毕业实习的过程中，能将自己在课堂中所学的知识应用的实际生产当中，并且引导学生查找资料解决一些复杂问题。例如在参观焦炭的加热系统时，要求学生描述焦炉加热系统运行，采用何种加热方式以及这种方式的主要特点等，并要求学生根据课本所学内容和实地学习经验，学习焦炉加热系统，通过此种办法毕业实习，可以使学生不仅思考一些表面现象，还启发同学们思考深层次的问题，能收到很好的实习效果，为学生日后的进一步深造或工作打下坚实的基础。

总之，要上好炼焦工艺学课程，首先教师对课程内容进行合理设计，然后采用多媒体教学、典型炼焦工艺教学、实验教学、毕业实习教学等多种教学方法和手段，调动学生学习的积极性、自主性，引导学生主动发现问题、分析问题和解决问题，对学生进行专业技术能力和科学方法研究的培养，为学生日后的进一步深造或工作打下坚实的基础，最终将学生培养成一名合格的煤化工专业技术人员。

参考文献

［1］姚昭章,郑明东.炼焦学[M].3版.北京:冶金工业出版社,2005:1-5.

第6篇：化学工程与工艺的理解范文

一、《制药工程制图》课程改革的必要性

1.新形势下高校应用型人才培养发展的需要。当前，随着社会经济的深入发展，国家和用人单位对于应用型人才的需求量逐步增大。高校是国家需求人才的输送口，在这样的背景下，更要适应国家大势的发展需求，为国家培养出所需的应用型人才，满足国家以及社会发展对于技能型人才的需求。在这样的大环境下，《制药工程制图》的课程教学改革顺应新形势下高校应用型人才的培养需求就显得尤为重要了。

2.提高高校毕业生就业竞争力的必然要求。随着高等教育大众化趋势的进一步发展，社会上大部分的高校毕业生面临就业难的局面。一方面，许多制药工程专业的高校毕业生在寻找工作时只具备理论知识，缺乏一定的实践经验，使得他们不能满足用人单位的需求，导致工作难觅；另一方面，就是许多高校毕业生尽管课程中开设过实践、实验课，但其实践知识往往不能紧随时展的步伐，多是一些被时代淘汰的实践、实验课程。

3.社会对高校毕业生技能要求提高的必然要求。当前，高校在进行《制药工程制图》的授课时，教师多是以理论教学为主，涉及到实践的环节较少，导致制药工程专业的学生虽然具备了丰富的理论知识，但还是很难满足社会上用人单位的需求。当前，社会用人单位在进行社会招聘时倾向于选择那些具备一定实践经验的求职者，因为这种求职者工作上手快，在一定程度上节省了企业的培训成本。因此，应用型、技能型的人才能受到社会、单位的极大青睐。在这样的背景下，高校在进行教学时要迎合时展的需求，将高校大学生打造成符合时展、用人单位青睐的应用型、技能型人才。

二、《制药工程制图》课程教学现状

1.《制药工程制图》教学内容存在的问题。大多数高校的教案中实际上还是以画法几何、制图基础、机械制图为主，由于课时短，计算机绘图讲授的时间基本没有，更别提与制药工程制图有关的制药设备与工艺的绘制；目前的教案内容陈旧，不能紧随时展的步伐，基本上还是之前的教授内容，讲述的内容以机械零件为主，与制药有关的设备和工艺基本不涉及。没有能够很好地将《制药工程制图》讲授内容与社会、企业对人才的需求相结合；与课程内容相对应的配套习题缺乏。配套习题研究也不够深入，主要体现在配套习题题量少，设计的习题无法体现课程的重难点，无法很好地帮助学生理解教材的相关内容。

2.《制药工程制图》教学方法存在的问题。受现在各个学校重科研、轻教学思路的影响，工程制图课程所需要的立体模型基本缺乏或者即便有也可能是多年前的，损坏很多；对于计算机绘图这块，需要做到学生人手一台电脑，教师在多媒体上讲授相关内容，而学生需要像自己大一学计算机基础时那样，一步步随着教师的讲授而操作。然而目前很多高校没有制图课程相对应的机房，教师教学过程中经常碰到的问题，如学生无法正确安装CAD软件到自己的电脑里，笔记本待机时间无法满足上课时间要求，等等；有一些难度较大、空间想象多的地方，用立体模型也很难讲授清楚。比如讲述组合体的三视图，对着立体模型，只能讲述模型相关的内容，无法完整呈现整个主视图、俯视图、左视图的作图过程及其相互关系。

3.《制药工程制图》理论教学与实践教学衔接问题。在许多高校传统的教学模式中，教师在《制药工程制图》的课堂中多是采用传统的理论知识教授，很少会涉及到实践教学的内容。在高校的《制药工程制图》的教学过程中，最常见的就是将理论教学与实践教学区别出来。同时，由于《制药工程制图》的教学内容具有一定的抽象性，很难让学生在短时期内理解与接纳。此时就需要高校制药工程专业的教师采用一些的实践教学环节，如立体模型和动画等，来帮助学生理解所学的《制药工程制图》的相关知识。

4.《制药工程制图》师资队伍问题。受现在各个学校重科研轻教学思路的影响，教师的引进基本都是按照科研的要求而不是按照教学课程来进行的，因此很多教师并不具体了解相关的药学背景，尤其是制药工程专业的学习背景。很多高校，如天津大学，作为一个工科背景的高校，其《制药工程制图》基本上是按照化学工程的专业设置来进行的。同时也应看到，因为教师本身不是按照教学对应引入，部分教师可能本门课程没学过或者本科学习过且学时较少，根本没有深入地研究。

三、《制药工程制图》课程教学改革实践

1.《制药工程制图》教学内容的改革。高校在进行《制药工程制图》的教学内容的改革时，要在事前做好充分的准备：首先，要对国内外的《制药工程制图》的教学大纲、培养目标以及培养方向有一个大致的了解。其次，就是要对国内的大型制药企业以及与制药工程专业相关的企业进行一定的社会需求调研，可以通过问卷、访谈等方式进行。最后，就是将上述两方面内容与高校自身的实际教学情况相关联，在此基础上对《制药工程制图》的教学内容进行再定义、再创新。要使《制药工程制图》的教学内容中包含必要的教学模块，如计算机绘图，制药设备与工艺的绘制，同时在进行教学内容的编排上也要十分注重它的逻辑性、系统性，使《制药工程制图》的教学内容能够有效衔接。另一方面，《制药工程制图》在教学内容的?O计上要实现要增加与制药工程专业相关的实践案例，辅助学生们进行学习。

要在教学内容中强化制药工程专业图纸的绘制，制药工程制图图纸的绘制对于制药工程专业的学生至关重要。教师在对学生在进行《制药工程制图》的教学过程中要要帮助学生去学习制药设备的表达方式以及尺寸标注，还要使学生在经过《制药工程制图》的学习后能够熟练的阅读各种制药设备图，能够在具备一定基础知识储备的情况下绘制不同深度的制药工艺图，帮助药厂设计简单的平面图，等等。

第7篇：化学工程与工艺的理解范文

课外论文成绩考核评分方法及标准

食品生物技术课程的课外论文成绩考核步骤如图1所示。其中，学生进行资料查阅、社会调研、理论调研、论文撰写需要1～2个月的时间，由教师及全体学生听取学生个人或课题小组的答辩(对小组中每个学生都有单独答辩的要求)，论文成绩各项指标由教师和学生共同进行综合评分［2］。论文成绩考核包括论文名称与作业相符程度;论文格式;参考文献数量;讲述熟练程度，表达准确，重点突出;内容丰富，信息量大;运用先进手段，讲解气氛活跃;回答教师及学生问题流利准确。成绩分别占10%、10%、10%、20%、20%、10%、20%。学生完成论文后，制作答辩幻灯片，全班公开答辩，同时提交论文。实际上，这种形式从考试的综合性、全面性、客观性来说，对学生的要求远远高于一般的卷面考试。既是水平的检阅，又是能力的体现，更是很好的交流，同时也激发了学生的创造灵感，提高了学习热情和积极性，培养了团队精神。

口试成绩考核评分方法及标准

在专业课《食品生物技术》教学中引入口试方式，这对培养学生的思维敏捷性、灵活性及口头表达能力至关重要。在考核内容上，要选择能够充分体现素质教育要求的具体知识和能力的内容，突出学生能力的训练和考核，而不是局限在要求死记硬背的内容上。考核内容不仅包括教科书的主要内容，而且包括教师补充的前沿信息，更要有指定的教学生阅读的专业文献内容。教师对上述内容分类做成口试题签，学生可以选择自己感兴趣的工艺章节进行抽签，也可以自述一些食品加工工艺的前沿信息。根据回答问题的熟练程度及信息的先进性进行打分。让学生自己选择考试内容，可以充分调动学生智力活动的热情，把某种心理压力转变为探求学习的兴趣和动力，使考试过程成为学生发展智力、探求知识的智育过程。口试成绩考核包括:口试选题的新颖性;对教材内容的熟练性;阅读的参考文献数量;讲述熟练程度，表达准确，重点突出;专业前沿信息量大，分别占总成绩的15%、20%、15%、30%、20%。口试是公认的最能反映学生真实水平的一种考试方法，将教材、笔记等书面知识用自己的语言表达出来，是口试考试方法特有的功能。口试与其他考试方式相结合的考试方式是值得探索和实践的课题。

