淺談化工過程開發(fā)教學(xué)方法

摘 要 化工過程開發(fā)是一門具有綜合性、應(yīng)用性、研究性特色的化學(xué)化工類專業(yè)主干課程。針對(duì)這門學(xué)科的特點(diǎn)，本文探討了化工過程開發(fā)教學(xué)的教學(xué)方法，即精心選取教學(xué)內(nèi)容及典型案例、改革考核方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 化工過程開發(fā) 案例 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Several Teaching Experiences of Development of Chemical Technological Process

XU Shengpan

(College of Chemistry and Chemical Engineering， Huaiyin Normal University， Huai'an， Jiangsu 223300)

Abstract Development of Chemical Technological Process is one of the major courses of chemical engineering and technology. According to the subject characteristics， Teaching contents and typical cases were carefully selected. Besides， we've changed the methods of exam. Results showed that the teaching reformation could improve the effects of teaching.

Key words Development of Chemical Technological Process; case; teaching method

0 前言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)與人才素質(zhì)的要求也正在發(fā)生深刻變化。振興經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)“四化”所迫切需要的，不單純是知識(shí)型人才，還應(yīng)是能夠聯(lián)系實(shí)際，分析問題和解決問題的技能型人才。①化工過程開發(fā)是一門具有綜合性、應(yīng)用性、研究性特色的化學(xué)化工類專業(yè)主干課程，②要求學(xué)生先行修完化工原理、反應(yīng)工程、分離工程等課程。它是學(xué)生從書本基礎(chǔ)理論知識(shí)上升到工程實(shí)際應(yīng)用的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生從事應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究的綜合能力，為應(yīng)用化學(xué)及化工專業(yè)學(xué)生今后順利地?fù)駱I(yè)和更好地從事化工領(lǐng)域中的生產(chǎn)技術(shù)、科研及管理工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 化工過程開發(fā)的教學(xué)內(nèi)容安排

化工生產(chǎn)領(lǐng)域所涉及的各種新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)，首先面臨的任務(wù)是如何將實(shí)驗(yàn)室研究成果轉(zhuǎn)化成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)成果。化工過程開發(fā)包括了從實(shí)驗(yàn)室研究過渡到建立工業(yè)化生產(chǎn)裝置的全過程。由技術(shù)開發(fā)課題立項(xiàng)前的可行性研究，實(shí)驗(yàn)室小試，放大的模型實(shí)驗(yàn)和半工業(yè)化的中間工廠實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)研究確定的工藝技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，工程設(shè)計(jì)及建立生產(chǎn)裝置等許多步驟，涉及到化學(xué)、化學(xué)工藝、化學(xué)工程、化工設(shè)備、計(jì)算機(jī)化工應(yīng)用以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析等多學(xué)科知識(shí)。部分教學(xué)內(nèi)容安排如下：

（1）概述（緒論）以國際化學(xué)科學(xué)與工程的地位、全球化學(xué)工業(yè)的發(fā)展歷程作為引言，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。用經(jīng)典化工開發(fā)案例（合成氨、尼龍-66等）著重介紹化工過程開發(fā)的基本程序和內(nèi)容，明確化工過程開發(fā)中有關(guān)工程研究、基礎(chǔ)開發(fā)研究、概念設(shè)計(jì)等重要開發(fā)過程研究的作用和內(nèi)容，讓學(xué)生逐漸理解理論知識(shí)與工業(yè)應(yīng)用之間的聯(lián)系，樹立學(xué)生的工程概念。其中，開發(fā)研究選題可以單獨(dú)提出講解，以教師自己以及國內(nèi)外專家的科研經(jīng)歷講解選題的來源（縱向課題、橫向課題和自選課題）及重要性，讓學(xué)生切身體會(huì)科研經(jīng)歷，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

（2）開發(fā)放大方法。化工過程開發(fā)常用的模擬放大方法有：經(jīng)驗(yàn)放大法、數(shù)學(xué)模型法、部分解析法和相似放大法。本章以化學(xué)反應(yīng)過程的放大來闡明四種方法，選取不同工業(yè)案例，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)每一種方法的適應(yīng)的對(duì)象和條件，以及不同方法之間的綜合利用，從而獲得良好的開發(fā)結(jié)果。

（3）試驗(yàn)。化工過程開發(fā)的試驗(yàn)工作量很大，一直貫穿開發(fā)工作的始終。本章的主要內(nèi)容有試驗(yàn)工作程序、預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)、冷模試驗(yàn)、中間工廠試驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。目的是讓學(xué)生了解化工過程開發(fā)試驗(yàn)的工作程序，掌握正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法，這樣既有利于工科學(xué)生畢業(yè)后面對(duì)工廠的試驗(yàn)，也有利于讀碩同學(xué)面對(duì)科研試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及處理。

（4）技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料。化工過程開發(fā)所需的資料可概括為兩方面：一是專門資料，即那些與設(shè)計(jì)和建立生產(chǎn)裝置有直接關(guān)系的資料；二是外圍資料，指的是為可行性研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)所需的有關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)銷售和生產(chǎn)環(huán)境方面的一些資料，如原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、能源、環(huán)境和廠址選擇等資料。通過本章學(xué)習(xí)讓學(xué)生知道過程開發(fā)所要準(zhǔn)備的資料，為下一步的開發(fā)過程做好基礎(chǔ)。

