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[關鍵詞]化工熱力學;能源化學工程;教學實踐;教學體會
化工熱力學是化工類學生的專業必修課程之一,主要講述熱力學定律在化學工程領域的應用,包括化工過程中各種形式的能量之間相互轉換規律及過程趨衡的極限條件等。它是培養學生分析和解決實際化工問題思維方法的重要專業理論基礎課[1-3]。然而該課程的課程內容抽象、計算繁瑣,學生感到非常難學又缺乏實際應用,在課程學習過程中學生產生恐懼和厭學心理,達不到良好的教學效果,因此,我們對該課程的教學內容和教學方法進行一些改革和嘗試,希望激發學生學習的興趣,進而更好地掌握這門課程,為后續專業課程的學習夯實基礎。武漢大學2013年新開設的能源化學工程專業是由1958年原武漢水利電力學院開辦的“電廠化學”專業發展而來,主要面向電力行業及高效潔凈能源領域(包括超臨界火電、核電、生物質能、氫能、新型化學電源等),培養掌握化學與化工基礎理論及能源化學專業知識和技能的未來行業發展的領軍人物。目前,本專業主要有水處理、材料腐蝕與防護、化學監督與控制、能源化學四個主要研究方向。為了適應學校對新專業發展和一流學科建設的要求,2015年在本專業大三學生中新增設了《化工熱力學》這門化工類專業的專業基礎課程。如何調動學生的課堂積極性,培養學生的創新能力,夯實學生的專業基礎,使他們在54學時的學習過程中理解并掌握本門課程的基本概念,并且將抽象的理論與實際的能源化學過程聯系起來是本課程的核心教學任務。本文結合我校能源化學工程專業的培養目標,淺談《化工熱力學》的教學體會,著重對教學方式進行了探索和實踐,為培養能源化學工程領域的領軍人物奠定基礎。
1明確教學內容與課程主線
結合我校《化工熱力學》課程以工程應用為中心、專業研究方向覆蓋面廣等特點,我們選用了朱自強等編著、化學工業出版社出版的《化工熱力學》作為教材[4],同時,也鼓勵學生使用部分參考教材(《化工熱力學》,馮新等編,2008;《化工熱力學(第二版)》,陳鐘秀等編,2000;《化工熱力學導論(原著第七版)》,J.M.史密斯等編,劉洪來等譯,2007)[5-7]。化工熱力學發展時間較長,已形成較完整的知識體系,如何在54學時內有效地把關鍵知識點教授給學生是本課程教學實踐的關鍵。由于本專業學生在大二《物理化學》課程中已經系統學習了理想氣體相關的狀態方程及其應用,因此在本課程教學中不再贅述,而是重點介紹工程實際應用較多的二參數狀態方程、化工熱力學分析、溶液熱力學、流體相平衡和化學反應平衡等。在教學實踐中,首先,詳細分析《化工熱力學》教材結構,圍繞主線內容合理編排知識點;其次,建立好各知識點之間的邏輯關系,讓學生在大腦中建立化工熱力學框架圖;最后,根據能源化學工程專業的需要,適當刪減補充了教材內容,結合學科動態,增強化工熱力學的應用能力,如燃料電池開路電壓的計算、水/二氧化碳共電解制合成氣過程中氣體組成的計算等。
2改變單一課堂教學模式,培養學生自主學習能力
化工熱力學課程設計的公式多而繁雜,學生在開始學習階段容易產生恐懼厭學心理,傳統的單一課堂教學模式具有“教師主導學生學習”的特點,與本課程“教師引導學生學習”的教學目的存在較大偏差。因此,應改變傳統單一課堂講授模式,充分采用“啟發式”和“參與式”相結合的教學方法。首先,教師在課前預習階段設疑(提出問題),促使學生思考,復習舊知識,預習新知識;其次,教師在教學實踐過程中采用多媒體和板書相結合的教學方式解疑(解決問題),并通過對例題和習題的講解加深學生對化工熱力學原理、方法和應用的理解,同時,教學過程中應避免陷于抽象的說教和枯燥的公式推導之中,重點講述化工熱力學知識點的應用條件和物理意義;最后,課堂教學結束后,教師主動與學生面對面交流答疑(探討問題),并設置思考題讓學生查閱相關資料。通過“設疑—解疑—答疑”的漸進式教學方法達到對關鍵知識點舉一反三的目的,同時,吸引學生注意力,培養學生自主學習能力,提高學生學習的積極性和主動性。
3課堂教學與工程實踐密切結合,培養學生初步的工程觀點
化工熱力學由于理論性較強、基本概念多且抽象,而且本科生在學習過程中接觸科研課題及工程實踐的機會較少,將課堂教學內容與科研課題及工程實踐緊密結合起來,建立“以應用為中心”、“探究式”的特色教學模式,緊密聯系我校在能源化學工程領域(特別是超臨界火電、核電、生物質能、氫能、新型化學電源等方面)開發利用的化學工程實際問題,把學科前沿領域的科研成果帶入課堂,可以使他們強化科研思想、激發聽課興趣、培養創新能力;同時,可以讓學生獲取利用化工熱力學基本原理解決工程實際問題提供思路和方法,培養學生初步的工程觀點。
4考核方式方法研究
傳統的期末一張考卷為準的考試方式不利于學生能力的培養,也不能全面地體現學生對所學知識的掌握程度,為了更加系統全面地評價學生對課程內容的認識情況,我們對課程的考核方式方法進行了改革探索。目前,課程成績總評包括平時成績和期末成績兩部分,其中平時成績包括學生的課堂綜合表現、課程預習、平時作業三個部分,各占10%;期末考試采用開卷方式考試,考試的題目偏重于對知識點的理解和其在能源化學過程中的應用。然而由于該課程的課程內容抽象、計算繁瑣,教學過程中發現仍有部分學生存在畏懼厭學心理,因此,在今后的教學實踐中應考慮進一步激發學生的學習興趣,增強學生的主觀能動性,在課堂教學中引入分組討論,開展導向性的專題研究,將課程內容與能源化學過程(特別是學科動態)相結合,培養學生查閱資料和分工協作的能力,為學生下一步學習專業課程夯實基礎。
5結束語
在《化工熱力學》課程的教學實踐和嘗試中,首先要明確教學內容與主線,打破單一的學生被動聽講的模式,理論聯系實際應用,調動學生學習的積極性和主動性,激發學生對教學內容的興趣,并且在教學的過程中對教學方法進行改革創新,因材施教,為學生下一步學習更專業的能源化學工程知識和從事新能源行業工作奠定扎實的基礎。
參考文獻
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[4]朱自強,吳有庭.化工熱力學(第三版)[M].北京:化學工業出版社,2009.
[5]馮新,宣愛國,周彩榮,等.化工熱力學[M].北京:化學工業出版社,2008.
[6]陳鐘秀,顧飛燕,胡望明.化工熱力學(第二版)[M].北京:化學工業出版社,2000.