期末考试成绩考核评分方法及标准

期末考试题型应该多元化，具体指每套试卷至少要设计填空、名词解释、单选或多选、判断、简答、比较分析、综合应用等多种形式的题型，合理确定主观性和客观性试题的比重，注重试题的认知层次和难易程度的协调搭配。命题思路为:①多以现实生活中的有关理论问题和实际问题立意命题，力求比较全面和真实地模拟现实;②试题的构造以引导学生注重对事物整体的结构、功能和作用的认识，以及对事物发展变化过程的分析理解;③所涉及的有关知识以多样性、复杂性和综合性的特征呈现出来。评分标准为:试卷的客观题有标准答案，主观题没有固定标准答案，但是要给出给分点，按照给分点综合评定成绩。

考试效果

1考试改革对教师提出了更高的要求，有利于教师提高自身素质

改革考试方式的核心问题是要有科学而合理的评价方法与评价标准，考试改革对教师提出了更高的要求。首先，要求评价学生的创造性、综合能力及素质，教师必须有能力设计出这样的题目，同时还要有能力评价这类题目的优劣，这就要求教师有较高的学术水平。培养学生的创新意识与创新能力，要求教师必须有创新的意识与实践。考试对教师命题水平提出了更加严格的要求，题目形式应具有灵活性与综合性，内容应有明显的创新，独具特色，这就要求教师对本学科有相当的理论功底，丰厚的知识储备。

第8篇：化学工程与工艺的理解范文

关键词：制药工程；化工仪表及自动化；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0101-02

制药工程专业是农药学和工程学交叉发展的应用学科，主要应用农药学、化学、工程学及相关学科的理论和技术手段解决农药生产过程中的工程技术问题，具有很强的实践性，要求学生具备农药产品生产、工程设计、新农药研制与开发的实际能力。化工仪表及自动化主要讲解实际生产过程中工艺参数检测、显示和控制，是涉及化工生产过程、化工设备、仪器仪表及自动控制等多学科交叉的综合性课程，是制药工程专业的一门必修专业基础课。由于缺乏实际生产实践知识，因此在学习中，学生普遍反映该课程信息量大，内容庞杂、抽象，难以理解[1]。在课时有限的情况下，这个问题显得尤为突出。如何根据制药工程专业的培养目标和化工仪表及自动化的课程特点，使学生在有限时间内获取最大的课程知识，完成理论知识与生产实践的结合，教研组结合近几年的教学实践，从多个方面进行了教学措施改革。

一、合理安排教学内容

制药工程专业使用的教材是厉玉鸣主编的《化工仪表及自动化》，主要包括仪表和控制系统两大部分共七章的内容，理论教学内容较多，在36个课时内要详细讲授这些内容显然很不现实。根据该专业的培养目标和农药生产过程的实际需要，化工仪表及自动化的课程改革应以实际应用为指导，以满足制药工程专业学生在实际生产过程中涉及的参数检测和自动控制的要求为原则，教学内容以学生毕业后的实际工作需要来选择。

在有限的课时内，坚持“少而精”的原则，一般不详细分析内部电路，但要讲清仪表和控制系统的结构、工作原理和工作过程，重点讲解如何正确选择和使用仪表及控制系统，降低理论要求，增加实用内容。农药生产过程主要涉及反应过程及传热、精馏、吸收、干燥、萃取等单元操作，因此在保持课程相对完整的基础上，根据专业特点调整教学内容。把自动控制系统两章内容和典型化工单元的控制方案进行融合，在自动控制系统讲授中尽量选用这些单元操作进行讨论讲解，分析典型化工单元操作中若干具有代表性设备的自动控制系统，阐明设计控制方案的共同原则和方法。

例如，无相变的换热器的温度控制、载热体进行冷凝的加热器自动控制、冷却剂进行气化的冷却器自动控制、精馏塔的温度控制方案、釜式反应器和发酵罐的温度控制等，通过案例分析，激发学生的学习兴趣。随着工业生产和自动化技术的发展以及新型仪表和控制理论的不断更新，教学过程中，我们要顺应控制技术发展规律，调整充实教学内容，让学生了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态，使教学内容的组织体现应用性和开放性[2]。这不但能激发学生的学习兴趣和学习热情，也能为他们以后的工作打下良好的基础。

二、采用多种教学方法

化工仪表及自动化的教学内容与实际生产过程密切相关，涉及大量的工艺生产过程、单元操作及相关生产设备，对于从未接触实际生产过程的学生来说，文字性质的描述或者图示的方法不能有效地提供课程相关信息，致使他们对工艺参数的检测和自动控制缺乏直观的认识。教学实践证明，使用多媒体教学课件，用图形、图像、文本、动画、视频等直观、生动的形式描述知识形成过程的特点，能使学生的学习活动处于积极状态，增强学习兴趣，提高教学效果[3]。

例如，讲到自动控制系统组成时，可进行液体贮槽液位自动控制的动画演示，形象展现出液位自动控制系统所应用的测量元件、自动控制器、控制阀及对象等环节和控制过程；利用图片进行典型控制单元的展示。另外，我们还将农药原药生产的实际生产过程、相关设备、参数检测和控制视频穿插在课程教学中，使学生有置身生产过程的感觉，提高教学效率。还可以将化工生产模拟仿真与传统化工仪表及自动化教学相结合。利用Matlab软件和Aspen Plus等仿真软件，制作相应的化工仪表工作过程模拟仿真教学课件和典型化工控制系统控制过程的演示课件，将过程模拟方法和传统化工仪表及自动化教学内容相结合。例如，模拟某农药生产过程典型设备中各参数的控制过程，修改参数可看到不同的过渡过程曲线，从而理解PID参数的整定，进一步领会工艺过程与自动控制系统之间的关系。

三、注重实践课程教学

化工仪表及自动化课程教学以实际应用为目的，因此进行实践教学是配合理论教学的必不可少的环节，缺乏实践环节将严重影响教学效果[4]。然而，制药工程专业的化工仪表及自动化课程已进行的实验，多是以模拟式仪表为基础的仪表校验和参数的测量。因此，实验课的设置要按照教学计划的要求，力争在完成基本实验内容的基础上，尽可能地增加一些有益的内容。实验可分为基础验证性实验和综合性实验。基础验证性实验是传统实验，主要是使学生掌握仪表的工作原理和使用方法，完成实验操作、数据处理等基本训练；综合性实验主要培养学生调查研究、设计实验方案及对实验过程及结果独立分析和判断的能力[5]。

实习通常作为学生贯通专业知识和集合专业技能的重要教学实践活动。制药工程专业的课程教学要以农药生产的实际需要为目标，不但强调对专业知识的掌握和应用，更应加强调与生产实际的结合，强调课堂讲授与学生的生产实习相结合[6]。本课程的教学内容与农药生产过程密切相关，涉及大量的参数检测和控制的相关知识。因此，在课程进行的第七周穿插一周针对该课程和化工设备机械基础的农药厂认识实习，有助于让学生通过对啶虫脒和霜霉威生产流程与生产设备的了解，进一步认识生产过程中较为典型的控制单元，画出带控制点的工艺流程图。

并且，在实习报告中要求学生从这两个工艺生产过程中，选取一个生产设备作为被控对象，设计一个简单控制系统。设计内容包括：分析工艺过程，找出工艺的影响因素；确定被控对象，分析对象特性及在工艺流程中的作用；根据被控变量和操纵变量的选择原则，选择被控变量和操纵变量；选择测量元件；控制器及其控制规律的分析和确定；控制阀的选择；自动控制系统的控制过程分析。学生在完成实习报告的同时，就完成了对课程内容的理解和融会贯通，也就完成了对化工仪表及自动化课程的全面复习。更重要的是，它能促使学生主动理论联系实际，将课程内容与工艺过程中的参数控制联系起来，锻炼利用所学知识解决实际问题的能力。

四、进行试题库建设

化工仪表及自动化课程通常的出题方式是由经验丰富的教师手工组卷，且是AB两卷，一次组卷只能用于一次考试，重复劳动量较大。而且，人工组卷的出卷人一般是教授此课的教师，不能实现教考分离，对学生全面达到教学大纲规定的要求不利。试题库内容拟覆盖检测仪表、显示仪表、控制仪表、控制系统组成、简单控制系统、复杂控制系统等章节，试题分为填空、判断、分析、问答、计算等多种类型，着重考查学生对化工仪表及控制系统的基本原理、结构、应用的了解，以及运用上述知识正确分析和解决生产实际问题的能力。本题库将具有较高的智能性、灵活度和开放性，由主考教师自行指定考试范围、题目难度和知识点，系统自动整理出符合要求的试题，并配有详细的答案及评分标准。该题库可以满足学校制药工程和林产化工等多专业的教学要求。

随着高校教育的不断改革和发展，为适应综合素质人才的培养需要，我们不仅要从教学内容、教学方法、实践教学等方面进一步给予完善，还要根据制药工程专业的培养目标和课程特点，探索和构建适合本课程的教学模式，进而培养学生的工程意识和分析、解决生产实际问题的能力，提高教学效率和教学效果。

参考文献：

[1]姚干兵.工仪表及自动化课程教学改革探讨[J].技资讯，008，（5）：62-163.

