工程教育下分離工程教學(xué)改革研究論文

　　［摘要］對照工程教育專(zhuān)業(yè)認證標準，結合�；瘜W(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)培養方案中十項畢業(yè)要求，重點(diǎn)從掌握基本理論知識、運用所學(xué)化工專(zhuān)業(yè)理論和技術(shù)手段分析并解決化學(xué)工程問(wèn)題、掌握基本的創(chuàng )新方法且具有追求創(chuàng )新的態(tài)度和意識三個(gè)方面展開(kāi)討論，從教學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)內容、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段等角度提出了分離工程課程的教學(xué)改革設想。

　　［關(guān)鍵詞］工程教育；專(zhuān)業(yè)認證；分離工程；教學(xué)改革

　　１工程教育專(zhuān)業(yè)認證背景

　　我國的工程教育專(zhuān)業(yè)認證由中國工程教育專(zhuān)業(yè)認證協(xié)會(huì )組織實(shí)施，始于１９９３年土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)評估，２００６年正式在多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域實(shí)施，迄今己走過(guò)９年的發(fā)展歷程，其目的是：構建工程教育的質(zhì)量監控體系，推進(jìn)工程教育改革，進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量；建立與工程師制度相銜接的工程教育專(zhuān)業(yè)認證體系，促進(jìn)工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，增強工程教育人才培養對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應性；促進(jìn)中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術(shù)人才的國際競爭力。

　　２結合畢業(yè)生十項畢業(yè)要求中的主要三項，提出課堂教學(xué)改革具體措施

　　結合專(zhuān)業(yè)認證標準，我�；瘜W(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)培養方案中明確規定了本專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應達到十項畢業(yè)要求�！斗蛛x工程》課程作為專(zhuān)業(yè)基礎課程，在化工熱力學(xué)和化工傳遞過(guò)程知識的基礎上，采用理論與實(shí)踐密切結合的方式，詳細闡述各類(lèi)分離過(guò)程（精餾、吸收、解吸、萃取、膜分離、吸附、浸取、結晶和干燥等）的物理化學(xué)原理、設計計算方法、工業(yè)應用、主要設備、數學(xué)模型和計算機應用軟件，并展示分離過(guò)程學(xué)科的發(fā)展歷史和主要進(jìn)展。本文針對《分離工程》課程貢獻于畢業(yè)生十項畢業(yè)要求中的主要三項，分別展開(kāi)討論。

　�。玻�１掌握扎實(shí)的化學(xué)工程基礎知識和本專(zhuān)業(yè)的基本理論知識，具有系統的工程實(shí)踐學(xué)習經(jīng)歷，了解本專(zhuān)業(yè)的前沿發(fā)展現狀和趨勢