化學工程與工藝專業的定位
1.化學工程與工藝專業的性質及培養模式
化學工程與工藝專業屬于工科專業,授予工學學士學位。由于化學工業的相關領域極為廣泛,化學工程與工藝專業涉及的專業方向也就非常多樣化,各高校的化學工程與工藝專業特點亦不盡相同。我校近年來根據社會經濟、工業發展的需求趨勢,兄弟院校化學工程與工藝專業方向的設置,以及我校原有的相近專業優勢,設置了能夠體現我校特色的化學工程與工藝專業方向,逐步建立了適合我校化學工程與工藝專業的教育培養模式。2008年,我校化學工程與工藝專業已有7屆本科畢業生,其學生就業形勢良好,社會反饋積極.在制定教學計劃的工作中加強教學內容和課程體系的改革,加強實踐教學環節,目的在于進一步提高教學質量,培養適應能力更強的化學工程與工藝人才。
2.化學工程與工藝專業的任務
根據化學工程與工藝專業的性質,化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造,對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多,化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向.
3.化學工程與工藝專業的業務培養目標
本專業培養具備化學工程與化學工藝方面的知識,能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作的工程技術人才。
4.化學工程與工藝專業的課程設置
為了使不同高校既有統一的規范,又有不同的專業特色,根據應化學工程與工藝專業的任務和業務培養目標,化學工程與工藝專業的畢業生應該具有較扎實的化工理論基礎,較寬的化工應用知識以及一定的工程技術基礎,從而該專業的課程設置(公共課、基礎課除外)應由基礎化學課、工程基礎課和專業方向課3部分組成。基礎化學課包括:無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。工程基礎課主要包括:化工儀表與自動化、化學工程基礎、電工電子學等。專業方向課:可根據具體方向選擇專業化學課,如電化學工程方向可選理論電化學、化學電源工藝學、電解工程和電鍍工程等。精細化工方向可選擇化工工藝學、化工分離工程、化學反應工程等。另外實踐性環節包括基礎實驗、綜合實驗、提高實驗、生產實習、畢業實習和畢業論文等。
我校化學工程與工藝專業方向
就專業方向而言,化學工程與工藝專業的性質是工科。化學工程與工藝專業應該是培養具有較扎實及寬廣的化學工程理論基礎知識,特別注意培養學生的動手能力及解決實際問題的能力。教學計劃的總體設計中要體現應用型人才所具備的工程技術基礎知識,重視實驗、實踐、實習、畢業論文等環節。設置專業發展方向,結合廣西經濟發展的需要,建立在合理利用廣西及學校的資源及適應科技發展、注重社會需求基礎上。據此,我校化學工程與工藝專業專業方向設定為:電化學工程與精細化工。
武漢科技大學化學工程與工藝專業始建于1958年,原名為“煉焦化學專業”,1985年改為“煤化工專業”。1992年,按“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業分別招收新生。1996年,隨著教育部大學本科專業目錄的調整,“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業歸并為“化學工程與工藝”專業。盡管名稱幾經變化,但始終堅持煤化工培養方向和煤焦化的特色。其原因主要是由于武漢科技大學的前身“武漢鋼鐵學院”和“武漢冶金科技大學”原來隸屬于冶金工業部,畢業生主要面向鋼鐵冶金系統;培養目標針對性、學生的工程意識和實踐能力較強,受到鋼鐵冶金行業焦化企業、科研院所的認可。目前,武漢科技大學化學工程與工藝專業為國家級特色專業,擁有化學工程與技術一級博士點和化學工程與技術博士后科研流動站。經過幾代人的辛勤努力,學校化學工程與工藝專業的教學和科學研究規模及水平均有了顯著的提高。在化工專業“寬口徑”培養模式下,堅持煤化工方向特色有著重要的現實意義。首先,中國是以煤為主要能源的國家,在一次能源中,煤炭占70%左右,在較長的時期內這一能源結構不會改變[4]。大力發展煤化工產業,推廣潔凈煤技術,保證國家的能源安全,是中國的一項基本能源政策。其次,煤焦化是煤化工中技術最成熟、應用最廣泛的一種煤炭綜合利用方法。至少在50年內,采用高爐,利用焦炭作為煉鐵的主要燃料、還原劑和料柱支撐體的技術仍將是鋼鐵冶金的主流技術。再次,“節能減排”是中國的重要戰略任務,也是全世界面對的主要挑戰。面對以煤煙型污染為主和焦化行業普遍污染嚴重的現實,從煤炭利用源頭減少污染是實現“節能減排”的必由之路。最后,煤化工(包括焦化)行業涉及到中國能源供應和安全、鋼鐵行業的生存和發展以及節能減排的實現,當前以致今后相當長的時期仍是中國國民經濟的主戰場。因此,武漢科技大學的“化學工程與工藝”專業堅持煤化工方向特色是非常必要的;理順兩者的關系,既具有理論意義,也具有實際價值。
二、特色專業建設的基本原則
進行具有煤化工特色的化學工程與工藝專業建設,是優化專業學科結構,推進教學改革,加強內涵建設,提高人才培養質量,提升專業競爭力的重要舉措。這不但有利于促進學校教學基本建設,進一步改善辦學條件,鞏固辦學特色,而且有利于提高辦學實力,更好地適應以煤化工為主的經濟社會發展的需要[5-6]。
(一)市場導向
目前,中國大學生就業已完全走向市場,學生和用人單位之間進行“雙向選擇”,大學畢業生的一次就業率已經成為評價一所大學教學質量和綜合競爭力的主要指標之一。要提高就業率,就必須瞄準市場對人才的需求,特色專業建設也必須以市場為導向,培養市場需要的專業人才。
(二)自主創新
特色專業建設是中國高等教育教學改革的一項新內容,本身具有探索性、創新性,加之各校各專業都要根據內外部條件形成自己的特色,更無先例可循。因此,特色專業建設要在教育觀念、人才培養目標、人才培養模式、課程體系改革和評價標準等方面堅持創新。
(三)錯位發展
特色專業建設要在市場導向的基礎上,根據現有的辦學條件、科研成果和發展潛能,集中力量,凸現特色;堅持有所為有所不為,采取“人無我有,人有我優,人優我新”的差異化策略,實現“錯位發展”,避免正面競爭。
(四)相對穩定
特色專業建設是一項系統工程,是一個不斷建設、不斷積累、不斷完善的過程,其特色的形成應該具有相對的穩定性。同時,要適應內外部環境的變化,具有一定的前瞻性,能夠體現現代科學技術發展的趨勢和未來社會和市場的需求變化。
三、主要措施
