《化工過程設計與優化》課程教學改革與實踐

摘要：主要論述《化工過程設計與優化》課程教學改革與實踐。從《化工過程設計與優化》的教學內容入手，取舍國內外相關教材的教學內容，補充環境保護和經濟評價方面的內容，改進教學方法，強調工程應用，采取靈活的課程考核方式，調動學生的學習熱情，將課堂教學與專題討論相結合，初步達到了預期的教學效果和提高化學工程專業碩士生工程實踐能力的目的。

關鍵詞：化工過程；設計；優化；研究生；課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）33-0060-02

《化工過程設計與優化》課程是化工類研究生專業課中的一門綜合性強，知識面廣泛的化學工程專業課，可以培養化學工程專業學生的工程實踐意識，受到國內化工專業高校的重視。合肥工業大學化工學院制定了《化工過程設計與優化》的研究生課程計劃，學院經過研究，決定從2006年開始在化學工程專業研究生中開設《化工過程設計與優化》選修課程。經過幾年的教學實踐，改進了教學內容和教學形式，開課取得成功。在近6年的校本部研究生及企業研究生班教學過程中，我們對課程內容和教學方法進行了一些有益地嘗試，逐步形成了一套適合本校學生特點的教材，培養了學生的化學工程實驗意識和工作能力，畢業學生受到用人單位好評。

一、分析取舍國內外相關教材的教學內容

“優化”已成為一門系統的數學理論性學科。國外的一些原版教材或譯書箱大多涉及優化的數學模型建立、因素分析和計算等理論，或者介紹Aspen Plus和PRO/II等軟件的應用等。教材的數學理論性強，難度大，與化學工程關聯度偏小，難以直接用于本?；瘜W工程專業研究生的教學。國內出版的化工過程與設計方面的教材較多偏重工藝描述，與化工優化知識的結合點少，不能直接采用。我們從國內外的教材中進行選取，注重各章知識點完整性和連貫，強化工程實踐意識的培養。經過幾輪教學效果比較和學生反饋，最終確定總學時32，主要教學內容分為：①優化基本理論及概念；②優化理論在化工領域的應用；③項目立項及化工廠設計；④化工過程優化與設備選型；⑤化工與優化專題討論。近年來，通過與華東理工大學、天津大學等高校的調研與交流，收集整理相關的圖書資料，我們還對現有教學講議及PPT課件進行了一些充實和完善，最終形成包含有化工基礎知識，管路及設備選型，工藝路線優化，各種操作單元設計優化與組合方法，公用工程設計，計算機輔助設計基礎知識，可研性報告編寫，技術經濟分析，綠色化工過程等適用合肥工業大學的生源狀況的教學講義及PPT，解決了課程缺少合適教學資料支持的問題。

二、改革教學方法，因人施教

隨著研究生招生人數的增加，合肥工業大學化工學院研究生的生源發生較大變化。2012年度，“211”以上生源占33%，其他大多為阜陽師范學院、合肥學院，皖西學院等本省非工科背景生源。這些學生中，有的缺乏化工基礎知識，有的實際工作經驗豐富，但理論功底薄弱。針對生源情況，我們在教學中注意適當補充一些基礎化學工程知識點，通過化工與優化專題討論教學過程，布置相關章節閱讀作業，補充理科或師范生源學生的化工管路，流體輸運機械，反應釜，攪拌器類型，板式塔或填料塔等知識點。通過教學方法上的設計，通過4～5個學生搭配組成的學習小組，共同完成一個設計型課題，讓非化工專業背景學生掌握化工設計的基礎知識。對基礎好的學生，則布置Aspen Plus、PRO/II和ChemCAD軟件應用專題，讓學生通過工藝過程，掌握計算機輔助設計、模擬及優化系統知識，參加化工項目設計競賽。在教學過程中，教師把與企業合作中得到的感受向學生做生動地講解，并結合企業中的化工優化與化工廠設計實例，課堂氣氛活躍，師生有所互動，受到本校學生及企業研究生班學員的好評。

三、培養學生的化工經濟分析和綠色化工思想

近年來，國家對化工項目申報和實施過程有了法定程序，如項目經濟分析，可行性論證，安全與環境評估及社會影響等流程。一些用人單位反映，相當多的化學工程專業研究生不會編寫項目可研性報告，不了解項目的設計—評估—施工—驗收—冷?！性嚒a整個流程。中國化工學會理事長等專家在合肥工業大學做學術報告時，曾呼吁化工學院應對研究生增設化工項目的可行性報告編寫，項目經濟分析，平立面優化設計及綠色化工等課程。因此，教學過程中，我們以化工學院與合肥安邦化工有限公司合作開發的“2000t/a溶劑法TAIC交聯劑的清潔生產技術研究及產業化項目”為范例，從項目建議書開始，在課堂上把科研報告，環評，安評，總圖設計，施工圖設計等資料展示給學生，講評化工廠建設的資料編寫技巧，使學生對化工廠設計過程有了認識。在安徽省化工設計院的幫助下，結合該項目的設計圖紙，補充學生化工設計制圖、識圖知識及化工產品的分類等國家標準。

四、在教學過程中豐富教學內容，改進教學方法

《化工過程設計與優化》屬于新開課程，考慮到缺少教材和教學經驗，化工學院把《化工過程設計與優化》課程定位為研究生的專業選修課，進行教學實驗。在2006學年選課過程中，研究生導師和學生對這門課不太了解，選課的學生只有5人。起初，我們從圖書館查閱有關優化和化工設計的圖書資料，從20多本相關圖書中尋找出相關的教學素材。例如考慮到化學工程專業學生的理論數學基礎較弱，我們避開嚴格的數學推導過程，直接采用應用數學的優化結果，如求取極值和黃金分割法等一些優化方法，來處理化工領域的一些工藝優化問題。我們將管路計算，污水處理，工藝參數，換熱器，精餾塔的設計與優化作為第二章。課程結束后，布置一些化工過程的優化專題課外作業。在承擔的教學過程中，先后補充了常見化工單元操作優化與設備造型，化工識圖，化工經濟評價，綠色化工設計等內容。隨著選課人數的增加，我們在教學方式上進行了改進，增加專題討論環節。將學生分為若干個專題組，讓學生根據所學知識，通過查閱文獻，對管路設計及優化，項目建議書，攪拌器形式與選型等某個單元進行演講和講評，調動了學生的工程實踐意識，活躍了課堂學術氣氛。我們對學生的專題作業進行總結，從中選定一些新的知識點，補充到課件，用于下年的教學。

《化工過程設計與優化》課程處于發展與完善階段，涉及的內容多，教學內容起點高，國內各個高校還沒有相對固定或成熟的教輔資料。從師資上講，教師的工程實踐經驗不足，難以把握教學內容。擬通過與同行交流學習，完善教材內容和教學形式。

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基金項目：合肥工業大學研究生教學改革研究項目（YJG2010Y01）

作者簡介：呂建平（1956-），男，安徽郎溪人，博士，教授，從事化學工程教學與科研。