化工原理實踐環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新功能

韶暉 冷一欣

(常州大學石油化工學院 江蘇常州 213164)

實踐性環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、提高學生實踐能力和綜合素質的重要平臺[1-3]。由于化工類專業(yè)的學生將從事工程技術方面的工作，必須有良好的動手能力和分析解決工程實際問題的能力。因此，實踐性環(huán)節(jié)在化工人才培養(yǎng)中占有重要的地位?；ぴ韺嶒炁c化工生產(chǎn)實際緊密聯(lián)系，面對的是實際工程問題，屬于工程技術實驗的范疇，且所研究的對象變量多、關系復雜，具有工藝性和工程性[4]。針對目前高校學生工程實踐訓練不足的問題，在2006年我校搬遷并新建化工原理實驗室時，在化工原理教師和實驗室人員的共同努力下，對實驗裝置和教學方式進行了改進和創(chuàng)新，使實驗室除了承擔課程設置的實驗外，還能作為校內石化中心實習基地，為校內外學生提供崗前培訓；教師還可以將實驗裝置與科研相結合，指導學生的畢業(yè)論文。

1 以工程觀的理念認識實習

由于校外實踐基地日漸萎縮，許多工廠出于安全生產(chǎn)或技術保密等方面的原因，逐漸縮小實踐基地的規(guī)模，甚至取消原有的實踐基地，這給學生的工程實踐帶來了很大的影響[5]?；ぴ韺嶒炇易鳛樾仁行膶嵙暬?，承擔著校內外學生認識實習的任務。學生在基礎課教學階段，接觸的實驗設備大多為玻璃儀器和小型設備。為了培養(yǎng)學生的工程觀念，讓學生對工廠有初步的認識， 2006年組建新化工原理實驗室時，在實驗設備的結構和外形尺寸的設計上，盡量使實驗設備能反映工廠的生產(chǎn)實際。裝置主體采用不銹鋼精細拋光加工，框架采用不銹鋼噴塑，法蘭連接，配備了現(xiàn)代化工廠普遍使用的各種先進測量、控制以及組態(tài)系統(tǒng)，如DCS控制系統(tǒng)、MCGS組態(tài)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、PID控制系統(tǒng)等。另外，為了讓學生對工廠有更多的感性認識，在設計流量、溫度、壓力等的測量中，采用了多種工業(yè)常用的儀器、儀表和現(xiàn)代測量及顯示技術。如對流量的測量，在不同的實驗裝置上設置了孔板流量計、文丘里流量計、轉子流量計、濕式氣體流量計、渦輪流量計和數(shù)顯等流量測試；對壓強的測量，使用了U型管壓強計、傾斜式差壓計、簧片式壓力表和數(shù)字式顯示儀表等；對溫度、電流、電壓等的顯示均采用數(shù)字顯示儀表。在閥門的設置上，我們安裝了工廠里常見的閘閥、截止閥、球閥和蝶閥等；并在離心泵的裝置上安裝了電動閥，一路采用閥門手動調節(jié)，一路通過電動閥DCS系統(tǒng)自動控制，以與工廠的實際接軌。

由于實驗裝置是本校教師自行設計的，有著較大的自創(chuàng)性。在設計過程中，將離心泵、阻力、傳熱3個實驗裝置通過管道、橋架串聯(lián)在一起，以變頻器控制轉速；串、并聯(lián)后的離心泵可將高位槽或地槽中的物料經(jīng)DCS 系統(tǒng)控制的電動調節(jié)閥，輸送進高阻或低阻管路，再進入套管換熱器進行換熱。在精餾塔的設計上，采用填料、篩板兩種塔型的中試裝置，并配備了先進的儀器、儀表、手動及自動化控制系統(tǒng)，以體現(xiàn)現(xiàn)代化工廠的氣息。這樣的設計能給學生一個完整的工藝流程，大大地增強了學生工程觀的概念。

