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化学工程与工艺专业是一个极富创造性、挑战性的重要工业领域,能在化工、石油、能源、轻工、冶金、医药、微电子生产、食品和环保等多领域行业,从事产品的研制开发与评估、过程工艺与装置的设计放大、过程科学研究、高等工程教育、生产过程的控制及经营管理等方面工作的高级工程技术、教育教学和管理营销人才,具有技术密集、人才密集、资本密集的特征,特别是二十一世纪的化学工业在向“绿色化工”方向发展的同时,对知识的交叉渗透、产业的相互交融提出了更宽更深的要求,该专业就是为了适应面向二十一世纪化学工业发展而设置的一个厚基础、宽口径、适应性强的大专业。本专业旨在培养德、智、体全面发展,具备在工业界、科技界、政府及行业机构中担任重要职务的基本素质,掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法。
通过上述阐述,我们简单了解到了化学工程与工艺的定义,在一些重要领域的关键作用。下面就让我们分开来解读化学工程和工艺在哪些领域起到了什么作用,在工作中,如何将资源更好的利用?
化学工程与工艺就是研究化学工业生产过程中的共同规律,并用化学方法改变物质组成或性质来生产化学产品的一门工程W科。简单来说,也就是化学在工程实际中的应用。该专业主要开设高等数学、无机与分析化学、有机化学、物理化学、高级语言程序设计、化工原理、化工热力学、化工分离工程、仪器分析、化工设计、化学反应工程、化工工艺等课程。其中英语、化工原理、化学反应工程、高等数学为学位课程,参加省自学考试。
化学工程与技术学科是从19世纪末由于化学品大规模生产的需要而形成和发展的。当时,为了化工生产的高效和大型化,根据典型的化学工艺和设备中出现的一些具有共同属性的工程问题,形成了单元操作的概念。20世纪50年代后发展的传递过程原理和化学反应工程使化学工程学科上升到了新的阶段。人类穿的各种合成纤维的衣物,吃的各种食物的包装加工,住的房屋的水泥钢材,以及人们开车所用的石油天然气,都是化工研究的方向。中科院院士陈洪渊就曾经评价化工产业为“国之重器”,能创造出数千万个“新物种”。譬如说,1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍,解决了世界上一半人的温饱问题。1995年我国的化学纤维产量为330万吨,其中90%是合成纤维,这一化工技术的应用,使大多数人免于挨冻。
当今社会,化学工程与工艺也应用到多个领域,如分析化学师、食品化学师、化妆品研发员、医药技术师等职业,这些职业你肯定听说过,但不一定想到他们与化学工程与工艺专业相关。总体来说化学工程与工艺专业的就业领域还是相当广泛的。毕业生能在化工、能源、信息、材料、环保、生物工程、轻工、制药、食品、冶金和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作。一般主要的主要就业方向可以从一下几个方面来看:
首先,可到科研院所、高等院校从事化学工程与工艺相关科研、教学等工作。不过这需要该专业学生具备一定的科研水平和较高的学历。
其次,到化工类、石油类、轻工类、车辆化工、建筑机械、制药、食品、涂料涂装等相关的科研单位、企业、公司从事应用研究、精细化工产品的开发、设计、生产技术和科技等工作。化工行业有很多知名的企业如美孚、壳牌、巴斯夫、中石油、中石化等。当然,除了这些大企业外,一些冶金、化纤、煤炭、橡胶等化工企业也是毕业生不错的选择。化工行业是个讲究经验和积累的行业,技术和经验是技术型人才的资本,对于刚走出校门毕业的学生来说,一般需要一个相当长时间的经验积累,从基层做起,让理论和实践充分的结合后,才能谋取个人职业更好的发展。
再次,可以在相关化工类企业从事销售、管理等工作。除了走工艺、研发、质量检验等技术人才的道路外,该专业复合型销售和管理人才在人才市场中也特别受欢迎。关键是如何取得化工类技术以外的教育背景和从业经历。化工贸易、管理人才基本都需要是化工专业出身,同时熟知贸易规则和单位业务,还必须具备耐心细致,和较强的语言表达能力。
国家教育部曾公布的化学工艺与工程专业就业状况显示,该专业2013年全国普通高校毕业生规模在28000-30000人,近三年全国就业率区间在90%-95%之间,属于就业率较高专业。
据调查,相关从业人员都表示,化工专业毕业生要找到一份工作并不难,但找什么样的工作就因人而异了。由于化工各个方向分类较细,各个大学都有自己擅长的专业方向。如有些学校侧重石油化工、煤化工;有些侧重医药化工;有的则偏重金属冶炼或精细化工等。另外,还有一些人对化工就业存在这样的误区,担心学这个专业毕业后要去挖煤、炼石油。实际上,传统的石油化工、煤化工只是其中的一个就业方向,如果你对这个方向不感兴趣,还有更广泛的领域可供选择。如可以选择和人们生活息息相关的精细化工,我们用的洗发水、洗面奶、沐浴液的研发生产都是化工的主要就业领域。还有食用油、巧克力等食品加工企业,香水、化妆品、奢侈品制造等也是化工很好的就业方向。目前我国经济建设水平不断提升,涉及综合技术项目的开发工作节奏也显得急躁起来,对于化工专业建设工作人员来说,需要联同系统性的设施布置和先进实验验证项目开发,积极稳固综合人力资源的开发动力,为我国相关行业的发展提供更加优质的贡献力量。
除了化学工程与工艺在工作上的应用外,可以说,我们日常生活中的“衣、食、住、行”样样都离不开化工产品。化学工业已经成为国民经济重要的基础性产业,它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供保障和配套服务。同时它还是工业经济中最具活力,有待开发且竞争力极强的一个行业。老人常说,“三百六十行,行行出状元”,不管研读什么专业,都有一定的优势和特点,只要潜心学习,任何领域都可以走出一片辉煌的天地。
参考文献:
【关键词】地方产业需求 技能型 人才培养体系 能源化工
基金项目:陕西省高等教育改革研究项目(项目编号:11BY60);榆林学院教学改革与课程建设研究项目(项目编号:HGY2015-10,JG1530,ZD1508)。
榆林学院在陕西省高等学校“质量工程”和“本科教学工程”项目的导引下,以“育人为本、夯实基础、广泛联合、突出实践、注重应用、提高能力”为指导思想,以知识、技能及素质的培养为主线,在地方应用型高校中首次构筑并实践了“重基础、宽口径、广联合、突实践、强能力”的能源化工技能型人才培养新体系[1-2],即从传统化学工程与工艺理论课程体系向“化工课程群―化学课程群―材料科学课程群―装备与控制课程群”四元三阶的交叉学科理论课程体系演变;从传统实践教学体系向“三层次实验―三模块实习实训―多途径技能创新训练”三元三阶的立体化实践教学体系演变。
四元三阶理论课程体系
现代化工学科的发展已经和能源、材料、机械等多个学科深度交叉,化学工程与工艺专业的传统课程体系已经无法为这一发展提供充足动力,能源化工生产过程中也急迫需要化工工艺师、化工设备师、化工仪表师、化工产品分析师等复合技能型人才,这意味着传统化学工程与工艺专业课程体系面临重新“洗牌”的形势,不少课程需要减少学时,一些新课程又需要开设。化学工程与工艺专业从传统课程体系向“化工课程群―化学课程群―材料科学课程群―装备与控制课程群”四元三阶的现论课程体系演变。全新的现论课程体系可以使学生在知识结构上达到“产教融合,卓越培养”,既具备扎实的工科基础,又具备与时俱进的工程思维,有力地提升了学生的综合应用能力[3]。榆林国家级能源化工基地的产业发展为化学工程与工艺专业新课程体系的建设提供了思路。图1显示了已构建的四元三阶理论课程新体系的框架。
