前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的化学工程与工艺的认识主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词:化学工程节能;绿色化学工程;促进作用
0引言
我国近年对于环境保护和能源保护的意识逐渐增强,在某种程度上来说,节能环保可以更好地保护环境,同时也能够对有效的资源进行合理利用,使其最大限度地发挥出作用,并且也能够缓解人与自然之间的矛盾。这对于保证人类的生存,保护地球具有重要意义,同时这也是可持续发展的要求和重要体现。绿色化学工程主要在化学工程的基础上将绿色节能环保理念合理的进行融合,其最终目标是可以达到生产无公害的效果。虽然从某种意义上来说,这属于一种理想化的设想,但是这也更加符合化学工程自身发展和实践工作的目标。
1化学工程节能中绿色化学工程工艺开发的分析
1.1绿色化学工程工艺开发的意义
分析传统的化学工艺,传统的化学工程所使用的工艺在对有毒污染物进行处理的时候,往往都存在着非常明显的滞后性,这在一定程度上为有毒污染物提供了必要的时间准备。很多化学工艺都是当污染物产生之后才着手进行有针对性的处理,这在某种程度上加重了其污染物处理的成本,同时也达不到具体治理的效果。举例来说,传统工艺当中的烟气除尘,虽然在某种意义上进行了相关的气体净化,但是其污染物却能够直接地转化为废水或废渣,这样就需要再继续进行一道工序来作清洁处理,无疑增加了相应的成本。而将绿色化学工艺引入其中,能够直接在生产过程中或排放的过程中将清洁工作完成,这样可以通过相关的化学反应达到预防的效果,进而可以有效地对污染情况进行控制。从另一方面来说,化学工程的基础资源便是化学原料,化学原料对于化学生产过程中的相关工艺选择具有重要决定作用,而绿色化学工艺能够从源头上对原料生产而造成的各种化学污染进行根治,通过化学工程与绿色化学工艺的结合,可以更加高效地对各类自然资源进行利用,从某种程度上能够实现深度开发和清洁无污染的效果。
1.2绿色化学工程工艺开发的重要性
在化学反应当中,为了促进绿色工艺的合理利用,需要应用选择性较高的试剂进行相关的工作。比如石油化工,在其生产的过程中,烃类选择氢化反应的比较多,这是一种比较典型的强放热反应,其最典型的调整为生成物性质活跃,而且可能会出现进一步的氧化反应。所以催化过程中这类反应并非是最佳的选择,而且其生成物不稳定,更加不利于相关产物的提取工作。因此,对这种情况进行改善,必须选择具有较高选择性的试剂来进行催化。这样就能够更好地降低成本,同时可以达到节约资源的效果,在某种程度上还能够有效地确保生成物的纯度。在绿色化学工程当中,通过这方面的实践可以为具体的生产工作提供重要的基础技术支持,并且在未来的时间内,随着越来越多的化学反应被逐渐的应用到研究课题之中,绿色化学工程也将会成为更加热门的课题。虽然当前在化学工艺领域中,对于无毒、无公害的高效催化剂的研究工作其主流方向存在差异,但是这些工作对于推动全局、对于绿色化学的深入研究具有重要的意义,而这也是确保建立环境友好型和资源节约型社会的一个重要体现。
2化学工程节能中绿色化学工程工艺的促进作用
2.1绿色化学工程工艺的应用
当今社会,绿色化学工艺对于实现节能减排具有重要的意义,而对于绿色化学工艺的重视和开发也能够显示出全社会、全国乃至全世界对于绿色生活和节能环保的重视。分析化工历史,在一百多年的时间里,人们对于自然的危害正在不断地加剧和蔓延,特别是我国这样的工业大国,此时正面临着19世纪英国那样的生活,甚至这种危害程度比那时还要严重,被扣上了“三废”问题头衔。在这种背景下,资源枯竭、环境污染、生态失衡、水土流失、人口压力巨大等问题逐一地摆在了人们的面前,使人们逐渐地认识到了节能环保的重要性,而化学工程则是造成环境污染和资源浪费的一个重要的产业之一,同时其又是保障和促进人类发展必不可少的一个产业。因此,在化学工程节能中利用绿色化学工程将是一个重要的选择。
2.2绿色化学工程工艺的促进作用
从当前环境来分析,节能环保工作的实现途径有如下几点:①开发新技术;②源头上控制污染;③打造可循环的绿色生态产业链;④发展循环经济。从绿色化学工程和化学工艺的发展来说,其工艺的实现能够为节能减排的实现提供重要的保障,而且能够被广泛地应用到诸多的领域当中。从当前的角度来说,其主要体现在三个方面:其一是清洁生产技术;其二是利用生物技术;其三是创造环境友好型产品。清洁生产技术也就是无毒、无公害的技术,这是一种绿色的技术,从目前正在发展的情况来看,脱磷脱硫技术就属于此。在城市化建设过程中对于相关城市垃圾的处理等必须遵循无公害原则,比如可以循环利用和可回收利用相关垃圾,通过对生物垃圾的回收利用能够制作沼气。从某种意义上来说,清洁生产技术所涵盖的范围比较广,其这不仅涉及到了生物工程技术等范围,同时也涉及到了辐射加工技术和绿色脆化技术,其对于超临界瘤体技术也具有较好的表现。因此在不同的环境中和领域内,这都将是一场新的环保节能革命。利用生物技术就是对细胞工程和基因工程等进行合理高效的应用,当前生物技术的应用主要涉及到生物化工领域和生物仿生领域两个主流。生物酶是一种非常高效可行的催化剂,因此这种物质被广泛地应用到了医药生产的各个方面。在绿色化工产业当中对于生物技术的应用能够有效地促进可再生能源的合成,比如有机化合物原料的使用是从动植物范畴发展到了石油与煤炭的范畴之中,而今天在各行各业都开始广泛地使用有机合成的原料进行相关的生产和生活。绿色化工产业当中,所有涉及到的催化剂大多都是酶类,分别是工业酶或自然界中的酶,和其他的化学催化剂比较,酶类催化剂的特点更加突出,其反应条件比较温和、生成物比较优良、污染物比较少,因此也更加适应当前的环境发展需要。环境友好型产品对于绿色化工工艺也具有促进作用,在现实生活当中涉及到很多应用实例。在空调制冷过程中一般都会涉及到氟利昂的使用,而氟利昂则会对臭氧层造成一定的影响,同时影响紫外线,容易造成全球气候变暖等情况出现,因此需要积极地寻找可以代替氟利昂的产品,这可以有效地推动节能环保的政策;无磷洗衣粉的使用,在某种程度上减少了其对于河流的污染,也降低了其对于人类身体的伤害,这些都是绿色化学工艺在现实生活中的体现,说明环境友好型产品既是绿色化学的保障,也能够促进绿色化学工艺的进步。
3结语
笔者主要就化学工程节能中绿色化学工程工艺的开发和促进作用作了简要的分析。绿色化工是建设资源节约型和环境友好型社会的必然选择,其对于生产和生活具有深远的意义,同时也有助于人类的可持续发展,因此需要予以充分的重视。
参考文献:
[1]蔡永宏.浅论绿色化学工程与工艺,创建高效、节能、清洁的未来化工厂[J].化工管理,2013,14(24):142-143.