(一)更新教育觀念
辦學理念和專業建設觀念是特色專業建設的指導思想,決定著特色專業建設的方向、進程和績效。特色專業建設是一項涉及專業建設多方面創新和變革的教學改革活動,必須首先在專業建設和教學理念上實現突破,更新傳統的教學觀念以適應時代和社會發展的需要。為此,化學工程與技術學院針對“寬口徑”的教育觀念進行了多次研討,并邀請、走訪用人單位,進行深入地調研,逐步樹立了化學工程與工藝專業在“寬口徑”培養模式下堅持煤化工特色教學的觀念。
(二)加強師資隊伍建設
師資隊伍建設是特色專業建設的根本保證。特色專業需要配備有學科特色的師資隊伍,其教學和科研方向專長必須和專業特色的培育相匹配。化學工程與工藝專業的專業課教師多數既是理論知識的傳播者和研究者,又是專業工程的實踐者。他們多數在武漢科技大學設計研究院從事煤焦化設計研究工作,有著豐富的實踐經驗。近年來,隨著學校跨越式發展,新引進了一批優秀的青年教師。這些青年教師多數沒有煤焦化專業的知識背景,為此,安排新教師隨班學習煤焦化方面的課程,而后安排到焦化廠進行3個月現場學習,并在學校設計院教師指導下完成焦化的工程設計,經教研室組織考核合 格后方可上崗。
(三)創新課程體系
特色專業建設必須目標明確,在保持專業目標的基礎上突出體現特色目標;在人才培養規格上要有明顯特色,同時制定科學合理的人才培養方案。課程體系是高等院校實現人才培養目標和基本規格要求的總體設計藍圖,設置合理、科學、超前、前后呼應的課程體系是特色專業建設的基礎和關鍵。應廣泛吸收國內外先進的教育理念和教學經驗,整合教學改革成果,優化課程教學內容,不斷豐富課程內涵,努力構建適應經濟社會發展需要、反映時代特征、具有學校特色的化學工程與工藝本科專業課程體系。依據學校的學科特點,在培養“通才”的基礎上,構建了“焦化特色模塊”、“精細化工模塊”等專業方向課程。同時,將煤化學課程列入專業基礎必修課,從而保證學生具備煤化工的知識背景。新的課程體系充分體現了“提升內涵、強化特色”的教學指導思想。
(四)改革實踐教學環節
特色專業建設過程中,要高度重視校內外實習、實驗、實訓基地建設,為培養學生創新能力、實踐能力提供良好的實踐教學條件。近年來,化學工程與工藝專業建立了一批相對穩定的教學實習基地。考慮到專業培養方向的要求,實習基地以武漢平煤武鋼聯合焦化有限公司為主體。該公司在國內具有技術力量雄厚,生產工藝先進的特點,并具有較高的管理水平。同時,該公司可以說是焦化的一部“百科全書”,建有4.3m、6m、7.63m焦爐,所采用的配套工藝也有多種,是一個相當理想的本科專業特色教學實習基地[7]。在實驗教學方面,依托湖北省煤轉化與新型炭材料重點實驗室,通過開設本科生創新性實驗與創新性研究等課外實踐活動,為培養學生的動手能力、創新能力、提高人才培養質量和專業特色教學提供了保障。
(五)強化課程、教材建設
課程建設是專業培養目標實現的基本途徑,專業特色必定要在課程建設中得以體現。在進行課程體系改革的同時,學校十分重視課程內涵建設,重新整理了傳統課程的教學內容,加強不同學科之間的交叉和融合。如在煤化學課程的基礎上,將其它一些主要能源也引進來,從而形成了能源化學課程。在化工設備及材料中融入了力學、材料等知識;化工設計基礎與技術經濟分析課程在原來技術經濟分析的基礎上,增加了化工設計內容,以加強學生動手能力的培訓;根據企業用人需求,增設了化工CAD繪圖與識圖。教材的質量體現高等教育和科學研究的發展水平,也直接影響本科教學的質量。為提高教學效果,主要專業課程都選用省部級以上優秀教材、“面向21世紀課程教材”、“十五”、“十一五”國家重點教材和教學指導委員會推薦的教材。同時,鼓勵教學經驗豐富、學術水平較高的教師編寫與出版具有學校化學工程與工藝專業特色的教材,以進一步優化教學內容和深化課程體系改革。目前,本專業自編公開出版的教材主要有:《煤化學》《燃氣工程》《化工技術經濟學》《化工設計概論》《化學工程與工藝專業實驗》以及《環境工程導論》等,其中《煤化學》為國家“十一五”規劃教材。
(六)建立健全質量保障和監控機制
建立健全質量保障和監控機制是創建特色、保持特色的關鍵。只有特色鮮明,才能優勢突出;只有集中力量重點建設,才能使學校加強對某一專業重點投入,創造良好的教學、科研條件,取得預計的成果。特色專業更強調精干高效,它是學校具有標志性作用的專業。要做到這一點離不開質量監控。為進一步保證教學質量,實行課程、專業帶頭人負責制,并建立了科學、合理的教學質量監控體系,包括學生評教制,干部同行評議制,教學檢查員聽課指導制,教學信息員信息反饋制,監督電話、信箱信息收集制,等。此外,還加大了對青年教師的培養力度,為青年教師配備指導教師,制定青年教師“過教學關”計劃。上述措施有力地保障了教學質量的穩步提升,為培養高質量的煤焦化特色化工專業人才提供了制度保障。
1.1以市場為導向
隨著能源需求量不斷增大,我國對開發能源的技術人才也有了更高的要求。我國教育部在1996年將“煤化工”等專業列為化學工程與工藝專業,促進我國煤化這一特色專業發展。加強煤化工特色建設,可以擴大煤化工產業,推廣清潔能源,這也是市場經濟的必然需求。煤化工特色建設,要以市場為導向,將學生的就業與市場相結合,從而保證學生在面對社會選擇的時候,有足夠的自信,具備扎實的專業基礎和技術水平,提高就業機會。
1.2發揚創新精神
只有發揚創新精神,才能夠彰顯特色。特色專業是經過改革后被確定的內容,它本身就具有探索和創新,但煤化工專業發展中,以往的教學經驗仍然會對創新有所阻礙,因此在建設有特色的煤化工專業時,要用發展的眼光看問題,創新教育觀念和人才培養機制,促進煤化工特色建設。
1.3穩定發展原則
化學工程與工藝專業的煤化工特色建設,始終堅持煤化工人才培養方向,也有著自身的特色,畢業后學生主要面對鋼鐵冶金系統,能源方向,因此在建設特色專業是,也要立足根本,找準發現,堅持穩定發展的原則。煤化工建設要以市場為導向,在發展中會面臨內部和外部的變化,因此穩定發展,才能適應不確定的變化,適應社會和市場的要求。
2建設煤化工特色的對策
2.1創新教育觀念
專業建設是高校辦學理念的表現形式,其特色建設的發展方向、過程等都離不開一定的理念指導[1]。煤化工特色專業的發展與市場分不開,煤化工專業與能源安全與供應、鋼鐵冶金行業發展與節能減排實現有著很大的關系。隨著能源問題出現,可持續發展的理念不斷攝入,煤化工專業發展也要將觀念進行創新,以便適應社會的要求。可以通過實現教育活動,將教育觀點和教學理念進行談論和創新,在實際工作中,如果出現了教學理念偏差,要及時用正確的思想觀念給予指導。創新教育觀念是培養煤化工人才的必然要求,通過定期考核,加強教育工作者的思想意識,將這種觀念融入教育,這也是促進我國煤化工產業的重要措施。