“化工课程群―化学课程群―材料科学课程群―装备与控制课程群”均由学科平台课(必修课)、专业方向课(必选课)和选修课组成,使学生具有扎实的化工基础和良好的工程素养,为学生提供了适应地方产业特色的知识体系,为区域能源化工基地的建设提供了大量复合技能型人才。
三元三阶实践教学体系
新形势下,应用型本科院校教学改革的重点是注重应用、重视实践、突出工程思维能力的培养。化工学科作为一门注重实践能力培养的应用型学科,人才培养更需要深入了解实际能源化工生产过程,加强基本技能培养,强化应用能力训练并提升综合工程素质。[4-5]我校构筑的化学工程与工艺专业实践教学体系已从传统单一的“基础实验―专业实验(实习)”演变为“三层次实验―三模块实习实训―多途径技能创新训练”三元三阶的立体化实践教学体系。图2显示了三元三阶实践教学新体系的框架。
三元三阶实践教学体系中,三层次实验包括基础实验、综合实验、专业技能实验;三模块实习实训包括课程设计与专业见习、仿真与综合实训、生产实习;多途径技能创新训练包括毕业论文、科创活动、产教融合。其中,三层次实验、三模块实习实训和毕业论文为必修内容,科创活动、产教融合为选修内容。立体化的实践教学体系贯穿了本科四年的学习,使学生掌握娴熟的实践应用技能。通过系统的、综合的技能训练,使学生了解了产业发展方向和地方经济特点,强化了学生工程意识和实践能力的培养,全面提升了技能型能源化工人才培养质量。
3、宽口径大类培养与特色化分类提高
化学工程与工艺专业工程特色显著、专业口径宽、覆盖面广,作为榆林学院升本后的第一个本科专业,在榆林煤、气、油、盐四种资源转换驱动下,专业培养目标不能局限于单一方向,适应性要广,因此只能实行化工大类招生。新形势下应用型本科教学改革的趋势一是加强专业基础、实行大类培养;二是重视实践、突出创新思维和创新能力的培养。因此,实施“宽口径大类培养与特色化分类提高”的培养方案,对于国家能源化工基地经济建设所需的技能型能源化工人才的培养具有十分重要的意义。
参考文献:
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[关键词]工程教育;专业认证;分离工程;教学改革
1工程教育专业认证背景
我国的工程教育专业认证由中国工程教育专业认证协会组织实施,始于1993年土建类专业评估,2006年正式在多个专业领域实施,迄今己走过9年的发展历程,其目的是:构建工程教育的质量监控体系,推进工程教育改革,进一步提高工程教育质量;建立与工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系,促进工程教育与工业界的联系,增强工程教育人才培养对产业发展的适应性;促进中国工程教育的国际互认,提升我国工程技术人才的国际竞争力。
2结合毕业生十项毕业要求中的主要三项,提出课堂教学改革具体措施
结合专业认证标准,我校化学工程与工艺专业培养方案中明确规定了本专业学生毕业时应达到十项毕业要求。《分离工程》课程作为专业基础课程,在化工热力学和化工传递过程知识的基础上,采用理论与实践密切结合的方式,详细阐述各类分离过程(精馏、吸收、解吸、萃取、膜分离、吸附、浸取、结晶和干燥等)的物理化学原理、设计计算方法、工业应用、主要设备、数学模型和计算机应用软件,并展示分离过程学科的发展历史和主要进展。本文针对《分离工程》课程贡献于毕业生十项毕业要求中的主要三项,分别展开讨论。
2.1掌握扎实的化学工程基础知识和本专业的基本理论知识,具有系统的工程实践学习经历,了解本专业的前沿发展现状和趋势
按照该项要求,我们在授课中,一方面强调基础理论知识的学习,对复杂及多样性的分离技术按原理进行分类,如:通过加入分离媒介生成两相的分离为平衡分离,如精馏、吸收等;不需要加入分离媒介,以压差、浓度差、电位差等为推动力的分离过程为速率分离,如膜分离;对多组分精馏计算由浅入深展开,由假定理想情况下的简捷法计算入手,建模用MESH方程开展严格法计算,为解决实际工业应用问题奠定了理论基础。并强调本专业知识和化工原理、化工热力学、化工设备等其他专业基础知识的对立统一,如在介绍最小回流比知识点时,要注意比较多元精馏与化工原理中介绍的二元精馏中最小回流比的异同点,二元精馏中最小回流比下,进料板上下出现一个恒浓区,可通过作图法求解;而多元精馏体系中最小回流比下出现了两个恒浓区,且恒浓区出现的位置视待分离组分性质的不同而不同,通常利用Under-wood(恩德伍德)方程求解;再比如在介绍相平衡常数的求解时,要结合化工热力学课程中活度系数法及逸度系数法,进一步巩固两种求解方法的优缺点。另一方面结合行业发展前沿趋势,介绍新兴分离技术在工业中的应用。如泡沫分离技术,它根据表面吸附的原理,借鼓泡使溶液内的表面活性物质聚集在气液界面(气泡的表面)上浮至溶液主体上方形成泡沫层,将泡沫层和液相主体分开,就可达到浓缩表面活性物质和净化液相主体的目的。近年来,在染料、皮革、石油化工工业污水中降低化学耗氧量、色素、有机化合物等,在浓度为ppm级的大量稀溶液中回收贵金属、稀有金属或除去有害物质等工业领域得以应用。还有近年来崛起的一种新兴膜分离技术:液膜分离,即以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的一种膜分离过程。由于其分离选择性高、通量大而受到关注,在烃类混合物的分离、废水的处理及生物医学上如液膜人工肝、人工肺、人工肾等领域得到应用。在工程实践方面,我们分别组织学生参观了中国石化集团安庆石油化工总厂及中盐安徽红四方股份有限公司,并结合课程内容,重点介绍炼油工艺中的常减压蒸馏装置及原料气净化处理过程中的吸收装置。如吸收设备中喷雾塔、调料塔、板式塔的选择,填料塔中各种填料如鲍尔环、脉冲填料、网孔栅格的选择,塔高的计算等,在实践中强化理论知识的学习,并将课本中的公式及知识应用到工厂案例中去。
2.2具备设计和实施工程试验的能力,并能够对试验结果进行分析;具有综合运用所学化工专业理论和技术手段分析
并解决化学工程问题的基本能力主要包括以下几个方面的内容:能独立完成实验方案的设计、能正确地操作实验装置,安全地开展实验、能正确地采集、整理实验数据,对实验结果进行关联、分析、解释,并且掌握工程实践、科学研究与工程设计的基本方法,能够将所学课程有机联系起来,对化学工程基本问题,加以分析并予以解决。针对该项要求,我们在课程教学中,将课程和专业实验相结合。如在介绍反应精馏章节时,以催化反应精馏制甲缩醛为例,该实验为典型的工程与工艺结合的专业实验,以甲醇和甲醛为反应原料,浓硫酸为催化剂,在常压下通过反应精馏法制备甲缩醛。教学过程中,我们引导学生先思考传统合成、分离工艺,找出问题,寻求改进后的工艺流程。传统工艺采用先反应再利用精馏技术分离,存在反应转化率低、未反应的稀甲醛回收困难、稀甲醛的浓缩产生甲酸严重腐蚀设备等问题。为解决传统工艺存在的问题,引导学生结合本章节内容,采用反应精馏工艺。新工艺的优点:1.甲缩醛氧化所得甲醛与水的摩尔比为:醛/水=3,可直接作为三聚甲醛的原料,不必浓缩。2.甲缩醛的合成可在较低温度(44~80℃)下进行,避免了甲酸生成,解决了设备腐蚀问题。新工艺的关键技术:甲缩醛的合成与分离。实验过程中既需要考察反应工程影响因素如温度效应、浓度效应及其他工程因素,同时要考察精馏技术影响因素如回流比、塔顶采出率及塔釜加热量等。综合考虑后,结合实验装置,确定拟考察的工艺参数,且采用正交设计来制定本实验的方案,则根据实验涉及的影响因子,并假设每个因子取两个水平,可得到如下实验条件表,如表1所示。最后整理实验数据,规范作图。
2.3掌握基本的创新方法,具有追求创新的态度和意识;具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力