1.1应用型本科人才要求
根据现代化学工业的特征及社会对化工人才需求的趋势,应用型高校化学工程与工艺专业的目标是培养化学化工理论基础扎实,实践动手能力、自主学习能力、创新能力及外语与计算机应用能力较强,适应化工、冶金、能源、轻工、医药、环保等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理等方面工作的应用型高级工程技术人才[2]。为了实现上述目标,化学工程与工艺专业应用型本科人才应具备的基本素质与专业能力包括7个方面:①树立正确的世界观,具有良好的人文精神、科学素养,能处理好人与环境、人与社会的关系;②掌握化学工程与工艺的基本理论和基本知识;③掌握化学装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;④具有对新工艺、新产品、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;⑤了解化学工程的理论前沿,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态;⑥掌握文献检索的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力;⑦具有创新意识和独立获取新知识的能力[2]。因此,根据现代科技和生产的发展需要,以服务地方经济社会发展为目标,把握高等教育规律和化学工程与工艺专业特征,制定化学工程与工艺专业应用型人才培养方案,具体如图1所示。在人才培养方案制定的过程中,合肥学院借鉴德国应用科学大学培养应用型人才成功经验,非常重视企业的作用,将企业要求与学生的培养相结合,构建理论教学与实践教学相学体系,确定了以“面向企业、立足岗位、注重素质、强化应用、突出能力”为指导思想的“应用型”人才培养模式。理论教学体系体现“三个服务”原则:基础理论教学要为专业技术课教学服务,理论教学为提高学生综合素质服务,把素质教育贯穿于教学全程,为培养学生具有独立分析和解决实际问题的能力服务,注重培养学生对技术成果的吸纳和综合应用能力。建立与培养目标相适应的实践教学体系,形成基础实训、专业实训及校内、外实训教学相结合的综合实训教学一体化,完成实训教学。促进学生掌握专业技能,实施“四年九学期制”,提高学生就业竞争能力。
1.2化学工程与工艺专业人才要求
化学工程与工艺专业是为了适应新世纪化学工业的发展而设置的,是由原来的化学工程、有机化工、无机化工、高分子化工、精细化工、煤化工、工业催化等专业合并而成的宽口径专业,覆盖面宽、涉及领域广[3]。该专业具有两大特色:一是覆盖面广。研究领域涉及无机化工、有机化工、精细化工、材料化工、能源化工、生物化工、医药化工、微电子化工等诸多领域;二是工程特色显着。该专业以化学工程与化学工艺为两大支撑点,化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料,通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。化学工程与工艺专业涉及的工程放大技术、系统优化技术和产品开发技术,不仅在化工领域,而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因此,化学工程与工艺专业培养的学生应有较强的工程能力和工作适应性,需掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法,具有从事化工生产控制、化工产品和过程的研究开发、化工装置设计与放大的初步能力[4]。
1.3应用型化工人才实践教学体系构建
高等工程教育强调综合素质的基础作用和工程素质的定型作用。培养应用型化工特色人才,核心就是培养实践能力强的应用型人才。以培养应用型人才为目标,以科学发展观为指导,遵循教育教学基本规律,坚持育人为本,教学为纲,根据学生需要,围绕学生能力拓展和知识结构构建实践教学体系。该体系由基本技能、专业能力、综合能力三层次训练组成,将课外创新活动和社会实践有机融合。借鉴德国成功的经验,培养学生工程设计能力、项目实现能力及创新能力,构建工程化的实践教学体系如图2所示。实践教学根据能力要求可分为3个层次:基础实践层、专业实践层、综合和创新实践层。基础实践层以强化“三基”,培养基础能力为目的,将基础化学实验分为3个层次和5个模块,构成一个彼此相连,逐层提高的体系[5]。通过化学专题研究训练,强化了知识和技能的综合性;认知实习在实践教学体系中处于承上启下阶段。学生在与自己相近或相关的岗位上经过认知实习,了解专业所需要的专业知识、能力、素质,有利于他们结合自己的兴趣,规划未来发展,在专业方向的选择、课程模块的选择上会更加理性。2周金工实习和1周电工电子实习,实现基础能力培养目标;专业实践层是在理论教学和基础能力培养的基础上,通过专业基础实验、课程设计、工程实训等实践教学的环节实现专业能力培养;综合和创新能力是对技术基础知识、运用专业知识解决实际问题能力和知识迁移能力的综合体现,反映学生整体素质。通过毕业实习、毕业设计(论文)等实践教学环节,配合第二课堂科技活动,达到培养专业技术应用能力的目的。总之,各层实践教学活动层层递进、相互渗透,达到培养目标规定的专业技术应用能力的要求。
2围绕工程能力培养,实施实践教学改革
2.1突出强化实践锻炼,提高教师实践教学水平
教师是实践教学体系的主导者,也是实践教学体系的实践者。要培养高质量应用型人才,必须要有高水平的教师队伍。按照这一思路,为所有的实验室配备了具有硕士学位的专职实验教师,采取走出去、请进来的办法培养教师的实践能力,派合肥学院高学位高职称的教师到企业去锻炼6~12个月,增加教师的工程意识和实践能力。根据学院要求成立了实验技术教研室,这不仅是名称和内涵的改变,更重要的是教育理念的转变,建立实验技术教研室,由教授、博士担任主任,具有研究生学历的教师为成员,研究实践教学内容、方法和手段,进行实验教学、实验课程内容和方法改革等工作。目前,和化学工程与工艺专业实验实践教学有关的合肥学院院级教研立项6项,安徽省教育厅立项3项,获得教学成果奖合肥学院二等奖一项、三等奖一项;安徽省三等奖一项。聘请企业和设计院等单位人员担任教师,让学生参与解决实际工作问题,提高实践能力。
2.2加强实践教学条件建设,提供实践教学载体
实验室和实习基地是完成实践教学内容所必需的保障平台。在实验室建设方面,加强以无机化学、有机化学、物理化学、分析化学课程为支撑的基础化学实验室建设,和以化工原理为支撑的化工基础实验室。专业实验作为一门最能反映专业特色,与专业科学技术发展关系最为密切的实践性课程,必须跳出原有的框架,重新构建一个能够全面反映化学工程学科发展方向、适合按专业大类组织实验教学、有利于培养学生工程实践能力和创新能力的新框架。根据化学工程与工艺核心课程化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程和技术化工工艺学作为构架,遵循以下原则:紧扣化工过程研究与开发的方法论;充分考虑工程学与工艺学实验的适当平衡;具有典型性、力求先进性、增加综合性;实验内容既符合化学工程与工艺学科发展规律,又具有鲜明的先进性和特色,建立了化工热力学实验室等专业实验室。根据专业和学生发展需要,在专业方向上设立分离工程和精细化工2个化工专业方向,并建立精细化工和分离技术2个实验室,建立膜材料和膜过程院级重点实验室1个。校外实习是强化专业知识、增加学生的感性认识和创新能力的重要综合性教学环节,校外实习基地是培养学生实践能力和创新精神的重要场所,是学生接触社会、了解社会的纽带[6]。以校企互利双赢为机制,开展产学合作,和中盐四方集团等14家企业建立良好的合作关系,与企业合作共建实验室2个。每年由校内和企业教师共同指导学生进行实习,并在毕业论文(设计)环节,由企业提出课题,真题真做,学生将所学知识和生产实际相结合,取得在书本上得不到的收获。中盐四方集团、东华集团工程技术人员指导学生设计多次获合肥学院优秀毕业设计(论文)奖。