2.2創新課程體系
煤化工特色專業要突出特色,因此要有明確的教學目標,以便在基礎教學中突出特色,從而培養有特色的專業性人才。化學工程與工藝專業的課程體系要突出煤化工特色,根據高校制定人才培養目標,科學設定課程體系,使本專業的教學能夠有序進行。課程體系是特色專業實施的基礎和關鍵,因此要保證其合理性、科學性和可持續發展。煤化工專業是一門傳統的學科,但特色建設賦予了它新的生命力,因此這門學科的課程體系要與國內外最新的教育理念相吻合,從而能夠在以往的經驗中,發揮教學成果的理念,整合課程資源,促進特色專業發展。煤化工特色建設課程體系要反應時代的特征,但也要與學校的特色向結合,建設出使用社會發展的化學工程與工藝專業的課程體系。煤化工課程體系要突出特色,例如開展“焦化特色課程”、“清潔能源課程”等,充分發揮本專業的特色。將基礎必修課和輔修課程想結合,促進煤化工特色專業發展。
2.3理論與實踐相結合
化學工程與藝術是實踐性較強的專業,在建設特色煤化工專業時,要將理論與實踐向結合,培養學生的綜合能力[2]。教師在教學時,可以結合計算機開展輔助教學,將最前沿的煤化工專業知識傳授給學生,讓學生形成較強的專業意識。高校還應加強與企業的合作,為學生提供更多的實踐機會,讓學生參與到企業生產實踐中,培養學生的動手能力,在實踐中,學生能夠更好地解決問題。將理論與實踐向結合,才能夠促進煤化工特色專業建設,學生在實踐中,專業能力得到鍛煉,整體的素質也會不斷提高。
2.4建立健全質量保障體系
完善的質量體系建設是有特色的化學工程與工藝專業的保障,在科學的監督機制中,促進煤化工專業發展。高校要保證特色專業有效進行,就要對其投入更多的科研、資金及教學條件,這些物質保障是實施特色專業的前提。化學工程與工藝專業的煤化工特色建設中,會面臨很多問題,如課程實施不佳,教師專業能力不強等,這些因素都會阻礙課程目標的實現。做好特色專業,離不開完善的質量保障體系。為了保證教學質量,因此要制定質量責任制,包括學生評價、教學反饋、教務系統質量檢測等,確保教學目標的實現。
3結語
關鍵詞:全日制工程碩士;化學工程領域;學科交叉;人才培養模式
化學工程領域含基本無機與有機化工、石油化工與煤化工、精細化工、生物化工、材料化工、冶金化工、環境化工等工業行業。化工產業既是國民經濟建設與社會發展的重要支柱,又與信息、生物、材料、機械、計算機、資源、能源、海洋、航天、國防等高新技術領域相互滲透[1-9]。同時,社會經濟的快速發展對化工產業的產品需求也提出了新的挑戰,迫使傳統化工產業積極開展產品研發和工程技術創新。產業的交叉發展促進了產業結構的調整與升級,與此同時,也促進了高層次應用型工程碩士人才培養模式的改革與探索[6-8]。因此,以化工為基礎的技術革命和技術創新大力發展中高端終端產品迫在眉睫。通過專業學位研究生的培養,以“多學科交叉工程領域”應用型高層次人才培養為目標,搭建高校、企業的橋梁,是實現理論促進生產力發展的重要途徑。
1“多學科交叉”化學工程領域人才培養目標的定位
化學工程領域工程碩士研究生的培養,本著“面向工業界、面向未來、面向世界”的工程教育理念,以西南地區以及國家化工支柱產業發展和社會需求為導向,以實際工程為背景,以工程技術為主線,依托交叉發展的行業需求,培養具有良好的工程職業道德和法規意識,豐富的人文科學素養,強烈的社會責任感,較強的組織管理能力和良好的合作意識,較強的工程技術創新意識和獨立從事創新研發的能力,并能將“交叉學科”工程領域的基礎理論有效應用于化工生產中的產品開發、工程設計、過程裝備設計研發以及工藝技術改造的高層次應用型工程技術和工程管理的人才。
2重慶理工大學全日制化學工程領域工程碩士人才培養現狀
經過多年的建設發展,我校化學工程學科在資源環境化工、精細化工、工業催化、化工裝備與控制等領域已經形成了明顯的優勢和特色。在資源與環境化工領域,針對重慶及西南地區特色資源和社會經濟發展重大需求,建有“重慶市化工廢水與污染控制工程技術研究中心”,與企業聯合建有“重慶市光氣衍生物企業工程技術研究中心”。重點開展天然氣資源精細化利用、化工產業廢水污染控制與資源化、重金屬污染土壤修復和固廢處理等領域的研究。在精細化工與工業催化領域,重點開展催化材料、納米材料、能源材料等化工新材料方面的研究,與企業聯合建有“重慶市化工本質安全協同創新中心”。研究成果主要應用于電子工業、能源化工、天然氣化工、石油化工、煤化工、氯堿化工等領域。在化工過程裝備與控制領域,依托我校化學化工學院的“過程裝備與控制工程”專業和學校“機械工程”一級學科碩士點建設發展。在新型環保設備、新型分離過程設備、化工設備腐蝕與控制技術研發方面形成了自己的特色和優勢,與企業聯合建有“重慶市防腐涂料工程技術研究中心”。在上述學科領域里,由于長期與重慶化工產業界合作,已經形成了基礎研究與工程實際緊密結合的特色發展之路。因此,化學工程領域工程碩士培養已經實現了多學科交叉的人才培養格局,并開展了多學科交叉全日制工程碩士培養模式的改革與探索。通過化學工程與材料工程、機械工程、環境工程、車輛工程、生物工程、控制工程等工程領域的交叉融合,立足于企業的發展和需求,建立了較為完善的實踐教學體系和多家校外實踐教學基地,形成了多學科交叉的大綜合工程性應用型高層次人才培養模式。
3“多學科交叉”全日制化學工程領域課程體系構建
化學工程領域專業學位碩士研究生的培養總體上分為校內與校企聯合的兩階段培養模式。校內培養階段主要完成課程學習,校企聯合培養階段采取實踐、學習研究、論文相結合的培養模式。課程體系按照由基礎向專業方向發展的分模塊化設置,主要包括基礎模塊、基本技能模板與工程交叉融合模板、以及與地區化工產業特點相結合的工程實踐模塊,如圖1所示。在公共基礎模塊,除了設置公共的工程英語,政治和工程數學外,還增設了工程經管課程,培養工程管理人才。在學位基礎課程中,針對化工企業在反應和分離等基礎知識方面,開設了高等反應工程和分離工程,并開設了化工過程設計,以期培養學生的工程設計能力。增設了知識產權和文獻檢索等課程,培養學生在科研成果方面的查詢和寫作能力。在工程交叉融合模板,立足于化工產業與機械工程、材料工程、車輛工程、控制工程、生物工程等方面的融合,每個模塊都開設了3門課組課,比如化工與機械的結合,開設了過程原理與裝備、壓力容器的分析設計、高等化工流體力學等課組課。教學內容上突出化工理論與技術的先進性和實用性,通過精選教學內容,充分利用多媒體等現代化教學手段,采取理論結合實際的案例式教學、以問題為導向的啟發式教學、課堂研討式教學和課程結合課內實驗等教學模式。根據工程碩士人才培養的要求,改革課程教學評價與考核方式,采取筆試、案例分析、小論文等靈活多樣的考核方式,突出學生的問題分析與知識應用能力。實踐教學與學位論文主要在實踐基地完成,可采用集中實踐與分段實踐相結合的方式。通過在具體的生產崗位輪崗和企業主要管理崗位見習學習相結合的方式進行。企業學習培養采取以企業高級技術人員(管理人員)為主、學校指導教師為輔的校企聯合指導的方式,學生在“雙導師”指導下,通過在企業參加實踐活動獲得在實踐中鞏固和深化理論知識、培養學生發現并解決工程實踐問題的能力,在企業完成論文選題和論文研究工作。論文選題應直接來源于生產實際或者具有明確的生產背景和應用價值,論文選題應有一定的技術難度,并有一定的理論基礎,具有創新性、先進性、實用性。