该项要求可分解为以下指标点:运用所学知识,初步设计化工操作单元、设备及工艺过程;在各化工设计、毕业设计环节中体现创新意识。结合该指标点,我们鼓励学生利用课余和节假日时间开展大学生科研实践训练、创新性实验计划、学科竞赛等课外实践与创新活动,引导学生“在学习中研究、在研究中学习”,激发学生的创新思维和创新意识,提升本科生的创新实践能力。我们将课程教学与本科生毕业设计相结合,并利用课程设计环节综合应用所学知识点,统筹分离工程课程与其他专业基础课程,并在分离工程的课程教学中以往年毕业设计内容为案例加以剖析。如结合毕业设计课题“乙烯裂解气脱甲烷系统的工艺设计”,涉及到脱甲烷精馏塔的计算,这是典型多组分精馏塔计算的一个案例。首先确定关键组分是甲烷和乙烯,其中轻关键组分是甲烷,重关键组分是乙烯。塔顶分离出来的甲烷轻馏分应使其中的乙烯含量尽可能的低,以保证乙烯的回收率。而塔釜产品则应是甲烷含量尽可能低,以确保乙烯产品的质量。我们利用AspenPlus过程模拟软件高效地完成了工艺计算及参数的优化。采用DSTWU模块开展简捷法物料衡算、能量衡算,所得回流比与理论板数关系曲线如下图1所示;并将简捷法计算结果作为初值代入RadFrac模块进行严格法计算,并进行灵敏度分析,横坐标为混合进料位置,纵坐标为塔顶甲烷的纯度(摩尔分率),得到关系曲线如图2所示。通过该设计案例的开展,一方面使得学生们统筹所学多组分精馏知识点去思索如何解决工业上的实际问题,另一方面在分析实际工业案例时,又强化了同学们对多组分精馏简捷法计算及严格法计算的理解和综合应用。
3结束语
分离工程课程在教学过程中,我们以化学工程与工艺本科专业认证为导向,在对“工程教育专业认证标准”进行认真分析的基础上,以工程实际为切入口,把分离技术的理论与方法融入应用实例,将分离工程基础理论与化工工程实践有机结合,进一步突出了分离工程的课程特点及实用性,而且根据现代化工的发展方向及时调整、更新课程内容,加强化工新型分离技术分析,让学生更坚实地掌握分离工程的基本理论,进一步提高教学效果。
[参考文献]
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关键词:化学工程技术;化学生产;应用
中图分类号:C35 文献标识码: A
引言
近几年,由于我国科学技术水平的进步,自动化技术的应用在各行各业中逐步扩散起来,比如化学工程技术在化学生产中的应用也逐渐受到人们的关注,化学工程行业关系着人们的日常生活,影响着其他行业的发展,所以对在化学生产过程中的应用进行研究探析,是十分有必要的实时话题。
化学工程是一门将一系列化学有关的知识进行深研究的化学或物理过程的知识学科,它还包括对原有化学设备进行改革,以化学思想为基础将理论和实际工程知识糅合。具体工作可包括研发新产品、设计、模拟、操作实验来强化装备等硬件设施。化学工程领域包括范围广泛,其中有机化学、无机化学、石油化工等领域,因此化学工程是国民经济建设从而推动社会进步重要的工程领域。目前化学工程技术的发展方向是逐渐趋向连续化、集约化、自动化、高效化和自动化、精密化。由于化学工程技术被广泛运用到生活领域所以对其的研究是十分有必要的。
一、化学工程技术的概述
化学工程技术主要研究化学生产过程中产品的研究开发,同时也需要设计和管理反应装置,因此它是一门集合理论和实际操作的综合性技术。在化学生产中运用化学工程生产技术,可以显著提高生产效率,缩短生产时间,同时还可以大幅提高产品的质量,减少成本和原材料的消耗,对于产品的开发以及技术的改进都具有非常重要的作用。
近几年我国的科学水平不断进步,化学工程技术越来越来越广泛地被应用在化学生产中。化学生产关系着全社会对化工产品的需求,也影响着我国其他产业的生产发展。化学工程技术在化学生产中的应用十分必要,对于维持人们的正常生活和社会的稳定都有重要作用,因此,其应用也越来越受到人们的重视[1]。
二、化工生产的分析
第三产业主要包括,一些机械行业,化工行业,煤炭行业等。所谓的化工行业,成为第三产业的重要组成部分。化工行业有效促进中国农业产业化的快速发展,进一步的满足人民群众的生产和生活的需求。化学肥料有效的保障了国内的农业发展,化学肥料是目前中国农业应用中较广生产资料。然而,化学肥料的生产会造成较大污染程度废水的排放,而泥土与化学肥料在接触中也不可避免地产生化学废物,化学肥料已成为在本质上的污染来源之一。从中国目前的化工生产装置的分析,一般都以环境为代价进行化工生产。具体分析如下,化学工业在中国的发展程度并不算高,这一现象主要体现在生产效率上,这就使得化学生产有着显著的缺点。
三、化学工程技术在化学生产中的应用探究
1、绿色化学反应技术
环境问题在当今社会的发展中显得尤为重要,而绿色化学就是指不会污染环境的,甚至在某一方面可以起到保护环境作用的一门化学技术[3]。这种技术主要采用化学方法和技术来减少甚至消除潜在的污染源,比如那些有碍社会安全、损害人类健康、影响生态环境的原材料都可以通过这种技术加以治理或改善,从而减少对环境的污染以致达到保护环境的目的。而且,绿色化学技术可以将污染从源头上就加以消除和治理,因此,对环境治理可以非常彻底。此外,有些绿色化学技术还可以生产出对环境有利的材料,实现资源的回收再利用等,对于保护环境具有重要意义。
2、超临界的化学反应技术
所谓的超临界反应是指反应过程中的温度和压力都处在临界点之上,这样的状态往往是介于液体和气体之间。而超临界流体就是指具有液体和气体双重性质的物质。这种超临界流体的应用十分广泛,在生物化工、化学工业、医药工业以及食品工业等表现出巨大的研究价值,具有十分光明的发展前景。虽然目前我国的超临界化学技术已经取得了巨大的进步,但近年来这一技术的探究和发展阶段仍处于初级阶段,待进一步深入研究。
3、新分离技术
在化工生产中,传统的分离技术是利用沸点的不同,使不同的组分从分离塔中先后被分离出来。随着科学水平的进步,分离技术也在不断地更新和改进,但是仍然存在很多不足的地方。而信息技术的发展,给分离技术带来了一个崭新的局面,人们将信息技术引进到分离技术的开发研究中,取得了非常明显的进步。比如在热力学的传递性质和多相流的研究过程中,就是引入信息技术,并使之发挥功效,进而达到分离的目的,此方法已经成为成熟的分离技术。再如分子模拟可以提高预测平衡性质的水平,进而加速分离分子,可以用于开发新型的高效分离剂。因此,信息技术的引入对于深入和促进分离技术的深入具有重要作用,并且还能显著提高工作效率[4]。
四、传热过程新的研究发展方向
1、传热学中细微尺度的研究进展
细微尺度是指从时间尺度和空间尺度两方面进行更细微的研究的热学范畴,如今它在热学中已经形成了一个独立的分支,并且具有十分广阔的发展前景。当一个物体的尺寸远大于其载体的时候,这样的情况会存在,但是由于尺寸的更加细微,原来的假设影响因素也会发生相应变化。目前纳米技术的成功就是细微尺寸研究领域一个典型的代表。很多领域都是围绕传热学中的细微尺度技术进行研究的,近年来取得了高集成电路、多空介质流等新成果,产生了巨大的经济效益。
2、传热设备的研究
近些年来,利用翘片来强化传热的研究已经越来越被重视。管外的翘片强化传热原理包括有前缘效应和非稳定性扰动以及减薄边界层等几种。将来对此的研究应广泛集中在将分布参数和场地模拟相结合,从而来优化传热装置结构的参数,实现管翘式的传热设计。
3、与计算机技术的相结合
计算机技术的不断进步使得化学中大量的技术问题能够得到有效的解决。同时节约了大量的人力物力财力,也增加了数据和相关机械的精密度。计算机的主要贡献表现在计算流体力学、数值传热力学、采用计算机技术进行统计、计算有利于将数据更直观的表现出来,表现形式更加多样化,能够有效分析大量实验数据[5]。