2.3第一课堂与第二课堂相结合,着力培养学生创新能力
为了达到实验课培养学生应用所学知识解决问题的更高目标,以培养学生实践创新能力为出发点,以学生个性化能力培养为重点,学院制定了《合肥学院学生第二课堂活动学分管理暂行办法》,将第一课堂与第二课堂结合起来,收到明显的效果。化学工程与工艺专业,以化学工程师之家和学生参与教师科研为主要内容开展第二课堂科技活动。化工工程师之家于2007年11月建成运行。以培养“未来的工程师”为目标、以工程设计为核心、以模型制作为基础,通过形式多样的活动培养学生的工程意识;通过加强合作促进团队精神;通过模型制作提高工程应用能力;通过工程设计提高工程素养;通过企业化运作模式培养学生效率意识、责任意识和管理能力。作为第二课堂的重要平台,重点培养学生的工程设计能力、管理能力、协调组织的领导能力和团队精神。通过借鉴企业化管理模式,营造企业氛围,培养学生效率意识、责任意识和管理能力,增强学生对社会的适应能力,提高学生的综合素质。目前,累计培训学生500人以上。化学工程与工艺学生在各种全国性竞赛中取得了一系列好成绩。2010年,在科技部等单位举办的青年科技创新竞赛获得二等奖,“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛二等奖和华南地区第四届大学生化工设计创业大赛二等奖。近3年来,学生34篇,其中被SCI、EI收录的9篇。
【关键词】化工专业 人才培养方案 专业特色 竞争力
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)01-0224-01
1.现状
化学工程与工艺专业是一个老牌的专业,长久以来为行业输送着新鲜血液,促进着经济的长足进步。但是近年来,由于高校的扩招,挂靠化工专业的热门方向此起彼伏诞生,专业师资的整体能力跟不上等等原因,使专业人才的整体素质和能力有所下降,而国民经济的不断发展,技术水平的不断提升,对专业人才的需要异常迫切。高校要抓住机遇,善于利用地方资源,促进专业办学特色, 提升人才综合能力, 提振专业的就业水平与竞争力。因此高校培养既有专业理论能力,又有动手能力的高素质人才尤为重要。
因此,新培养方案的制定与实施尤显突出。我校于2010年着手修改化学工程与工艺专业培养计划,新培养方案于2011届开始实施。
2.新培养方案的特点
2.1 培养目标明确,突出专业特点,体现专业应用
“本专业培养德、智、体、美全面发展,能够掌握化学工程与工艺方面的基础理论、基本技能以及相关的工程技术和知识,能在石油化工、煤化工、化工工艺、工业催化、能源、医药和环保等部门从事生产、服务、研发以及设计的高级技术应用型人才。”
“本专业执行宽专业,厚基础的教学指导方针,在培养学生理解和掌握化学工程与工艺学科理论知识的基础上,着重培养学生掌握化工领域工艺设计与设备设计、模拟优化方法、对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的基本能力。学生在专业课学习阶段,通过专业实习等途径,紧密联系石油化工、煤化工的生产实际,使学生具有独立思考和解决实际问题及创新的初步能力”。
我校的化学工程与工艺专业有两个方向,即石油化工方向和煤化工方向。我校地处辽宁化工城,素有“煤都”之称,既有石油化工的研发和生产优势,又有煤化工的产业与科研依托,发挥优势,凝练特色,致力于教学理念和方式的创新,培养应用型人才,具有强大的优势。
2.2注重培养规格,强化毕业生应获得的知识和能力
首先,强调德、体。“热爱祖国,遵纪守法,身体健康,具有良好的思想品德、社会公德和职业素养”。
其次,强调外语和计算机能力。外语和计算机属于工具型能力,会广泛应用于将来的工作和学习。
重点强调专业能力。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;掌握专业领域内工艺与设备的基本设计能力;了解专业学科前沿,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。
再次,强调了学生掌握文献检索、资料查询的基本方法,要具有创新意识和独立获取知识的能力。
2.3优化课程体系,体现厚基础、宽专业的培养特色,拓宽专业口径,淡化专业意识,加强基础教学,培养通才,增强人才的适应能力,提升自我发展能力。
首先,新培养方案提高了原来要求的规定修满教学学分,其中适当增加了实践教学学分。
学校前两年实施通识教育,不分专业,基础教育课程一致性,后两年体现专业特色,突出学科优势。
其次,在专业基础课设置上,强化了四大化学的理论课时与实验课时,同时整合了两个培养方向在《化工原理及实验》、《化工热力学》、《化学反应工程》、《化工设计》、《专业外语》、《仪器分析与实验》、《电工学》等课程的一致性,体现了厚专业基础,宽专业口径的特点,增强了人才强大的理论基础。
在专业必修课设置上,既要突出两个方向的特色专业,又要体现我们学校的办学特点,扬己之长,使培养的人才具有特色,满足化工不同行业的需要。因此,我们将两个专业方向的部分特色课程交叉选修。如:石油加工方向选修《煤化工基础》、《洁净煤技术》,煤化工方向选修《石油化学》、《石油加工基础》,使所有的学生,既懂得了本专业的知识,也跨入了另一个相邻领域,扩展了知识面,也强化了就业优势。
2.4重视实践和创新能力培养,锻炼和强化学生实践动手能力,培养学生的创新思维和综合实践能力,最终成为具备实践和创新能力的应用型化工人才
新培养方案中,在实践教学环节,除了传统实习之外,引入了仿真教学,综合实验和综合能力素质训练,强化了实践能力的重要性,促进了学生综合能力的提升。
在实践教学体系中,金工实习、认识实习、生产实习,为学生提供了广阔的实践平台,我们学校先后与地方6个化工企业及科研院所签订了实习协议,每年都有学生去进行不同类型的实习,同时,我们也鼓励学生到企业委托实践,增强学生理论与实践结合能力的培养。
在课设和毕业设计(毕业论文),大胆创新,允许学生参与教师或者企业的科研课题,发散思维,在实践中提升学生的创新能力;鼓励学生积极参与“挑战杯”、“创新实践”、“科技小论文大赛”“资格认证”、各种论文和实验等大赛、以及参与各种培训及调查报告等,提升学生的创新思维,培养创新能力。
在仿真教学环节,学校引入了化工仿真实训软件,提供计算机房,使学生足不出户,在计算机上就可以模拟实际化工工艺路线与实际化工装置,自己动手操作,将理论知识与实际处理问题相结合,既巩固了专业知识,也应用了专业知识,同时提升了动脑和动手能力。
在专业实验环节,既体现两个专业方向的共性,也强化了专业方向的特色。比如;石油化工方向学生开设化学工艺学专业实验与石油加工专业实验,而煤化工方向学生开设煤化工专业实验的同时,也进行石油加工实验,这样既淡化了专业方向性,强化了大化工的概念,也使学生在就业中更具备了竞争力。
3.新培养方案的实施效果
新培养方案从2011届开始实施至今,效果明显。具体体现在如下几个方面:
学生对学习的课程感兴趣程度增强,理论课学分普遍提高,受学业警示率明显下降。
学生在假期的实践机会增多,提高了学生的综合素质,提升了其就业的竞争力。
【关键词】华峰班 CDIO 工程教育
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2011)09-0001-03