　　按照該項要求，我們在授課中，一方面強調基礎理論知識的學(xué)習，對復雜及多樣性的分離技術(shù)按原理進(jìn)行分類(lèi)，如：通過(guò)加入分離媒介生成兩相的分離為平衡分離，如精餾、吸收等；不需要加入分離媒介，以壓差、濃度差、電位差等為推動(dòng)力的分離過(guò)程為速率分離，如膜分離；對多組分精餾計算由淺入深展開(kāi)，由假定理想情況下的簡(jiǎn)捷法計算入手，建模用ＭＥＳＨ方程開(kāi)展嚴格法計算，為解決實(shí)際工業(yè)應用問(wèn)題奠定了理論基礎。并強調本專(zhuān)業(yè)知識和化工原理、化工熱力學(xué)、化工設備等其他專(zhuān)業(yè)基礎知識的對立統一，如在介紹最小回流比知識點(diǎn)時(shí)，要注意比較多元精餾與化工原理中介紹的二元精餾中最小回流比的異同點(diǎn)，二元精餾中最小回流比下，進(jìn)料板上下出現一個(gè)恒濃區，可通過(guò)作圖法求解；而多元精餾體系中最小回流比下出現了兩個(gè)恒濃區，且恒濃區出現的位置視待分離組分性質(zhì)的不同而不同，通常利用Ｕｎｄｅｒ－ｗｏｏｄ（恩德伍德）方程求解；再比如在介紹相平衡常數的求解時(shí)，要結合化工熱力學(xué)課程中活度系數法及逸度系數法，進(jìn)一步鞏固兩種求解方法的優(yōu)缺點(diǎn)。另一方面結合行業(yè)發(fā)展前沿趨勢，介紹新興分離技術(shù)在工業(yè)中的應用。如泡沫分離技術(shù)，它根據表面吸附的原理，借鼓泡使溶液內的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面（氣泡的表面）上浮至溶液主體上方形成泡沫層，將泡沫層和液相主體分開(kāi)，就可達到濃縮表面活性物質(zhì)和凈化液相主體的目的。近年來(lái)，在染料、皮革、石油化工工業(yè)污水中降低化學(xué)耗氧量、色素、有機化合物等，在濃度為ｐｐｍ級的大量稀溶液中回收貴金屬、稀有金屬或除去有害物質(zhì)等工業(yè)領(lǐng)域得以應用。還有近年來(lái)崛起的一種新興膜分離技術(shù)：液膜分離，即以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力的一種膜分離過(guò)程。由于其分離選擇性高、通量大而受到關(guān)注，在烴類(lèi)混合物的分離、廢水的處理及生物醫學(xué)上如液膜人工肝、人工肺、人工腎等領(lǐng)域得到應用。在工程實(shí)踐方面，我們分別組織學(xué)生參觀(guān)了中國石化集團安慶石油化工總廠(chǎng)及中鹽安徽紅四方股份有限公司，并結合課程內容，重點(diǎn)介紹煉油工藝中的常減壓蒸餾裝置及原料氣凈化處理過(guò)程中的吸收裝置。如吸收設備中噴霧塔、調料塔、板式塔的選擇，填料塔中各種填料如鮑爾環(huán)、脈沖填料、網(wǎng)孔柵格的選擇，塔高的計算等，在實(shí)踐中強化理論知識的學(xué)習，并將課本中的公式及知識應用到工廠(chǎng)案例中去。

　�。玻�２具備設計和實(shí)施工程試驗的能力，并能夠對試驗結果進(jìn)行分析；具有綜合運用所學(xué)化工專(zhuān)業(yè)理論和技術(shù)手段分析

　　并解決化學(xué)工程問(wèn)題的基本能力主要包括以下幾個(gè)方面的內容：能獨立完成實(shí)驗方案的設計、能正確地操作實(shí)驗裝置，安全地開(kāi)展實(shí)驗、能正確地采集、整理實(shí)驗數據，對實(shí)驗結果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析、解釋?zhuān)�并且掌握工程�?shí)踐、科學(xué)研究與工程設計的基本方法，能夠將所學(xué)課程有機聯(lián)系起來(lái)，對化學(xué)工程基本問(wèn)題，加以分析并予以解決。針對該項要求，我們在課程教學(xué)中，將課程和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗相結合。如在介紹反應精餾章節時(shí)，以催化反應精餾制甲縮醛為例，該實(shí)驗為典型的工程與工藝結合的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗，以甲醇和甲醛為反應原料，濃硫酸為催化劑，在常壓下通過(guò)反應精餾法制備甲縮醛。教學(xué)過(guò)程中，我們引導學(xué)生先思考傳統合成、分離工藝，找出問(wèn)題，尋求改進(jìn)后的工藝流程。傳統工藝采用先反應再利用精餾技術(shù)分離，存在反應轉化率低、未反應的稀甲醛回收困難、稀甲醛的濃縮產(chǎn)生甲酸嚴重腐蝕設備等問(wèn)題。為解決傳統工藝存在的問(wèn)題，引導學(xué)生結合本章節內容，采用反應精餾工藝。新工藝的優(yōu)點(diǎn)：１．甲縮醛氧化所得甲醛與水的摩爾比為：醛／水＝３，可直接作為三聚甲醛的原料，不必濃縮。２．甲縮醛的合成可在較低溫度（４４～８０℃）下進(jìn)行，避免了甲酸生成，解決了設備腐蝕問(wèn)題。新工藝的關(guān)鍵技術(shù)：甲縮醛的合成與分離。實(shí)驗過(guò)程中既需要考察反應工程影響因素如溫度效應、濃度效應及其他工程因素，同時(shí)要考察精餾技術(shù)影響因素如回流比、塔頂采出率及塔釜加熱量等。綜合考慮后，結合實(shí)驗裝置，確定擬考察的工藝參數，且采用正交設計來(lái)制定本實(shí)驗的方案，則根據實(shí)驗涉及的影響因子，并假設每個(gè)因子取兩個(gè)水平，可得到如下實(shí)驗條件表，如表１所示。最后整理實(shí)驗數據，規范作圖。