五、化学工程学科未来的发展动态
科学的进步使得大量新的技术和产品能源不断涌现,并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用,这就给化学工程的研究提出了新的问题,那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断地形成新的完整的理论。化学工程的发展就此将进入一个新的发展阶段。化学工程学科肩负着解决能源、资源、农业生产、环境、材料等方面重大发展问题的重任,同时受生物技术、纳米技术、空间技术、信息技术等新兴学科飞速发展的影响[6],化学工程学科范畴、内涵和学科方法论正处在快速更新和发展中,其发展趋势可以简述为在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉,更多的研究材料其中包含信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科,这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题,更为化学工业的发展做了良好的铺垫。
六、结束语
化学工程技术是一门主要研究化工生产过程中研究和开发以及过程装置的设计、制造和管理的综合性技术。化学工程技术在化学生产中具有非常重要的作用,其应用大大提高了生产效率,节约了能源和原材料,而且还提高了产品的质量。化工技术与其他学科的交叉应用更可以满足当前经济环境下的各种需求,同时更好地适应社会的发展规律,为满足人们的日常需求和社会稳定作出了重大贡献。
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关键词:化工工程 化工设计 工艺流程设计
一、化工设计
(一)化工设计的概念和类型
1.化工设计的概念
设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程。化工设计是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程,并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济可行性,再根据工艺流程以及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等,进行合理的工厂布局设计以满足生产的需要,最终使工厂建成投产的全过程。化工设计是一种创造性活动,它包括工艺设计和非工艺设计。工艺设计是化工厂设计的核心,决定了整个化工设计的概貌。非工艺设计是以工艺设计为依据,按照各专业的要求进行的设计,它包括总图运输、公用工程、土建、仪表及其控制等。
2.化工设计包括三种设计类型
新建工厂设计;原有工厂的改建和扩建设计;厂房的局部修建设计。每种化工设计通常分为以工厂为单位和以车间为单位的两种设计工厂化工设计包括厂址选择,总图设计,化工工艺设计,非工艺设计以及技术经济等各项设计工作。其中化工工艺设计内容主要有:生产方法的选择,生产工艺流程设计,工艺计算,设备选型,车间布置设计以及管道布置设计,向非工艺专业提供设计条件,设计文件以及概算的编制等。
(二)化工设计的分类
1. 根据项目性质分类
(1)新建项目设计
新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计,然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况进行工程设计。
(2)重复建设项目设计
由于市场需要或者设备老化,有些产品需要再建生产装置,由于新建厂的具体条件与原厂不同,即使产品的规模、规格及工艺完全相同,还是需要由工程设计部门进行设计。
(3)已有装置的改造设计
已有装置的改造包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”,优化生产过程操作控制,提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计通常由生产企业的设计部门进行设计,对于生产工艺过程复杂的大型装置可以委托工程设计部门进行设计。
2.根据化工过程开发程序分类
(1)概念设计。基础研究结束后,应进行概念设计。概念设计是从工程角度出发按照未来生产规模所进行的一种假想设计,内容包括:过程合成、分析和优化,得到最佳工艺流程,给出物料流程图;进行全系统的物料恒算、热量衡算和工艺设备计算,确定工艺操作条件及主要设备的形成和材质;进行参数的灵敏度和生产安全性分析,确定三废处理方案;估算装置投资与产品成本等主要技术经济指标。
(2)中试设计。按照现代技术开发的观点,中试的主要目的是验证模型和数据,即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。
(3)基础设计。基础设计除了一般的工艺条件外,还包括了大量的化学工程方面的数据,特别是反应工程方面的数据以及利用这些数据进行设计计算的结果,
3.化工设计的特点
化工设计具有政策性强、技术性强、经济性强、综合性强、创造性强和受多方条件约束的特点。
二、化工工程设计的现状
我国化工设计行业的企业服务功能从单纯的工程设计,发展到为工程建设项目的勘察设计、采购、施工、调试等提供全过程服务的工程总承包和项目管理,服务领域也从单纯的工程技术服务延伸到向BOT、BOOT 等生产经营管理服务。化工设计作为主要服务于化工领域的行业,在近年来化工行业景气度提升、化工行业固定资产投资增长的背景下,主要工程公司/设计院工程业绩良好,企业资质能力不断提高,整体化工设计行业销售收入规模不断增长。在新的市场经济形势下,中小型化工设计院向工程公司转型关乎企业的生存需要。
三、化工工程设计
(一)生产方法和工艺流程
1.工艺流程选择的原则
(1)先进性 先进性是指在化工设计过程中技术上的先进程度和经济上的合理可行。
(2)可靠性 可靠性主要是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。
(3)合理性 合理性是指在进行化工厂设计时,应该结合我国的国情,从实际情况出发,考虑各种问题,即宏观上的合理性。
2.生产方法和工艺流程确定的步骤
(1)材料搜集与项目调研(2)生产设备类型与制造厂商调研(3)对调研结果进行全面分析对比
(二)工艺流程设计
1. 一个典型的工艺流程
2.工艺流程设计的任务
流程设计的主要任务包括两个方面:一是确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式,达到由原料制得所需产品的目的;二是绘制工艺流程图,要求以图解的形式表示生产过程中,当原料经过各个单元操作过程制得产品时,物料和能量发生的变化及其流向,以及采用了哪些化工过程和设备,再进一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。
设计目标:为了使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产。
3.工艺流程设计方法
(1)先判断是成熟工艺还是待开发工艺,如果是成熟工艺可以参考借鉴已有装置或局部采用新技术新工艺,若为待开发工艺则应按照概念设计、中试、基础设计、工程设计的顺序进行设计。
(2)工艺流程:原料与处理过程、反应过程、产物处理过程。
四、结语