20世纪的工程教育课程主要是提高学生的动手实践,使学生掌握相关的专业知识和解决工程实际问题的能力。然而,随着世界经济全球化以及科学知识的发展,工程教育课程的教育偏向了“厚基础、宽专业”的工程科学的培养模式,从而削弱了对学生解决工程实际问题的能力培养。这种培养方式导致了学生缺乏对现实工程情况应有的认知程度。为了解决这个难题,2000年由麻省理工学院Crawley等人通过4年的探索创立了CDIO工程教育理念。CDIO作为一种新的工程教育理念,主张以产品研发的CDIO全过程,即构思(ConcEive)、设计(Design)、实施(Implement)和运作(Operate)为载体,以工程项目生命周期全过程为载体培养学生的工程能力、学生的职业道德、学术知识和运用知识解决实际问题的能力,以及具备终生学习和团队交流能力。
化学工程与技术作为化学工业的主要学科领域,担负着促进化学工业及相关行业发展与进步的重要使命,因此培养出具有解决实际化工过程问题能力和创新能力的人才是非常重要的。本文以温州大学化学工程与工艺专业的学生作为教学改革培养对象,将CDIO工程教育理念与化学工程与工艺的专业教育有机地结合,探索适合于以服务浙江及周边地区经济为导向的化学工程与工艺专业教学模式的改革与实践。
一 工科人才教育培养现状
我国传统的教学模式是以教师为中心、以课堂讲授为主,以理论考试成绩来评价学生的模式。当前,我国工程教育是通识教育模式和苏联教育模式的结合体。解放前,我国的先进高等工科教育主要是来自西方一些教会式的大学教育。建国后,由于化学工业发展的需要,我国效仿苏联搞起了专业教育。这种专业教育培养模式为我国的现代化建设作出了较大的贡献。其缺点是过于强调教材和教学大纲的统一,影响了教育工作者的思维活跃性,也阻碍了对工科学生创新能力的培养。因此,教育家们对苏联教育模式进行了回顾和反思,制定了通识教育和专业教育相结合的工科通识教育模式。然而,随着我国产业的进一步升级以及高校的持续扩招,导致了大量的工科毕业生找不到适合自己的工作,这可能是因为通识教育过于强调基础科学理论,而弱化了专业内容和工程实践,导致了工科毕业生只了解一些表面的理论,缺乏工程应具备的实践创新能力。
在办学机制上,一方面,高校过于强调科研业绩考核,许多具备丰富工程经验的老师很少参与到实际的教学过程中,而参与教学的教师又与企业的联系不紧密。负责教学的教师缺乏产业经验,工程教学过程又缺乏与企业的有效沟通,造成了工程教育和社会需求的严重脱节。另一方面,虽然在教学上安排了生产见习、毕业实习等环节,但是不少学校在实践教学环节上是比较薄弱的,这是因为见习、实习的时间一般比较短,相应的考核制度也不健全。
综上所述,我国工科教育从教学模式、办学机制等众多方面都存在着与产业发展脱节的问题,严重影响了人才培养的质量。尤其是理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节的问题直接导致了学生找不到适合自己的工作岗位以及企业有岗位找不到合适的人才。由此可见,我国的工科人才培养模式已经不能满足产业升级的需求。为了更好地培养适合产业升级所需的人才,我们从培养模式上进行了改革探索。
二 化学工程与工艺专业CDIO工程教育改革探索
CDIO工程教育模式改革旨在培养学生系统工程技术能力,尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力,以及较强的自学、组织沟通和协调能力。CDIO模式以工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做,学生需要掌握各门课程知识之间的联系,并用于解决综合问题。因此,课程体系的建设要突出课程之间的关联性,这就必须打破教师单打独斗的传统教学方法,而围绕CDIO工程项目的实施进行教学计划和课程关联工作。
1.化工核心课程群的组织与教师队伍建设
核心课程群由化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程、化学工艺学、化工设计6门课程组成,构成了化学工程与工艺核心专业课的主体。化工设计以其他五门课程为基础,对提高学生分析问题、解决问题的综合工程能力起到非常重要的作用。化工原理是讲述单元操作的基本原理,是学好其他专业课程的基础;化工热力学则建立在分离工程的基础之上,阐述工业条件下各种流体热力学性质的计算;化学反应工程以传递过程为基础,传递现象和化学反应工程利用数学的方法,从微观角度阐述化学反应过程、设备设计的共性科学问题;化工工艺是关于化学品生产方法的技术科学,它以自然科学和工程科学规律为基础,使化学反应达到工业化应用水平。由此可见,核心课程群的各门专业课是相辅相成的。
在课程群建设中,涉及专业课教学的老师主要通过进修、企业实践、参加会议三种方式提高业务水平,对化工专业工程教育模式做到整体的认识,同时要求参与指导学生的化工设计。利用校企合作的机会,与企业方面的人才进行专业知识和其他方面的交流与沟通。其具体的组织与实施过程如下:
第一,教学方法改革的探索。首先,按照CDIO的教育理念,要逐步形成教师引导和以学生为主体的思想,使教师从教育者转变为引导者,教师不再是简单地卖知识,而是引导学生学习知识,把主要任务放到教会学生学习方法上来。在教学方面的改革要得到全校上下的支持才可能顺利进行。温州大学为课程体系建设和师资建设提供了很好的平台,在化工核心课程群教改的过程中提供了强有力的物质基础和政策鼓励。在这种良好的环境下,教师也愿意投入更多的时间去听课评课,吸纳好的教学手段和方法。由于化工班都属于小班上课(30人左右),对部分课程如化工专业英语、精细化工工艺学实施角色互换教学模式,让学生参与到化工教学的过程中。这些课程的效果反映较好,对化工原理等课程中的部分章节,我们也将逐步展开开放式的教学方法。
为了达到各门课程的知识体系能够很好地衔接,通过教研室教师集体备课,相互切磋,讨论每门课程讲授的重点,个别章节内容的舍弃和补充,做到教学的知识体系完整、重点难点突出、学时合理分配,真正做到精选、精讲教学内容。摒弃了过去教学活动中的单打独斗,改为教学团队授课,使各门课程有机地衔接起来。通过相互听课并课后集体讨论,指出教师课堂教学中存在的问题与不足,相互交流教学经验,讨论改进的方法与策略,使教师的整体教学水平迅速得到提升。
第二,教师工程素质的培养。不少高校在引进人才方面主要考虑的是教师科研水平,其次关注人才的企业实践经验。鉴于科研压力,假期教师也不能到企业去参与实践或者工作。此外,许多教师只对与自己科研相关的专业课非常熟悉,对其他的专业课则非常生疏。因此,利用现有的教学资源,培养教学团队的建设是很重要的一环。温州大学化学工程与工艺教研所以化工设计为主线,基于地方化工企事业单位为依托,派遣年轻教师每年到相关的化工企业实践两个月,逐步培养教师的专业水平。近几年,利用学习、调研以及下派科技特派员的方式,到杭州化工研究院、衢州巨化、瑞安华峰等不同类型的企业参观学习,不断地提高老师的业务水平。同时,为了让教师能够很好地参与到企业生产实践中,温州大学对担任科技特派员的教师提出教学科研任务减半、考核优先等政策鼓励。仅2010年,我们派年轻老师带队到衢州巨化学习15天,杭州化工研究院学习3天,华峰学习7天,温州本地化工企业实践1个月左右,有效地提高了教师的工程素质。教师工程素质的增强也使学生收益颇丰,在2010年省化工设计大赛和全国“三井杯”化工设计大赛中多次获奖。转贴于 2.学生工程能力和团队合作的培养
作为地方院校,温州大学化学工程与工艺专业的办学宗旨是以培养创新应用型人才为主,服务地方经济和社会的发展。经过对近两年该专业的毕业生调查的情况来看,目前该专业存在以下问题:(1)毕业生虽然掌握较多的书本知识,但实践能力不强,导致他们从学校到公司需要较长的“岗位过渡时间”;(2)毕业生普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解,缺乏团队工作经验、沟通能力和创新能力;(3)工程职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,责任感不强。具体体现在:工作不踏实、心浮气躁、做工程不细心、不愿承担责任,客观上他们的实践能力与企业要求存在较大差距,而主观上又不能沉下心来虚心向前辈学习。