4總結
隨著科技的發展,高附加值的中高端化工產品的發展成為了發展方向,這需要機械,材料,控制工程等為支撐。同樣,科技的發展也引領了產業的深度交叉融合,因此,在高層次的應用型工程碩士培養過程中,需要重新定位多學科交叉下全日制化學工程領域工程碩士的人才培養目標,充分發揮行業和專業組織在培養標準制定、教學改革等方面的指導作用,建立學校與行業企業相結合的專業化教師團隊和聯合培養基地,強化專業學位研究生的實踐能力和創業能力培養,推動學科交叉下全日制化學工程領域工程碩士人才培養改革與實踐。
參考文獻
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1 化學工程與工藝概述
化學工程,簡稱化工,是研究以化學工業為代表的,以及其他過程工業生產過程中有關化學過程與物理過程的一般原理和規律,如石油煉制工業、冶金工業、食品工業、印染工業等,并應用這些規律來解決過程及裝置開發、設計、操作等問題,它是以數學及少量的物理觀念為基礎應用于化學工業上,主要研究大規模改變物料中的化學組成及其機械和物理性質,來替生產化學品或是物料工廠提供一個反應流程設計方式。實驗研究、本文由收集整理理論分析和科學計算已經成為當代化工研究中不可或缺的三種主要手段。
化學工程的研究領域最初只是化工單元操作,如:輸送現象(為化工學科當中“單元操作”的理論基礎)、化工熱力學輸送現象。隨著發展,后來又發展出一些新的分支,化學工程領域的分支龐大,可應用在各類化學相關領域的研究及實務上的操作,因應現代工業發展的需要,以化工的知識背景為基礎,例如半導體工業。隨計算機的快速發展,數值模擬(cfd)在化工的發展占據重要的地位。
2 化學工程與工藝專業簡介
2.1 化學工程與工藝任務。根據化學工程與工藝專業的性質,化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造,對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多,化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向。
2.2 化學工程以及化學工業的一些特點。以物理學、化學和數學為基礎,并結合工業經濟基本法則,研究化工單元操作以及有關的流體力學、傳熱和傳質原理、熱力學和化學動力學等在化學工業上的應用,以指導各種過程及其設備的開發、改進和發展屬于化學工程學的內容。化學工程是隨著化學工業的大規模生產發展而形成的。化學工程包括過程動態學及控制、化工系統工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學、化學反應工程等方面。化學反應是化工生產的核心部分,提供過程分析和設計所需的有關基礎數據,研究傳遞過程的方向和極限,化工熱力學是單元操作和反應工程的理論基礎,它決定著產品的收率,對生產成本產生重要影響。對單元操作的研究,可用來指導各類產品的生產和化工設備的設計;傳遞過程是單元操作和反應工程的共同基礎,化學工業在新的形勢下要求處于化學核心地位的催化技術和化學工程都必須用跨學科的戰略進行多學科的研究。動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞,這三種傳遞,實質上就是各種單元操作設備和反應裝置中進行的物理過程。
合成化學是化學學科的核心,化學家不僅發現和合成了眾多天然存在的化合物,同時也創造了大量非天然的化合物,使人類社會所有的化合物達到2230萬個(美國化學文摘1999年12月10日收錄的化合物數),并且以幾個月就有100萬個的速度發展,大量新化合物的產生是化學工業產品開發的基礎。信息技術及工程技術的進步為設備和工藝創新創造了條件,推動了化工行業的技術進步。 化學工業的生產技術和許多深度加工的產品更新換代快,要求化學工業必須不斷發展和采用先進科學技術,從而提高生產效率和經濟效益。不斷尋求技術上最先進和經濟上最合理的方法、原理、流程和設備是化學工業工藝創新追求的目標。化工新技術開發程序是一套科學的程序,它是以市場為導向、以創新為宗旨,以工業化和商業化為目的的創新過程。世界上經濟發達國家化學工業的研究開發費用、科研人員以及專利和文獻的數量都居各工業部門的前列。
3 化學工程與工藝實驗數據處理分析
傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的,需要花費大量的人力物力,由于化工實驗需要平行實驗,數據處理過程的重復性也非常大。借助matlab軟件的應用,可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來。
化學工程與工藝專業實驗是初步了解、學習和掌握化學工程與工藝科學實驗研究方法的一個重要的實踐性環節。化工實驗的特點流程較長,規模較大,數據處理也較為復雜。因此依靠計算機處理數據會使繁瑣的數據處理過程變得簡單快捷,大大提高工作效率。數據處理是每一個化學工程實驗必不可少的步驟,也是至關重要的一個步驟。通過實驗可以建立過程模型、分析工藝技術的可行條件。但是化工實驗數據的處理往往并不是那么簡單,它需要通過復雜的數學計算,若僅僅依靠手工計算則需要花費大量的時間,而且化工實驗數據的處理量很大、重現性很高,因此應用計算機來處理實驗數據可以大大提高工作效率。化學工程與工藝專業是一個以實驗為基礎的專業學科。實驗的目的是通過有限的實驗點去尋找某一對象或某一過程中各參數之間的定量關系,從而揭示某化工過程所遵循的客觀規律。