　�。玻�３掌握基本的創(chuàng )新方法，具有追求創(chuàng )新的態(tài)度和意識；具有綜合運用理論和技術(shù)手段設計系統和過(guò)程的能力

　　該項要求可分解為以下指標點(diǎn)：運用所學(xué)知識，初步設計化工操作單元、設備及工藝過(guò)程；在各化工設計、畢業(yè)設計環(huán)節中體現創(chuàng )新意識。結合該指標點(diǎn)，我們鼓勵學(xué)生利用課余和節假日時(shí)間開(kāi)展大學(xué)生科研實(shí)踐訓練、創(chuàng )新性實(shí)驗計劃、學(xué)科競賽等課外實(shí)踐與創(chuàng )新活動(dòng)，引導學(xué)生“在學(xué)習中研究、在研究中學(xué)習”，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新思維和創(chuàng )新意識，提升本科生的創(chuàng )新實(shí)踐能力。我們將課程教學(xué)與本科生畢業(yè)設計相結合，并利用課程設計環(huán)節綜合應用所學(xué)知識點(diǎn)，統籌分離工程課程與其他專(zhuān)業(yè)基礎課程，并在分離工程的課程教學(xué)中以往年畢業(yè)設計內容為案例加以剖析。如結合畢業(yè)設計課題“乙烯裂解氣脫甲烷系統的工藝設計”，涉及到脫甲烷精餾塔的計算，這是典型多組分精餾塔計算的一個(gè)案例。首先確定關(guān)鍵組分是甲烷和乙烯，其中輕關(guān)鍵組分是甲烷，重關(guān)鍵組分是乙烯。塔頂分離出來(lái)的甲烷輕餾分應使其中的乙烯含量盡可能的低，以保證乙烯的回收率。而塔釜產(chǎn)品則應是甲烷含量盡可能低，以確保乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量。我們利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ過(guò)程模擬軟件高效地完成了工藝計算及參數的優(yōu)化。采用ＤＳＴＷＵ模塊開(kāi)展簡(jiǎn)捷法物料衡算、能量衡算，所得回流比與理論板數關(guān)系曲線(xiàn)如下圖１所示；并將簡(jiǎn)捷法計算結果作為初值代入ＲａｄＦｒａｃ模塊進(jìn)行嚴格法計算，并進(jìn)行靈敏度分析，橫坐標為混合進(jìn)料位置，縱坐標為塔頂甲烷的純度（摩爾分率），得到關(guān)系曲線(xiàn)如圖２所示。通過(guò)該設計案例的開(kāi)展，一方面使得學(xué)生們統籌所學(xué)多組分精餾知識點(diǎn)去思索如何解決工業(yè)上的實(shí)際問(wèn)題，另一方面在分析實(shí)際工業(yè)案例時(shí)，又強化了同學(xué)們對多組分精餾簡(jiǎn)捷法計算及嚴格法計算的理解和綜合應用。

　　３結束語(yǔ)

　　分離工程課程在教學(xué)過(guò)程中，我們以化學(xué)工程與工藝本科專(zhuān)業(yè)認證為導向，在對“工程教育專(zhuān)業(yè)認證標準”進(jìn)行認真分析的基礎上，以工程實(shí)際為切入口，把分離技術(shù)的理論與方法融入應用實(shí)例，將分離工程基礎理論與化工工程實(shí)踐有機結合，進(jìn)一步突出了分離工程的課程特點(diǎn)及實(shí)用性，而且根據現代化工的發(fā)展方向及時(shí)調整、更新課程內容，加強化工新型分離技術(shù)分析，讓學(xué)生更堅實(shí)地掌握分離工程的基本理論，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

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