从以上的调查结果来看,以目前的培养方案和评价标准来指导学生的专业教育经不起企业用人单位的考验。为了更好地培养适应地方经济社会发展的人才,实现对学生创新思维、创新方法和创新能力的培养,我们与温州地区最大的化工企业华峰集团实行校企联合培养本科生,实施“华峰特色班”战略。目前,“华峰班”的学生采用“3+1”模式培养方案(即学生前三年在学校集中学习理论知识并完成实践教学,最后一年到企业,接受企业的培训,并在企业盯班盯岗接受生产实践活动)。同时在工程专家的指导下,根据企业的需要对培养方案进行部分修改,增设华峰提出的部分课程,使得学生在校期间所学的基本知识和专业理论更贴近于华峰实际的应用。在这种战略方针下,学生在企业的环境中真正做到知识和能力之间的无缝连接,缩短了“岗位过渡时间”,增加了学生的工程实践能力,有效地推进了CDIO教学改革。在2010届的化工专业毕业生中,华峰集团招聘了7名华峰班学生。提升了学生的工程能力、团队合作精神以及专业素养。
3.逐步建立适合CDIO工程理念的考核制度
正确、公平、合理且科学有效的考核制度对本专业的健康发展起着至关重要的作用,它应当是对教学效果做出真实和客观的评价,同时有利于提高学生学习的积极性和主动性。现行的课程考核方法主要是通过期中和期末考试成绩来评定,它能在一定程度上反映学生掌握知识的程度以及教师上课的教学效果,但不能很好地促进学生学习的主动性。部分学生比较反感现行的考核制度,这是因为现行的考核方法存在比较单一、部分学生在学习上投机取巧也能获得高分而影响其他学生学习的积极性、不能全面反应学生的综合应用能力等问题。
CDIO教学模式以能力培养为目标,其主要培养的是学生的理论知识、职业技能、人际交流以及产品研发的CDIO全过程。采用CDIO教学模式,评价方法则应侧重能力的考核,能力本位的教学观贯穿课程设置和教学实践的全过程。我们进行教改,其目的是提高学生的工程实际能力,因此我们的考核将使用过程能力评测替代以往单一的成绩评定。
我们现阶段的具体做法是:(1)选题:在学生进入大三学习开始,从企业选出一些与本专业相关的课题以及近两年化工设计大赛的课题,让学生自动组成4~5人的小团队;(2)专业学习:上专业课的老师或工程师把握好主要的授课内容,然后将大部分时间留给学生,让他们针对自己的课题与本课程相关的知识点进行思考、提问、讨论;(3)阶段性测试:上完某些知识点后,老师或者企业工程师根据学生所做的课题和所学的专业知识进行评价,其中主要包括面试、答辩、自我评价、团队合作能力等方面;(4)中期成绩总结:这次总结是比较重要的,一般在大三上学期结束后,包括阶段性测试的成绩、平时的表现、专家化工设计大赛作品的评价、企业对学生课题的反馈等进行中期总结,由学校老师和企业专家对学生现阶段的学习进行方法论指导,提出下学期的目标;(5)最后专业课成绩评定:最后专业课成绩进行A、B、C、D四个等级进行划分,其中阶段性测试占40%、中期成绩总结10%、企业专家评价10%、课题完成情况10%、专业综合能力20%、化工设计大赛10%。目前,整个评价体系尚在完善中。
三 结束语
化学工程与工艺专业学生的工程概念、分析和解决工程问题的培养对我国高等工科教育可持续发展以及化学工业的产业化升级起着非常重要的作用。本文就温州大学化学工程与工艺专业的毕业生进行调研,发现学生在所学的知识和培养的能力和企业所需的人才具有一定的差距。本文以服务浙江及其周边地区的经济作为出发点,初步建立了温州大学化学工程与工艺专业的CDIO工程教育理念,获得了一些正面的成果,为将来进行深入教学改革奠定了基础。同时,我们的改革尝试也为CDIO工程理念在化学工程与工艺专业的教育改革提供了一些思路。
参考文献
[1]孙晓莹.德国职业教育对我国职业教育发展的启示[J].教学研究,2006(5):384~387
[2]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国家化[J].中国大学教学,2008(5):16~19
[3]Edward F. Crawley, Johan Malmqvist, Sören Östlund, Doris Brodeur: Rethinking Engineering Education: the CDIO Approach[M]. Springer, 2007
[4]余国琮、李士雨.化学工程与工艺专业创新人才培养方案的制定与实践[J].天津大学学报,2004(1):1~4
[5]夏淑倩、张金利、傅虹、王保国.培养化工类专业创新人才的探索[J].化工高等教育,2010(3):10~12
[6]刘长久.适应经济社会发展需求的化工类人才培养改革探索与实践[J].高教论坛,2009(3):17~19
[7]吴洪达、李利军.化学工程与工艺专业实践性课程体系的构建[J].高教论坛,2007(6):105~107
[8]冯建军、李为忠.教育发展的根本之道在于尊重教育规律[J].教育纵横,2009(2):53~56
1教学形式改革—先实践后课堂
课程的教学不再是单纯的课堂内容灌输,而是先进行工厂实践,实地考察化工企业,对于工艺流程有简单清晰的具体认识,将大大提高课堂讲解的效率,有利于提高学生的兴趣。
2教学顺序改革—先设计再讲解
将典型的工艺流程放手交给学生设计,考察学生的实践效果以及基本化工原理的掌握情况,然后再进行有的放矢的指导和讲解,使得课堂教学深深植根于实际生产。
3教学手段改革—借鉴MOOCs的优点
大力提倡网络信息化教学,拓展教学的思路和深度,使得学生学习不仅仅局限于课堂,而是结合平日的资料搜索和自我学习,尤其是借鉴和引入国外优秀的教学课程和教学资源,提高学生学习兴趣和积极性。
4教学内容的改革—增加典型工艺的历史教学
【关键词】化工工艺;风险辨识;方法探究
中图分类号:TE08文献标识码: A
引言
近年来,化工生产事故时常发生,造成的损失也越来越大。从本质来讲,这就是化工工艺风险没有得到有效识别和控制的具体表现。化工生产涉及到很多危险化学品、化学反应条件以及化学反应,因此化工生产具有很大的风险。如何能够有效识别和控制化工工艺中存在的风险,已成为保证化工行业安全生产和可持续发展的核心内容。
一、化工工艺的概述
1、化工工艺概念
化工工艺即化工技术或化学生产技术,是利用化学原理,经过化学反应将化工原材料转变为产品的方法和过程。在生产中用到的所有措施即称为化工工艺。化学生产过程一般可概括为3个主要步骤:
1.1 原料处理。根据不同的化工生产情况、不同的化工原料,经过净化、提浓、乳化、混合或粉碎等多种不同的预处理,使原材料符合化工生产的具体要求。
1.2 化学反应。化学反应是化工生产的关键环节。在一定的温度、压力等条件下,让经过预处理的原料发生化学反应,通过合理控制反应速率,得到所需要的化工产品。化学反应的类型多样,氧化、还原、复分解、磺化、异构化、聚合、焙烧等。不同的化学反应类型,反应条件也不同,通过适当的化学反应,可以获得目的产物或其混合物。
1.3 产品精制。化工工艺中的每一个步骤都需要在特定的条件下通过化学或物理转变来完成,再运用分离的方法,除去化学反应中得到的副产物和杂质,获得符合成分规格的产物。
2、危险化工工艺
在化工生产过程中,可以引起火灾、中毒、爆炸等事故的工艺就被称为危险化工工艺。电解、合成氨、氯化、硝化、加氢、氧化、裂解等15类工艺都属于危险化工工艺的范畴。国家安全监督管理总局在《首批重点监管的危险化工工艺目录》中规定了所有典型的危险化工工艺[1]。