matlab在化學工程與工藝實驗中的應用進行初步的嘗試。傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的,需要花費大量的人力物力,由于化工實驗需要平行實驗,數據處理過程的重復性也非常大。而matlab是一個強大的數學軟件,能夠方便地繪出各種函數圖形,一方面可以解決符號演算問題,另一方面可以解決數學中的數值計算問題。matlab的應用范圍非常廣,包括信號和圖像的處理、通訊、控制系統設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。它已成為國際控制界的標準計算軟件。借助matlab軟件的應用,可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來,利用matlab軟件編寫一個數據處理程序:只需輸入任意一組原始數據,就可以把實驗結果,數據模型以及作圖一起顯示出來。
1 化工科技促使溫童氣體排放量藏少
我們所謂的溫室氣體,主要指的就是二氧化碳。無論是以往的科技革命和工業革命之前的生產,還是現階段科技含量高,日趨現代化、國際化的社會化大生產,這些工廠每年要向大氣排放數萬甚至數十萬噸的二氧化碳。這些二氧化碳氣體的排放,成為了造成全球性的溫室效應的罪魁禍首。而在應對氣候變化的法律法規出臺之前的相當長的一段時期內,造成這一現象的那些工廠卻不用為溫室效應負擔任何一點費用現在這一狀況已經得到了明顯的改善,許多化工企業正積極的開發和利用新的科學技術,來達到減少二氧化碳排放量的目的。甚至有一些企業將二氧化碳作為化工產品生產過程中的一種原材料來使用。例如,有的化工企業將其他化工產品的生產過程中所產生的二氧化碳氣體作為一種原材料來生產尿素。僅這一種工藝,就可以使該企業的每年的二氧化碳氣體排放量減少數十萬噸。
2 化學工程技術使可持續發展戰略任務逐步向前推進
傳統的化工生產,給我們的生活創造了非常豐富的物質基礎和能源。其在對人類歷史的發展進步的工程中所做的貢獻是不不忽略的。但是昵,又由于化工產品生產的原材料和生產過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質,這些物質又造成了很多環境污染問題以及生態平衡的失調。這樣,就又阻礙了社會經濟的繼續發展。新世紀,面對嚴峻的環境污染所提出的挑戰,可持續發展戰略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。實現社會經濟的可持續發展,已經成為了我國的一項基本的國策。作為社會經濟的重要組成部分的化學工業,在這一基本國策的指導之下,最行之有效的實現可持續發展戰略的方法便是綠色化學的開發和利用。綠色化學,不單單是指那些對環境產生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學生產過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價格平民化的化學化工技術的研究以及應用。綠色化學的生產過程只產生非常少量的廢物處理,或者不產生廢物處理。其最主要的特點便是在生產的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉化為產品,盡量不產生污染。有利于化學化工產業的發展以及可持續發展戰略這一道路的切實執行。
3 化學工程技術的新熱點
3.1 化學超臨界反應技術
超臨界的化學反應技術是指反應過程中的溫度和壓力都在臨界點之上,這樣的狀態往往是液體和氣體之間。這樣形式的存在被廣泛運用到生物化工、食品、醫藥等領域,已經顯示出很好的效益,發展前景很好,但近年來的探究和發展階段仍處于初級,待進一步深入研究。
3.2 綠色化學研究技術
綠色化學由于能夠有效避免對環境的污染,近年來備受推崇。綠色化學就是指利用化學反應技術來充分利用資源、減少污染物的產生來起到對環境的保護。比如,它可以對產生污染物的相關溶劑和廢料進行處理,利用原子技術或高選擇性的化學反應生產處對環境有利的產品,這不僅能夠增加經濟效益而且帶來可觀的社會效益。
3.3 分離技術的新研究
首先,分離技術強調對生產設備的強化,其次是生產技術。總結來說就是將設備更新,將生產率提高的技術都屬于化學分離技術的結果。古老的分離技術方法是利用各種材料沸點不同將其分離然后做研究。隨著科學技術的發展和各領域研究合作分工改變為分離技術新發展提供了廣闊的前景。比如近年來,在力學的傳遞以及多相流方面,采用信息技術發生分離,還有分子的模擬就很大的提高了預測熱力學平衡的水平,對分子的人為設計加速了分離等等。因此進一步研究高效的分離技術有著深遠的意義。
4 傳熱過程新的研究發展方向
4.1 傳熱學中細微尺度的研究進展
細微尺度是指從時間尺度和空間尺度進行更細微的研究的熱學范疇,如今它在熱學中已經形成了一個分支,具有廣闊的發展前景。當一個物體的尺寸遠大于其載體時,這樣的情況會存在,但是由于尺寸的更加細微,原來的假設影響因素也會發生相應變化。目前納米技術已經取得顯著的成績,很多領域都是圍繞傳熱學中的細微尺度技術進行研究的,近年來取得了高集成電路、多空介質流等新成果,產生了巨大的經濟效益。
4.2 傳熱設備的研究進展
近些年來,利用翹片來強化傳熱,管外的翹片強化傳熱原理包括有前緣效應和非穩定性擾動以及減薄邊界層等幾種。常用的片是沖縫片和百葉窗。將來對此的研究應該將分布參數和場地模擬相結合,來優化傳熱裝置結構的參數,實現管翹式的傳熱針設計。
4.3 與計算機技術的相結合
計算機技術的不斷進步是化學中大量的技術問題能夠得到有效的解決。同時節約了大量的人力物力財力,也增加了數據和相關機械的精密度。計算機的主要貢獻表現在計算流體力學、數值傳熱力學、采用計算機技術進行統計、計算有利于將數據更直觀的表現出來,表現形式更加多樣,能夠有效分析大量實驗數據。
4.4 與材料科學和信息工程相結合
科學的進步和新技術的研究涌現就為化學工程的研究提出了新的機遇。如何形成優質的服務體系和完整地理論作為研發支撐成為化學工程面臨的問題。所以它必將進入一個新的發展階段,在發展中應注重與多學科的交叉,更多的研究應該包括信息和化學應用、生物與化學以及能源環境與化學相結合的學科,這都為化學工程的發展提供了新的研究方向。由于信息技術不斷深入各個行業,為此通過信息技術可以將大量的信息收集、整理進行數據統計分析,得出的結論可以為化學工程發展研究提供新的方向。
