精細化工生產技術“三階段 三結合三模塊”課程建設研究

孟 飛，梁 建 軍，肖 陸 飛，劉 義 章，王 磊

精細化工生產技術“三階段 三結合三模塊”課程建設研究

孟 飛，梁 建 軍，肖 陸 飛，劉 義 章，王 磊

“精細化工生產技術”作為應用化工技術等相關專業的一門核心課程，教學內容多，涉及知識面寬廣，傳統教學方法教學效果不太理想。闡述了從小試方案的撰寫、產品的實驗室制備及檢驗、工業化生產方案的制定三大步出發(三階段)，將產品生產工藝原理、工藝流程圖及生產操作技術三者有機結合起來(三結合)，把具體產品生產工藝流程劃分為原理處理工序、合成工序及后處理工序(三模塊)，使學生掌握生產必備的基本知識和操作技能，體現了基于工作過程系統化的課程設計，逐步形成了“三階段三結合三模塊”的教學模式。

課程建設;工作過程;教學模式;精細化工生產技術

“精細化工生產技術”是應用化工技術等化工類專業的核心課程，其內容主要涉及典型精細化學品的配方與生產操作技術等。學生通過學習，應能勝任精細化工行業中精細化學品生產與技術改造工作輔助崗，精細化工生產、運行控制與管理崗，以及車間質檢分析與檢驗崗等三種典型工作崗位;在前期學習精細有機合成單元反應的基本理論和基本原理的基礎上，進一步鞏固常規精細有機合成化學反應的規律，利用精細化工合成實驗室的常規儀器和設備，生產典型精細化學品，并能根據小試方案，采用逐級經驗放大法進行中試，并初步擬定出相應產品的工業化生產方案。通過項目實施，最終為學生將來在工作崗位上進行常規生產操作和常規技術管理奠定堅實的基礎。［1］

該課程教學內容多，涉及知識面寬廣，傳統教學方法下的教學效果并不理想。課程組通過實施基于工作過程的課程教學改革，從小試方案的撰寫、產品的實驗室制備及檢驗、工業化生產方案的制定三大步出發(三階段)，將產品生產工藝原理、工藝流程圖及生產操作技術三者有機結合起來(三結合)，把具體產品生產工藝流程劃分為原理處理工序、合成工序及后處理工序(三模塊)，使學生掌握生產必備的基本知識和操作技能，并培養了學生的專業興趣和創新意識。通過不斷的探索和總結，逐步形成了“三階段、三結合、三模塊”的教學模式。

一、“三階段”課程教學設計

“精細化工生產技術”實施項目化課程教學，教學中將課程整合為四個與企業生產實際結合緊密的項目，學生通過完成項目既定任務，學習項目內容，掌握專業知識，練就專業技能。每一個項目又分為三個步驟實施：定小試方案并進行實驗室制備、中試階段、擬定工業化生產方案。

第一階段，學生通過廣泛查閱資料，匯集處理信息，撰寫小試方案(包括方案背景、方案簡介、工藝原理、工藝條件等)，如表1;指導教師根據每組學生在課堂上的方案匯報，結合小試方案，提出整改意見供學生參考;學生將方案進一步完善后交由指導教師審核簽字確認;學生依據小試方案到實驗室進行合成(制備)，完成第一階段任務。

第二階段，針對小試方案及實驗室合成過程中存在的問題，提出具體解決辦法;優化工藝條件，采用逐級放大的方法進行中試;通過中試進一步驗證各種工藝條件，優化工藝過程。

第三階段，在中試的基礎上，結合工程實踐知識，選擇合適的操作技術、反應及分離設備，進行熱量的綜合安排、生產工藝流程的合理布局等，綜合多種因素擬定工業化生產方案，指導下一步的工業化生產。［2］

表1 小試方案

“三階段”課程教學設計符合基于工作過程的課程教學理念，與精細化工產品的開發程序一致(即設計、小試、中試放大及工業化生產過程是一致的)。學生通過學習及實踐鍛煉，既學習了具體精細化學品的工藝原理、完整生產工藝過程及生產操作技術，又掌握了產品開發的一般程序，為以后適應企業相應生產管理崗位工作提供了有力保障。