[2]周冬菊，董铁有.案例教学模教式学在化工仪表及自动化中的应用[J].黑龙江教育，2012，（11）：9-10.

[3]曾珞亚，李学聪，冯燕.《化工仪表及自动化》跨专业跨学科教学特点研究[J].高教论坛，2009，（5）：75-77.

[4]苏国栋.化工仪表及自动化实践教学的研究[J].职业教育.2007，（8）：16-18.

第9篇：化学工程与工艺的理解范文

20世纪世界经济虽然经历了多次萧条、景气、危机、复苏的反复，但是世界经济有了很大的发展。发达国家经济继续发展，许多新工业化国家和地区，特别是发展中国家的经济呈持续快速发展势头。21世纪的世界经济，特别是未来的20—25年中世界经济仍将保持高速发展。

在未来经济的发展中，人类将面临有限的资源和保护生态环境的严峻挑战。在今后25年内，世界人口可能达到100亿，需要满足如此大量人口的食物和必要的物资。同时，需要供应相应能源、交通、住房、学校以及各种机器等需求。呈指数增长的需求和有限的资源形成了尖锐的矛盾。

回顾20世纪的发展，特别是20世纪30年代以来，正是烃类经济发展的历史，主要资源来自于化石资源（煤、石油和天燃气），许多国家都认为化石资源是保证能源和原材料供应的基础。从20年代以来的靠其提供经济发展的需要，以至于达到今日的生活水准。据统计，生物基资源所占份额很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。尽管烃类对经济发展的贡献呈强劲势头，但是有限的资源令人担忧，而各种化工产品带来的生态和环境问题也日益严重，因此可持续发展战略已成为全球共识，并且已被广泛接受和推行。

在可持续发展的施行中，要使经济发展与生态环境保持平衡，经济持续增长、生活健康标准不断提高、国家安全与稳定，保证资源供应具有重要的作用。因此，许多国家政府的产业界都呼吁开发和利用可再生资源来补充和取代目前过于依赖的非再生并日益减少的化石燃料资源。

早在1996年，美国政府就组织有关行业协会、学术团体、产业界和教育科研部门专家讲座可再生资源开发利用问题，并于1998年后提出题为《2020植物/农作物为基础的可再生资源——通过可再生植物/农作物资源利用加强美国经济安全性的设想》（以下简称“设想”）。该设想公开发表后，美国农业部和能源部支持全国玉米种植者协会组织跨产业部门研究讲座设想的实施问题。经过长时间讲座产业界、深信界和政府部门对设想目标的实现、存在问题和实施步骤取得共识，并提出了题为《实施植物/农作物为基础的可再生资源2020年设想的技术指南》（以下简称“技术指南”）。这两份报告内容详实、焦点明确、逻辑性强、实施步骤清晰，许多观点和技术课题及措施具有启迪性。从该两份报告中，不仅可以弄清可再生资源和内涵、开发利用的必要性和可能性，而且对如何开展和促进可再生资源的开发利用提供了实施途径。对目前可再生资源开发利用的经济技术状况、存在的障碍和误区也都作了明确的阐述。虽然两份报告都是针对美国情况提出的，但是其科学性和前瞻性以及许多技术内涵对我们仍不乏借鉴参考价值。

“设想”是有关于发展以植物/农作物为基础的可再生资源产业的战略，是由美国农业、林业和化学工业部门（其中有各类美国公司企业）、非盈利组织、商贸协会和学术部门、各行各业的专家学者共63人经过讲座研究，首先提出对此新兴产业未来发展的设想。

1996年12月美国全国玉米种植者协会组织战略设想研讨会，目的是草拟一个产业设想，使植物/农作物为基础的的可再生物质可以作为当前惯用的原料的补充来源以满足人们对化学品、材料和其他产品不断增长的需要。

本“设想”广泛地规划了此产业如何从目前家庭式的产业走向全国规模的核心制造产业的道路。公开此“设想”的目的是为了吸引更多读者关注，出谋划策，共同开发，使其能成为现实的技术实施方案。

对于世界资源能否足够支持当前已经发生的急剧经济膨胀，社会上历来存在两种不同观点：一种是悲观的认为，世界资源难以满足呈指数的经济增长。如果现有技术不能进一步发展，而非再生资源又有限，这种悲观看法确实是现实的评价；另一方面，当前的技术正在突破，并有无限潜力，因此对未来产生乐观看法。

历史教育人们，只有通过协调提出明确设想，才能引导人们去解决关于未来发展的重大问题。

过去一直谈如何解决未来25年世界超过100亿人口的食品问题。获得食物只是人类生存的一种需要，其他还有呈指数增长的对能源、运输、住宅、学校、机械以及计算机等的需要，而满足这些需求的资源从何而来是应当考虑的问题。

钻探更多、更深的油气井可以供应更多的烃类原料，但是油气储量毕竟有限。对现有烃类的有效利用率将会不断提高，但是效果不大。纳米技术可能会促进小型化从而节省材料，但是有些物件不能缩小。问题是资源正在耗尽，何时耗尽并不重要，重要的是探求一种新的资源模式，使之逐步转化。

“设想”序言称，不论适用性技术应用如何，凡将现有资源转化为可再生资源，都是符合可持续发展的方向，也适应环境和生态要求。因此，应用植物/农作物资源的设想是乐观的。

随着适用性研究和开发的进展，人们可以发现许多经济上可行的方案来满足整个地球的需求。该"设想"确定了方向和相应的规划，采取措施建立利用植物系统中能源和碳源的可再生资源基础。面临的挑战是严重的，但机遇也是难以衡量的。人类可以适应变化，但必须接受所面临的挑战。序言中从两方面进一步阐明“设想”提出的背景：

1、界定植物/农作物基资源

植物/农作物基(有时用生物基bio-based)资源是指来自于一定范围的植物系统，主要是农作物、林产品和食品、饲料和纤维工业加工过程中的副产物。它们可以通过一年生的作物和树种，多年生植物和短期轮作树种等途径在一个较短的时间内再生。石油化学品原本也是以植物为基础，其基本分子为烃类。植物/农作物基可再生资源当前所用的大量基本分子是碳水化合物、木质素和植物油。也有一些量少高值的分子是来自二级植物新陈代谢。另一个主要区别是烃类及其提取系统已经开发并加工处理其所需要的原料型产品，而植物基可再生资源在某些程度上虽然也被认定，但某种植物会含有某种资源，加工后会留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技术进展可以改变植物成分和酶提取系统，这就为现在需要的化学产品和新型中间人体及产品制造提供了新的经济机遇。据统计，美国的森林、耕地、牧场等面积约22.46亿英亩(1英亩=0.405公顷，下同)，其中主要农作物的种植面积有4.24亿英亩，可以生产大量植物/农作物基资源。过去50年，这类资源的重点主要是面向食物、饲料和纤维生产。

2、烃类经济

20世纪后期，世界经济发展很快，生产增长率有很大提高，尤其是各发达国家，一些发展中国家也不断增长。成功的增长和发展过程中起主要作用的是烃类经济。自20年代以来，矿物化石燃料的采取和利用提供了人们当前所享受的经济效益和生活水准。许多国家都依靠这种资源来满足能源和原材料的需要。

在过去50年中，大量的研究开发在能源生产和基础产品制造方面创造了许多可以大量增值的工艺过程。市场经济明显地受人们提高生活水准的意愿所驱动，以创造各种产品。生物基资源的(主要是用植物基)用量很小。据统计，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美国1996年玉米、黄豆和小米等生产用作食品和饲料量约为6900亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此从经济角度看还不能赶上工业原料，而以烃类为基础的经济却繁荣昌盛。

烃类虽然将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但是在其未来应用中却有若干问题有待解决。首先是对石油化学产品的应用环境问题日益受到关注，随着又产生了许多相关的问题。化石燃料是一类正在减少的原料资源。应用植物/农作物基资源作为一种补充，由于它们是可再生的，所以为经济有序地向可持续发展转变创造了机会。

通过对能源状态的审视就可看到可再生资源作为一种补充的必要性。烃类资源有限，许多专家提出世界可采和探明储量，如按现在消费水平计算只能提供50-100年，此处的一个重要假设是“现在消费水平”是保持不变，但是从全世界人口增长和生活水准变化来考虑，此假设是不合理的。当前世界上按人口平均的能源消费水平差距很大，详见表1，许多发展中国家都将增加能源消费。未来的能源供应问题是多方面的，因为发展中国家人口众多。例如，中国按人口平均能源消费相当于美国水平的1/3，其需要增加的能量数量约相当于美国现在全年能源使用总量。

表1当前按人口平均能源消费水平KWh/人美国法国日本巴西泰国中国

122007500700015001200900

一些有效利用烃类的开发将有助于需要增长问题的解决，但是对烃类找到补充资源是完全必要的，只有如此才能保持可持续发展的工业基础。

新技术开发和应用需要时间。石油化学工业本身的发展就是一个事例。1920年烃类原材料经济并不像今天这样具有吸引力，过了50年，开始适应化石燃料状况的工艺。因此，要使植物/农作物基系统达到同样现代化水平也需要时间。