今年來,由于生物技術的快速發展,使得我國生物學工程的發展也在不斷向前,并已有一定的基礎。調查顯示,當前生物化工的產品已經涉及到保健、醫藥、農藥以及食品等各個領域與方面。①在醫藥方面,抗生素得到迅猛發展,并且在臨床中的使用最普遍,相關數據表明,目前我國抗生素的產量達到世界首位,此數據還在不斷增長;②在農藥方面,生物化工的農藥品種也層出不窮,主要包括井霉素、赤霉素以及蘇云金桿菌等,該技術不斷進步,并且逐步滿足了我國農業生產的需要;③在食品與飼料方面,氨基酸、檸檬酸等的產量不斷加大,并呈現數倍增產的趨勢,該產品已經不只為了滿足于本國市場,還出口到世界各國。
2、我國生物化學工程發展中所存在的問題
經過深入調查分析可知,由于各種因素的限制,使得我國生物化學工程在發展過程中也存在著許多問題與不足,也將面臨著新的挑戰,本文主要從以下幾方面的問題著手分析:
(1)我國生物化學工程的產品結構布置不夠科學,許多企業往往存在品種單一、低檔次等問題,不能滿足當今市場的需求。對于檔次較高的醫藥生化產品例如激素類、干擾素、藥用多肽等,在我國的生產技術還不完善,不能滿足本土市場需求,每年還需花費大量資金從國外進口。
(2)當前我國的生物化工產業主要局限于輕工、醫藥、食品業等。所以,許多企業對生物化工產品尤其是精細化工產品這一領域的了解不足,不利于擴大生產,更不用說通過這些技術引領企業走向世界。此外因生物化學發展速度較快,我國相關部門對該行業的研究及規范還不成體系,導致生產過程中的能源消耗大,環境污染嚴重,技術在低水平徘徊。
(3)在生產技術上存在許多不足,生產設備與工藝配套不完善,上下游技術不配套,產物的收得率低,生產成本高企業效益低。相關數據表明,雖然目前我國的產品如檸檬酸、乳酸等的發酵水平較高,但其他絕大多數產品的技術明顯低于國外。從而,某些企業為了引進新技術提高生產效率,只能每年都要投入大量資金從外國進口細胞破碎機、生物反應器、計算機監控設備以及生物傳感器等,不利于企業的長期生產目標。
(4)我國生物化學工程的發展歷史較短,基礎研究的投入較薄弱,還沒有形成一個完整的科研體系,技術創新能力不強,同時,相關企業的技術開發、技術吸收能力差。調查顯示,當前該行業的生產發展多數依靠傳統的粗放型擴大投資的增長模式,從而生產效益低下、市場競爭力不強,不利于企業的發展。
3、我國生物化學工程發展問題的解決建議
本文經過深入探究分析我國生物化學工程發展過程中所存在的問題,并借鑒國外先進技術,主要從以下幾方面來解決當前的問題:
(1)合理調整產業化結構,擴大并發展高檔次的產品。例如加大對醫藥生化產品、功能性食品及添加劑等高檔產品的研發與生產。此外,使生物化學工程的發展呈現多元化,著重生產如生物色素、微生物多糖、工業酶制劑以及表面活性劑等多種精細化工產品以及采用傳統技術無法生產的產品,從而提高企業的經濟效益與市場競爭力。
(2)不斷擴大生物化工的生產規模,提高競爭力。因此,我國相關部門應該出臺更多有效措施來鼓勵建設大型的生物化工企業,使之能夠將研發、生產、銷售融于一體,從而節省生產成本。尤其要加大力度去培育一批科技創新型企業,此外,還要鼓勵那些具有發展生物化工產業的企業加入該技術發展行列,向著創新型生化公司的方向發展,并淘汰那些生產技術落后,市場競爭力低下的企業,從而提高我國整體生物化工行業的競爭力,并有利于擴大我國生物化工的產業規模。
關鍵詞:化學工程工藝;綠色化工;分離技術;超臨界流體
1概述
隨著我國社會經濟的快速發展,各種化學制品已經充斥在我們周圍,成為我們日常生產生活中不可或缺的基本物品。然而,這些物品的原材料生產,都是來自于化學工程與工藝。化學工程與工藝是通過對化學材料的處理,從而實現了化學生產的環保資源的高效優化,生產過程也變得非常完善。尤其是當前,經濟的快速發展也隨之帶來了嚴重的環境污染問題,化學工程與工藝更是要朝著綠色環保的方向發展,尤其是與化學工程工藝相關而且環境問題息息相關的行業,例如石油化工行業、材料化工行業、生物化工行業等,這些都是利用化學工程與工藝的技術來帶動經濟發展的行業,對于我國社會的經濟發展來說,具有非常重要的現實意義。所以利用高新科技實現的化學工程與工藝,不僅有利于科學的發展和進步,而且對于經濟可持續發展來說意義重大。尤其是目前化學工程與工藝正朝著高精化、自動化、數字信息化的方向發展,加強對化學工程工藝的研究是非常有必要的。
2化學工程工藝
化學工程與工藝是涵蓋冶煉、藥物生產、食品加工、材料化工、印刷業等多行業一門科學,其實現是以化學的基本理論知識為基礎的,具有工業特色的技術。化學工程工藝涵蓋了原有化學的理論知識,結合了現代最新的環保思想和理念,對于促進社會的發展、人類的進步、經濟的可持續化來說意義重大。目前環境保護越來越被人們所看重,也是人們在物質經濟條件逐漸優越的前提下追求更高質量生活的體現。而化學工程工藝的相關研究,這實現環保節能、優化工業生產過程、提升社會經濟發展的重要途徑,它的出現,能夠使人們在減能節排的前提下使其經濟利益最大化,也是目前更多企業愿意嘗試和追求的環保生產途徑。科技的發展帶動社會的進步,經濟的提升勢必會對自然環境造成破壞,在綠色環保、減能節排的前提下,化學工程工藝勢必為社會可持續發展帶來新的契機,這對于社會發展來說,具有非常重要的現實意義。新型的化學工程工藝與傳統的化工相比,更加注重環境保護,更加看重生產效率,例如綠色化工技術、最新的分離技術以及超臨界流體萃取技術等,都是當前化學工程工藝最新興的生產技術。
3綠色化工技術
綠色環保、節能減排是當前企業工業生產一直看重和強調的生產方式,化學工程工藝中的綠色化工技術,則是對綠色環保的工業生產的最好的詮釋,綠色化學工程又被人成為環境優化化學工程,核心理念就是注重環境保護、降低環境污染、節能減排,從而實現環境污染與企業生產利益最大化之間的最佳平衡,對人類的健康和發展具有非常積極的意義。所以綠色化學工程工藝就是在化學工程過程中原材料選取、催化劑選用以及化學反應過程中都在強調綠色化工的理念,從而從化學工程生產的源頭阻止環境污染,促進廢物利用。
3.1選用綠色化學原料
綠色化工源頭做起就需要對化學工程的原材料入手,通過選擇綠色環保的、無害的化學化學物質作為企業生產的原材料,在根本上減少或消除化工生產的污染物的排放,進而將對環境污染源消滅在萌芽之中。當前,在企業生產中原材料的選取非常重要,尤其是在各種高新科技的快速發展下,各種化工原材料、催化劑、溶劑等都已經能夠加工成無毒無害或低毒少害的化學材料,所以在針對化學工程原材料選取時,盡量選擇使用高新技術生產的無毒無公害的原材料,或者采用天然的植物、農作物或其他很多自然生物作為企業生產的原材料,從而有效地促進化學工程原材料綠色化,從根本上消除自然環境污染源。
3.2選用綠色化學催化劑