随着国内市场经济的不断发展,国民经济发展水平的不断提高,化工行业固定资产投资的稳定增长,未来化工设计行业在我国国民经济中的市场地位将会不断提高,同时国内西部大开发等区域战略实施将驱动未来国内化学工业投资需求,行业发展前景广阔。我国化工企业也在竞争中不断地变化。在化工工程项目造价管理领域,特别是在造价控制的方法上,从理论上、方法上借鉴国内外己有的成果,对化工工程造价控制的方法进行系统的分析,对于业主也就是投资方来说,可以减少在化工工程上面的投资,这些都是今后化工设计的主要研究方向。伴随着科研技术的不断深入和进步,我们有理由相信,我国的化工设计道路必然会越走越远。
参考文献
关键词:高等教育;化学工程;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)33-0099-02
随着我国经济的不断发展,高等学校数量也呈现逐年递增的发展趋势,高等教育逐渐由精英教育向大众化教育模式转变。随之而来的是大学生就业形势的严峻和竞争压力的增大,特别是以化学工程为代表的工科专业,更是面临着严峻的考验。作为多种学科交叉的,应用型、发展型学科,化学工程与数、理、化等基础自然学科联系紧密,对我们的生产和生活有着重大的影响,为使我国化学工业得到更迅速的发展,必须努力提高我们高校化工类教育质量,努力培养优秀的专业化工人才。
一、高校化工专业现状
20世纪前叶,一批重大化学工艺出现使得化学工程这个学科在学术界崭露头角,而煤和石油迅速发展也要求有透彻的理论指导与专业知识,因此作为化学工程的一级学科应运而生。经过几十年的发展,化工学科逐渐走向成熟,目前国内各大地方院校中,绝大部分开设了化工工程专业及其类似专业,为我国化学工业培养了大批人才。但是随着时代的发展,高校化工教育也面临着一些问题和挑战,这也成为我们亟待改革教学模式的原因。
(一)化学工程与高新技术学科交叉发展
化学工程涉及面广,且涉及品种多、数量大,不仅关系到人们生活的方方面面,也是提高人们生活质量的“载体”和“桥梁”。而化工在学科上与材料、能源、化学等学科联系越来越紧密和深入,因此在人才的培养上也应该遵循学科发展规律,培养专业化、多样性复合人才。
目前,我国高校专业教育仍然停留在过去传统教学方式,与高新技术发展的现实有所脱节,学科交叉引起专业界限的淡化,因此在教学过程中不应在仅仅强调本专业知识的把握,更应着眼于未来,打造化工与生物技术、计算机技术等交叉发展的新型教学模式,培养多层次、复合型人才。
(二)人才就业观念和培养模式改革
这就要求高校化工教育人员转变教学模式,从化学教育深层理念创新入手,扩大学科内涵,改变教学设置和教学方法,开展以理论教学作为基础,以实践训练为载体的教学模式,努力提高化工学科教学质量。
就目前情况来看,“平台加方向”实为不错的选择。近年来,我们以主动适应经济社会发展需求的人才培养模式,以深化改革教学模式与实践等教学项目为依托,进行了人才培养模式改革的探索和实践。根据社会需求,调整学科专业,压缩冷门内容,采取专业互补的形式,拓宽专业发展方向,尽可能增加知识含量。此外,化学工程专业应紧密与生产实践相结合,通过建立不同种类的培训基地,在打好基础理论知识前提之外,尽可能增加实际操作的经验,以便毕业后很快适应工作环境。
(三)教育模式落后,学生创新能力不足
人才的竞争是一切竞争的核心。教学模式的落后直接导致学生创新能力不足,难以承担新领域开发和高新技术研发的重任。高校教学仍然遵循过去传统的教学模式,单一的授课模式容易导致学生缺乏学习化学工业的热情,进而导致学生缺乏创新意识。这也是目前高校教学中存在的主要问题之一。
针对上述情况,未来高校必须在人才培养以及课程教学方面有所改变,适应当今社会对化工人才的要求和化工产业未来的发展方向。具体说来,可从基础专业知识和课程改革入手,打造高素质专业人才。
二、高校化工类人才培养模式及课程改革探讨
(一)适应社会发展,拓展专业外延和内涵
1.重视新兴专业,与社会接轨。近年来,高新科技发展突飞猛进,与人们生活有关的各种新科技层出不穷,特别是生物化工与新能源等发展十分迅速,在日常生活与生产方面发挥越来越大的作用。我们高等教育院校应该抓住当前发展契机,重视新兴产业的出现和发展,努力调整专业课程,与社会发展接轨。特别是生物制药、节能减排、环境保护等作为人类的重要课题,近年来引起了人们的极大重视,这些都是当前化学工程未来的发展方向和重要领域。高校教育应及时了解行业最深动态,调整教学方案,以适应当前化工行业发展的现状。
2.把握发展趋势,发掘专业内涵。化学工程最早包括“化学工程”、“化工自动化”等几个板块,但就目前的形式看,仅仅围绕这几个传统板块展开教学已不能满足现在的产业发展现状,应在原有基础上发掘专业内涵,确保传统人才培养紧跟学科发展趋势,不断充实基础知识和专业知识。另外,根据信息技术在化工领域应用的愈加广泛的特点,一方面将其纳入传统课程体系,另一方面,与信息学院、生物学院等展开合作,探索和实践复合型人才培养模式,使化学工程焕发新的生机。
(二)深化教学改革,提升人才培养质量
美、英、德等西方发达主义国家早就将“通识教育”作为高等教育的核心内容,澳大利亚也明确指出到2020年高等教育的使命是输送符合国家和全球劳动力市场需求的、有知识、技能和适应能力的优秀人才。我国紧跟世界发展步伐,也将提高教学质量作为未来一段时间教育领域发展的重要领域来把握。尤其当前我国“世界工厂”的地位,导致对于人才需求的变化速度非常快,毕业生也面临日益严峻的就业压力,因此,深化教学改革,提升人才培养质量成为当前教育领域的重点。
1.变革课程体系,注重课程质量。本着务实专业基础,注重能力培养的原则,高等院校,特别是石油高校应认真梳理与优化传统化工课程,同时根据现代化工发展方向和发展重点,打造适应化工人才培养的专业课程体系,这不仅要求高校对传统课程进行整合,更要抓住重点,利用化工学科与其他学科的交叉点,拓展化工专业课程,与其他课程相互支撑,形成一个有机整理,以满足新形式下的化学工程技术发展要求。
努力提高课程质量也是当下高校发展需着重考虑的重要方面,如何将枯燥的原理课程讲得精彩、生动,培养学生对于化工产业的热爱并激发学生投身化工实业的热情,这是衡量课程质量的一个重要标准。根据一项研究调查显示,在化工专业毕业生对高校教学效果等评价中,与世界总平均值相比,中国化工教育只有教师优秀与敬业精神一项略高于平均值,而包括教师激励作用、就业所需课程深度、授业满意度以及课程组织优劣等其他四项评选,中国的得分全部低于世界平均值。这其中尤其需要警惕的是,中国学生学习化工专业愉悦程度仅仅为67%,这一成绩远远低于美国、澳大利亚以及英国等同类学生,这一调查结果也给我们化工教育从业人员敲响了警钟。
2.加强创新实践教学环节。“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。实践教学环节对于学生创新能力的培养非常重要,高校可利用自身资源和外部条件,从实验教学和实习教学两方面加强学生实践能力。高校可利用现有实验室,开设大量综合性、设计性、研究性等实验项目,将创新能力培养融入实验教学过程中,启发学生主动探索创新,增强学生的创新意识。
实习教学作为化工专业极为重要的一个环节,在培养学生实践能力的过程中也起到极为重要的作用。过于单一、落后的教学模式很难适应当前瞬息万变的就业环境,必须积极的组织实习教学,建立高效与高新技术企业之间的合作关系,通过人才输送等渠道加强学生与企业之间的联系,有效调动学生学习的积极性、主动性,并在实习教学过程中及时发现问题、解决问题。
3.构建优良育人环境。在我国高校教育领域,过去往往过分强调“教书”,而忽略了“育人”;过分强调“教学”,而忽略了“教育”。这种情况导致的结果就是,高校毕业生很多时候不能适应社会发展的需求,所学专业仅仅局限于课本知识,缺乏应有的动手操作能力,或者所学知识与社会脱节,最终不得不背弃自己所学专业。西方教育在之前的发展过程中也曾出现过类似情况,而中国目前这种情况则相当突出。我们如何吸取发达国家的经验教训,将可迁移性技能培养作为基础知识领域外的重要环节,努力培养学生可迁移性技能是高校教育的必由之路。
