淺談化工過程開發教學方法

摘 要 化工過程開發是一門具有綜合性、應用性、研究性特色的化學化工類專業主干課程。針對這門學科的特點，本文探討了化工過程開發教學的教學方法，即精心選取教學內容及典型案例、改革考核方式，提高了學生學習的興趣，取得了較好的教學效果。

關鍵詞 化工過程開發 案例 教學方法

中圖分類號：G420 文獻標識碼：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

隨著現代科學技術與工業生產的發展，社會對與人才素質的要求也正在發生深刻變化。振興經濟，實現“四化”所迫切需要的，不單純是知識型人才，還應是能夠聯系實際，分析問題和解決問題的技能型人才。①化工過程開發是一門具有綜合性、應用性、研究性特色的化學化工類專業主干課程，②要求學生先行修完化工原理、反應工程、分離工程等課程。它是學生從書本基礎理論知識上升到工程實際應用的橋梁，著重培養學生從事應用技術開發和科學研究的綜合能力，為應用化學及化工專業學生今后順利地擇業和更好地從事化工領域中的生產技術、科研及管理工作奠定堅實的基礎。

1 化工過程開發的教學內容安排

化工生產領域所涉及的各種新產品、新工藝、新技術，首先面臨的任務是如何將實驗室研究成果轉化成大規模工業化生產成果。化工過程開發包括了從實驗室研究過渡到建立工業化生產裝置的全過程。由技術開發課題立項前的可行性研究，實驗室小試，放大的模型實驗和半工業化的中間工廠實驗，以及對研究確定的工藝技術方案進行技術經濟評價，工程設計及建立生產裝置等許多步驟，涉及到化學、化學工藝、化學工程、化工設備、計算機化工應用以及經濟技術分析等多學科知識。部分教學內容安排如下：

（1）概述（緒論）以國際化學科學與工程的地位、全球化學工業的發展歷程作為引言，激發學生的學習興趣。用經典化工開發案例（合成氨、尼龍-66等）著重介紹化工過程開發的基本程序和內容，明確化工過程開發中有關工程研究、基礎開發研究、概念設計等重要開發過程研究的作用和內容，讓學生逐漸理解理論知識與工業應用之間的聯系，樹立學生的工程概念。其中，開發研究選題可以單獨提出講解，以教師自己以及國內外專家的科研經歷講解選題的來源（縱向課題、橫向課題和自選課題）及重要性，讓學生切身體會科研經歷，激發學生的探索欲望。

（2）開發放大方法。化工過程開發常用的模擬放大方法有：經驗放大法、數學模型法、部分解析法和相似放大法。本章以化學反應過程的放大來闡明四種方法，選取不同工業案例，讓學生領會每一種方法的適應的對象和條件，以及不同方法之間的綜合利用，從而獲得良好的開發結果。

（3）試驗。化工過程開發的試驗工作量很大，一直貫穿開發工作的始終。本章的主要內容有試驗工作程序、預試驗和系統試驗、冷模試驗、中間工廠試驗、試驗設計以及試驗數據處理。目的是讓學生了解化工過程開發試驗的工作程序，掌握正交試驗設計、均勻試驗設計以及試驗數據處理的方法，這樣既有利于工科學生畢業后面對工廠的試驗，也有利于讀碩同學面對科研試驗的設計及處理。

（4）技術經濟資料。化工過程開發所需的資料可概括為兩方面：一是專門資料，即那些與設計和建立生產裝置有直接關系的資料；二是外圍資料，指的是為可行性研究和技術經濟評價所需的有關產品生產銷售和生產環境方面的一些資料，如原料、產品、副產品、能源、環境和廠址選擇等資料。通過本章學習讓學生知道過程開發所要準備的資料，為下一步的開發過程做好基礎。

（5）工藝流程的合成與優化。工藝流程的合成與優化時化工過程開發的重要內容，在化工過程開發中以各種形式收集的技術經濟信息，最后都要在流程的合成與優化中反映出來。③本章通過案例的學習講解使學生了解掌握工藝流程的內容和設計應考慮的問題、合成路線和操作方式的選擇等；重點掌握反應器的選型、熱交換網絡的合成以及分離過程的組合；了解常用的工藝流程的優化方法。

（6）技術經濟評價。技術經濟評價貫穿整個過程開發的始終，學生作為未來的工程人員，要培養他們的技術經濟思想，過程開發中的任何一個步驟，只有技術可靠經濟合理，才能進行下一步的步驟。這樣也就意味著工程設計人員不應該只盲目追求高質量的產品與最先進的技術，而是要與實際的經濟指標結合起來考慮，這樣才能達到最優的技術經濟目標。通過本章的學習要求學生了解技術經濟評價的標準和方法、評價工藝技術的內容和原則，同時了解開發項目對于環境的影響以及相關的環境評價指標。

2 案例教學的應用

案例教學是一種以教學案例為基礎，以學生在課堂內外對真實事件和情境的分析、思辨為重點，以提升學生應用理論創新性解決實際問題的能力為目標的教學方法。④通過選擇典型的化工過程開發的案例，可以將復雜繁瑣的知識點以簡單易懂的方式傳授給學生，增加學生對實際工業過程的理解，鍛煉學生獨立思考解決問題的能力。

例如在講述開發放大方法時，⑤列舉了合成氨技術、異丙苯生產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放大過程的實例，使學生能夠充分掌握每一種開發放大方法的特征，加強了學生的工程觀念，并能了解工程放大的艱苦性和必要性。在講到試驗這一章節時，列舉了“甲苯歧化制取苯和二甲苯的試驗”說明了試驗的基本工作程序；列舉了“丁烯氧化脫氫制丁二烯”的工程案例，使學生掌握了預試驗和系統試驗的基本內容和基本方法；在講到冷模試驗這一章節的時候，以測定固體顆粒在氣流中的運動規律向學生介紹了按相似論方法進行的冷模試驗，使學生學會應用相似理論來考察實際生產設備內的三傳規律；以連續流動串聯釜內物料流動的停留時間分布以及氣液固三相流化床的氣含率和固含率的例子，向學生介紹了使用概率統計方法進行的冷模試驗，說明了測定特殊參數的冷模試驗，通過所有這些案例的講解，可以大大提高學生學習的積極性，使他們了解產生工程放大的原因，從而加深了學生對理論知識的理解，并且學會用工程的觀念去分析與解決問題。

3 考核方法的改革

化工過程開發屬于工程學科，很多知識點需要學生的靈活應用而不是死記硬背，因而傳統的期末閉卷考試形式不能反應學生的真實的學習情況，也不能帶動學生學習的積極性。本課程學生的平時課堂表現占30%，平時作業占30%，期末設計型考核占40%，此種方式受到學生的歡迎，取得了較好的效果。

4 結論

通過對化工過程教學內容、經典案例的精心選取以及考核方式的改革，大大地提高了學生的學習興趣，增強了學生的工程理念，取得了較好的教學效果。

注釋

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

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

④ 郭忠興.案例教學過程優化研究[J].中國大學教育，2010.1:59-61.

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