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對(duì)于一個(gè)國家的工業(yè)來說,化學(xué)工業(yè)所占的比重并不在少數(shù),究其原因,可以說化學(xué)工業(yè)的發(fā)展極大的體現(xiàn)了一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展,可以在一定程度上滿足人們高層次的科技生活的需要,也能夠鼓舞國家的各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)在內(nèi)的各項(xiàng)國家基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。近些年來,化學(xué)肥料開始逐步的替代了舊的農(nóng)業(yè)肥料,提高了農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值產(chǎn)量,帶動(dòng)了農(nóng)村相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在一定程度上推動(dòng)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的高速邁進(jìn)。但是與舊的農(nóng)業(yè)肥料相比的不足之處就在于,化學(xué)肥料使用后所產(chǎn)生的化學(xué)廢棄物在很大程度上又造成了環(huán)境的污染,資源的浪費(fèi)?;瘜W(xué)肥料的殘留物成為了大自然的污染源頭。因此,化學(xué)工程有待提高,保護(hù)環(huán)境的宗旨是重中之重,資源的節(jié)約同樣是不能忽視的問題。但是,就目前我國的化學(xué)工程的污染、浪費(fèi)現(xiàn)象仍是十分的嚴(yán)重,發(fā)展決不能以污染和浪費(fèi)為前提,這是大錯(cuò)特錯(cuò)的。
下面我們來具體的分析一下:第一,生產(chǎn)的效率低下。就我國來看,我國的工業(yè)生產(chǎn)存在一個(gè)盲區(qū),重點(diǎn)就在于生產(chǎn)的效率較低。在化學(xué)工程的研究的過程中,生產(chǎn)技術(shù)首先沒有達(dá)到預(yù)期的效果,環(huán)境污染的現(xiàn)象依舊沒有被制止。舉個(gè)例子來說,在進(jìn)行的化學(xué)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)的過程中,材料的運(yùn)用做不到理想的反應(yīng),反應(yīng)現(xiàn)象達(dá)不到預(yù)計(jì)的效果。在這一系列的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)的過程中,事實(shí)上,環(huán)境污染的現(xiàn)象已經(jīng)在悄然的發(fā)生了,化學(xué)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的殘留物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)敗北過程中所造成的化學(xué)污染。實(shí)驗(yàn)過程造成了資源浪費(fèi)的現(xiàn)象十分的嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)更是不在話下,極大的降低了生產(chǎn)的效率水平。另一方面,實(shí)驗(yàn)沒有達(dá)到預(yù)期的效果,化學(xué)產(chǎn)品的使用效率低下,根本不能夠滿足人們的生活所需。第二,化學(xué)工程的生產(chǎn)過程,給環(huán)境造成了較大程度的影響。化學(xué)污染在當(dāng)下我國的環(huán)境污染的比重中占了較大成分。重工業(yè),尤其是金屬工業(yè)所產(chǎn)生的污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。在對(duì)水資源的檢測(cè)的過程中發(fā)現(xiàn),廢棄水中的金屬含量嚴(yán)格的超過了安全性能的指標(biāo)。水資源的污染,也會(huì)對(duì)地下的土質(zhì)產(chǎn)生影響,而土質(zhì)又會(huì)影響農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值,這樣看來,化學(xué)生產(chǎn)所造成的污染現(xiàn)象是嚴(yán)重的。另外,在工業(yè)生產(chǎn)的過程中,廢棄水的直接排放,給自然環(huán)境同樣造成了污染。第三,化學(xué)工程的不連貫性,很容易生產(chǎn)的間斷性,從而影響生產(chǎn)的進(jìn)度,尤其是當(dāng)它發(fā)生了不合理的間斷的時(shí)候,很快就會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的過程產(chǎn)生影響。由此看來,生產(chǎn)效率的低下、生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染以及生產(chǎn)的不合理的間斷等等這一系列的問題,都在阻礙著化學(xué)工程的發(fā)展和進(jìn)步。
2我國化工生產(chǎn)工藝解析
從上文中,對(duì)于我國目前的化工生產(chǎn)過程中,存在著主要的問題就在于我國的化工生產(chǎn)工藝還不是非常完善。針對(duì)這些存在的問題,化學(xué)的生產(chǎn)工藝需要有哪些改進(jìn)呢?在化工生產(chǎn)過程中,采取哪些最新的化學(xué)生產(chǎn)工藝能夠降低化學(xué)生產(chǎn)所產(chǎn)生的污染呢?第一,化學(xué)生產(chǎn)過程中,提高反應(yīng)條件以及反應(yīng)環(huán)境。反應(yīng)條件是化工生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié),為了達(dá)到高效生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率,減少廢料的產(chǎn)生,反應(yīng)條件是最為關(guān)鍵的因素。因此,提高化工生產(chǎn)效率的最為關(guān)鍵的因素就在于加強(qiáng)化學(xué)生產(chǎn)過程中的反應(yīng)條件。催化劑以及反應(yīng)所需條件一定要達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn),才能保證在化工生產(chǎn)過程中,高效生產(chǎn),并減少廢物的產(chǎn)生。保證廢物不直接排放到自然環(huán)境中,就能保證化工生產(chǎn)的相對(duì)環(huán)保。第二,化工生產(chǎn)過程中,并非只是提高產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境,更應(yīng)該能夠提供廢物處理的程序以及治理系統(tǒng)。包括我們經(jīng)??吹降膹U氣,都應(yīng)該經(jīng)過適當(dāng)處理后才能進(jìn)行排放。廢水的排放要采用化學(xué)綜合的化工工藝。其原理很簡單,主要是化學(xué)反應(yīng)中最基本的原理,將廢水中的重金屬通過沉淀,從而減輕其危害性。此外,廢氣的處理應(yīng)該在排氣的中部以及頂部,都設(shè)置一出廢氣處理系統(tǒng),這些裝置可以將廢氣中的有毒氣體以及廢氣中的粉塵過濾,從而保證排放到空氣中的氣體符合國家要求的標(biāo)準(zhǔn)。第三,真正從化學(xué)工程中的化工生產(chǎn)工藝技術(shù)入手,工藝技術(shù)是指從不同的反應(yīng)原理以及反應(yīng)條件進(jìn)行分析與探討。制造氧氣的方式有很多種,那么哪種方式才是最效率高并且更適合化工生產(chǎn)呢?在不同的環(huán)境下,對(duì)于生產(chǎn)的原料以及方式都是可以隨機(jī)改變的,并能通過改變來進(jìn)行適應(yīng)性生產(chǎn),從而提高化學(xué)生產(chǎn)的效率,并實(shí)現(xiàn)高效以及綠色生產(chǎn)。
3結(jié)語
在我們以前普通的化學(xué)反應(yīng)來看,對(duì)于反應(yīng)后的副產(chǎn)物的處理是相當(dāng)困難的,并且如果想處理,其治理成本是相當(dāng)?shù)母撸砸郧澳欠N普通的反應(yīng)無法從根本上剔除化學(xué)工業(yè)中所帶來的一系列危害。而我們所提到的綠色化學(xué)工程,就從根本上解決了上述問題。
1.1選擇有益材料對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說,最重要的還是選料的環(huán)節(jié),它的好與壞直接影響著化學(xué)反應(yīng)是否友好是否有益。有效的防范,以達(dá)到在過程以及結(jié)果的一種良性局面。
1.2采用高效高選擇性的反應(yīng)原料對(duì)于化學(xué)工業(yè)來說,化學(xué)反應(yīng)是決定化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度、充分利用化學(xué)資源等各方面的重要性因素??梢越档凸I(yè)生產(chǎn)的成本,而且能夠提高產(chǎn)物純度,減少無效反應(yīng)產(chǎn)物的排放,節(jié)約化學(xué)資源,在化學(xué)工業(yè)中,有機(jī)物的反應(yīng)復(fù)雜,研究機(jī)制不確定,所以選擇合適的反應(yīng)原料,不斷提高工業(yè)技術(shù)是對(duì)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。
1.3使用綠色無公害的反應(yīng)催化劑催化劑作為化學(xué)反應(yīng)中能改變反應(yīng)速率的的物質(zhì),在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用廣泛,綠色化學(xué)就是研究生產(chǎn)高效高質(zhì)量的化學(xué)反應(yīng),不產(chǎn)生任何有害物質(zhì),無效產(chǎn)物可以做到循環(huán)利用,無公害。這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)就是高度依賴化學(xué)反應(yīng)過程中的催化劑,不斷創(chuàng)新,不斷推動(dòng)綠色化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,相關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手研究這些優(yōu)良的催化劑.