除了这些基础知识的培养外,更应该注重大学生心理健康与道德品质方面的培养,学生可通过良好的素质进行自觉地学习与提升,很快适应未来的就业岗位与就业环境,这是高校未来人才的培养方向。在高校课程设置过程中,以专业知识为主线,以可迁移性技能培养为辅线,增加学生团队合作的机会,进一步提高学生合作精神和交流理解水平,不断提高大学生解决实际问题的能力,使其成为社会与企业放心人才。
三、结语
我国高等教育正面临来自知识经济与新科技革命的冲击和挑战,科技与人文及其他学科的交融、渗透,使得学科与学科之间的联系日益紧密,特别是对高校化学工程专业人才的培养提出了更高的要求。以石油院校为代表的高等教育院校必须适应新的发展形势,遵循原有学科基础上,依托国内外化工产业发展大背景,结合本校本专业的特色以及社会需求,勇于探索,勇于实践,才能不断提高教学质量,并在激烈的人才竞争中取得先机,提高毕业生整体素质,从而保证高校在竞争中不断发展、壮大。
参考文献:
关键词:化工企业;化学危险品;消防安全管理
50余年前,全世界的化学品产量仅有100万吨,对于化学品和化工生产过程可能产生的危害还鲜为人知。今天化学品的产量已超过4亿吨,已为人所知的化学品就有500万-700万种之多,在市场上流通的已超过8万种,而且每年还有约1000多种新的化学品问世,这给从事消防监督和灭火救援的消防工作者带来了巨大的挑战。
一、进行化工消防安全管理的主要困难
(一)危险化学品种类繁多
各种化学工业产生的危险化学产品可谓五花八门,给识别、进行危险性分类带来了巨大困难。为对危险物品进行科学管理,我国颁布了《危险化学品安全管理条例》(国务院令第344号)规定,将危险化学品分为八个大类:1、爆炸品,2、压缩气体和液化气体,3、易燃液体,4、易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品,5、氧化剂和有机过氧化物,6、有,7、腐蚀品,8、放射性物品。
(二)化学工程工艺较复杂
化学工业生产的特点:一是生产流程长,一个产品需要多道工序;二是工艺复杂,既有高温、高压,也有低温、低压,既有物理过程,也有化学过程,既有形态变化,也有性质变化;三是物料传输复杂,既有液体,也有固体、气体,既有管道、廊道连续输送,也有储罐、储槽间断输送,在传输中还必须精确控制用量;四是生产过程的原料、物料具有易燃、易爆或有毒、腐蚀等危险性。
(三)化工企业出现事故危害大
化工企业出现事故,很可能造成重大人员伤亡、重大财产损失,以及严重的生态、社会灾难。主要表现在:一是燃烧爆炸直接至人死伤,如1993年的深圳清水河化学品库火灾,死亡15人,伤100多人,损失2亿元;二是泄漏造成人身伤害,如1984年印度博帕尔农药厂甲基异氰酸酯泄漏,造成2500余人死亡,20万人中毒,67万人受残余毒素影响;三是造成环境污染,如2010年大连市大连湾附近中石油输油管道发生泄露爆炸,造成附近海域50平方公里的海面污染,三大养殖海域恐受牵连;四是影响社会安定,如果事故频发,伤亡不断,人民生命财产安全得不到保证,势必影响人们的正常生产、生活,势必导致社会秩序动荡,势必影响社会和谐和安定。
二、加强化工企业消防安全管理的几点体会
化工企业消防安全管理有其特殊性。做好化工企业消防安全管理工作是构建社会主义和谐社会的需要、是树立和落实科学发展观的需要、是落实安全生产法律法规的需要,也是提高安全生产监管效果的需要。结合工作实际,对如何加强化工企业消防安全管理谈几点体会:
(一)加强建筑审核和验收管理。化学工程工艺种类繁多,是化学工程事故易发性的主要方面,应当引起消防监督人员尤其是工程审、验人员的重视。
1、化工工艺的布置决定总平面布局。
化工厂内各种建、构筑物、工艺装置、火灾危险程度、散逸危险化学物品的多少,生产操作方式等差别较大,应当按照不同的特性对其进行分区布置。分区的方法和考虑的因素很多,但将危险物质与可能导致事故发生的操作进行隔离是基本原则。从防火角度讲,也就是隔离起火物、火源、空气三个起火的必要条件。
2、化工工艺的生产环节决定生产的现实安全性。
化工工艺使用和生产什么物料,采取怎样的工艺过程,将影响到化工厂的火灾危险性,影响到采取怎样的措施来控制、消除火灾事故带来的后果。按照我国“易燃、易爆、有毒重大危险源评价方法” ,事故易发性在确定了物料和工艺手段后,其具体数值可进行判定(评价方法数值指标集,相应的值在确定评价模型后可以确定),因而决定了工厂生产的现实安全性。
3、化工工艺的控制过程决定生产应急预案的编排。
化工工艺生产的完成是靠各种控制手段实现的。就化工生产而言,控制过程是按照生产需要用到物料以及生产过程的先后顺序,从物料配送、化学反应、物料分离、成品处理、废料处理几个方面进行的。其中任何一个环节出现问题,我们要考虑的问题是:(1) 这个环节的物料是什么 ,有哪些危险性,该如何处置。(2)这个环节出现的问题是否可能影响相邻环节的安全运作。(3)这个环节的问题是否对连续生产不产生影响,还是必须停工处理。(4)要采取什么样的工艺控制手段解决问题?如是切断物料、能源供应,排泄物料、转换物料,启用备用设备,还是仅停止该工段运行。(5)这个环节的操作人员有哪些,在什么位置实施生产操作控制,发生问题应怎么撤离。
4、化工工艺过程中的物料决定灭火剂的选择、用量、布置和灭火方法。
5、化工工艺的设计需要,决定了工艺支持设备、设施、装置的布置,因而决定了这些设施的消防要求。
(二)以主要化工工艺环节为重点进行消防安全管理。
尽管化工工艺千差万别,但化工工艺生产具有一般共性。本文不讨论具体的工艺过程,只从工艺的共性出发,谈火灾危险性。
化工工艺的控制过程可分为物料配送、化学反应、物料分离、成品处理、废料处理几个主要方面:
物料配送的火灾危险性
物料配送的火灾危险性主要表现在:管道易被腐蚀,或通透导致泄漏;接头部位渗漏(如法兰、人孔、阀门);高速输送磨擦起电;输送物料与空气混合;超压破裂;维修管道;输送物长期接触发生反应的产物(如焦硫化铁是铁质管道与天然气的化合物,能自燃);物料配送错误,性质不相容的物料相遇。主要火灾危险性就是泄漏。这一环节的核心设备为管道系统。
2、化学反应工段的火灾危险性
其火灾危险性主要表现在:反应温度、反应条件失控发生爆炸、自燃;容器破裂发生泄漏;物料误混合;反应条件错误。可总结为为反应能量(包括反应本身产生的内部能量和支持反应进行的外部能量)溢出、泄漏。
3、分离工段的火灾危险性
分离过程主要是为了将不同物料分开,将理想产品与杂质分开,将不同状态如气体、液体、固体分开获得想要获得的一种或多种物料,主要火灾危险性为泄漏、放热。
4、成品处理和废物处理的火灾危险性
成品处理过程中的主要火灾危险性在于包装过程、包装物不符合要求导致化工成品泄漏、变质,发生污染或火灾。
废物处理的其主要火灾危险性:化工废物也有气、液、固态三种形式,一般有害气体会经过吸收再利用,烟尘会经过沉降后排入大气;废水要进入污水处理厂经过净化排向自然环境;固态废物经处理后进行掩埋。其中污水处理的危险性较大,容易在处理过程中析出有毒、可燃气体。
(三)加强对化工企业的消防监督
化工生产是一项科学技术含量很高的工作,因而使一些消防监督员感到无从下手。需要一提的是,作为消防监督工作者,对化工场所进行有效的监督检查应当有所重点。