2 開放式的崗前培訓

除了承擔一年級新生的認識實習外，近幾年來，石化工程中心還接納了石化企業(yè)新員工的崗前培訓工作。化工原理實驗教學的模式是根據(jù)教學計劃固定做幾個實驗，如阻力測定、離心泵性能測定、傳熱系數(shù)測定等，且大多數(shù)是驗證性實驗，即在做實驗之前，學生通過理論課程的學習，就已經(jīng)知道結論，實驗的目的只是驗證書本上的經(jīng)驗式。這對于初學化工基礎知識的學生來說，可能是有益的，便于他們對基礎知識的了解和鞏固。但對于工科類院校的畢業(yè)生以及即將走上工作崗位的新員工來說，他們要面對的是復雜的工程實際問題，其復雜性表現(xiàn)在研究對象多變、預知條件不完整、變量參數(shù)眾多等方面。因此，讓他們在化工原理實驗過程中掌握工程實驗的組織方法極為必要[6]。針對這項培訓，我們采用開放式的實驗教學。要求培訓人員根據(jù)教師給出的任務，以正確的工程實驗方法制定實驗方案、選擇實驗器材、擬定實驗程序、畫出合理的設計流程圖，最后完成操作，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析和歸納，出具完整的實驗報告。這種開放式實驗的設置，打破了傳統(tǒng)實驗的固定教學模式(學生預習，教師講課，學生操作，整理數(shù)據(jù)，寫實驗報告)，學生由被動變?yōu)橹鲃?，積極性更容易得到有效的調動。但這需要教師和學生投入更多的時間和精力。教師要具備豐富的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，而學生由于教師不再對實驗原理、操作步驟、儀器使用等進行詳細講解，因此必須在實驗前做好充分的準備，熟悉實驗內容，查閱相關的文獻資料。在這一環(huán)節(jié)中，培訓人員將會遇到較多的問題，但在處理這些問題的過程中，分析和解決問題的能力能得到實際鍛煉。

在對新進人員進行崗前培訓時，我們采用由簡入深的方式，在流體流動阻力測定的實驗中，引入怎樣在工程裝置中尋找管路堵塞的問題；測定串聯(lián)管路、并聯(lián)管路、高阻和低阻管路的流量分配、阻力損失和壓差變化等。之后，隨著學生對工程問題的不斷了解，實際工程問題的難度也逐漸加深，如：實際精餾操作中常見漏液、液泛等不正常現(xiàn)象和故障的分析及排除，傳熱過程的強化措施等。經(jīng)過這樣的訓練，學生逐步在實驗過程中接觸到實際工程問題，建立起工程概念，同時也培養(yǎng)了解決實際工程問題的能力。

當然，開放式的實驗教學同時也需要教學設備的不斷革新。在組建實驗室時，我們考慮了一部分綜合實驗，例如，在離心泵性能測定實驗中，采用主、輔泵操作。主泵用變頻器調節(jié)流量，輔泵用出口閥調節(jié)流量；設置了一系列管路，讓學生在不同的情況下，選擇合理的串聯(lián)或并聯(lián)操作，并結合現(xiàn)有管路，完成設計任務。在傳熱實驗中，當流體經(jīng)過一臺換熱器的換熱達不到指定溫度時，可選用兩臺換熱器串聯(lián)或并聯(lián)操作，這時應考慮如何解決由于管路過長及保溫效果不好所造成的較大的熱損失。在吸收實驗中，加入解吸裝置，吸收液經(jīng)過換熱器加熱后，進入解吸塔，脫除吸收質，使吸收劑循環(huán)使用。因此，解吸塔的分離能力將直接影響到吸收塔的吸收效果。最近，我們又在原有傳統(tǒng)板框過濾裝置的基礎上進行了改造，閥門選用常閉氣動球閥，既可由DCS控制動作，也可手動控制；鑒于過濾體系為碳酸鈣懸浮液，液位計采用帶遠傳信號的磁翻板液位計和單法蘭液位計，壓力測量采用帶標準遠傳信號的壓力變送器；出料采用工業(yè)中典型的壓縮空氣提供動力，以攪拌罐頂部插入管路壓料的方式，替代從攪拌罐底部壓料的方式，這樣可以避免堵塞現(xiàn)象；系統(tǒng)還設置了液位連鎖，當液位達到設定值時，將進料閥和排空閥全部自動連鎖關閉。改造后的過濾裝置克服了傳統(tǒng)過濾實驗費力的缺點，并體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)的先進理念。另外，我們正尋求合適的體系，將萃取和精餾實驗結合起來，使萃取后的萃取相，能通過精餾分離出溶劑，以便循環(huán)使用。