2尋找高效綠色的化學(xué)催化劑對(duì)提升工業(yè)生產(chǎn)水平的作用
2.1化學(xué)工業(yè)中綠色化學(xué)的應(yīng)用綠色化學(xué)的核心就是要利用化學(xué)原理從源頭消除污染,做到完全無公害無污染,因此它又被稱為清潔化學(xué),應(yīng)用范圍廣泛,它涉及有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科。工業(yè)中化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件一般都是高溫高壓,在反應(yīng)過程中,只有適宜的溫度和壓力才能使用現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的技術(shù),另外加上綠色化學(xué)的高效催化劑,這項(xiàng)工程才得以不斷發(fā)展。例如上文提到的低維材料碳納米管,催化裂解反應(yīng)中有很大的化學(xué)功效。
2.2化學(xué)工業(yè)中綠色化學(xué)和現(xiàn)代生物結(jié)合的應(yīng)用。講到了催化劑,這就涉及到另外的技術(shù)性學(xué)科生物技術(shù)。生物技術(shù)的就是高科技與高端專業(yè)知識(shí)結(jié)合的產(chǎn)物,學(xué)科內(nèi)又分為細(xì)胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化學(xué)產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于生物化學(xué)。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中,選取有機(jī)的生物材料,主要是動(dòng)植物的原料,另外也會(huì)采用他們經(jīng)過上千年演變的產(chǎn)物—地下的煤炭等。催化劑主要由人工催化劑和自然催化劑,分別由人工合成以及采用天然動(dòng)植物的生物酶。這樣能夠滿足現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需要,同時(shí)也能切合可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)思想,節(jié)約能源,維持現(xiàn)在生態(tài)平衡的狀態(tài),推動(dòng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展。
3結(jié)語
興趣是最好的老師,要學(xué)好無機(jī)及分析化學(xué),首先要激發(fā)學(xué)生的興趣。第一,在無機(jī)及分析化學(xué)這門課的緒論課上,主要介紹化學(xué)的作用及學(xué)習(xí)方法。第二,闡明化學(xué)與人類生活之間密切聯(lián)系,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)。第三,無機(jī)及分析化學(xué)是化學(xué)、化工類相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課,其作用無論是對(duì)以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)還是將來從事工作都具有重要的意義。第四,在平時(shí)的課堂教學(xué)中,可以多講一些貼近生活的例子,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如,在介紹影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時(shí),舉例說明,夏天食物容易變質(zhì),我們可以將食物放進(jìn)冰箱中保存,以防止變質(zhì)。這是通過降低溫度,達(dá)到降低食物變質(zhì)的速率。汽車尾氣CO和NO是嚴(yán)重的環(huán)境污染物,從熱力學(xué)的角度講,CO+NON2+CO2可以發(fā)生,但是遺憾的是,在通常狀況下,該反應(yīng)進(jìn)行的非常之慢,以致不能有效地去除車道內(nèi)的CO和NO。因此,有必要對(duì)化學(xué)反應(yīng)的速率問題進(jìn)行研究,必須考慮外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響,由此可引出本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。第五,在教學(xué)過程中,穿插介紹一些與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的科技發(fā)展新動(dòng)態(tài)及前沿知識(shí),以此調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
2綜合利用各種教學(xué)方法
現(xiàn)階段的教學(xué)方法多種多樣,而在實(shí)際教學(xué)中,各種教學(xué)方式應(yīng)該相互結(jié)合、取長補(bǔ)短。根據(jù)我校無機(jī)及分析化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn),可以概括為以下幾點(diǎn):第一,增加課堂討論。針對(duì)一些在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題,教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生搜集資料,進(jìn)行課堂討論。在討論的過程中培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力;第二,讓學(xué)生走上講臺(tái)。讓學(xué)生走上講臺(tái)不僅可以體驗(yàn)教師備課的準(zhǔn)備過程,還可以鍛煉學(xué)生的能力;第三,運(yùn)用多媒體教學(xué),可以使微觀概念及理論形象化。例如,在物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)這一章,學(xué)生一般較難理解,如果用多媒體課件和化學(xué)軟件以動(dòng)畫的形式去展現(xiàn),課程內(nèi)容會(huì)更加形象、生動(dòng)。這樣的教學(xué)不僅有利于學(xué)生理解、記憶,還可以活躍課堂氣氛。第四,對(duì)于公式推導(dǎo),應(yīng)該板書推理過程引導(dǎo)學(xué)生理解。在教學(xué)中應(yīng)避免盲目使用多媒體教學(xué),要將多媒體與其他教學(xué)手段結(jié)合起來,才會(huì)使學(xué)生理解公式的推導(dǎo)過程,并能較好的應(yīng)用公式。
3培養(yǎng)學(xué)生能力
為了調(diào)動(dòng)能源化學(xué)工程專業(yè)學(xué)生對(duì)無機(jī)及分析化學(xué)基礎(chǔ)課程的興趣,可以積極組織各類化學(xué)競(jìng)賽活動(dòng)。我省有各類化學(xué)競(jìng)賽,例如:化學(xué)視頻大賽,化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽和趣味化學(xué)競(jìng)賽等。近年來,教育部門堅(jiān)持開展國家級(jí)、省部級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,有望培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力,推動(dòng)全民創(chuàng)新。此外,為了鼓勵(lì)和培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新激情及能力,我們學(xué)校也開展了大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目均是由學(xué)生親自撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書,申請(qǐng)答辯ppt,中期考核表,結(jié)題報(bào)告和結(jié)題答辯ppt等資料。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力,還為學(xué)生日后工作和學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)合理的方法和實(shí)踐能力提供了基礎(chǔ)。
4適應(yīng)專業(yè)要求
能源化學(xué)工程專業(yè)的技術(shù)性和實(shí)踐性較強(qiáng),在無機(jī)及分析化學(xué)的教學(xué)中,要把握專業(yè)的特殊要求,認(rèn)真學(xué)習(xí)我校能源化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案,深入研究教學(xué)大綱,充分了解無機(jī)及分析化學(xué)在整個(gè)專業(yè)課程體系中的作用,明確教學(xué)過程中的內(nèi)容和重難點(diǎn)。例如,化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)章節(jié)的內(nèi)容應(yīng)該詳細(xì)講解。這部分內(nèi)容對(duì)于能源化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生而言,可以更好地理解能源轉(zhuǎn)化及利用過程中的一般規(guī)律,為高效、低碳環(huán)保使用能源奠定基礎(chǔ)。