当前正是开展大量研究开发工作、利用各种可再生资源和各种新工艺、并开始在各种可供选择的途径中提出选择标准的时候。现在进行研究并不意味系统要立即改变，但是，烃类经济的经济学未来将出现问题：要支付高额环境费用，或是由于原料缺少而价格上扬。

投资适用性研究可以在未来能源和原材料间进行相关的比较，提供非常需要的选择。在中期至长期，选择植物/农作物基可再生资源可能是要兼顾环境方面容许和经济方面具有吸引力。而在近期，研究和开发可能只在一些领域内进行，使植物/农作物可再生资源能开始进入基本化学原料市场，从而扩大资源基础，延长有价值的化石燃料储备的应用寿命。

在上述背景环境下，通过研究讨论，提出了2020年开发利用植物/农作物可再生资源的设想的目标；“设想”是要通过植物/农作物基可再生资源的开发来提供经济继续发展、生活的健康标准和强大的国家安全。植物/农作物基可再生资源可以改变当前对日益减少的非再生资源的依赖。

本“设想”的内涵重点是建立新的观念，即植物基资源是越来越重要的工业原料资源。非再生资源可能因经济和环境因素逐步被植物基再生资源所取代，“设想”反对等到危机发生时现开始启动替代。

展望2020年，化石燃料可能仍将占90%，增加植物基可再生资源并不是可有可无的，它对满足未来的需求非常迫切。当然，需要有效地加工和利用这些植物衍生原料。其新途径的研究从现在就要开始，为经济发展有足够的时间，保证解决环境而进行良好的合作。

要取得有成效的进展，应当确定以下的方向性目标：

1、2020年化学基础产品中至少有10%来自植物的可再生资源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(农作物，林产，加工业)系统，用有效的转化加工工艺生产可再生原料，为2020年选中的产品提供经济合理、对环境瓜敏感的制造平台。用此生产链来示范一个综合的植物/农作物基原料系统的经济合理性和潜在效益，显示工业应用机遇的新领域，为2020年以后国内和出口的需求做出贡献。

3、在工业投资者、植物商、生产者、学术界和各级政府之间建立合作伙伴关系，开发从小范围到大规模的工业应用，重新激活农村经济，改进增值加工和制造链的集成，消除食品、饲料和纤维加工业与基础材料制造业之间的差别。

“设想”中提出，科研与开发方面要制定有详细目的和要求的相应计划，支持上述方向性目标的实现，从而也可取得投资的优势。

植物/农作物基资源利用现状和前景

一、现状

烃类提供人类能源和衣着。塑料、油料、油漆、染料、药品等基础原料，已经成为现代生活的主要依靠。1970-1990年间石油基的塑料增加了4倍，已经逐步代替了玻璃、金属甚至纸张。植物/农作物基资源目前尚未有效利用，主要是因为可用性差、质量不高、供应不稳或是价格高。要推动和提高植物/农作物可再生资源应用的兴趣，需要从以下几个方面来分析。

1、实用性

尽管消费总量不高，但是植物基原料当前在化学品方面应用面很广，如用于油漆、粘合剂及剂等。黄豆是植物袖的传统原料，随着基因工程进展，可以生产满足特殊剂市场需要的专门油。最近，可用黄豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纤维素、拧槽酸、天然橡胶、多数氨基酸以及各种蛋白质等化学品生产中，植物基资源是主要原料，详见表2。

表2、美国植物基资源用量万t/a类别用量用途

木材8090纸，纸板，木质素纤维复合材料

工业淀粉300粘合剂，聚合物，树脂

植物油100表面活性剂，油墨，油漆，树脂

天然橡胶100轮胎，家用品

木材提取物90油料，胶

纤维素50纺织纤维，聚合物

木质素20粘合剂，丹宁，vanillin

在多数情况下，应用的植物基材料主要是原始状态分子。如木质素纤维、植物油和橡胶等复杂分子的应用也只有有限的改性。这就与石油化学工业构成明显的反差，石油化工则是用化学方法按需要将烃类裂解成几种简单分子，如甲烷、丙烯等。用这些基础原料进行化学合成，制造所需要的复杂的分子。

在少数情况下，植物/农作物原料进行裂解成为不同的基础分子，例如高果糖的玉米生产糖浆和玉米淀粉发酵生产燃料乙醇。1996年美国用211亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶发酵方法生产9亿加仑(1加仑=4.546L,下同)乙醇，从而加工为90亿加仑混合汽油。从许多实例看，植物基原料有一定实用性，虽还未生产像药物那样的高度专业化的分子，但却包括了大量生产的中间体及产品。

2、供应及质量

植物系统地区分布广，由于土壤和气候条件不同，导致供应和质量的差异。森林和农业系统的发展已经缩小了天然野生植物的供应差异。

生物质的总产量虽然很大，但是由于没有经济的转化技术而使其应用受限制。一些新进展如快速裂解提供了从中获得低分子量产品的机会，如果能在分离技术上进一步创新，就可以推动此应用。生物质资源可以来自快速增长木材、田边作物以及其他专门培植的植物物种。另一潜在的生物质资源是当前为食用和饲料种植的农作物，如玉米、黄豆、小麦和高梁等。一般情况下这些作物只应用其产量的一半。此4种作物估计每英亩(1英亩=0.405公顷,下同)约有2600磅(以干物质计,下同)遗留在田地中，总计约有5200亿磅。一部分留在耕地以改良土壤结构，但大部分运出去，作为原料应用。因此要求有适当的、成本低的储运系统和加工技术。

供应方面的主要问题是对原始生产的管理。当前，树木可作木材和纸浆，种植农作物只是为食品、饲料和纤维加工，没有在综合利用上进行优化。对植物/农作物投入的成本评价基础是未经优化的植物生产系统，因此经济性不佳。一些边际土地的利用可以扩大植物基可再生资源原料基地。但是从经济上比较，其很难达到经济可行目标。在估算其经济回报时，要考虑化肥、农药等化学品的使用费用。要增加可再生资源来源，除了要提高边际土地利用率外，主要应是如何对良田建立优化种植生产系统。

当前低投入、低产出的植物生产对农民难以盈利，并不利于农村发展，也不能为加工业提供低价原料。但是在产出方面，数量和质量相差甚大，从此系统得到的产品必然价格较高，严重地限制了经济上的可行性。而且，由于低产出生产就需要更多的土地，其对环境的单位影响常常大于更为强化、密集的系统。因此要优化生产系统，同时改善边际土地的利用。此外利用生产率高的土地作为植物/农作物可再生资源的原料基地，这也有利于解决数量和质量上的波动变化。

农村根据市场需求规划种植计划，如根据乙醇市场还是植物油供需情况，做出种玉米还是种黄豆的选择，其次则要进行第2轮对品种的选择，作乙醇则要种高淀粉含量的玉米品种，如要种饲料，则种含高油量玉米更佳。这些选择都对产出经济效益有很大影响。面对“设想”需要扩大食品或饲料、饲料或原料、油料或淀粉、纤维或糖、药品或聚合物等等选择范围。要根据供应或需求来决策，就需要进一步仔细研究有关课题。

3、植物/农作物基原料成本

利用植物/农作物基可再生资源主要是成本问题，它与烃类相比是不经济的。工业生产要求大量的便宜原料。植物原料价格便宜，如果能开发适当的系统将极具竞争能力。利用植物/农作物基原料生产化学品的成本比较，详见表3。

表3、植物/农作物基化学品生产成本类别生产量万吨通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占总产量%

糠醛300.750.7897.0

粘合剂5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性剂3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑剂801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗涤剂12601.101.7511.0

颜料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墙涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

专用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

实际上,在制造业中选用不同的化学加工工艺对其成本影响很大。

植物/农作物基可再生资源不是一种替代性资源,而是为工业原料提供的补充资源。成本问题并非只限于原料,而且与加工过程有关，因此要进一步开发新的化学和生物加工工艺，才能扩大植物基可再生资源应用范围，使之成为经济可行系统。

二、前景

由于植物/农作物基可再生资源的来源不同，每种来源的原料又可以利用不同的加工工艺，构成了一种多维的发展前景。本“设想”运用矩阵分析方法进行探讨。不同投人的植物原料，可以运用不同的加工系统，并取得各种不同的开发效果。

1、废料和副产物利用

从当前看，利用机会多，但需要有新的加工技术才能使其成为更重要的资源。

(1)现代化学

森林工业已经将副产物利用发展成为一个较大的行业，如纸浆副产液转化为磺酸木质素表面活性剂CH3SOCH3以及用树皮制丹宁。农作物的磨榨工业开发了许多应用副产物进行加工的工艺，如从燕麦制糠醒、淀粉粘合剂、专用棉籽油、从湿磨料生产拧蒙酸盐和氨基酸等。但是，许多食品加工业，如蔬菜和水果却没有开发相应的副产利用加工工艺，经常将副产淀粉和糖排放入周围环境。副产物的利用具有许多发展机遇，提取及销售其所含的有效成分是降低主产物成本的手段，而且从战略上看是扩大利用植物基资源。