二、“三結合”教學方法應用

在每個項目的具體實施過程中，都會涉及到產品合成原理、生產工藝流程圖及生產操作技術，筆者根據多年的教學經驗，認為在授課過程中，必須將三者有機結合起來，學生才能很好地接受并掌握。學生學習時，首先需掌握產品合成原理，熟悉化學反應機理，在此基礎上，查看生產工藝流程圖，之后再與生產操作技術結合起來，系統掌握產品生產操作技術。

以項目二增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)的生產為例，其化學反應方程式為：

對照化學反應方程式，學生應首先掌握酯化反應的基本原理、反應條件、單酯化及雙酯化反應歷程、催化劑的選擇依據、提升合成轉化率的方法、反應完成后產物的組成及各組分的性質等。圖1所示為鄰苯二甲酸酯類生產工藝流程，只有全面掌握化學反應原理，才能清楚流程圖中各操作單元設計的緣由。如DBP酯化是可逆反應，分兩步進行，第一步單酯化反應(1號反應器中進行)不可逆、稍加熱即可進行，無需催化劑;而第二步雙酯化(2號反應器中進行)可逆，需加熱130℃左右、加催化劑才能順利進行，且要提高反應產率應及時分離副產物水(冷凝器13、分層器3實現);同時，還需了解水和正丁醇容易共沸，需加入共沸劑。

圖1 鄰苯二甲酸酯類生產工藝流程

合成結束時，學生應能熟知反應體系的組成，即含有催化劑(硫酸)、過量的正丁醇(采用此原料過量促進反應向正方向進行)、未充分反應的鄰苯二甲酸單酯、少量水(大量水反應過程中已被分離出來)及產物鄰苯二甲酸二丁酯等五種組分，下一步的分離提純應以分離其余四種組分、留下DBP為目的。通過分析五種組分的物理化學性質，應按以下步驟進行提純。

(一)中和

基于反應體系五種組分有兩種(酸性催化劑、鄰苯二甲酸單酯)呈酸性，通過加堿液進行中和脫除，此步驟在圖1的中和洗滌器中進行。

(二)水洗

中和后體系中含有兩種鹽、正丁醇、水和雙酯，利用正丁醇、雙酯難溶于水的特性，用水洗滌靜置分層去除(水相在上、油相在下，學生需了解各組分的物理性質－密度)鹽和水，余下正丁醇和雙酯，水洗在圖1的中和洗滌器4中進行。

(三)蒸餾

水洗分離后，此時混合體系中含有正丁醇和DBP兩種有機物，利用兩種物質的沸點不同(正丁醇沸點117．7℃、DBP 沸點386．9℃)且相差較大的特性，采用蒸餾的方法分離正丁醇，余下的即為產品鄰苯二甲酸二丁酯(此操作在真空蒸餾器7中進行)。

(四)脫色、過濾

蒸餾得到的產品DBP若顏色較深，可加活性炭進行吸附脫色、過濾(此操作在脫色器11及過濾器12中進行);若顏色淺，可省略此操作，蒸餾后直接得成品。

在具體生產操作時，教師將化學反應及各單元操作的條件、時間等應用到各環節，并將各操作環節按生產工藝要求有機串聯起來，輔以正確的操作方法。最終，總結出完整的生產操作技術，從而實現化學反應原理與生產工藝流程圖、生產操作技術三者的有機結合。

“三結合”教學方法的應用，將原本孤立學習的三個要素統一起來，使學生系統掌握了具體產品生產操作的來龍去脈。這樣，學生學習起來更具有條理性，掌握的知識也更加系統，而且觸類旁通，掌握了類似生產工藝知識的學習方法。