5結(jié)論
化工原理系列課程包括:理論課、實(shí)驗(yàn)課、生產(chǎn)或仿真實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)四個(gè)環(huán)節(jié)。其中化工單元操作過程設(shè)計(jì)方法、操作原理及其計(jì)算是理論課程教學(xué)的重要內(nèi)容,而迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行工程計(jì)算是課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),所以組織好化工原理理論課程教學(xué)是落實(shí)化工原理整體教學(xué)的關(guān)鍵。目前,化工原理主要授課內(nèi)容:流體流動(dòng)、流體輸送機(jī)械、非均相物系的分離和固體流態(tài)化、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥等單元的基本概念、原理和工程計(jì)算方法,而通用過程模擬軟件中幾乎包括所有常見的化工單元基本模塊,在講課過程中,教師可以在講授基本原理后,使用軟件中的相關(guān)計(jì)算模塊對(duì)其工作特性進(jìn)行模擬展示。東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院肖國民、李浩揚(yáng)等,利用Fluent、Aspenplus軟件應(yīng)用于講授和解決“三傳”問題。其中利用Fluent軟件,對(duì)固定床反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)量模擬,結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和對(duì)流傳熱模型等,研究反應(yīng)器內(nèi)一氧化碳與硝酸二乙酯偶聯(lián)反應(yīng),從而獲得反應(yīng)器內(nèi)速度、溫度和各物質(zhì)濃度的分布情況,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。這一過程給學(xué)生清晰的展示了:不僅固定床反應(yīng)器內(nèi)部的“三傳”均和反應(yīng)的進(jìn)行程度相輔相成,而且若想準(zhǔn)確計(jì)算、設(shè)計(jì)或優(yōu)化一個(gè)單元操作過程,實(shí)驗(yàn)情況與計(jì)算模擬必須相互反饋,相得益彰。利用Aspenplus軟件對(duì)二苯基甲烷二異氰酸酯換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)和工程開發(fā),與傳統(tǒng)的換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算方法相比,結(jié)果具有可靠性高、計(jì)算用時(shí)少、繪圖快、和各專業(yè)集成效應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)甲醇—水精餾過程模擬,說明該軟件可用于質(zhì)量傳遞方面的計(jì)算。教學(xué)實(shí)踐證明,該方法不僅可以全面反映塔內(nèi)物料組成、質(zhì)量分布狀況等工藝計(jì)算結(jié)果,而且還可通過系統(tǒng)內(nèi)置板式塔或填料塔的各種塔內(nèi)件參數(shù),得到塔結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì),另外學(xué)生還可以通過改變模擬計(jì)算條件,綜合考察各因素對(duì)分離效果的影響,便于教學(xué)。中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院劉相、王蘭娟利用軟件:Mathcad、Aspenplus和AutoCAD與傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的教學(xué)方式,簡化繁瑣的計(jì)算過程,強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和制圖規(guī)范,使化工原理課程設(shè)計(jì)逐步走入規(guī)范化軌道。中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院孫蘭義,張?jiān)旅鞯?,選擇烯烴分離裝置作為研究對(duì)象應(yīng)用于化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)之中,利用Aspenplus、ProII獲得了最佳回流比、理論板數(shù)等重要數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)教學(xué)的引入為化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)注入了新的活力。江蘇技術(shù)師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張春勇,鄭純智等利用Aspenplus軟件在流體流動(dòng)和輸送機(jī)械、傳熱、精餾、吸收與脫吸中應(yīng)用,在教學(xué)過程中使學(xué)生看到的都是工程實(shí)例,充分踐行了理論聯(lián)系實(shí)際這一教學(xué)原則。嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院韋曉燕,譚軍等,山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張治山、高軍[21]等將Aspenplus過程模擬系統(tǒng)有目、有步驟地應(yīng)用于化工原理系列課程教學(xué),通過單元模型操作型問題、實(shí)際案例分析和課程設(shè)計(jì)三個(gè)階段的訓(xùn)練,使學(xué)生加深對(duì)化工單元設(shè)計(jì)的理解,達(dá)到培養(yǎng)“知識(shí)”+“能力”型人才的目的。另外,北京石油化工學(xué)院化學(xué)工程系葛明蘭,李翠清等和安陽大學(xué)化工系李安林,張換平等將ChemCAD軟件應(yīng)用與化工課程設(shè)計(jì)和簡捷精餾模型,青海大學(xué)化工學(xué)院李曉昆,張宏等將ECSS軟件應(yīng)用在板式精餾塔工藝計(jì)算中。華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院鄭秀玉,李瓊還將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化工仿真實(shí)習(xí)教學(xué)的改革與實(shí)踐當(dāng)中,取得了寶貴的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際工程問題的解決方案通常是多方面因素綜合,且呈非線性關(guān)系作用的結(jié)果,解答需要經(jīng)過多次運(yùn)算與討論分析。如操作型計(jì)算,盡管與設(shè)計(jì)型應(yīng)用的原理是一樣的,但是因?yàn)樗伎紗栴}的角度不同,使得此類問題復(fù)雜、靈活,綜合條件的選擇計(jì)算不是一次完成,而是需要多次試算,反復(fù)迭代,加之公式復(fù)雜,計(jì)算步驟繁多,計(jì)算量很大。模擬軟件的應(yīng)用是解決這類問題行之有效的捷徑,既幫助學(xué)生加深了對(duì)各化工單元的認(rèn)識(shí)與理解,又培養(yǎng)了他們解決實(shí)際工程問題的能力。
2在化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程教學(xué)中的應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)工程和化工分離工程皆為化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要研究內(nèi)容的共性為過程開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)以及實(shí)際生產(chǎn)操作過程中遇到的工程問題。在化工生產(chǎn)過程中,化學(xué)反應(yīng)是生產(chǎn)的核心,而分離過程則是其前的原料凈化和其后的產(chǎn)品精制,一般來說分離裝置的費(fèi)用占總投資的70%以上。過程模擬系統(tǒng)中,基本上包含了教學(xué)過程中所包含的各式反應(yīng)器模型,另外系統(tǒng)還集成了用戶自定義模塊,用戶可根據(jù)實(shí)際需求二次開發(fā)反應(yīng)器模塊子程序。而對(duì)于化工分離過程的模擬無論是從可模擬介質(zhì)的種類和塔器的形式上,還是從模擬結(jié)果的精度上,都堪稱化工模擬技術(shù)發(fā)展的代表。如:在AspenPlus中用于模擬所有類型的多級(jí)汽-液、液-液平衡為例,其計(jì)算分為簡捷、嚴(yán)格法兩種。簡捷法計(jì)算單元模塊庫有三類:簡捷法精餾設(shè)計(jì)、簡捷法精餾核算和石油簡捷蒸餾。嚴(yán)格法計(jì)算單元模塊庫有六類:嚴(yán)格精餾、復(fù)雜塔嚴(yán)格精餾、石油嚴(yán)格蒸餾、基于質(zhì)量傳遞速率蒸餾、嚴(yán)格間歇蒸餾和嚴(yán)格液-液萃取,每一類單元模塊庫中又有多個(gè)以進(jìn)料、加熱器(冷凝器)和側(cè)線物流等不同組合形式,如:嚴(yán)格精餾不僅可用于兩相(汽-液)計(jì)算,還可用于三相(汽-液-液)計(jì)算,即可模擬:普通蒸餾、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精餾、平衡和反應(yīng)比例控制蒸餾等工藝過程,而石油嚴(yán)格蒸餾庫中就有近50種形式可選,所以過程模擬系統(tǒng)不僅可以滿足化工分離工程課程主要內(nèi)容的需要,而且對(duì)其后繼石化、煉化等工藝課程,也有較大的幫助。