(2)改进化学

木本植物和有些农作物加工中有较高的木质纤维素含量和一些碳水化合物，如烃类工业一样，可以将复杂分子转变为较小分子技术。便宜的植物衍生发酵制糖的开发已在进行。用金属有机物化学将碳水化合物转变为增值化学品是扩大利用植物基原料的又一技术途径。改进化学方法具有潜力，可以使植物衍生的废料加工利用提高经济回报率。

(3)生物加工

在比较复杂的料浆中用微生物发酵法生产某种分子，再将其分离出来成为需要的产物。生物转化是应用微生物、细胞或不含细胞的酶系统的一步法工艺，它提供了改进废物料和副产物利用机会，随着分离技术的提高，生物加工工艺可以获得更为广泛的应用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，从废料中生产新分子不是一条最佳途径。

2、现有农作物

从近期看扩大应用具有最佳机会。

(1)现代化学

从化学工业整体看，并没有|认为植物衍生材料具有较高的经济价值，但是具体|问题要具体分析。石油化工利用烃类而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改进化学

如果植物衍生原料是结构型的生物质，含有木质素和纤维素等成分，其具有一定优势。一些新技术，如综合燃烧或金属有机化学等都能提供更好地利用此类资源的机会。除林产资源外，约有5200亿磅的生物质资源目前尚未加以利用。改变加工工艺路线可以提高利用现有资源的效益。新的工艺开发可以提供利用糖和淀粉的机会。植物淀粉有不同来源，如水稻、土豆、玉米和小麦，它们的性质、用途都不同，因此需要改进其化学方法，发挥其潜能。新化学工艺与生物加工及先进的分离技术综合起来可产生很大效益。

(3)生物加工工艺

植物作为生物加工原料量大而多样，从结构型生物质到一些专门的植物组分，在生物加工方面潜在优势很大：用酶转换玉米衍生的葡萄糖生产高果糖的玉米糖浆。最近从玉米葡萄糖经过发酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸盐可以用作制一些化学产品如丁二醇、四氢呋喃，这些中间体又可进一步加工制成许多种产品。当前，用10亿磅这种原料可得到价值13亿美元产品，现在正在中试。多种学科进行合作就可取得良好的效果，这是短期内取得成效的一种良好运行模式。

(4)新分子

植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是专用酶，可产生新分子。此工作目前只在很小的市场中进行。当市场对具有特殊性能的新产品需求增加，投入产出可能会促使其发展，技术和经济的综合研究要沿着产品开发链进行，从界定所需要的产品——需要的特性——分子结构——中间体——酶技术——蛋白质/基因工程——投入植物的最佳原料——生产优化等。

3、新鲜农作物

此项作为中期发展机遇。

(l)现代化学

因为化学工业一般不认为农作物的利用能获得较高的经济价值，因此新鲜农作物并无吸引力。过去曾认为可以降低成本，但是实际上的技术限制否定了其经济性。

(2)改进化学

从投入产出看，存在类似问题，如果改进的化学工艺需要专门的农作物，-新鲜农作物可能会有优势。另一优势是在物流方面。按照改进工艺实施和运作规模，所需原料只能就近供应新鲜农作物。因此改进工艺应当与供应系统平行进行才能互相支持共同发展。植物作为原料补充资源时，困难在于许多烃类加工装置不位于农作物和森林种植地区，而植物基原料运输费用很高。

(3)生物加工工艺

与改性化学类似,区别在于如何将原料加工成中间体和最终产品。在技术上要考虑农作物品种的适用性，一种生物工艺可以对多种品种进行加工。优化工艺是影响运作经济很重要的因素。

4、改性基因类植物

这是中长期发展机遇，其可提供的成效目前尚难以想像，今后是否出现碳水化合物经济，或是其他经济，这要看建立在生物工程基础上的新工业平台所能发挥的作用。

(1)现代化学

基因改性植物基原料可能成为现有的烃类加工系统原料。但是，改性植物分子在烃类系统中降解所花代价太高。因此投入技术要能跨越加工技术，或者是较复杂的分子能直接得到并进入制造链，再有是新工艺路线能高效地应用此改性原料。当然这些变革都要从经济和环境两方面来评价其效益。

(2)改性化学

对优化植物/农作物基原料投入和加工有好处，应当进行此方面研究。至于何时见效则要根据基因技术进展及其达到工业化时间来确定。

(3)生物加工工艺

微生物或酶进行基因改变达到强化工艺过程目的。生物工程具有长期潜力，在原料投入和生物技术本身之间创优，有时所需要的可作基础原料的分子可以部分在植物原料内进行合成，用生物转化或高度专门化的生物/化学工艺进行分离。为了继续应用化石燃料生产专门产品，需要进行研究开发，使有限资源能取得最大的价值。

(4)新分子

过去20年中，塑料已成为最大的工业部门，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金属。市场将会根据消费者的意愿和需求发生变化。材料科学将继续发展，市场销售者将继续设计新的消费品，塑料的未来变化难以预料。能作为新工业发展平台基础的新分子将会很多，物理与化学科学与生物工程材料结合将产生新的领域。植物基可再生资源将是未来的主要资源。新陈代谢工程是将丰富资源制造成所需基础原料的渠道，支持社会基础设施。开发和拓宽其可能性，需要先进的技术，这将是未来新领域。

生物技术的潜在影响及实施“设想”的工作途径

生物技术的潜在影响

对一个新的技术领域进行评价，可以从如下几个方面来分析：近来变化的速度和引入的速度、量度及其带来利益的水平及公共公司投资、评价专利活动和有关协会的活动、观察开发进程、审视所取得的成功进展。

90年代初期，许多人对生物技术将对农作物带来很大变化是持怀疑态度的。到1996年，转基因作物在产业化方面取得成功，明确地澄清了这个问题。这些早期的成效是关于新的作物保护途径，对保护植物生产免受病虫害起了重要作用，对进一步了解和掌握如何改进植物组分也很重要。

由于管理方面的需要，转基因大田试验记录由美国动物和植物健康监测服务中心保存。从记录中可以看到一些行之有效的转基因改变植物组分的工作正在进行之中，试验范围也在不断扩大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在进行。

为了改变植物组分以提高营养价值，改善加工性能，或是为了某些工业和制药的应用，一些转基因改性品种已经进行了评价，包括碳水化合物的变革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白质形态操作(typemonipulation)、纤维特性改性、产生抗体、工业酶生产、二级化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生产。

转基因技术发展非常迅速，为植物基材料扩大应用开辟了新的途径，使其可以为工业生产提供分子基础原料和更为复杂的分子原料。用植物基原料主产聚合物，制造塑料就是一个成功事例。从A1-coligenenentrophus细菌的3种基因已经能转入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羟基丁酸酯)，浓度可达14%。这种生物可降解的热塑性塑料正在进一步开发，使之可以从黄豆、棉花和油菜籽制备。

在过去50年内，通常用的植物培植产率已经提高了3倍，根据农作物满足食物、饲料和纤维不同用途，选择不同的方法得到具有不同特性的产物。高级植物种植要用基因图谱和转基因技术，进一步提高食物和饲料生产需要供应的植物基原料。

生物技术对植物基原料已经产生革命性的影响。但是，用生物技术来改变植物，使之适合烃类经济需要，并不是一条最佳途径。这就需要进一步弄清什么是工业链需要的因素，而这些因素又是能在未来转基因植物基可再生资源中具有最大的优势。

实施“设想”的工作途径

要成功实施美国可再生资源开发利用的战略设想(以下简称“设想”)中所提出的大纲，需要将研究、开发、工业过程工程以及对未来的市场了解等项工作有效地集成起来。适应“设想”的多学科计划以及各个项目的协作都要求有一共同的目标，向前沿技术迈进。应用改进的化学工艺加工现有的农作物，包括集成运用生物工艺，可以纳入短期计划之内，从当前到今后10年可以着手实施。这是研究中的一个热点。另一个热点是观念上的飞跃，超越当前的烃类化学，结合基因改性植物，运用新的工艺，这可以纳人中长期计划中，在10到20年甚至更长时期内实施并产生影响。上述两个热点都是当前在研究中进行投资，在不同期限内可以取得回报。

如果在这些领域内取得成功，在工业应用上就可以有了一个可行的坚实科学基础。新鲜作物应用开发将被看作是一个降低这些系统成本的一种机制，或是改善供应状况(数量和质量)，满足工业发展需要。

当审视植物基可再生资源的前景时，可以看到供应链本身包含着许多重大课题。不同物种发展有各自的地理优势，可以形成专门原料的加工中心，包括进入国内和国外两个市场。对转基因作物的鉴别保护机制仍在变化，植物基可再生资源上的这些系统都需要进一步研究。

本“设想”并非要给各种问题以答案，而是指出未来潜在的可能，在各方面采取一定的步骤就可以使其实现。下一阶段就要进行各方的协调工作，使多方面的投资者能有一个投入的基础，针对“设想”提出的目标进行开发工作。该规划要订出各项目计划，通过研究和开发来支持“设想”中提出的方向性指标。各计划项目要符合下列一个或几个方面的要求。