二、化工企业危险化工工艺风险分析
1、化工工艺的危险性
通俗来讲,工艺即生产方式,化工工艺即利用原料处理、产品精制、化学反应等多元方式开展的生产手段,来达成既有材料转化为目标化工产品的过程。具体的化工工艺流程作业中,每个环节、每个流程的的每个细节均需按规定要求和规范进行操作,唯有如此,才能使材料经过专业设备、仪器的作用,最终表现出预期的物理变化或者化学变化。而危险化工工艺则指:在具体化工工艺作业中,存在火灾、爆炸、中毒等诸类风险,或者可能发生相关事故的化工工艺。在某种程度上将,化工企业在工艺开展过程中,本身危险有害物质大有存在,加之包括化工原料、设备因素、作业不当等因素,隐患之钟时刻长鸣,一旦缺乏科学而严谨的相关化工工艺考察,没能进行良好的工艺保护措施,就很可能引发隐患,使整个化工企业处于危险状态。
2、化工工艺风险识别标准与内容
2.1 化工工艺风险识别主要参数标准
根据国外较好的风险识别机制经验,我国制定了一套适合在中国发展的化工工艺风险识别标准。化工生产主要存在火灾、爆炸和中毒等三种危险因素。化工生产每一部分的风险值范围在0-10,通过评估化工工艺每部分的风险值来最终评定事故的风险值。因为风险识别工作是在科学准确的参数标准基础上进行评价的,所以特别针对事故隐患中的严重程度制定标准参数。我国根据总成绩将风险价值分为重度、中度、轻度三部分,以便能够简洁地表达事故严重程度的概率。重度危险一般在七大部分的风险参数总分达到5分或5分以上。遇到重度危险时,要避免出现重大的生产安全事故,需要对当前化工工艺进行彻底的风险防范和工艺流程的改造。
2.2 化工工艺风险识别的主要内容
2.2.1 危险化学品
目前,我国已有相对完善的危险物品名单统计,并对相关的化学物质收录在案,给相关化工企业工艺安全风险预防提供了一定的参考。在名录中,国务院以不同危险化学物品的性质为基础,对其进行了类型划分,大体涵盖:易燃液体、易燃固体、易爆炸物、液化气体、压缩物等。毋庸置疑的现实情况是,在当前几乎所有化工企业的工艺生产也环节上,都会或多或少的涉及到以上几种危险物质的应用和处理,更有部分危险化工物品是化工企业工艺流程中不可或缺的主打原料。
2.2.2 反应装置的危险性
除了危险化学品外,化工工艺的安全隐患还来源于另外一大因子,即化工工艺进行所需的反应装置与设备。化工企业的运行,化工工艺的开展必须借助于一定的设备,各材料在设备内发生相关物理、化学反应。然而在这一过程中,反应设备出现故障、设备参数设置不当等可导致设备内环境发生变化,其内的化工原料、化工半成品、以及正常化工工艺的进行受到影响,不能朝预期方向进展,很可能伴生有毒气体、易燃、易爆等物质,这些物质在突发故障的设备环境下,因不明情况多、发处理复杂,极有可能引发规模较大的化工工艺安全事故[2]。
三、危险化工工艺风险辨识方法探究
安全重于泰山,全面预防化工企业危险化工工艺风险的发生,就必须搭建科学严谨的危险化工工艺评估体系,辨识危险源、开展安全评价、优化安全设计等工作,消减和清除工艺风险因子,形成安全生产数据库进行监督和管理。
1、危险源辨识
不同的化工企业其工艺风险源也不尽相同,各企业应以自身既有工艺为基础,深挖各工艺具体开展中所涉及的危险物质,可能面临的设备、装置风险。并对工艺所涉及的危险物质的温度、压力、容量临界、操作方式、触媒、腐蚀性和反应放热等多个因子进行分析,对危险物质各风险因子的危险系数进行等级划分,同时进行因子赋值并将所有因子进行累计计算,累计计算所得结果反映了该危险物质的风险程度。再将该类危险物质纳入风险数据库时,应对应增加其风险指标、危害程度及后果、控制方案等内容。
2、从化工生产设备的角度
在化工工艺过程中,存在着大量生产设备的安全风险,生产设备是化工工艺风险识别的重要检测项目。在化工过程中,只有保持生产设备工作的连续性,才能保证生产设备的高效率生产和良好的安全性能,更好地降低化工过程的风险性。
3、从化学反应过程的角度
在一个化学反应过程中,要严格进行风险识别检测,尽量不要使用反应剧烈、易中毒、易爆等反应材料。如果使用较为危险的原材料,最好选择在与外界隔离的环境下进行反应,避免外界受到反应物的破坏。
4、从安全防护系统的角度
在任何化工工艺的流程中,都会有其相应的安全防护系统,用于预防一些生产事故的发生。提高化工生产安全防护系统的安全系数主要通过政府、经营者和企业三方面采取不同的措施来加强化工工艺风险识别。
政府部门要加大对化工企业的安全管理、监督和指导力度,一经发现事故隐患,需责令相关企业采取有效的应对措施,对事故发生未采取相关防护措施的企业给予严厉的警告,甚至可以依法处理。“安全第一,预防为主”是每个经营者必须坚持的最低原则。在生产过程中,无论生产任务有多么重要,都要在确保员工生命安全的前提下进行操作,不要盲目只追求生产效率。只有这样,才能让企业经营效益得到最大化。
在企业的管理中,要建立安全的管理责任系统,系统化地管理企业,让企业在一个安全的环境中发展,时刻坚持安全第一、预防为主的原则,寻找生产中存在的不安全因素,更好地完善系统的薄弱环节,制定安全管理责任系统的制度,更好地杜绝事故的发生。
加强安全教育培训是企业安全生产的有效保证,特别是要加强员工对安全生产的认识,定期为员工提供相关的安全教育培训和各种安全操作练习,让员工总结事故发生的原因,认识发生事故的严重性,更好地让员工以安全第一的思想完成每一步生产工作[3]。
5、其他管理内容
其他管理内容包括方案设计与评估、数据管理、预算管理等。要确保安全辨识与评价的可靠、实用,必须对包括生态环境污染等内容在内的危险辨识及控制、工艺路线的科学性、作业的安全性、以及工程进度计划等方案进行综合评估;而针对企业的未来发展规划,数据库应具有运行稳定、更新快、可扩充的性能,预算管理则应根据实际风险特点,合理配置安防费用,降低企业的经营成本。
【结束语】
综上所述,在化学工业的发展过程中,只有了解化工过程的工业特点,才能更好地进行相关的生产风险识别和安全评估。在明确化工安全生产的形势下进行科学、有效的风险管理,在化工过程中要加强存在的不安全因素的识别工作,并及时采取措施,营造一个化工生产和安全的技术环境。
参考文献:
[1]周仲园,陶刚,张礼敬,张良,潘毅伟.危险化工工艺的风险评估研究方法综述[J].工业安全与环保,2013(02):87-89.
我校第一批到安庆石化进行生产实习的时间为大三下学期。此时,学生专业课程还没有学习完毕、专业知识体系尚未建立。学生们在实习过程中提不出具体的专业问题,实习收获较小。同时,我们发现,由于生产实习和毕业设计中间间隔时间过长,生产实习应该学到的知识很难应用到大四的毕业设计过程中。所以,我们调整了专业培养方案,把生产实习调整到大四上学期第15周左右进行。此时,学生专业课程已经学习完毕,毕业设计题目已经给出。学生在毕业设计开题报告和设计初期遇到的工程工艺问题,都被带到了实习现场。工程师现场指导和答疑,更好地完善了后期的毕业设计工作。
2设计实习过程
2.1“三明治”式仿真实习
化工仿真实习能够克服大型化工厂实习时不能动手、不易深化的缺陷,不受时间和条件的限制,不出校门就能了解化工生产的整个工艺流程,完成对实际操作的培训。目前,化工仿真实习已经是生产实习有效的辅助工具。在以往的生产实习过程中,一般根据情况安排现场实习前或者现场实习后进行仿真实习。我们发现,仿真实习如果安排在现场实习前进行的话,学生会带着问题去现场实习,但是实习结束后没有进一步进行巩固,学生对工艺流程掌握不牢。而仿真实习如果安排在现场实习后进行的话,学生去现场实习前会对整个化工流程不甚了解,现场实习效果不佳。针对这种情况,我们实行了“三明治”式仿真实习,即在现场实习之前先进行某个工艺的仿真实习,使学生能够带着问题去现场。然后在现场实习之后,对仿真实习进行进一步的巩固学习。通过这次改革,明显提高了教学效果与效率。