天津科技大學(xué)王彥飛,朱亮等采用教學(xué)內(nèi)容與AspenPlus軟件相結(jié)合以提高教學(xué)質(zhì)量,討論環(huán)氧丙烷水解絕熱連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器模型的多解性,在課堂上非??焖僦庇^的讓學(xué)生清楚了解多定態(tài)現(xiàn)象以及產(chǎn)生的原因,有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)過程的理解,并通過軟件使用可以回答,“如果改變某些條件,那么對(duì)于結(jié)果有哪些影響?”這樣的問題。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系戴斌,徐宏利用化工過程模擬系統(tǒng)ChemCAD二次開發(fā)工具,在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)上,通過使用VBA語言編程,實(shí)現(xiàn)有復(fù)雜反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)。變換不同的SO2轉(zhuǎn)化工藝條件,計(jì)算得到與之對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器體積,從而為裝置技改、去瓶頸和優(yōu)化提供依據(jù)。上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院吳錫慧,郁平等對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革和實(shí)踐,在實(shí)驗(yàn)中引入AspenPlus軟件強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用,提高了學(xué)生們的設(shè)計(jì)和綜合分析能力。該軟件也正被學(xué)生用在大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)。天津大學(xué)化工學(xué)院李士雨,齊向娟給出了應(yīng)用ChemCAD模擬軟件更新分離過程教學(xué)內(nèi)容的初步方案包括:分離過程熱力學(xué)、自由度分析的原理和方法、單級(jí)平衡和多級(jí)平衡模擬計(jì)算等。得出:無論從國內(nèi)外化工分離過程教學(xué)內(nèi)容的更新趨勢(shì)上看,還是從工業(yè)界對(duì)分離過程教學(xué)內(nèi)容需求的變化上看,在分離過程教學(xué)內(nèi)容中增加計(jì)算機(jī)模擬分析方法是大勢(shì)所趨。華東理工大學(xué)化工學(xué)院李偉,朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習(xí)題課上,同時(shí)改變熱力學(xué)方法、閃蒸條件、壓力等,完成不同條件下的多種閃蒸計(jì)算。進(jìn)行丙烯精制塔精確計(jì)算可對(duì)塔操作參數(shù)進(jìn)行多方案計(jì)算和比較,實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化;通過調(diào)節(jié)操作參數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的純度和塔的能耗比較,在其之間建立量化概念,這對(duì)于思考許多分離基本問題是十分有益的。江蘇石油化工學(xué)院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對(duì)醋酸與乙醇催化反應(yīng)精餾塔進(jìn)行模擬,回流比、進(jìn)料組成、進(jìn)料位置等對(duì)醋酸與乙醇收率的影響進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:運(yùn)用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應(yīng)精餾過程,結(jié)果可靠,精度高。江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過演示軟件操作錄像、學(xué)習(xí)模擬經(jīng)典實(shí)例等方法,使學(xué)生迅速掌握并使用軟件,借此求解泡、露點(diǎn)及塔板數(shù)等。廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院秦祖贈(zèng),葛利等利用ProII對(duì)膨脹器的氣體加工裝置進(jìn)行模擬,福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院盧澤湘,范立維等利用AspenPlus對(duì)甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應(yīng)精餾工藝進(jìn)行模擬,并進(jìn)行教學(xué)演示和講解。著重在混合物熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、多組分平衡分離過程計(jì)算上,真正做到了“嚴(yán)格計(jì)算”。同時(shí)指出軟件對(duì)化工熱力學(xué)、化工設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)也會(huì)有較大的幫助,連續(xù)三年化工專業(yè)本科生對(duì)過程模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣調(diào)查中“,學(xué)習(xí)興趣強(qiáng)烈”的分別占到總?cè)藬?shù):72.8%、83.2%、86.8%。將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué),避免了大量計(jì)算公式推導(dǎo)、復(fù)雜數(shù)值計(jì)算等問題,可以在少用課時(shí)的情況下,盡量全面地展示化學(xué)反應(yīng)工程的核心內(nèi)容。多組分多平衡級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算,是設(shè)計(jì)分離設(shè)備和優(yōu)化操作過程的必要計(jì)算手段,也是化工分離工程教學(xué)的主要內(nèi)容。使用過程模擬系統(tǒng),在進(jìn)行MESH方程推導(dǎo)及基本算法介紹的同時(shí),使得塔的精確計(jì)算和將熱力學(xué)中相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)運(yùn)用到具體的分離過程中,解決其工程實(shí)際問題成為可能,并且可以對(duì)塔的操作參數(shù)、分離要求和設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等問題進(jìn)行分析計(jì)算,極大地提高了學(xué)習(xí)的深度與廣度,使學(xué)生更加主動(dòng)積極,綜合分析和解決實(shí)際工程問題的能力明顯提高。
3結(jié)語
因?yàn)槊恳粋€(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的目的都不相同,因此其處理的步驟以及涉及的化學(xué)公式也不盡相同,不可能以一個(gè)程序來概括,但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié),發(fā)現(xiàn)不同的化工實(shí)驗(yàn)中都會(huì)有其相似之處,它們都可以由圖1來概述。
2數(shù)據(jù)處理的程序編制
2.1數(shù)據(jù)輸入?;瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)輸入主要依靠提示的函數(shù)input實(shí)現(xiàn),比如以溫度為例子,則其輸入函數(shù)為:t=input(‘請(qǐng)輸入實(shí)驗(yàn)的溫度(攝氏度):’),其中輸入函數(shù)大多是以矩陣的輸入形式為主。
2.2處理和作圖?;瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)存在離散的情況,必須經(jīng)由多種擬合的方法將它們結(jié)合成一條或多條連合的曲線,而其中最常用的擬合方式是最小二乘法,因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的擬合方式也采用最小二乘法的方式。設(shè)實(shí)驗(yàn)的離散數(shù)據(jù)(x1,y1)通過最小二乘法將其擬合成因變量y,自變量x,輸入的函數(shù)關(guān)系為y=f(x),函數(shù)關(guān)系的主要思路是讓離散數(shù)據(jù)中的x1的殘差平方以及Σ(f(x1)-y1)2達(dá)到最小值。因?yàn)樵诘贸龌?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中多少會(huì)因?yàn)橥饨绲囊蛩卮嬖谥恍┱`差,因此最小二乘法可以無需使輸入函數(shù)y=f(x)必須經(jīng)過全部的離散數(shù)據(jù)(x1,y1),但是殘差平方和必須達(dá)到最小值。根據(jù)最小二乘法的擬合方法可知,最小二乘法可以滿足化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的擬合應(yīng)用需求。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中會(huì)涉及到流體的流動(dòng)阻力研究,研究主要是通過測(cè)試流體的流動(dòng)阻力,在經(jīng)過特定的計(jì)算之后得出摩擦系數(shù)(λ)和雷諾準(zhǔn)數(shù)(Re)的離散數(shù)據(jù),再同理,經(jīng)過最小二乘法擬合出連續(xù)的曲線,并根據(jù)其畫出相對(duì)應(yīng)的圖形。得出上述式子之后可以將MATLAB里的函數(shù)polyfit()進(jìn)行線性的擬合,以作為化工數(shù)據(jù)處理的程序原理。