优化生物质和农作物基原料生产，达到计划应用要求状况。

为植物基原料的供应链提出装置、地点、贮运和分销措施，包括加强农村经济的机制。

加速发展基于改性化学和生物工艺的新工艺，同时考虑利用植物/农作物基可再生资源原料。

对多类投资者支持的项目，对上述三个方面中一个或一个以上将产生影响的项目，或是多学科项目等将给以优先和优惠待遇。投资项目选择标准应考虑时间要求和潜在影响的大小来确定。

植物/农作物基可再生资源对工业基础原产的需求增长是一个战略性措施，也是使美国在21世纪继续保持领先地位的战略性选择。开发基础资源具有经济、环境和社会方面的好处。机遇是明确的，考虑未来的设想是需要的，要联合投资者对新途径进行投资，才能创造一个安全的未来。

“设想”文本中不止一处引用达尔文的名言“能够幸存下来的物种，不是最强的，也不是最聪明的，而是能适应变化的”。

2020年可再生资源应用将增加五倍

《植物/农作物基可再生资源2020年设想实施的技术指南》(以下简称“技术指南”)，是《植物/农作物基可再生资源2020年设想》(以下简称“设想”)的补充，提出的目的是：支持“设想”方向，确定发展中的主要障碍和问题，确定优先的研究领域。

要达到上述目的需要进行协调观念开发，收集专家证明，组织多学科研讨会、听证会，优势排队试验和团队行动计划等多项工作。在“技术指南”编制过程中吸收了各方面人士的意见，参加研讨的共有66名有关部门不同行业的专家。专家们就全球性问题提出“设想”，针对“设想”结合现实状况提出存在的主要障碍与问题，再确定研究与开发领域，从而找出优先研究开发的课题。这些课题所属领域都是能为利用可再生资源实现可持续发展起最大杠杆作用的研究领域。通过参加“技术指南”研究和编制的专家的专业情况反映出在化工制造中应用生物基原料需要涉及多门学科。但是有3个产业是中心，即化学、生物和农业，每个产业都涉及几门不同的学科，如农业，林业和石油化学。

1、农业和林业

农业：是一个广泛的概念，包括谷物生产、林地和牧场等。这些土地上生产的农产品和林产品一起构成生物基材料，它们通过太阳能，大气中的CO2和土壤中养分进行原始生产而成为可再生资源。美国拥有大量优良土地，丰富的自然水资源和先进的技术基础，通过资源保护和利用，每年可产生可再生资源的巨大财富。林业：在美国有超过6.5亿英亩（1英亩=4046.24平方米）的森林，从业人口140万，每年生产价值2000亿美元产品。过去10年内，纸张部门的增长比木材业快。木材和纸产品回收循环利用率高，每年有约4000万t纸再生利用。美国的林业已经制定出2020年发展设想以及相应的研究计划。该设想呼吁进行研究，用先进的生物和遥感技术以及树木生理学和土壤科学等理论。

农业和林业通过应用基因学技术和转基因植物等新手段将会出现大的跃进。在不久的将来，可生产出大数量和高质量的作物。除了饲料和食品，还可以为工业部门提供原材料。而且还可以引入某些酶标记基因，可能会在植物体内制造完全新型的聚合物，并可大量生产，成为经济的消费用品。

美国将技术进展应用于植物和农作物的调整，使其在农业、林业和制造业中保持可持续发展的领先地位起着主要作用。国家的未来明显地要依靠近期开发可再生资源基础的研究来支持。

2、石油化工业

化学、工程学、物理学和地理学等几门学科在石油化学工业中的应用，对人们生活产生的影响是50年前难以想像的。石油化学工业成功地创造了众多产品，从高性能的喷气发动机燃料到基础化学品以及许多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化学工业：是资本密集型工业，已经建立了可观的基础设施来处理和加工化石燃料。美国每天要用1390万桶烃类原料，多数是作为燃料型产品，用于化工及其他工业基础原料生产，每天约为260万桶油短类原料。

近年来，工业化学品和塑料生产都有巨大的增长。塑料工业从业人员120万人，有20000套生产加工装置，过去在研究开发上花费以10亿美元数计的投资，才获得了今日成就。如果塑料制品的原料没有可再生资源，迟早有一天会变得十分昂贵。一方面，是否还有上万亿桶的石油开采量，原油价格能否在每桶10美元以内。世界原油生产已经变化迅速，而且有许多不定因素。另一方面，化石燃料资源是有限的，这是无可争议的事实。重要的是考虑当供应呈峰值时未来价格的敏感度，而不是去争论何时是油将用尽的理论时间。最近由于几处新资源的发现及应用，在20年内原油产量可能会有所增加。但是，必须注意美国一直是原油进口国，50%原油靠进口。如果原油进口一旦停止，北美可采用的化石燃料资源储量按目前消费水平只能维持约14年。如果保持目前进口水平而不增加，也只能使用28年。当然，将会有新的改进的抽提技术，例如水平钻探和核磁共振钻孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生资源补充石油化学品，要从现在开始，由少量到大量逐步进行，有关研究工作要立即开始。不考虑化石原料供应衰退时间表的争论，由于人口增长以及一些新兴国家人们生活水平提高，需求将继续增长。在可再生资源取代化石燃料之前，它将作为一种补充资源。因此，无论如何在美国开发可再生资源作为工业原料都是十分重要的。

“设想”中提出的指标是“2020年基础化学品至少有10%来自植物衍生可再生资源，随着发展观念到位，2050年要提高到50%”。要注意无论是美国还是全世界总消费量的增加是很快的，因为即使2020年的10%目标是按当时的生产总量计算，也比当前消费水平要提高4—5倍，绝对的增加更大。如果2020年消费水平本身提高1倍，可再生资源的绝对指标也要翻番。

换言之，不能期望可再生资源在不变的需求环境下能完全取代烃类资源，而只有当消费产品需求增加，可再生资源可以能满足此增加需求中的一部分。在2040年时间框架中，指标可以是：可再生资源应用使化石燃料能稳定地维持现在的消费水平。按此指标可以形成以下的观念：

由于不是一个竞争替代战略，可再生资源并不与非再生资源直接竞争。

需要用可再生资源和非再生资源两种资源来满足未来20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生资源，因为那时的化石燃料将会很贵而且有限。满足近期指标的支持和研究完全与长期目标保持一致，这些方向性指标，非常清楚地表明面临的挑战是巨大的，需要从现在就采取行动，应当开始建立通向扩大利用可再生资源的道路。除了建立可操作的可再生资源基础指标外，其他一些相关的指标也是很重要的，包括：

建立系统，通过加强经济可靠性的基础设施支持，将供应、制造和分销等活动集成起来。

通过功能基因学来提高对植物新陈代谢的理解，优化对专门的增值加工工艺的设计和应用，除应用现有的组分外，要开拓新型聚合物生产和应用。要保证开发的新工艺过程的效率高于95%，同时应用伴生工艺，应用所有副产物，消除废料，保证新的平台能在特殊的环境条件下坚持目标方向对确定目标与研究指标要反复交叉检验，使其能坚持可再生燃料/能源需要的目标。

在生产和分销中要开发保持稳定供应的途径，在年生产一定范围基础上控制一些因素，如价格、数量、性能、地区分布、质量等。同时要制定提出这些因素的标准。

建立进一步合作伙伴关系，改进综合集成，通过加强农村发展来支持取得成功。

“设想”的目标要实现，主要要使本“技术指南”中所列出的目的大纲都能达到。基因改性植物生产专门的代谢产品和开发补充性的化学改性产品取得成效就可以达到2020年可再生资源应用增加5倍的目标。这些进展也将为2020年以后的进一步发展奠定基础。

可再生资源应用技术和市场的障碍及问题

将可再生资源制成消费产品的整个系统中有许多障碍和问题，其中关键和问题是：

植物科学方面：基因学、酶、新陈代谢和组分。

生产方面：单位成本、收率、持续性、基础设计、植物设计。

加工方面：经济学、分离、转化、生物催化、基础设施。

应用方面(由技术和材料驱动的问题)：经济学、功能性、性能、新用途。

应用方面(由市场和需求驱动的问题)：价格性能比、性能、知觉、市场开发。

现将上述关键和问题择要分别介绍于下。

一、关于应用方面（材料驱动问题）

1、经济学

单位成本是当前植物衍生材料使用的主要障碍，也是经常引起争论的一个问题，问题的核心是竞争性成本状态。在多数情况下，应用植物基原料的成本都比较高，难以与以烃类原料为基础的加工工艺竞争。但是，成本竞争情况有几个非常复杂的因素互相影响，诸如产品价值、材料成本、产量、需要加工程度以及所用基础原料的性能等。因此如果未来的战略只考虑降低本是不会成功的。最重要的经济推动因素不是成本本身，而是制得的产品和制造费用的差价(即增值)。

产品价格是诸多因素的函数，诸如产品利用、性能、消费者喜好和需求等，而制造成本则受原材料价格、供应的持续性、加工、废料处理费用和投资等诸因素影响，要符合当前的具有竞争性的通用化学品工业的低成本需要。但是，从长远考虑，只进行成本比较是有问题的，因为未来的化石燃料的成本是难以预测的。