1、对化工单位进行消防监督检查,必须掌握单位的有关情况。化工厂往往规模庞大,生产管线错综复杂,不了解单位的情况贸然进行检查,不亚于盲人摸象。在监督检查前,下列情况应做到心中有数,并且有书面材料在手中备案:单位的性质,产权情况,厂区各建、构筑物的基本情况;总平面布局图和安全管理网络图;消防安全审核、验收的具体通过时间及遗留问题;建设、设计、施工单位的情况;新、改、扩建或改变建筑使用用途的情况;生产单位的总工艺流程图和各主要工段的工艺流程图,工艺中的物料;消防设施,器材分布图及责任人;单位的安全管理制度;各工段、岗位的安全操作规程;应急预案;灭火剂的类型、储量、储存方式及地点。
2、督促单位履行法定职责,指导单位形成自查制度,定期将自查情况报公安消防机构备案。
3、扩大执法总量,保证检查效果。
指导单位自查不能代替公安消防机构的监督检查,这是消防监督管理的两个方面。必须按照上级有关抽查工作的要求,保证至少每半年全面检查一次。
4、各级公安消防机构应进行良好的沟通,形成合力,对新、改、扩建工程进行实时监督。
参考文献:
[1]《建筑设计防火规范》GB 50016―2006
[2]《石油化工企业设计防火规范》GB 50160―2008
关键词:实践教学;体系优化;能源化学
作者简介:孟广波(1961-),男,辽宁新宾人,沈阳工程学院机械学院,教授;毕孝国(1962-),男,吉林辽源人,沈阳工程学院能源与动力学院,教授。(辽宁 沈阳 110136)
基金项目:本文系沈阳工程学院2012年度校级教育教学研究重点项目(项目编号:Z1209)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)03-0145-02
能源是现代文明的动力,人类社会的进步无不以能源的利用为基础。[1]能源化学工程专业要求学生掌握能源化学工程基础理论和技能,是一个综合性、实践性很强的专业,实践教学已经成为该专业人才培养特色的重要标志,更是该专业人才培养质量的基础保证。因此构建有效、可行的实践教学体系对培养高质量的应用型人才、突出该专业教育特色和提升办学成效,实现“卓越工程师教育培养计划”具有十分重要的意义。
能源化学专业实践教学体系包括社会实践、校内外实验、实训、课程设计、毕业实习、毕业设计等环节,基于目前我校能源化学专业的实践教学状况,我们从以下几个方面入手优化实践教学体系,改善实践教学效果。
一、以培养目标为依据,科学制定实践教学体系
培养目标的设定直接决定着人才培养方案的编制、教学方法和措施的运用以及人才培养的质量要求。我校能源化学工程专业人才培养目标是:培养适应社会主义现代化需要的德、智、体、美全面发展,掌握能源化学工程基础理论和技能,面向电力、供热、化工、环保、煤炭等能源转化领域,从事污染控制和减排工艺的设计、运行及生产过程控制、相关产品研制与开发等工作,具有创新精神和能力的高级工程技术人才。
根据我院的人才培养目标,要想满足人才培养要求一定要改变“重理论,轻实践”的教学方法,转变教育思路,更新教育理念,着重培养学生的实践动手能力和创新精神。充分认识实践教学环节在人才培养过程中的重要性,使课堂教学和实践教学环节相辅相成,互相促进。毕业生在就业岗位上的执业能力是衡量学校办学质量和办学水平的重要指标。学生具有较强的实践能力和专业技能就会在用人市场形成良好的口碑,对提高学校和专业的声誉与知名度大有益处。能源化学专业培养目标和定位制定得是否科学、准确对建立合理的实践教学体系至关重要。由于能源化学专业学生面对的是电力、供热、化工、环保、煤炭等能源转化领域相关的岗位群,专业口径宜适当放宽而不宜过窄。为此要突出应用性特点,在人才培养过程中注意突出高素质应用型专门人才的岗位要求,培养适应企业要求的高素质应用型专门人才,突出实践能力的培养,突出实践教学的目标要求。为达到以上目标,我校能源化学工程专业的人才培养方案中除理论课的课内实验外还安排了42周的集中实践教学环节。其中包括社会实践、校内外实验、实训、课程设计、毕业实习、毕业设计等环节。
二、以培养技术应用能力为基础,完善实践教学体系的各个环节
根据能源化学工程专业的特点,针对课程实验、校内实训、校外实习、课程设计、毕业设计、社会实践活动等六个环节,从教学目标、内容和教学方法进行界定,使它们不仅各具特色,而且相互联系,系统地为培养具备高素质的能源化学工程专业人才服务。
1.校内实验、实训
校内实验、实训在实践教学环节中非常重要。要想进一步培养学生的动手能力,提高实验、实训效果,一方面要加强校内实验室和实训基地的建设,加大资金投入力度,增加设备台套数。实行实验室开放制度,提高设备利用率。除课内安排的实验外,学生可利用课余时间到实验室,在遵守实验室开放制度的前提下,综合已学到的理论知识,针对自己感兴趣的项目,设计实验方案,研究分析实验数据和结果。培养学生的创新意识,锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。另一方面要大力改进实验、实训方法和内容,减少验证型实验项目,增开设计型、综合型实验项目,锻炼学生的创新能力。改变以前以教师为主的实验教学模式,让学生成为实验课堂的主角。教师只需提供实验任务书和必要的实验设备、器材,在实验过程中给予必要的指导。学生可根据自己对实验任务书的理解,设计实验方案,制定实验步骤,独立分析处理实验数据。让学生在实验中充分发挥想象力和创造性。在不断探索和实践中享受成功的喜悦,领悟科学的真谛,真正体现“以学生为本”的理念。
2.校外实习教学
校外实习教学可培养学生综合应用知识能力、分析问题解决问题能力、团结协作精神以及社会责任感。能源化学工程专业的学生,四年中有两次校外实习,即认识实习和毕业实习。实习的主要目的是熟悉与专业相关主要设备的结构和基本原理,了解工厂生产过程。目前两次实习均安排在生产工厂,由于安全等因素,学生根本看不到设备的具体结构,学生被安排跟班运行,但无法亲手操作,只能了解一点外观现象,无法了解设备的结构及事故处理操作。为改善实习效果,在去现场实习前,利用学校的多媒体设备和虚拟实验室,让学生观看和动手操作,发现问题,到现场后可有的放矢地带着问题学习,起到了事半功倍的作用。
3.课程设计
课程设计教学则是对学生工程设计能力的训练,也是工科学生必备的职业技能。现有的课程设计大都是对所学课程相应部分的验证,注重计算,缺少将所学知识综合起来应用于解决实际问题的环节,因此,在课程设计的选题上还有待于进一步探索。
4.毕业设计
毕业设计则是一次对所学知识的综合运用过程。从选题、开题、教师指导到学生毕业论文答辩等一系列工作都要注意收集本专业的最新信息和资料,注意培养学生的工程意识。在选题上尽量做到结合现场实际,真题真做,提高学生的学习兴趣,真正达到毕业设计的目的,以便学生在走向工作岗位后尽快进入角色。
5.课外实践活动
学生在学好有关专业知识、提高专业实践技能的同时,要注重综合素质的提升。经常开展课外实践活动,积极参加各种学科知识竞赛,开展大学生科技创新活动,利用寒暑假时间进行社会调查活动,积极参与社会公益活动,引导学生了解社会、了解国情,增强责任心和使命感,树立正确人生观、世界观和价值观。
三、以“双师型”师资队伍建设为重点,满足应用型专门人才培养的需要
实践教学环节能否达到培养目标要求,实践教学效果如何取决于诸多因素,但具有一支年龄结构、专业结构、知识结构合理、敬业爱岗、教学能力突出的师资队伍是非常重要的因素之一。
目前能源化学工程专业的教师大多来自全国重点大学,并具有硕士、博士学位,专业理论知识水平较高,并具备基本课堂教学能力,但实践教学能力和综合应用知识能力还有待加强,而应用型人才培养恰恰强调培养学生动手能力和知识的综合应用能力。要求教师在具备深厚的学科专业理论知识的同时,还要深入企业,了解生产现场的设备结构、系统组成,将实践教学要求与企业要求紧密结合,实现由传统高等教育师资队伍向应用型教师队伍的转换。