2.3建立數(shù)據(jù)庫。因?yàn)榻?jīng)過上述的設(shè)計(jì),化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理只能得知在特定的溫度下(比如10℃、20℃以及30℃等)實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù),但是在實(shí)際的生產(chǎn)中,工業(yè)生產(chǎn)所涉及的溫度多變,不單單只停留在設(shè)計(jì)好的溫度當(dāng)中,因此,這就需要我們?cè)跀?shù)據(jù)中選擇最相近的數(shù)據(jù),假設(shè)它們屬于線性的關(guān)系,再利用內(nèi)插或者外推的方式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù)常數(shù)。在本文的化工實(shí)驗(yàn)中,編寫的程序已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)溫度和密度以及實(shí)驗(yàn)的溫度與黏度進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)擬合,建立出了一個(gè)相對(duì)完整的數(shù)據(jù)庫,在工作中只需將溫度輸入進(jìn)系統(tǒng),則程序可以自動(dòng)跳出在特定溫度下的物性數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)處理效率。
3程序的運(yùn)行
在編制完成化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序,且建立數(shù)據(jù)庫之后,便應(yīng)該輸入數(shù)據(jù)以驗(yàn)證程序是否能有效地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中,MATLAB軟件的應(yīng)用是十分重要的,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可知,在化工實(shí)驗(yàn)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大量的離散數(shù)據(jù),必須經(jīng)過擬合的方式進(jìn)行處理,其處理過程中不僅工作量大,而且十分繁瑣,一旦出現(xiàn)差錯(cuò)則必須重新重來,浪費(fèi)大量的人力物力資源,而且在處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后,在查看實(shí)驗(yàn)當(dāng)中還要將化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算一次,看結(jié)果是否與原先的計(jì)算結(jié)果相同,工作量十分重,但是如果運(yùn)用MATLAB軟件則大大降低了數(shù)據(jù)處理難度,只要在MATLAB軟件中輸入相應(yīng)的化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),就可以得到結(jié)果,節(jié)省了時(shí)間,提高了工作效率。
4結(jié)語
分析化學(xué)是食品科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課,與后續(xù)學(xué)習(xí)的食品分析、食品質(zhì)量與安全控制、食品檢驗(yàn)技術(shù)等課程聯(lián)系緊密,只有扎實(shí)掌握分析化學(xué)的基本理論、原理和實(shí)驗(yàn)操作技能,才能更好地學(xué)習(xí)食品分析等后續(xù)課程。目前本校食品科學(xué)與工程專業(yè)分析化學(xué)課程安排51學(xué)時(shí),但是現(xiàn)在分析化學(xué)教材中教學(xué)內(nèi)容比較多,因此必須要精選教學(xué)內(nèi)容才能解決分析化學(xué)課程內(nèi)容多和學(xué)時(shí)少的矛盾。我們選用的教材是“十二五”面向21世紀(jì)課程教材,教材為武漢大學(xué)主編的分析化學(xué)(第五版)上冊(cè),全書共分11各章節(jié),我們將教學(xué)內(nèi)容分為兩個(gè)層次,第一層次是分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),主要包括概論、分析試樣的采集和制備、分析化學(xué)中的誤差與數(shù)據(jù)處理、分析化學(xué)的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制、分析化學(xué)中常用的分離和富集方法;第二層次是定量分析部分,主要包括四大滴定、重量分析法和吸光光度法。第一層次主要以教師講解和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合,其中分析化學(xué)的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制、分析化學(xué)中常用的分離和富集方法由于在后續(xù)課程中還要進(jìn)一步學(xué)習(xí),在分析化學(xué)課程教學(xué)中這兩部分內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué);對(duì)于第二層次的教學(xué)內(nèi)容主要以教師講授為主,重點(diǎn)講授各種分析方法的原理和應(yīng)用,講授過程中注重理論聯(lián)系實(shí)際,特別要將一些食品安全事件與課程結(jié)合起來,例如“三聚氰胺”事件、“蘇丹紅”事件等,這些內(nèi)容既可以讓學(xué)生學(xué)到理論知識(shí),還可以增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)的興趣;而對(duì)于像滴定誤差計(jì)算、溶液pH值計(jì)算等理論性強(qiáng)而實(shí)際應(yīng)用少的知識(shí)點(diǎn)作為選學(xué)內(nèi)容,對(duì)于一些基礎(chǔ)扎實(shí)且有興趣掌握這部分內(nèi)容的學(xué)生,教師可以進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。
2注重課堂互動(dòng),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
在傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中,教師滿堂灌難以激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性。近年來,隨著社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才需要越來越高,傳統(tǒng)教學(xué)模式已難以適應(yīng)人才培養(yǎng)需要,對(duì)課堂教學(xué)提出了新的要求。課堂互動(dòng)是在課堂教學(xué)情境中,教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間發(fā)生的具有促進(jìn)性或抑制性的相互作用、相互影響,進(jìn)而達(dá)到師生心理或行為的改變[3]。加強(qiáng)課堂互動(dòng),既可調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性,又可提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。我們?cè)诜治龌瘜W(xué)教學(xué)過程中通過采用課堂提問、現(xiàn)場(chǎng)解題、專題討論等方式讓學(xué)生參與到教師教學(xué)過程中,同時(shí)對(duì)一些性格內(nèi)斂、自信心不足的同學(xué)進(jìn)行語言鼓勵(lì)并分析參與課堂互動(dòng)的益處,讓他們?cè)诜治龌瘜W(xué)課堂中也能積極參與互動(dòng)并逐漸找到自信,學(xué)生參與互動(dòng)積極性高,課堂氣氛活躍,教學(xué)效果好,同時(shí)學(xué)生的語言表達(dá)、分析問題和解決問題等能力也得到了全面提高。
3課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合,提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力