在当前情况下，用烃类原料生产消费型产品的加工效率是很高的。但这并非是化石原料本身具备的特点。因为石油化工已经研究了100年，有了3代科学家，政府投入了大量资源才使之达到今日的水平。与之相比，植物基材料应用尚处于较低的水平，开拓植物基原料应用来适应已臻成熟的烃类加工需要并不是一条唯一的道路，目前应用数量还是很少的。另一条路线是通过弄清植物衍生材料性能进行技术开发，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的组分。

2、功能性

改变植物中的不同组分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先进行原料裂解降级成为简单的分子，随后用它们再行合成为较复杂的分子和聚合物。植物中已经含有不同形态的聚合物，可以在许多产品中应用。但是，在现在加工系统中尚无大量应用。用量有限的原因有几个方面，其中主要的是由于缺乏对其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已经由植物衍生的蛋白质聚合物研制出塑料薄膜的试验产品，显示出其应用的潜力。而且，植物拥有立体化学结构，可以得到一些有价值的手性分子，如糖类、维生素、氨基酸等。从总体看，目前对植物基础原料的反应性和功能性尚不够了解，因此限制了新应用思路的产生。

二、关于应用方面（需求驱动问题）

1、市场开发的费用

植物衍生材料应用的一个关键是市场开发费用高。正如许多新产品市场一样，新产品的研究往往是由小公司开始的，它们投资不足，缺乏继续发展的资源，常常只停留在试验阶段。工业化的成功率低，由于没有一定的供应量而常使产品衰落。因此，需要大力改进产品开发和支持机制，而且要进行与产品相关的市场开发，这是扩大利用可再生资源的主要工作。目前市场上应用的标准都是基于石化产品，没有适应生物基产品的标准，这也是要成功地与石化产品竞争的另一障碍。

2、认识问题

植物衍生材料常给人以较低级的印象，这可能是由于当前处于“石化时代”之故。对某些制造厂商来说，它的性能较差，主要是因为未得优化。虽然公众环境意识增强，但是对植物基产品需求尚不足以创造市场来拉动技术开发。因此，当前可再生资源的进展主要是基于技术推动的结果，只有增加市场拉动才能有力吸引公司更多投资。没有要变革的冲击，就不会有更多的变革。因此，如果没有各种经济倾斜途径，现状是难以改变的。

三、加工问题

1、基础设施中分销问题

多年来石油化学工业已经建立了加工和分销烃类基础产品的有效基础设施。由于依赖进口原油，美国的多数基础设施是建设在海岸线上。因此，许多现有的加工装置并不适合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工厂、榨油厂和玉米湿法加工厂进行加工，它们最好接近于供应地。要应用大量植物原料就需要进一步将供应和加工制造集成起来。应当开拓确立农村发展优势和重点的战略和措施，更好地鼓励多用可再生资源。

2、分离技术

应用植物于工业用途的一个关键是缺少植物组分的分离技术。树木具有非常复杂的成分如木质纤维素。此成分强度高，但要将它分离为有用的分子组分则很困难。多数农作物收获品是种子，它们含有碳水化合物、蛋白质、油分和数万种其他组分。通常对许多谷物发芽和生长都能进行良好的安排，而对其作为原料进行分别管理则很困难。一些除去原始粗组分的工艺，如榨油和提取糖分等已经开发，但如何将专门形态的蛋白质和纯的含碳组分分离则仍是困难。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，处理费用很高而且技术困难，这是应当要解决的问题。将反应与分离集成起来的加工系统(如催化蒸馏)可能是一个解决问题的方向。但是此类系统目前应用有限。而且还未被开发作为植物基原料方面的应用。通过引入某些基因而使植物增加新的组分，就更需要应用先进的分离技术来回收有意义的新组分。例如生物聚合物开发中目前就因缺少高效纯净的经济上可行的分馏工艺技术而受到限制。植物的组分如不能有效地分离出来，就不可能控制最终产品的特性和质量。

3、转换技术

要利用植物中各种组分的另一问题是将这些非均相的混杂原料转换成较为简单的分子，这才可以进行进一步反应。在植物基原料中，加工工艺需要有高性能的多功能生物催化剂或是非均相催化剂，这些催化剂具有多种功能并可以进行回收。

知识不足是另一关键，目前人们尚缺乏关于植物组分的自然差别和来自不同作物的同样组分的特性等方面知识。这些知识的缺乏和不足就构成难以鉴别植物的差异性，缺少鉴别的手段，因此也就难以考虑作为原料的应用。发酵是用来将某些农作物转化为各种产品的工艺，转化是非均相的。所用的转化方式，副产利用和分离等方面仍有许多有待改进之处。一般地说，植物系统的复杂化学问题使新型或改进植物基加工工艺的设计较为困难。烃类化学制造中有丰富的氧化化学知识，还原化学方面较少，这些都是植物系统加工所需要的。目前特别缺少关于还原生物催化剂共生因子系统方面的实践知识。

植物原料加工工艺开发的另一个大的障碍是当前缺乏有关的教育培训。目前化学工程课程中只有少数涉及生物化学课题，多数毕业生成为化学工程师只拥有非常基础的生物工艺知识和有限的重要生物分离的知识。多年来，工艺化学家和工程师的培训重点都是烃类化学，考虑植物基可再生资源加工需要很少。

四、生产方面

1、收率、持续性和基础设施

因为目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造纸外，只是关注未来的供应分销而不是现实存在的问题。但是，这些对实现可再生资源的目标都是十分重要的。在供应的持续性方面，数量和质量都是未知数。如果植物基原料能加工成简单的碳分子，其持续性问题就不成关键。但是如果要设计应用其中某种特殊组分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某种专门组分，原料的质量和数量的稳定性就非常重要。

在一些情况下，供应持续性中的不确定因素实际上就是风险管理的内容。未来的石油化工供应问题和可再生资源供应问题都有风险。对石油化工来说，未来的供应不桷定因素可能因世界上一些区域的政治变化而增加。而对植物基原料来说，气候可能成为不确定的地区因素。如果某些专门植物不能大量生产可能导致贸易上的不确定因素，这些问题不需要采取断然措施，但是需要重视通过改变基础设施来保证经济可靠性。另一个冲击供应持续性的不确定因素是未来的农作物用途是作为食物还是作为工业原料。一方面是根据供应短缺理论，认为农业难以供应飞跃增长的人口和消费品增长所需的原料。实际上，从需求角度看，食物和原料都在增长，即使不考虑可再生资源进行工业利用，食物本身也存在问题。解决食物问题的方案也可能就是解决工业原料问题的方案。因此，在供应方面必须应用新技术，如生物技术，这样才能保持产率不断提高，使农业能达到一个新的水平。

2、植物设计、植物科学、基因学

转基因技术已经显示出令人鼓舞的前景，要进一步充分利用尚有大量工作有待进行。存在的一个主要障碍是对植物本身内在新陈代谢过程还不够了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要进行设计。因此，对植物新陈代谢和碳流的知识匮乏是其发展中的限制因素。

近年来功能基因学的进展有望促进对材料合成设计的理解。但是这门科学目前刚开始，与类似的医学领域相比所取得的支持还是很有限的。基因转变中的另一成就是让更多的专用基因嵌入和对质体以及细胞核的常规转变。在植物变化、基因学和生物信息等方面有着广泛的研究项目，但是将这些出现的新技术应用于可再生资源的专门研究则很少。

要使科学知识不断深化，在一定程度上取决于消除这些主要障碍，有些已被称为多学科的研究。但是，需要努力加强和协调才能促进现有的障碍及时地被克服。换言之，基因管理的研究必须紧密地与植物内含聚合物的功能性以及分离工程等研究相结合。

研究和开发的课题

《美国植物/农作物基可再生资源2020年设想的技术指南》(以下简称“技术指南“)列出为解决植物/农作物基可再生资源利用中的主要障碍应当进行研究开发的课题。“技术指南”按4个主要方面的障碍依重要性大小列出研究开发课题，每个研究课题的影响都有其时间范围，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、长期表示2020年，近期目标的达到可用以衡量面向2020年可再生资源开发利用设想的前进步伐。

一、植物科学研究方面

1、近期影响课题(按重要性依次减小顺序排列,，下同)

(1)应用功能基因学了解植物新陈代谢和组成，至少要与1种主要农作物基因计划结合；

(2)开发能实时进行植物组分的定量分析工具；

(3)改进转基因方法，特别是对麦杆基因的专门嵌入，要在1998年基础上提高效益10倍；

(4)开发1—2种主要农作物的基因标记系列，使之有助于摆在有用的可再生组件含量；

(5)将80%现有的germplasmbase进行编目，有效利用各类淀粉、蛋白质和油分；

(6)找寻发展中的生物信息学利用途径，推动可再生资源的研究和开发，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影响课题

(1)在新陈代谢过程和碳流中至少弄清50个限制速率的关键步骤；

(2)利用功能基因学弄清分子、细胞和整个植物的控制管理；

(3)为主要植物用于可再生资源的组分制定标准；

(4)在2种植物中，建立碳库并为细胞分割确定控制点；

(5)在plastid转变中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)创建示范工厂，使主要组分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是专门碳键(如C5)大于3O%；