在化學工業生產中,很多都需要催化劑來加速整個化學反應的過程,從而節約生產時間成本,提升經濟收益。然而,在傳統的化學工程生產過程中,很多催化劑雖然加速了化學反應的過程,但是在污染物生產和排放量等方面,都對環境造成了很嚴重的污染。目前在綠色化工技術中,大都采用天然無公害的催化劑的開發和使用,在化學工程中,盡量選擇無污染公害或少污染的催化劑替代傳統的污染重的催化劑,從而促進化學反應工程的綠色無公害。目前,部分化學工程工藝研究人員發現一種烷基化固相催化劑,其在促進化學反應的過程中基本上能夠做到無污染物排放,同時能夠加大廢棄物的使用率,這對于企業綠色化工生產來說,將是一個很大的福音。
3.3選擇綠色的化學反應
在企業化工成產過程中,會有很多化學反應,而對于這些化學反應的選擇,盡量提升化學反應的選擇性,從而將化工過程中減少污染排放和能源消耗,使生產物更加純凈化、提取更加便捷。以石油化工生產為例,對于烴類的處理常常選擇氧化處理,這個操作會對生產物造成污染和破壞,所以在石油化工生產過程中,要盡量避免此種反應,通過優化化學反應的選擇性,選擇綠色生產,從而提升整個化學反應的綠色生產過程。
4化工分離技術
在化學工程工藝中,有很多物質都是混合的,對于化工企業的生產來說,是遠遠不能符合生產所需的,那么在化學工程工藝的物質分離技術,則是將物質進行凈化、提純的重要過程,是使物質從雜亂無章、無規律的變化,通過外在作用力,如壓力、重力、溫度、電磁場等作用下能夠有序的轉變的過程,而過程中是需要消耗能量的,而這種過程這是化學工程工藝中的物質分離技術。在化工分離技術中,應用最為廣泛的是蒸餾法,這種方法的實現是通過外在的燃料燃燒對物質進行加熱,通過混合物中不同物質的氣化溫度點,來充分掌握加熱溫度的變化,使得混合物的溫度在預期溫度點進行持續加熱,從而實現對應物質氣化分離。在我國,對于蒸餾分離的技術和工程實現,都已經積累了深厚的理論知識和豐富的應用實踐經驗,為我國的化工也生產做出了不可磨滅的貢獻。但是,蒸餾法整體來說速度比較慢,效率相對較低,所以在化學工程分離技術的實現中,目前推出了各種熱門的物質分離方法和技術,無論是在時間效率上、還是在生產成本上,都能很好地應用在企業化工生產過程中。
4.1膜分離技術
膜分離技術是當前化學工程工藝領域中,實現物質分離技術中比較流行的分離方法,在環保節能、低污染、高效率等諸多方面都表現出優異的性能。膜分離技術是以各種材質的膜作為基本的分離介質,膜的介質可以采用氣體材質、固體材質、液體材質或混合材質,最終構成一個膜兩邊互不連通的界面,根據其自身的滲透特性,在不同的外在作用力(例如重力、壓力、電磁場、滲透壓差)下,實現物質分離。按照膜不同材質劃分,常見的膜有包括支撐液膜、乳化液膜的液體材質膜以及無機材料膜、聚合物膜的固體材質膜,這些膜的材質、特性不同,最終實現的分離過程也不盡相同,有滲透、電滲析、微濾、液膜分離等,這些分離技術和過程在氣體干燥、廢水處理等方面廣泛應用,正式因為膜分離技術效率高、耗能少、工作條件需求低,也逐漸化學工程工藝中分離技術的主體。
4.2吸附技術
在分離技術發展迅速的今天,新型吸附技術也逐漸進入了物質分離工程中,通過變壓吸附、層析、模擬移動長等分離方法,新型的吸附技術也成為了分離技術中的新型技術,在工業制造和化工生產中起到非常重要的作用。
4.3反應分離耦合技術
反應分離耦合技術是提高生產效率、優化化學工程生產過程、降低生產成本中發揮越來越重要的作用。反應分離耦合技術是通過利用物質分離來促進反應或通過物質反應來促進分離的一種化工分離技術,整個技術的應用效率非常高,操作費用也很低。以醋化反應為例,該反應過程就是在精餾塔中進行可逆的醋化反應,利用精餾的反應來分離醋和水,同時逆向反應也能夠加強醋化過程,從而在原料成本等多方面節約成本。
5超臨界流體萃取技術
超臨界流體又稱為SCF,是SupercriticalFluid的縮寫,一般的氣體或液體在溫度或者壓力的持續變化下,達到某個臨界點就會發生氣體到液體的變化或者液體向氣體的變化,但是,超臨界流體是某種流體物質在達到臨界壓力點或溫度點時,如果持續提升外界條件,該流體密度不斷增加,但是并沒有真正發生液化或氣化的現象,此時的物體就成為超臨界流體,該流體既具有氣體的特性,又具有也提到特質,利用超臨界流體來實現物質分離的技術,則被稱為SCFE超臨界流體萃取技術,該技術目前被廣泛應用在食品加工、化學工程和企業生產、生物制藥等諸多領域。SCFE的超臨界流體萃取技術,是對混合物進行施加溫度或壓力的條件,從而使其進入超臨界狀態,進而使萃取物從其中分離出來,實現物質的分離。流體物質在超臨界狀態下,融合了氣體和液體的綜合特性,密度上比氣體大得多,一般與液體比較接近,但是粘性度方面則與氣體接近,比液體小得多,而且超臨界流體自身的溶解度非常高、而且很容易流動和擴散,而且在壓力或溫度的臨界點,能隨著外加條件的微小變化,密度則發生顯著變化,極易實現混合物中萃取物的提取和分離。利用超臨界流體萃取技術,一般是使用流體作為萃取物的溶劑,使其進入超臨界狀態,然后與物料進行接觸,使其中的萃取物溶于流體中,進而實現萃取物與物料的分離,而后降低外在施加條件,如降低壓力或溫度,流體密度發生變化,溶解度降低,萃取物則很容易從流體溶劑中解析出來,從而實現萃取物的分離。利用SCFE的超臨界流體萃取技術來實現物料萃取物的分離,在提取速率、萃取物兼容范圍等方面都非常優異,而且外在條件是通過溫度或者壓強的調節來實現對流體密度、溶解度的控制,從而能夠有效地實現萃取物的分離,而且提取萃取物的純度非常高,對于化工生產來說非常重要。其次,流體溶劑的選擇一般選擇二氧化碳流體,這種低溫、無氧環境的操作可以有效地分離熱敏或容易氧化的物質,此外,SCFE技術的實現,可以從固體或中液體中快速提取有效地萃取物成分,整個過程無污染、耗能少,而且對于有機物的分離提取和精致都有非常顯著的功效。
6總結
化學工程工藝是目前涵蓋冶煉、藥物生產、食品加工、材料化工、印刷業等多行業的專業學科,其實現的專業技術對于企業的生產來說具有非常重要的現實意義。在化學工程工藝中,常見的技術有綠色化工技術,該技術是從原材料、催化劑以及化學反應的過程中選取綠色無毒無公害的物質和反應選擇性來提升化工的低污染率,分離技術則是通過蒸餾分離、膜分離等分流技術來實現的化工材料的分離,超臨界流體萃取技術則是采用超臨界流體對物料中萃取物的提取,通過改變外在條件來實現萃取物的提取,從而實現物質分離。這些化學工程工藝都在為企業的生產、化工過程等起到非常重要的作用,為促進我國的經濟發展奠定了良好的技術基礎。
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