分析化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),學(xué)習(xí)理論知識(shí)主要是想把它運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中,所以分析化學(xué)課堂教學(xué)要與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系。在課堂教學(xué)中要把實(shí)驗(yàn)原理潛移默化到理論教學(xué)中來,例如在講授酸堿指示劑的時(shí)候,教師要向?qū)W生解答為什么用HCl溶液滴定NaOH溶液時(shí)一般采用甲基橙指示劑,而用NaOH溶液滴定HCl溶液時(shí)以酚酞為指示劑,減少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的疑惑。教師在課堂教學(xué)時(shí)可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)中的問題,采用啟發(fā)式、提示式教學(xué)方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和興趣。通過課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力,并能達(dá)到提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力的目的。
4優(yōu)化考核方式,增強(qiáng)考核方法科學(xué)性
成績考核是教學(xué)活動(dòng)的有機(jī)組成部分,它是檢驗(yàn)“教”與“學(xué)”效果的有效手段。在傳統(tǒng)的考核方法中,期末考試占有很大的比重,平時(shí)成績考核不夠全面,不僅給學(xué)生造成了很大的壓力,而且不能做到全程考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果,以這種方式評(píng)定成績,容易出現(xiàn)高分低能的現(xiàn)象,使社會(huì)對(duì)人才質(zhì)量的判斷出現(xiàn)偏差。我們可以結(jié)合應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)要求,對(duì)分析化學(xué)課程考核方法進(jìn)行改進(jìn),首先將平時(shí)成績占總成績的比重由之前的20%提高到30%,不僅可以減輕學(xué)生學(xué)期末的考試壓力還可以提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性;其次增加平時(shí)成績的考核指標(biāo),平時(shí)成績由課后練習(xí)題成績、課堂討論成績、課程小論文成績、課堂筆記成績和考勤成績等幾部分組成,并且每個(gè)考核指標(biāo)均制定相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),比如課后練習(xí)題成績,首先精選練習(xí)題,要求學(xué)生獨(dú)立完成,并給出標(biāo)準(zhǔn)答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),分析化學(xué)課程總共布置10次課后練習(xí)題,學(xué)生課后練習(xí)題最終成績?yōu)?0次課后練習(xí)題的平均成績;最后期末考試根據(jù)本課程特點(diǎn),在考查學(xué)生知識(shí)點(diǎn)情況的前提下,增加知識(shí)應(yīng)用性強(qiáng)的綜合題比重,以檢查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的能力。改進(jìn)后的分析化學(xué)課程考核方式可以全程、全面地檢查和督促學(xué)生學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體意識(shí),更能科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生綜合素質(zhì),符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求,該考核方式受到了學(xué)生的好評(píng)。
5結(jié)語
傳統(tǒng)化學(xué)工程使用處理工藝對(duì)有毒污染物的處理滯后性較強(qiáng),通常是在污染物產(chǎn)生之后再另外做針對(duì)性處理,不僅增加了處理成本,且治標(biāo)不治本。比如傳統(tǒng)工藝煙氣除塵,雖然凈化了氣體,但是污染物直接轉(zhuǎn)化為廢渣廢水,還需要另一道工序做清潔處理,無疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。綠色化學(xué)工藝的介入,可以直接在生產(chǎn)或排放階段就完成清潔使命,通過化學(xué)反應(yīng)達(dá)到預(yù)防、控制和消毒污染的目的。
化學(xué)原料是化學(xué)工程的源頭,原料決定了生產(chǎn)流程和工藝的選擇,綠色工藝的介入可以從源頭上改變?cè)仙a(chǎn)帶來的各類化學(xué)污染,同時(shí)綠色工藝與化學(xué)工程的結(jié)合還可高效利用各類自然資源,實(shí)現(xiàn)深度開發(fā)利用,兼顧無污染、節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)方式必然會(huì)掀起一輪新的工業(yè)革命。綠色原料的典型開發(fā)應(yīng)用比如甘蔗渣、稻草、麥稈以及木屑、樹枝、蘆葦?shù)瓤杉庸こ蔀橥?、酸類與醇類化學(xué)品。
在化學(xué)反應(yīng)中使用選擇性高的試劑也是綠色工藝應(yīng)用的一個(gè)途徑。以石油化工為例,生產(chǎn)過程中烴類選擇性氧化反應(yīng)較為普遍,作為一種強(qiáng)方熱性反應(yīng),具有生成物不穩(wěn)定、易進(jìn)一步氧化等特征,所以,催化反應(yīng)中此反應(yīng)并非最佳選擇,生成物的不穩(wěn)定也不利于提取最終產(chǎn)物,所以,為改善這種情況,使用選擇性高的試劑是最佳途徑。如此一來,不僅可以降低成本,節(jié)約資源,還能夠降低分離產(chǎn)品的難度提升純度,無疑實(shí)現(xiàn)了提升效益和減少污染的雙贏,所以,綠色化學(xué)工程在這方面的研究實(shí)踐也非常熱門。隨著越來越多的化學(xué)反應(yīng)被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中,催化劑對(duì)提升反應(yīng)速率效果顯著,所以目前化學(xué)工藝領(lǐng)域積極研究無毒無害的高效催化劑成為主流發(fā)展方向不一,不僅有利于工業(yè)的發(fā)展,對(duì)于推動(dòng)化學(xué)分子深入研究也有助益,分子篩催化劑和烷基化固相催化劑就是其中較為典型的代表。
2.綠色化學(xué)工程工藝應(yīng)用
分析綠色化學(xué)工藝是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑,對(duì)綠色工藝的重視與開發(fā)也彰顯了當(dāng)前世界范圍內(nèi)節(jié)能減排的重要性。長達(dá)兩百余年的工業(yè)化路程,使得人類活動(dòng)對(duì)自然資源環(huán)境的危害越來越大,尤其中國作為當(dāng)前世界最大的工業(yè)國,“三廢”問題十分突出,PM2.5問題也成為了懸在人們頭上的一把利劍,將資源枯竭、環(huán)境污染、生態(tài)失衡、人口問題等推到了臺(tái)前更加顯著的位置。大型化工企業(yè)作為與人們生存發(fā)展息息相關(guān)的企業(yè),石油化工與煤炭除去提供能源之外,還提供多種衍生化工產(chǎn)品為人們衣食住行服務(wù),生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水廢渣廢氣、消耗的大量原材料都警示著當(dāng)前必須積極發(fā)展綠色化工工藝,以達(dá)到節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。就目前而言,節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)途徑主要以下幾種:研發(fā)新科技、新工藝全過程控制污染;利用先進(jìn)清潔工藝從源頭控制污染;利用技術(shù)和工藝創(chuàng)新打造可循環(huán)綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈;發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)等。綠色化學(xué)工程與工藝作為節(jié)能減排目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的重要保障,廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,就目前來說,主要以三種表現(xiàn)為主,分別是清潔生產(chǎn)技術(shù)、生物技術(shù)的應(yīng)用及生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品。