2.2生产实习与毕业设计相结合
由于很多学生对生产实习的重视程度不够,认为生产实习就是到企业转一转、看一看。比如在以往的实习过程中,我们发现在工厂工程师讲解工艺流程和现场参观时。主动提问题的学生比较少,并且部分学生在实习中不认真听讲,有聚岗、脱岗现象,表现出一种无所谓状态。所以我们根据安庆石化安排的相关生产实习(主要为化工部、腈纶部,炼油一部和炼油二部),对实习学生进行了合理的分组,安排每组学生针对一个相关生产工艺进行完整的毕业设计。并且在生产实习前一个月左右把相关题目下发给学生。这样学生会带着毕业设计中遇到的相关问题到企业实习,增强了实习过程的针对性和目的性,丰富了生产实习的内涵,提高了学生的实习热情。采用该方式做毕业设计,学生很容易进入实习状态,大大提高了实习效率。
2.3带队老师参与讲解
由于目前实习管理费、住宿费、交通费都有较大的提高,而高校相关实习经费普遍较低。造成化工生产实习经费相当紧张,一般高校均通过压缩实习时间来降低实习费用。另外,由于高校招生规模扩大,我校平均每年化工专业(含三本)学生约170名左右。而安庆石化不能抽调过多的工程师进行带队讲解,所以前两年会出现一个工程师带领30名左右的学生进行参观学习的情况。并且生产现场噪音大,即使使用扩音器讲解效果也不好。这些都严重影响了化工生产实习效果。针对这种情况,我们化工教研室的老师利用假期到安庆石化进行了多次的现场学习,充分了解了各个生产环节的知识点和要点。然后在实习过程中由工程师和带队老师共同对生产工艺进行讲解。由于每组人员得到了分流,实习效果得到明显提高。
3严格实习管理和考核
3.1“一票否决制”管理制度
在入厂实习前,与学生签定安全生产实习协议书,主要是学生对实习期间的安全问题、实习内容的完成、实习效果等方面庄严承诺。但是在实习过程中,我们发现仍有少部分同学无视安全纪律,造成一定的安全隐患。所以,我们严格实行了“一票否决制”,即一旦发现在某些方面违规,立即终止其实习资格,取消其实习成绩。主要有以下几个方面:①携带火具和香烟入厂;②在实习过程中打闹嬉戏;③未经许可乱动设备和阀门;④擅自脱岗。“一票否决制”管理制度的实施,极大地约束了学生们的不良习惯,尽可能的降低了事故的发生。
3.2增设答辩考核环节
在以往的考核过程中,我们发现部分学生存在实习记录混乱和抄袭实习报告的现象。另外,部分学生由于不认真实习,所学知识甚少。所以除了继续规范实习记录、现场表现和实习报告以外,我们在实习结束后增设了实习答辩环节。让每个学生把自己在实习过程中学到的知识和心得体会与其他同学进行交流。同时,在答辩过程中,专业老师根据实习内容对学生进行提问。结果表明,答辩环节考核制度的建立,使学生们在实习过程中对工艺流程的细节问题有了足够的重视,实习过程中的规范性和认真程度得到了很大的提高。另外,经过答辩,同学们对相关工艺流程有了更深的认识,有利于进一步开展毕业设计工作。
4结论
十五、十六周,我们进行了长达两周的金工实习,在这两周里我获益匪浅。
第一天,我们先进行了安全教育。在短短的半小时里,我知道了一些加工仪器的危险性,但这种危险性只是存在于不正确操作的前提下,所以这次教育在我后来的实习中起到很大的作用,让我时刻谨记着要按正确程序进行每一个工序。
接下来是我有生以来第一次接触加工仪器,车床。车工是在车窗上利用工件的旋转运动和刀具的移动来改变毛坯形状和尺寸,将其加工成所需要零件的一种切削加工方法。在车公的操作里,首要的是熟悉各种开关和功能键的使用,再次是要注意安全,所有调节必须在断开电源时完成,之后才可以启动开始车工件。这次我们的任务是将一个圆柱的毛坯车成一个直径为22mm的球体,在车球体时,我学习到一定要慢慢的车,不要太急,不然球体很难成型,有些人会车成椭圆形和梨状,都是由于操之过急。
第二天,我们就要进行铣工了,在铣床上用铣刀对工件进行切削加工的方法叫做铣工。这次的任务是将一个圆柱体切割成一个18*18的长方体。这个工作的困难度不大,基本上在之前的设置做好了,加工时就比较空闲,只是注意着工作的进度和及时换面。特别要注意的是铣刀的转速和移动的速度不能太快,因为铣刀的发热和飞溅起来的热铁碎很危险的。
第三天,CAD RP。这一天主要是用SolidWorks来画出自己心目中理想三位图像,因为以前我们有SolidWorks的课程,所以只是对它进行一次复习。然后就是听了介绍快速成型技术和观看了快速成型的演示。如何将三维软件画出来的三维图转化成快速成型机可以进行加工的形式。这次的快速成型的教育,使我们对比较现代的加工技术有了一定的了解。
接下来的两天里,我们学习了数车和数铣。由于设备条件问题,这两天,主要是学习如何进行数车里对工件加工的程序编程,要明白数车加工的工艺问题,然后明确每一步加工的先后顺序和每一步要做到的目的,那么数车的程序编写就不成大问题了。再加上进行模拟的数车加工过程,对自己编写的程序进行修改。数铣主要是编写成模拟的加工操作,再将其转换成数铣可识别的程序。
第二周里,我学到了线切割工艺,其最重要的是懂得把自己制得图调到线切割机进行线切割,并且要注意自己的图的入刀的方向,这一点是比较重要的,许多工件加工后切断和切不到,都是因为入刀时,电极丝和铁板毛坯的进到点位子调得不对。
我们是这两周里唯一有参加工业安全培训的,可能别人看来并不重要而且浪费时间。但培训过后我反而觉得我学到了许多更加贴近生活的东西。培训里教会我如何在接触仪器和金工时的安全操作,如何避免意外保护自己。并且细致到在人力移动重物时的动作和安全措施。并学会如何在火灾中保全自己,每年我国许多人死于火灾,就是因为缺乏救火和火灾逃难的常识,而且学会了如何使用灭火器。这些知识对我以后都有着比较重要的作用。
在热处理里,学到了如何使用硬度计测定物体的硬度;如何通过金属材料在砂轮上产生的火花辨别该金属属于那种含碳量的钢质体。并且进行了正火、淬火和回火的热处理工艺,了解每种工艺对金属产生的变化,包括硬度等。
铸造是我们这么多天来比较累的一个工种。它是古代一直使用的制造零件的办法,但是在现在由于技术发展,逐渐被淘汰了。但是其工艺的艺术不能就此而消失,我们有学习的必要。铸造的每一步都讲求细心,灌沙,插沙到修补,每一步都要手巧。特别是修补更加要求细心和巧手,在整个过程中,更重要的是学习其中不同的工具的使用。要制作成一个可以使用的模具还需要大量的时间学习和把握。
数控板金是我们最后的一个工种,板金是将板状材料利用数控板金机将其折叠成一定的形状和角度。这个工艺,重要的把自己要加工的工件的尺寸和位置等明确。在加工时要输入正确的参数和加工的步骤,接下来就是自动的加工。加工时应该注意的安全问题是,要确保身体,特别是手要离开压制机的压口位置,保证安全时,才踩下脚踏。最好是由一个人操作,其他人员不要在别人操作时,乱碰机器,以免发生危险事故。这次我们做的工件是手机座,我感觉比较困难的是剪下机座底板模型,有些部位用剪刀是很难剪刀的,最后还需要打磨。
在这两周的时间学到了许多在平时课程上学不到的知识,虽然说并不是每一种工艺都牢牢地把握达到可以参加生产工艺的程度。但到这次的接触里,在我们的脑中对每种工艺都有一定的直观上的认识和感知,对我们以后,如果要参加到有关的工作或者有需要用到这些工艺时,就不会感觉陌生和一点头绪都没有。
姓名:张伟志
学院专业:化工与能源学院
化学工程与工艺
关键词:环境工程;污水处理;实践教学;仿真
作者简介:周振(1981-),男,山东临沂人,上海电力学院环境与化学工程学院,副教授;张萍(1960-),女,上海人,上海电力学院环境与化学工程学院,副教授。(上海 200090)
基金项目:本文系上海市教委精品课程《给水处理工程》、上海电力学院研究生课程建设、上海电力学院培英计划的研究成果。