3 與科研相結合的畢業(yè)環(huán)節(jié)

研究型、綜合性實驗的設置是當今實驗教學面臨的重要課題。如何使所建的實驗室在為教學服務的同時，也為科研開發(fā)和學科建設創(chuàng)造良好的條件，是值得思考和探索的問題[7]。我們在研制新設備時，除了考慮工程性和可操作性外，還注重設備的先進性。以自行設計完成的用于氣體凈化(尾氣回收)的四塔變壓吸附裝置為例，單一的固定吸附床操作，無論是變溫吸附還是變壓吸附，由于吸附劑需要再生，吸附是間歇式的；而四塔變壓吸附裝置則使吸附床的吸附和再生交替進行，當一個塔處于吸附過程時，其他塔處于再生過程的不同階段，當該塔結束吸附步驟開始再生過程時，另一個塔又接著進行吸附過程，這樣就能保證原料氣不斷輸入，產(chǎn)品氣不斷產(chǎn)出，整個吸附過程是連續(xù)的。根據(jù)吸附劑再生方法的不同，變壓吸附循環(huán)可采用常壓解吸和真空解吸變壓吸附過程。常壓解吸變壓吸附有升壓、吸附、順放、逆放、沖洗等過程，而真空解吸變壓吸附則有升壓、吸附、順放、逆放、抽空等過程。目前，在教師的指導下，該裝置可用于畢業(yè)生完成科研項目“DCS控制變壓吸附分離N2/O2工藝的研究”。此外，我們還結合化工、生物工程、制藥等學科的特點，將超濾技術用于中藥提取過程中渾濁提取液的澄清，以脫除其中的固體顆粒、膠質、大分子蛋白質等雜質；運用傳質單元操作——膜分離裝置，指導學生進行江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目“聚氨酯合成革生產(chǎn)中DMF廢液的回收”和江蘇省高等學校大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目“二甲基甲酰胺廢液回收的滲透氣化膜性能”的研究。

總之，實驗教學體現(xiàn)了以教學帶科研，以科研促教學的發(fā)展思路，為教學和科研開發(fā)的良性循環(huán)奠定了堅實的基礎。

經(jīng)過幾年的建設和改造，化工原理實驗室已在“設計型、綜合型、研究型”實驗的開發(fā)和實驗教學方法的改進等方面取得了一些成績，拓寬了實驗室原有的功能，為學生的實習和科研提供了場所。今后，它還將成為我?；ぜ寄艽筚惖呐嘤柣亍?/p>

參 考 文 獻

[1] 許建飛,朱向運.實驗室研究與探索,2001,20(1):3

[2] 徐國財,張洪流,何杰,等.化工高等教育,2008,103(5):76

[3] 周愛東,楊紅曉,趙蕾,等.實驗室研究與探索,2010,29(1):101

[4] 曾明榮,曾慶友,趙鵬.實驗技術與管理,2008,25(10):128

[5] 余龍江,李為,魯明波.高教論壇,2008,10(5):21

[6] 潘正官, 謝佑國.化工高等教育, 2005,86(4):74

[7] 郭慶豐,彭勇,余立新.化工高等教育,2004,79(1):45