綠色化學(xué)工程與工藝使用生物技術(shù)服務(wù)可再生能源的合成,像有機(jī)化合物原料的應(yīng)用經(jīng)歷了從動(dòng)植物到石油煤炭的發(fā)展過程,現(xiàn)如今已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用各類再合成的有機(jī)化合物。在綠色化工中,所使用的催化劑多以工業(yè)酶和自然界中存在的酶,酶與其他化學(xué)催化劑相比,具有反應(yīng)條件溫和、生成物優(yōu)良、污染少等優(yōu)勢(shì),對(duì)于當(dāng)前化工領(lǐng)域而言,生物酶的利用和研發(fā)就成為了綠色化工的重要發(fā)展方向。像丙烯酰胺的制備,最早使用丙烯晴,在環(huán)城生物酶催化后,不僅能耗與成本大幅度減低,且反應(yīng)完全無副產(chǎn)物,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)而言有多重積極意義。
除此之外,綠色化工工藝還廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品領(lǐng)域,生活中有眾多具體應(yīng)用實(shí)例。比如空調(diào)制冷多使用氟利昂,會(huì)造成臭氧層空洞、紫外線增多、溫度升高,目前正積極尋求替代品且朝著低能耗方向發(fā)展,無磷洗衣粉減少對(duì)河流水域污染和人體健康的危害,可降解塑造制品對(duì)土地、水源危害都將進(jìn)一步減輕,清潔汽油的使用可對(duì)大氣污染降低,以上種種嘗試都說明了在生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品領(lǐng)域,綠色化工工藝所發(fā)揮的積極作用。尤其是近年來無污染汽油的研發(fā)與應(yīng)用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不僅經(jīng)濟(jì)環(huán)保,發(fā)展前景好,且制備生產(chǎn)對(duì)自然資源的消耗、對(duì)環(huán)境的危害都不斷降低,證實(shí)了綠色工程化工應(yīng)用的優(yōu)越性。
由于該課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常多,而非機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的機(jī)械基礎(chǔ)較為薄弱,在講授本課的同時(shí)有可能補(bǔ)充一些相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),以便幫助學(xué)生的理解,這便使原本緊張的課時(shí)安排變得更加緊張。在這種情況下,授課內(nèi)容需要適當(dāng),分清主次,注重一些實(shí)用內(nèi)容的講解,而對(duì)一些比較虛的公式以及一些概念可以進(jìn)行簡單講解,對(duì)于重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容如力學(xué)部分可以多安排一些課時(shí),而對(duì)于相對(duì)容易的內(nèi)容,如材料與焊接部分,可以采用課堂講解并引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)的方式進(jìn)行授課,從而進(jìn)行合理授課。
2授課方法的改革與創(chuàng)新
2.1傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)結(jié)合提高效果
傳統(tǒng)的教學(xué)方法以黑板板書為主,教師可以通過手語、眼神等肢體語言吸引學(xué)生注意力,并向?qū)W生傳達(dá)知識(shí)[4]。這種授課方法較為人性化,教師可以在黑板按步驟有條理地向?qū)W生演示,條理清晰,步驟分明,易于學(xué)生在接受知識(shí)的同時(shí)積極思考,從而發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。多媒體教學(xué)手段靈活,不僅可以以書面文字的形式表達(dá),還可以用圖片以及視頻的形式向?qū)W生展示,加以教師的講解可以達(dá)到以視覺和聽覺雙重途徑傳送知識(shí)的效果。但是傳統(tǒng)的教學(xué)和多媒體教學(xué)也都有各自的缺點(diǎn),傳統(tǒng)教學(xué)方法單調(diào)呆板,效率低,有時(shí)候會(huì)顯得枯燥乏味,學(xué)生往往容易被老師牽著鼻子走,掌控不好課堂氣氛,容易形成“填鴨式”滿堂灌的教育模式,而降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。多媒體教學(xué)則容易造成信息量大,學(xué)生承受不了,理論公式演示步驟快,學(xué)生不能完全理解,教師的肢體語言不夠豐富,學(xué)生和老師之間的交流少,不夠人性化?;C(jī)械基礎(chǔ)這門課本身既有大量的公式推導(dǎo)等理論內(nèi)容,又有機(jī)械傳動(dòng)和容器設(shè)備的實(shí)際工程內(nèi)容,因而可以將傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)結(jié)合,發(fā)揮這兩種教學(xué)方法各自的特長。如在講授到構(gòu)件受力分析以及及變形形式時(shí),可以通過多媒體展示圖形的形狀以及受力情況,在講授容器設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)時(shí),可以運(yùn)用實(shí)物圖片向?qū)W生展示,將傳統(tǒng)講課的二維圖形變?yōu)閯?dòng)態(tài)的三維圖形,全方位地展示設(shè)備和零部件的結(jié)構(gòu);運(yùn)用視頻播放讓學(xué)生理解設(shè)備的運(yùn)作以及工作原理。對(duì)于重要的公式推導(dǎo)則可以通過黑板板書,放慢教學(xué)步驟,讓學(xué)生有充分的思考和記筆記的時(shí)間。
2.2以實(shí)例或項(xiàng)目為題加強(qiáng)學(xué)生理解
根據(jù)化工機(jī)械基礎(chǔ)的授課目的和主要任務(wù),在授課過程中可以通過工程中一些實(shí)例的講解,來提高學(xué)生的興趣,并將知識(shí)融會(huì)貫通,提高學(xué)生綜合利用知識(shí)解決問題的能力。此外,對(duì)于做過有關(guān)該課程項(xiàng)目的教師,可以安排出一定的時(shí)間,結(jié)合具體項(xiàng)目講解課程中有關(guān)知識(shí)點(diǎn),從項(xiàng)目的任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、所解決的相關(guān)問題、設(shè)計(jì)過程中所要注意的問題以及項(xiàng)目的實(shí)施情況等,根據(jù)自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)有計(jì)劃分步逐漸地介紹,從而提高學(xué)生的興趣和加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用。
3考察方法的改革與創(chuàng)新
3.1平時(shí)考察與考試相輔相成
由于化工機(jī)械基礎(chǔ)的內(nèi)容較多,前后內(nèi)容相互獨(dú)立而又緊密聯(lián)系,一旦學(xué)生對(duì)前邊力學(xué)知識(shí)的掌握不夠,必然會(huì)影響到后邊容器設(shè)計(jì)計(jì)算,而材料和焊接不熟悉,則會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在材料選擇和容器設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)困難,因此,為打好基礎(chǔ)必須加大對(duì)學(xué)生的平時(shí)考察,讓學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)地掌握知識(shí),避免吃不透掌握不準(zhǔn)的現(xiàn)象發(fā)生。平時(shí)考察的方法可以由課堂上或課堂下的練習(xí)題以及知識(shí)點(diǎn)的分組討論等與平時(shí)有關(guān)該的課程任務(wù)組成,同時(shí)將該部分的考察作為期末總成績的30%計(jì)入,讓學(xué)生在有壓力的情況下,發(fā)揮主觀能動(dòng)性進(jìn)行學(xué)習(xí)。
3.2考試多樣化側(cè)重有所不同
對(duì)于化工機(jī)械基礎(chǔ)這樣一門知識(shí)點(diǎn)非常多的課程,很難用一張卷子將大部分知識(shí)點(diǎn)考察到,因而需要對(duì)考試形式加以改變??梢詫⒖荚嚪譃槠谥衅谀┛荚噧纱?,期中考試著重對(duì)前邊所學(xué)知識(shí)的考察,而期末考試著重考察課程的后半部分知識(shí)點(diǎn),做到期中、期末考試側(cè)重點(diǎn)各有不同,從而考察整個(gè)課程的知識(shí)點(diǎn),促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握;同時(shí)根據(jù)考察內(nèi)容的不同,可以將考試形式分為開、閉卷相結(jié)合的方式,使考試多樣化,避免了學(xué)生考前突擊死記硬背,考后立即遺忘的現(xiàn)象出現(xiàn),而且還可以增加試卷命題的自由度,大膽地出現(xiàn)過去考試試卷中不敢出現(xiàn)的需要應(yīng)用復(fù)雜公式,計(jì)算所需的重要知識(shí)點(diǎn)也可以出現(xiàn)在考卷中,擴(kuò)展考查范圍;將過去對(duì)有限的知識(shí)點(diǎn)考查,轉(zhuǎn)化到知識(shí)和能力并重的全面素質(zhì)考查上來,而且考試結(jié)果也將變得更加真實(shí)可信,最后達(dá)到對(duì)學(xué)生課程掌握考查的目的。
4結(jié)語