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)05-0186-02
作为以培养应用型人才为主的环境工程专业,毕业实习是其实践教学过程中的重要环节,可加深学生对基础知识的理解与掌握,提高学生利用理论知识分析与解决实际问题的能力。[1,2]其中,污水处理厂的现场参观学习通常是环境工程实践教学环节的重要内容。现场参观学习需要了解污水处理工艺、控制过程和运行管理措施,但由于实践教学存在时间紧、现场介绍直观但不够系统等问题,导致学生的实践学习往往流于表面,缺乏对污水处理系统的全面了解,更无从谈起实际运行管理与理论知识的结合。
随着科学技术的迅猛发展,计算机仿真技术越来越广泛地被应用于各领域的专业教学,如自动化、[3]水电机组监测与故障诊断[4]等。目前,计算机仿真在环境工程实践教学中的应用偏重于运行演示,[5]缺乏与实际污水处理厂的关联及运行管理原理分析。本文拟在毕业实习环节中引入国际水质协会推荐并经实践检验的活性污泥模型(ASM)[6,7]和污水处理专业仿真软件WEST,[8]建立典型工程案例的污水处理工艺模型,通过整体介绍与细节分析让学生掌握污水处理中的关键运行控制变量,让学生目的明确、全面深入的了解污水处理过程和运行特性。
一、污水处理系统仿真软件概述
污水处理系统仿真软件一般由动力学模型、模型表达、参数校正、数值分析、数据表达和用户界面等模块组成。[7,9]在污水处理领域,用于数学模拟的软件可分为四个层次:[7,9]一是电子数据表,可进行稳态计算,实现针对普通微分方程的简单数字程序;二是低端通用型语言(如FORTRAN、C、Basic等),创建模型的灵活性最高,但耗时费力;三是通用仿真软件(如Mathematica、MATLAB等),能够执行模型运算,可从网上下载;四是专业仿真软件(如BioWin、WEST等),主要由预定义的工艺模型单元库构成。
WEST3.7.5将用于本文污水处理系统仿真和工艺分析。WEST软件是由比利时Hemmis公司与Ghent大学联合开发的、用于污水处理工艺动态模拟的专业仿真软件。通过引入组件单元(如活性污泥反应器、沉淀池、传感器等),软件可帮助用户使用分级图形编辑器构建模拟对象,并建立组件单元间的关联;后台模型库中提供了大量的组件模型以供选择。软件为高级用户提供了二次开发平台,通过MSL数据库可实现用户对模型库的自定义扩展。WEST软件目前在欧洲、北美、亚洲和澳大利亚拥有许多用户,在工业废水和生活污水处理领域均有应用。
二、模拟仿真在实践教学中的应用
目前上海市共有53家城镇污水处理厂,其工艺包括厌氧/缺氧/好氧、缺氧/厌氧/好氧、氧化沟、Unitank、MSBR等,千差万别的工艺使学生在多家污水处理厂的参观实习过程中很难把握其本质。因此,针对不同处理规模、工艺差别较大、处理目标不尽相同的污水处理厂,如何提炼污水处理运行管理中具有普遍规律性的内容并掌握应用就成为毕业实习教学的重点。
由于大部分城市污水处理系统均采用二级生物处理工艺,通常涉及到厌氧、缺氧、好氧和固液分离4个处理过程,以满足COD降解、悬浮固体去除、硝化、反硝化和强化生物除磷的需要,因此引入ASM模型对典型生物处理系统进行研究将具有普适性的意义。此外,对污水处理厂能够进行调控的操作变量进行梳理,可概括出污水生物处理系统的6大操作变量:进水流量、流量分配、剩余污泥排放、污泥外回流、好氧池混合液回流量、供氧量或溶解氧设定值。为此,可通过计算机仿真技术操作变量进行详细分析,以得到不同运行参数下影响污水处理厂出水各指标的最佳调控变量。典型的计算机仿真工艺流程[8]如图1所示。
在计算机仿真教学过程中,兼顾了系统整体介绍和细节分析,既通过仿真分析介绍了控制变量对出水水质的影响,又通过动力学模型分析解释了污水处理厂控制参数设置的合理性。如参观污水处理厂的溶解氧设定范围为2~3mg/L,为了有助于学生分析其设定范围的合理性,在实习过程中引入了ASM中开关函数的概念,并通过模型演示介绍了溶解氧对反应速率的影响(见图2)。通过相关的模拟仿真分析,加深了学生对实习过程中污水处理过程工艺控制的认识,有助于学生理论知识与实践知识的融会贯通。
为了更好地突出数学模型仿真教学的优点,在毕业实习过程中,首先给学生布置部分问题,让学生带着问题进行污水处理厂的现场参观学习。待完成现场参观学习后,要求学生进行实习内容总结,数学模型仿真与实例分析安排在实习内容总结之后。在计算机仿真演示之外,要求学生结合专业知识对仿真结果进行分析,并对仿真结果进行估计。与此同时,结合计算机仿真和数学模型计算对实习过程中参观污水处理厂的工艺特点和存在问题进行分析。
在工程实例分析中,选取上海市的典型污水处理厂氨氮去除效率高但出水总磷浓度过高的案例进行分析,并通过计算机仿真分析提出运行管理建议。考虑到氨氮和总磷的协同达标问题,通过模拟仿真分析建议增加排泥量降低系统污泥龄以有效降低出水总磷,并适当降低好氧曝气过程中的溶解氧控制值,以防剩余的溶解氧干扰反硝化和厌氧释磷,这也有助于降低出水总磷浓度。
三、实践教学效果分析与建议
实践表明,将计算机仿真教学与污水处理厂现场实习结合,能收到很好的实习效果。与传统的参观实习方式相比,计算机仿真作为对实际生产过程的等效描述,能以其独有的技术和效果为学生提供一个良好的多通道学习机会和训练创造性思维的氛围。通过系统性的对污水处理工艺过程进行描述分析,学生能够将现场参观实习的感性认识上升到系统分析的理性认识高度。仿真操作不仅可以使学生将所学的理论知识与实践结合起来,也可以为他们的思维提供一个宽广的空间。计算机仿真分析的工艺流程演示有助于学生树立起全局观念和学习的积极主动性,这是因为仿真分析需要用系统的观点对污水处理工艺的运行管理及可能达到的效果和出现的问题进行分析,要求运用所需知识探索各种参数之间的相互影响,才能得出最佳的运行管理效果。
从2011年和2012年的毕业实习教学效果来看,基于数学模型的污水处理工艺仿真演示对提升教学质量有非常明显的效果,学生的学习积极性和动手能力都得到了较大的提高。从学生实习报告的质量来看,对工艺流程和单元模块作用的分析较以往深入,对实习过程中问题的回答方向性也更为明确。
当然,计算机仿真技术应用的前提是对相关模型的深入了解,但目前教学环节中尚缺乏对污水处理数学模型的系统讲授,这就造成学生对数学模型与结果分析的理解较为吃力。因此,在实践教学中简化了建模与模型分析的步骤,要求学生集中更多精力用于模型结果的分析。另外,由于数学模型仿真分析是一项耗时费力的工作,在2011年和2012年毕业实习引入计算机仿真分析时,仅采用多媒体课件的形式进行结果的分析演示,今后将考虑分步骤引入案例小组讨论、模拟仿真分析实验等内容。
参考文献:
[1]李春杰,贾金平,王文华,等.环境专业实践教学和实验课程体系的建设[J].中国大学教学,2007,(2):18-19,22.
[2]黄锦勇,刘爱华.基于环境工程应用型人才培养的实践教学改革探讨[J].中国电力教育,2011,(28):141-142.
[3]李姿.MATLAB仿真在自动化专业教学实践环节中的应用[J].中国电力教育,2010,(9):134-135.
[4]郑源,潘虹.计算机仿真系统在水电机组监测与故障诊断教学中的应用[J].中国电力教育,2012,(9):110,116.
[5]孟庆建,何志勇,许宁.计算机仿真系统在环境工程专业实践教学中的应用[J].化工高等教育,2004,(4):66-68.
[6]Henze M,Gujer W,Mino T,et al.Activated sludge models ASM1,ASM2,ASM2d and ASM3[R].London: IAW Publishing,2000.
[7]周振,吴志超,顾国维.活性污泥系统仿真软件的研究进展[J].中国给水排水,2010,26(4):1-5.