烴類管式爐裂解教學實驗方法改革與實踐

南國枝　范維玉　王延鑄　齊選良

[摘 要]實驗教學向學生傳授的是認識世界的方法，實驗學習是學生接受知識、培養能力、進行創新素質教育的重要途徑。將傳統的固定實驗條件教學模式改為選擇實驗條件的教學模式，改革后的實驗方法為：將教學實驗中的影響因素按照正交實驗方法列表，學生3-4人一組，每組學生按照正交實驗表中的一組條件進行實驗，實驗結束后寫出實驗報告，學生將各組的實驗結果進行匯總并分析討論，避免過去所有學生都做相同條件實驗的弊端。實踐表明，改革后的教學實驗方法，提高了學生們的實驗興趣，在實驗操作、結果匯總、數據分析討論的過程中，學生們既學到了科學的實驗方法，又鍛煉了分析問題、解決問題的能力。

[關鍵詞]烴類管式爐裂解 教學實驗 實驗方法改革 實踐

[中圖分類號] G642.423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）10-0103-03

實驗教學向學生傳授的是認識世界的方法，實驗學習是學生接受知識、培養能力、進行創新素質教育的重要途徑。[1]實驗教學也是高等教育中非常重要的一個必修環節，是人才培養的基本條件。[2]石油烴類的管式爐裂解是目前生產乙烯的主要方法[3]，許多工科類高校都開設了石油烴類管式爐裂解的教學實驗。[4] [5]隨著時間的推移，教學實驗設備都有了不同程度的更新，但是教學實驗方法多年來基本都是固定模式，即學生們根據實驗講義的要求，按照固定方法和固定實驗條件進行實驗，最后整理數據寫出實驗報告，因為數據單一，無法進行橫向和縱向的比較分析，達不到開發學生創新性思維的目的。隨著高校教育理念的轉變，在教學手段、教學方法及教學內容等方面也應與時俱進，要向研究型、創新性思維的人才培養模式邁進，要跟上石油化工發展的趨勢。因此，我們針對石油烴類管式爐裂解教學實驗，進行了教學實驗方法的改革探索與實踐。

一、教學實驗方法的改革

針對傳統的烴類管式爐裂解教學實驗方法的固定模式，進行了如下改革：根據實驗原料的不同，進行實驗條件的選擇實驗，即將每個班的學生按3-4人一組分成9組，選定實驗的影響因素和水平，按照正交實驗的方法列成L9表，每組學生做L9表中的一組實驗，實驗結束后各組分別寫出本組的實驗報告，然后學生們將九組的實驗結果進行匯總并分析討論，找出最重要的影響因素，找出最佳的工藝條件。在實驗過程、結果匯總、分析討論的過程中，學生們既學到了科學的實驗方法，又開動腦筋對實驗結果進行了分析，找出了最佳工藝條件，避免了過去所有學生都做相同條件實驗的弊端，既鍛煉了學生動手動腦的能力，又鍛煉了學生分析問題、解決問題的能力。

二、改革后教學實驗方法的實踐

教學實驗以90℃～120℃石油醚為原料，測得其密度=0.695g / mL，選定反應溫度、停留時間、蒸汽稀釋比為影響因素，正交實驗安排見表1。

2012-2013年，我們將改革后的烴類管式爐裂解教學實驗方法在化學工程與工藝專業2010級11個班的學生中進行了應用，每個班按3-4人一組分成9組，每組按表1的實驗條件做一組實驗。

以2010級1班第5組為例，實驗報告中的數據處理結果如下：

（一）裂解氣色譜分析結果

譜圖分析中，裂解氣中乙烯、丙烯的含量由歸一法計算所得。實驗的裂解氣譜圖及分析結果如下：

數據處理見表2。

由表2中的數據可以看出：在裂解氣中乙烯的體積含量為31.10%，丙烯的體積含量為16.63%。

（二）計算乙烯、丙烯的質量收率[7]

乙烯的質量收率按下式計算，同理可計算出丙烯的質量收率。式中乙烯和丙烯含量分別為乙烯和丙烯在裂解氣中的體積百分數。

第五組的實驗數據如表3所示：

全班9組的乙烯、丙烯質量收率的數據處理結果見表4。

對表4中9組實驗數據進行統計分析，分別求出在三個因素中每個水平所對應的乙烯、丙烯收率實驗結果的平均值，結果見表5和表6。

由表5可以看出：停留時間對乙烯質量收率的影響最大，其次是溫度，油水質量比的影響較小；因為停留時間和溫度的影響是緊密相關的，從極差來看二者的影響也相差不大。由表中數據的分析得出，在所考察范圍內，乙烯質量收率較好的工藝條件為：溫度在800℃，停留時間0.7s，油水質量比1∶1.4。

由表6可以看出：溫度對乙烯質量收率的影響最大，其次是油水質量比，停留時間的影響較小；在所考察范圍內，丙烯質量收率較好的工藝條件為：溫度在750℃，停留時間0.5s，油水質量比1∶1.4。

四、結語

通過對教學實驗方法的改革，將教學實驗中的影響因素按照正交實驗方法列表，每組學生按照正交實驗表中的一組條件進行實驗，實驗結束后寫出實驗報告，然后全班學生將各組的實驗結果進行匯總并分析討論，避免了過去所有學生都做相同條件實驗的弊端。實踐表明，改革后的教學實驗方法，將過去的固定條件模式改革為變換條件模式，把學生引入“設境—探究—分析—發現—解決”的學習模式中去，從而使學生的主體作用得到發揮，創造性思維得到培養，實驗興趣大大提高。在實驗操作、結果匯總、數據分析討論的過程中，學生們既學到了科學的實驗方法及動手動腦的能力，又鍛煉了分析問題、解決問題的能力。經過11個班的教學實驗實踐，學生們反映良好。

[ 注 釋 ]

[1] 陳語林，童鍵，劉衛國.改革實驗教學方法培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2003（4）：30-31.

[2] 王明緒.實驗教學是人才培養的條件[J].實驗室研究與探索，2002（8）：25-28.

[3] 曾清泉，許士興.制乙烯的管式裂解爐技術的發展[J].石油化工，1998（27）：287-292.

[4] 孫煜東.化學工程與工藝專業實驗[M].北京：石油工業出版社，2013：117-122.

[5] 梁克中.化學工程與工藝專業實驗[M].重慶：重慶大學出版社，2011.

[6] 徐仲安，王天保，李常英，等.正交試驗設計法簡介[J].科技情報開發與經濟，2002（5）：148-150.

[7] 郝紅，熊國華，張少鋒，等.烴類熱裂解的丙烯產率計算[J].化學工程，1999（2）：54-59.

[責任編輯：覃侶冰]