(7)利用基因开关的方法；

(8)建立为植物可再生资源利用的生物信息学基础。

3、长期影响课题

(1)重新设计新陈代谢过程，提供有用的碳结构骨架；

(2)应用有针对性进化技术建立100个未来原料的品种库；

(3)设计新型分子或改性现有化合物，使之适应于功能需要；

(4)为提供工业用原料，创制2种新植物种类；

(5)利用简单的细胞组织进行成本和能源效率评价；

(6)利用计算机技术设计植物组分。

二、生产研究方面

1、近期影响课题

(1)提高亩产量10%~15%以降低原材料单位成本；

(2)改善农业管理，提高肥料利用效率和虫害防治，

(3)确定至少10种影响原料组分和质量的因素；

(4)对至少10种具有潜力的系统和植物类型的亩产效率进行定标赶超（如主要农作物、林业和多年生种类等）；

(5)调节气候条件对生产的影响；

(6)每年对2种农作物的潜力进行评价或用其他方法评价亩产量；

(7)提高当前农业加工中废料利用率5倍；

(8)在单位投入基础上提高贫瘠土地产量2倍。

2、中期影响课题

(1)提高产量，使单位投入的碳产出为1998年基础上的2倍；

(2)为长期可持续发展，开发尽量减小土地、大气和水利用影响的系统方法；

(3)对收获产物和主要植物成分建立标准；

(4)专门设计收获装备，尽量增大碳的收获；

(5)开发新的利用方法，使现在遗留在土地上的农作物45%能得到利用，

(6)培育适应专门土地和土壤的农作物；

(7)建立农业信息学基础，重点是不同来源的可再生资源植物类型、生产价值、质量和单位成本。

3、长期影响课题

(l)在化石燃料排出废气中CO2的固定；

(2)从现在植物/农作物生产中消除碳的废料；

(3)设计新的农作物/植物生长系统，优化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)对主要能源获取和固定，提高化合效率；

(5)对收获前期工作和部分就地加工的装置进行设计；

(6)对连续生产系统进行设计和评价。

三、加工研究方面

1、近期影响课题

(1)改进分离技术，处理大于95%的非均—植物材料；

(2)改进单体基础原料变换的生物催化剂；

(3)开发3种具有高选择性的快速反应强力催化剂；

(4)为将植物聚合物转换为有用的单体，找出新型和性能优良的酶(具有10倍活性)并进行评价；

(5)将微生物进行工程化，改善非均—植物的发酵；

(6)提高废物利用率2倍；

(7)开发高效的除水技术并对改进的非水溶剂反应系统进行评价；

(8)在植物材料中利用天然立体化学方法的评价。

2、中期影响课题

(1)应用5种以上高级分离系统(如自行清净膜、离子交换、精馏等)；

(2)为经济捕集植物单体和聚合物开发改进的分离——纯化技术；

(3)为2种以上植物类型建立经济共生系统；

(4)通过分子进化技术设计并创制50种新型酶；

(5)开发100种以上具有性能成本特性的新型酶库；

(6)研究反应性分级系统；

(7)对微生物、酶和化学品库的性能建立信息学基础，用于特殊的转化。

3、长期影响课题

(1)实现原料加工中无废料的多种产出的连续工艺；

(2)为改性植物和组分设计新设备；

(3)为3种以上新产品(如将工程化酶转入植物并在收获中得到活化)设计新机制；

(4)固态酶转化；

(5)设计14种化学与生物结合型反应器；

(6)评价植物组分在分离前相内的作用。

四、应用和基础设施研究方面

1、近期影响课题

(3)探求3种在现有加工装置(如玉米湿法加工厂、纸浆厂)上扩大应用植物原料的机遇；

(4)分析测量系统，对90%以上的主要植物组分进行定量；

(5)实时评价单位性能成本和增值成本的方法；

(6)评价运输系统及成本；

(7)计算出100%年加工贮存量和投人产出的需求量；

(8)创建基础设施，扩大利用农业废料。

2、中期影响课匾

(1)深入掌握植物中10种以上组分和碳键新陈代谢体的结构与功能关系知识；

(2)开发对高质量原材料的100%鉴别保护系统；

(3)为价值驱动的生产和定货实现营销系统；

(4)对在同一地点的多目的利用区的协同作用进行评价；

(5)对原材料组分和加工过程中的中间产物实现实时定量分析手段(小于3分钟/试样)；

(6)开发生产预测手段，准确性大于95%；

(7)在一组植物原料性能基础上建立信息学基础，如单位成本、性能、功能性、最佳来源、应用范围等。

3、长期影响课题

(1)所需功能进行分子结构设计制备植物化合物至少10种；

(2)在植物生产区内开发至少5个制造利用中心；

(3)开发3种以上有新功能的新材料；

(4)提出扩大利用可再生资源所需的教育培训需求；

(5)在植物组分功能间协同作用的利用；

(6)设计最终产品的贮存和运输，使之到达销售中心和出口；

(7)为供需关系的控制创建减轻超过90%风险的战略。

当前，美国有一些项目已在进行，可视为工业原料中应用可再生资源的先驱，也可视为本“技术指南”中研究项目的示范事例。其一是在转基因植物开发中的聚羟基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作为制造生物降解塑料的原料，用适当的细菌基因进行转化并弄清植物内在的新陈代谢路径，从而构成制备方法。现在正在进行分离、生产标准等项工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通过酶反应制备聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合资企业已在充分研究的基础上进一步投资数百万美元建立制造装置进行工业开发。PLA是一种生物裂解聚合物，原料是由玉米湿法加工工艺制备的葡萄糖，其中发酵过程和酶的活性是重要因素。最终的PLA树脂可视用户制膜、纤维、碳制品和涂层的需要分别制出不同规格品种。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烃和纤维素的功能性。

协同与合作是取得成功的途径

未来利用可再生资源需要采取一条多学科和跨行业途径。在许多领域内的研究成就都提供了发展机遇，如生物聚合物、立体结构型分子、新型酶、新材料和转基因设计等。但是每个方面内的任何进展如果只当作孤立的技术领域是远远不够的，需要更有力的相关研究计划，采取平行的和协调的方式进行工作，才能取得成果。

要取得有效益的进展必须采取多学科的途径，这是非常清楚的。但是，任何一个组织都难以具备有如此深度和广度的技术能力。因此，对研究提供的支持应当是多方面的，而且要在跨行业的系统中进行。

“植物/农作物基可再生资源2020年设想”(以下简称“设想”)中提出的要求需将重点瞄准有限的热点目标同步取得进展。对于研究工作则需要有准确的时间表和系统中各方面的广泛交流，所有这些都要走相互协同的道路。例如，一位科学家可能发现一种新型聚合物，具有可以作为高级生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的价值受到以下一些因素的限制：发现适当的基因、新陈代谢过程可靠性、:最佳作物类型是否能有足够的产率和可承受的成本、各种聚合物组分分离可能和利用此材料制造新产品的方法等。所有这些因素都需通过研究和开发才能取得相应的进展。进行这些研究开发要采取最佳途径保证研究成果关键的目标互相协调、平行地进行，此途径要鼓励私营部门的参与。

当前，植物和农作物作为生物质和原料已被应用，诸如淀粉、蛋白质、脂肪酸和异戊二烯化合物。林业主要是为纸浆和造纸提供原料。黄豆则是用于油墨和涂料。玉米通过湿法加工发酵工艺已经进入几个工业部门，但是各种用量都很少。由于基因工程可以通过新陈代谢操作使植物或农作物生成有功能需要的材料，从而显示出新的发展机遇。

“技术指南”已经突出了未来取得进展的途径，而且确定了系统的各个组成部分的目标。成功地达到这些目标就可实现“设想”中确定的到2020年可再生资源利用增加5倍的目的，同时也为2020年以后进一步发展奠定了基础。按“技术指南”目标提出课题是人们用所有的天然资源满足不断增长的消费品和能源的需要。当前进行研究将为今后的产品选择提供机会。可再生资源需要将注意焦点放在以下几个方面：发展方向、最佳科学思维的应用、最先进技术的应用和最高级智能水平的继续研究等。本“技术指南”已经提出了需求和研究开发课题，其目的就是为美国开拓实施一条成功的可再生资源战略。而且也选出了需要优先支持的领域，它们都是从几个已经确定的科学研究和工业开发需求中选择出来的，而且考虑了在高级可再生资源的关键部门有最大的投资回报。

未来世界许多方面都会延续但将发生变化。幸运的是我们已看见其需求并具有科学智慧适应变化的发展。美国要保持领先地位就要继续采取迅速的行动来满足扩大利用可持续发展的可再生资源的需求。不断的科学突破和技术进步(正如“技术指南”文件中所列出的项目和课题)才能满足资源利用的挑战。这些挑战正在我们面前，我们面临的挑战是为满足人们对产品不断增长的需求。

“技术指南”中从两个方面表明多学科和跨部门的研究开发对实现“设想”的重要性：

一是植物的投人，同时要考虑废料和副产物利用、改性基因学的应用。