为尽快适应应用型人才的培养要求,我们采取两方面措施:一方面加强教师的实践能力培养,鼓励教师结合现场实际,开展科学研究,既解决现场生产难题也丰富自身的实践能力。理论教师兼任实验课程并参与各种实践教学环节和企业的实际工作,建立一支“双师”型实践教学队伍。另一方面从企业聘请有一定的实践技能、熟悉现场工作流程的校外兼职教师参与学校实践教学的各个环节。
四、以加强实践性教学设施建设为依托,实现产学研的有机结合
实践性教学必须借助一定的设施、设备条件进行。这就要求我们进一步完善和加强实验室建设,努力改善实验设施和环境。要充分利用现代化教育手段,制作仿真、动画等多媒体课件,大力建设虚拟实验室,以此作为实验、实习课程的辅助教学手段。高校培养的学生不能只会理论研究,更应该为社会服务,本科生教育的质量最终要由市场和用人单位来检验。[2]所以在完善校内实验、实习基地的同时,要加强校外实习基地的建设,首先向企业提供人才培养方案,协同企业一道按人才培养方案中对实践性教学环节的要求共同建设校外实习基地。厂校双方要本着互利互惠、共同促进的原则建立长期、稳定的合作关系,并在资金投入、甲乙双方职责等问题认真磋商,达成一致。在此基础上签订厂校合作协议,挂牌确定实践基地,真正实现“产、学、研”一体化。
五、以规范管理、完善评价为保障,确保实践教学质量
根据能源化学工程专业的特点,规范实践教学管理,制定实践教学的相关规章制度,如《实验室开放制度》、《实验室守则》、《校内外实习管理办法》、《课程设计、毕业设计管理办法》等实践教学的规章制度,完善各实践教学环节的教学大纲及指导书、任务书等教学文件,使实践教学制度化、科学化、规范化。成立实践教学督导小组,监控实验、实习、设计等实践环节的整个教学过程,使实践教学平稳、有序、高质、高效地运行。
为不断提高实践教学质量,应多角度收集评价意见,如学生评价、教师评价、实习接收单位评价、系(分院)自评,专家评价等信息,真正做到以评促建。学生评价主要是从自身的学习感受来评价学习过程的效果。教师评价主要是评价学生的学习质量、学习态度以及实习接收单位的接待情况。实习接收单位评价主要是从学生的综合素质、专业知识技能、实习纪律、校方的实习计划的科学性合理性等方面进行评价。专家评价是针对实习情况对学生、教师、实习接收单位进行综合评价,提出建设性意见,指导改进实习效果。
六、结束语
实践教学是人才培养方案的重要组成部分,是实现人才培养目标的重要途径,有利于培养学生动手能力和创新意识。学生在学好基础理论知识的同时,必须具备扎实的实践技能,才能满足用人市场的需求。特别是能源化学工程专业就业渠道是面向电力、供热、化工、环保、煤炭等工业企业,只有培养学生的工程意识,加强实践教学环节,完善实践教学体系,才能在竞争激烈的人才需求市场中立于不败之地。
参考文献:
[1]高庆宇.能源化学化工实验课程体系的建设与实践[J].化工高等教育,2009,(2):20-23.
关键词:化学反应工程;教学;虚拟仿真;Aspen
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)18-0176-02
化学反应工程是关于如何在工业规模上实现化学反应过程,以期最有效地把原料转化为尽可能多的目标产品,争取实现经济效益,满足国民经济需要的一门学科。它的研究对象为工业反应过程,研究过程速率及其变化规律、传递规律及其对化学反应的影响。其研究方法是结合实验数据,通过模型化方法解决反应器的开发放大、结构选型、尺寸设计、操作优化等实际问题[1,2]。化学反应工程实验内容包括反应动力学测定、反应器流动状态测定等实验。采用真实实验装置进行实验,存在实验时间较长,实验参数不易确定,生成物检测困难等问题,而且一般同种设备只有一套,数个学生共同操作一个实验,不能进行充分的锻炼。随着计算机技术的发展,利用辅助软件进行教学以越来越显示出其优越性[3,4,5]。在化学反应工程这门课程中,可以采用化工虚拟仿真实验软件和流程模拟软件Aspen进行辅助教学,并取得了良好的辅助效果。
一、化工虚拟仿真实验软件
虚拟仿真实验是实验教学的重要补充,具有直观性、系统性、综合性、安全性、经济性的特点,能给学生提供全面的技能训练,获取完善的知识体系、完备的综合能力。
在真实的实验当中由于受教学资金的限制,实验设备台套数不足或设备陈旧,学生实验难以充分开展。而虚拟仿真实验可以快速扩容、更新升级。在真实实验平台中,部分按照人才培养计划要求必须开展的实验项目由于高危险、高成本、高消耗及高污染等问题无法开展。采用虚拟仿真软件,可以节约实验成本,以安全环保的形式强化实践训练。
传统的实验预习方法陈旧不能调动学生的积极性,用虚拟仿真实验考核来代替传统实验的预习,让学生自主通过虚拟实验知识学习系统,完成对重要知识点的学习;同时在仿真软件中练习操作,操作过程中后台会对操作结果自动评分,学生完成操作后可以提交虚拟实验仿真报告,从而大大提高预习效果。
反应过程要受到温度、压力、流动状况等多种因素的影响,且各因素之间具有很强的耦合性。在实际实验中,通过改变参数实现反应过程的最优化,要耗费大量的人力物力。而通过虚拟实验,可以快速改变参数,获得实验结果,探索反应过程的规律。把虚拟实验结果带到实际实验中加以验证。通过虚实结合,能有效提高真实实验效率和结果最优化。
学校现在有乙苯脱氢制苯乙烯、多釜串联反应器返混的测定、填料塔液相轴向混合实验、气固催化固定床实验、反应精馏制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反应工程类的虚拟仿真实验项目。通过虚拟仿真练习,开拓了学生的视野,提升了知识结构,培养了综合设计和创新能力。
二、Aspen软件
Aspen是一个通用的流程模拟软件,采用模块化的建模方式,可以对化工生产中反应、混合、分离、换热、流体输入等单元操作进行模拟计算。在反应模块,有7个内置的反应器模型,其中生产能力类反应器2种(Rstoic、RYield)、热力学平衡类反应器2种(REquil、RGibbs)和化学动力学类反应器3种(RCSTR、RPlug和RBatch),涵盖了化学反应工程中所有的常用模型。具体的功能如表1所示。动力学模型包括内置的幂次定律、LHHW(Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson)动力学或用户自定义的动力学。自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义。通过这些模块可以计算质量和能量平衡、反应热、产品选择性、反应程度和相平衡结果。
Aspen采用向导式的操作界面,逐步输入反应体系组分、物性方法、进口流股信息、反应器模块信息就可以进行模拟计算。反应器模块中需要根据选定的模块输入反应方程式、转化率、收率、反应温度、压力、反应动力学、反应器尺寸中的部分信息。
学生可以通过Aspen软件搭建所需的反应体系模型,比固定的虚拟仿真软件更加灵活,更有助于理解化学反应工程的基础知识。Aspen软件应用于反应工程教学,也避免了复杂的数学推导以及数值求解问题,使得反应过程尽可能的形象化,有助于学生对反应过程的理解并激发学生学习兴趣。
三、结论
1.化学反应工程是一门理论和实践性均非常强的学科,采用虚拟仿真实验软件进行辅助实验教学,更加直观、便捷、安全和经济,能给学生提供全面的技能训练,并获取完善的知识体系和完备的综合能力。
2.Aspen软件是综合性强的系统软件,学生可以根据需要建立合适的反应器模型,并可以方便地进行调试和比较,完全避免了复杂的数学推导以及数值求解问题,加深了学生对反应工程的理解。
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