（5）工藝流程的合成與優(yōu)化。工藝流程的合成與優(yōu)化時(shí)化工過程開發(fā)的重要內(nèi)容，在化工過程開發(fā)中以各種形式收集的技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息，最后都要在流程的合成與優(yōu)化中反映出來。③本章通過案例的學(xué)習(xí)講解使學(xué)生了解掌握工藝流程的內(nèi)容和設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題、合成路線和操作方式的選擇等；重點(diǎn)掌握反應(yīng)器的選型、熱交換網(wǎng)絡(luò)的合成以及分離過程的組合；了解常用的工藝流程的優(yōu)化方法。

（6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)過程開發(fā)的始終，學(xué)生作為未來的工程人員，要培養(yǎng)他們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)思想，過程開發(fā)中的任何一個(gè)步驟，只有技術(shù)可靠經(jīng)濟(jì)合理，才能進(jìn)行下一步的步驟。這樣也就意味著工程設(shè)計(jì)人員不應(yīng)該只盲目追求高質(zhì)量的產(chǎn)品與最先進(jìn)的技術(shù)，而是要與實(shí)際的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)合起來考慮，這樣才能達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。通過本章的學(xué)習(xí)要求學(xué)生了解技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和方法、評(píng)價(jià)工藝技術(shù)的內(nèi)容和原則，同時(shí)了解開發(fā)項(xiàng)目對(duì)于環(huán)境的影響以及相關(guān)的環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 案例教學(xué)的應(yīng)用

案例教學(xué)是一種以教學(xué)案例為基礎(chǔ)，以學(xué)生在課堂內(nèi)外對(duì)真實(shí)事件和情境的分析、思辨為重點(diǎn)，以提升學(xué)生應(yīng)用理論創(chuàng)新性解決實(shí)際問題的能力為目標(biāo)的教學(xué)方法。④通過選擇典型的化工過程開發(fā)的案例，可以將復(fù)雜繁瑣的知識(shí)點(diǎn)以簡(jiǎn)單易懂的方式傳授給學(xué)生，增加學(xué)生對(duì)實(shí)際工業(yè)過程的理解，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的能力。

例如在講述開發(fā)放大方法時(shí)，⑤列舉了合成氨技術(shù)、異丙苯生產(chǎn)苯酚和丙酮工藝路線、丁二烯氯化制備二氯丁烯和丙烯二聚過程等開發(fā)放大過程的實(shí)例，使學(xué)生能夠充分掌握每一種開發(fā)放大方法的特征，加強(qiáng)了學(xué)生的工程觀念，并能了解工程放大的艱苦性和必要性。在講到試驗(yàn)這一章節(jié)時(shí)，列舉了“甲苯歧化制取苯和二甲苯的試驗(yàn)”說明了試驗(yàn)的基本工作程序；列舉了“丁烯氧化脫氫制丁二烯”的工程案例，使學(xué)生掌握了預(yù)試驗(yàn)和系統(tǒng)試驗(yàn)的基本內(nèi)容和基本方法；在講到冷模試驗(yàn)這一章節(jié)的時(shí)候，以測(cè)定固體顆粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律向?qū)W生介紹了按相似論方法進(jìn)行的冷模試驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用相似理論來考察實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)的三傳規(guī)律；以連續(xù)流動(dòng)串聯(lián)釜內(nèi)物料流動(dòng)的停留時(shí)間分布以及氣液固三相流化床的氣含率和固含率的例子，向?qū)W生介紹了使用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行的冷模試驗(yàn)，說明了測(cè)定特殊參數(shù)的冷模試驗(yàn)，通過所有這些案例的講解，可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使他們了解產(chǎn)生工程放大的原因，從而加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，并且學(xué)會(huì)用工程的觀念去分析與解決問題。

3 考核方法的改革

化工過程開發(fā)屬于工程學(xué)科，很多知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)生的靈活應(yīng)用而不是死記硬背，因而傳統(tǒng)的期末閉卷考試形式不能反應(yīng)學(xué)生的真實(shí)的學(xué)習(xí)情況，也不能帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。本課程學(xué)生的平時(shí)課堂表現(xiàn)占30%，平時(shí)作業(yè)占30%，期末設(shè)計(jì)型考核占40%，此種方式受到學(xué)生的歡迎，取得了較好的效果。

4 結(jié)論

通過對(duì)化工過程教學(xué)內(nèi)容、經(jīng)典案例的精心選取以及考核方式的改革，大大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的工程理念，取得了較好的教學(xué)效果。

注釋

①③武漢大學(xué)主編.化工過程開發(fā)概要[M].北京:高等教育出版社，2002.4:前言，75，152 .

② 張海濤，樂清華等.創(chuàng)新化工過程分析與開發(fā)課程體系提高成人教育工程素質(zhì)[J].化工高等教育，2010.2:19-21，51.

④ 郭忠興.案例教學(xué)過程優(yōu)化研究[J].中國大學(xué)教育，2010.1:59-61.

⑤ 祝志峰，馬玉龍，周新花等.“化工過程開發(fā)”教學(xué)內(nèi)容的改革與探索[J].高等理科教育，2003.3:79-81.