輕化工程(制漿造紙工程)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工科專業(yè),在實(shí)際的教學(xué)過程中應(yīng)更注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。因此,在實(shí)際教學(xué)過程中,教師應(yīng)在課堂上充分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)課程的重要性,使學(xué)生在思想上引起重視,避免“打醬油”式的上實(shí)驗(yàn)課。同時(shí),通過合理開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程,精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的積極性,發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性。以往我校輕化工程專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程為:植物纖維化學(xué)、制漿原理與工程、造紙?jiān)砼c工程、紙張物理性能檢測(cè)和專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)。根據(jù)制漿造紙行業(yè)發(fā)展需要以及科學(xué)研究最新動(dòng)態(tài),我們另增設(shè)了高得率制漿、廢紙脫墨和專業(yè)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程。在新增實(shí)驗(yàn)課程的同時(shí),我們根據(jù)課程內(nèi)容和科學(xué)研究的發(fā)展,精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,合理購置了一批高、精、尖的儀器設(shè)備,比如為高得率制漿實(shí)驗(yàn)課購置了日本產(chǎn)連續(xù)式高濃盤磨機(jī),為專業(yè)儀器分析購置了瑞典L&W公司的纖維形態(tài)分析儀、日本島津的高效液相色譜儀和美國熱電傅里葉紅外光譜儀,保證了新開實(shí)驗(yàn)課程的順利實(shí)施。新的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目激發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣,極大地提高了他們上實(shí)驗(yàn)課的積極性,結(jié)果不僅拓寬了學(xué)生的知識(shí)面,使學(xué)生了解了本行業(yè)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài),而且使學(xué)生掌握了先進(jìn)儀器設(shè)備的操作技能,學(xué)生知識(shí)和技能掌握更加全面。此外,針對(duì)學(xué)生人數(shù)較多,儀器設(shè)備臺(tái)/套數(shù)較少的實(shí)驗(yàn)課程,根據(jù)造紙行業(yè)儀器設(shè)備最新進(jìn)展,為造紙?jiān)砼c工程實(shí)驗(yàn)課程購置了一臺(tái)奧地利PTI的凱塞快速紙頁成型器,為紙張物理性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)課購置了一批最新的性能較為穩(wěn)定的檢測(cè)設(shè)備,如:L&W抗張強(qiáng)度測(cè)試儀、透氣度測(cè)試儀、耐破度測(cè)試儀以及ISO白度-殘余油墨測(cè)定儀等,在保證新開實(shí)驗(yàn)課程開出質(zhì)量的同時(shí),保證原有實(shí)驗(yàn)課程的持續(xù)更新和發(fā)展。
2開放實(shí)驗(yàn)室,提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力
本科實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)一般都會(huì)有專門的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,涵蓋了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用以及實(shí)驗(yàn)步驟等,雖然現(xiàn)在基本上都側(cè)重于開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn),減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上也只是被動(dòng)的按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行操作,制約了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。并且由于制漿造紙專業(yè)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備較為昂貴,儀器設(shè)備臺(tái)/套數(shù)較少,實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少而實(shí)驗(yàn)周期較長,不能滿足學(xué)生的求知欲。開放實(shí)驗(yàn)室可以很好的彌補(bǔ)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺點(diǎn),充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智,為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展提供平臺(tái),有利于學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料、獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究等活動(dòng)培養(yǎng)和提高其自身的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。開放實(shí)驗(yàn)室的課題選擇一般分為兩類,一類為教師的科研項(xiàng)目,另一類為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)課題。學(xué)生在進(jìn)入大三年級(jí)后,可以根據(jù)個(gè)人興趣及自身發(fā)展需要,與本專業(yè)教師聯(lián)系,參與教師科研項(xiàng)目的研究工作;或者通過查找文獻(xiàn)、資料等方式自主選擇實(shí)驗(yàn)課題。通過參與教師的橫向課題研究,學(xué)生可以接觸到與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合的課題,開闊專業(yè)視野,在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、撰寫實(shí)驗(yàn)總結(jié),從而學(xué)會(huì)解決生產(chǎn)中實(shí)際遇到問題的能力;通過參與縱向課題,可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,科學(xué)的創(chuàng)新思維以及實(shí)事求是對(duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作風(fēng)。學(xué)生自主選擇課題一般以學(xué)生為主,教師為輔,學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好選擇研究的課題、通過查找資料等方式制定實(shí)驗(yàn)方案,教師對(duì)方案進(jìn)行審查并給出意見,指導(dǎo)并幫助學(xué)生達(dá)到預(yù)期的研究目標(biāo)。在進(jìn)行課題研究的同時(shí),我們鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類大學(xué)生課外學(xué)術(shù)活動(dòng)。在教師的辛勤指導(dǎo)和學(xué)生的努力下,筆者指導(dǎo)的學(xué)生獲得了湖北省第九屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、第十三屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)和“交叉創(chuàng)新獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。通過參加各種競(jìng)賽活動(dòng)充分挖掘了學(xué)生自身潛力,不僅提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,而且激發(fā)了學(xué)生的競(jìng)爭意識(shí)和團(tuán)體協(xié)作精神,獎(jiǎng)項(xiàng)的取得也使學(xué)生付出的努力得到了回報(bào)和認(rèn)可,在榜樣的帶動(dòng)下,更多的學(xué)生走進(jìn)開放實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行科研活動(dòng),與此同時(shí),在本專業(yè)形成了良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。