三、“三模塊”法認識工藝流程圖

用線條(管道)把生產設備按生產工藝要求有機連接起來，形成化工產品工藝流程圖，這是用來表達整個工廠或車間生產流程的圖樣，它通過圖解的方式體現如何從物料變成化工產品的全過程。［3］由于大量的設備(設備外形圖)、線條(管道)交織在一起，很難在短時間內熟悉整個生產工藝過程，教師在講解精細化學品生產工藝流程圖時，經常有學生反映看圖時無從下手，導致許多同學看到流程圖就犯難。

針對這一問題，筆者首先要求學生掌握合成及與產品分離有關單元反應的基本原理;其次，可以將生產工藝流程圖分為三個模塊：原料預處理模塊、合成(反應)模塊、后處理模塊。因為任何復雜的化學合成過程都可以劃分為三個部分：原料處理、合成、后處理，只不過有的產品其生產過程根據生產需要，可能會省略第一或第三部分。

仍以項目二增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)的生產為例，根據圖1生產工藝流程，生產的原料為正丁醇和苯酐，硫酸用作催化劑;化學反應為酯化反應(分單酯化、雙酯化兩步);后處理工序包括中和、水洗、鹽洗、蒸餾、脫色、過濾等單元操作。按照“三模塊”劃分方法，可以將流程圖劃分為以下三模塊：第一模塊為正丁醇、苯酐及硫酸處理模塊(因三種物料不需處理，該模塊在圖1中已省略);第二模塊為酯化反應模塊，包括單酯化和雙酯化反應，圖中對應的是1、2號反應釜部分;第三模塊為后處理模塊，包括中和、水洗、鹽洗、蒸餾、脫色、過濾等幾個單元操作部分，流程圖中對應的是4－12部分。流程圖的“三模塊”劃分，便于學生將三個模塊先單獨學習、再各個擊破，最終將三個模塊串聯起來，即可完成完整工藝流程圖的學習過程。

由此可見，生產工藝流程圖的“三模塊”劃分，將復雜的問題模塊化、熟悉的問題綜合化，符合學生的學習認知規律，利于學生對生產操作過程的整體把握，利于課程的學習。［4］

教學有法、教無定法、貴在得法。通過多年的學習、積累及總結，“三階段、三結合、三模塊”教學模式已逐步成熟，在“精細化工生產技術”課程教學中，教學效果已初步顯現，具體表現在學生評教成績位列前茅，學生兩次參加了安徽省職業技能大賽“精細化工生產技術”項目，均獲得了獎項。課程建設永無止境。今后，課程組將結合學情、行業發展趨勢和企業生產實際，積極改革、不斷總結，穩步提高教育教學質量，從而培養更多企業需要的高技能人才。［5］

［1］趙昊昱．基于工作過程的《精細有機合成技術》課程項目化教學整體設計［J］．常州工程職業技術學院學報，2010(1)：1－5．

［2］陳群．基于工作過程的高職精細化學品生產技術專業課程體系構建［J］．職業技術教育，2010(7)：25－28．

［3］姚小平．《精細化工生產技術》教學改革探索與實踐［J］．廣西輕工業，2011(1)：132 －133．

［4］童孟良，舒均杰，陳東旭．基于工作過程的高職有機化工生產技術課程開發研究［J］．廣東化工，2010(7)：154－156．

［5］吳雨龍．多元化教學方法提升高職課程教學質量［J］．廣西輕工業，2009(4)：156－157．

G712

A

1674－7747(2014)06－0004－04

中央財政支持高等職業學校提升專業服務產業發展能力項目“應用化工技術特色專業建設”(項目編號：2011123);安徽省職業與成人教育學會教育科研規劃課題“項目化背景下‘精細化工生產技術’精品課程建設研究”(項目編號：BCB12052);滁州職業技術學院“精細化工生產技術”精品課程、精品開放課程項目(項目編號：zlgc2011005;zlgc2013002)

孟飛，男，安徽滁州職業技術學院實驗師，主要研究方向為精細化學品開發;梁建軍，男，安徽滁州職業技術學院教授，碩士，主要研究方向為職業教育;肖陸飛，男，安徽滁州職業技術學院副教授，碩士，主要研究方向為應用化工、職業教育。

［責任編輯 盛 艷］