化工设计竞赛模式在化工工艺学教学中的研究

化工设计竞赛模式在化工工艺学教学中的研究

化学工业是国民经济的重要基础产业，化学工业的发展对发展科学技术，改善人民生活和资源能源综合利用等都有很大的推动作用。在化学化工领域发展的新形势下，需要不断的寻求化工技术创新和大量的专业技术人才。“三井化学杯”大学生化工设计竞赛是中国化工学会主办，当前国内化工类本科学生水平、影响力的化工设计领域年度赛事。由在校的化学工程与工艺专业学生组队参与，学生在设计阶段综合利用化工原理、化学反应工程、工厂设计、环境工程和经济分析等专业知识，通过化工设计软件设计一套工艺流程，完成流程设计、设备计算、图纸绘制、环境影响评价和经济效益分析，再做出文字说明材料。从而实现新技术的研发，新工艺和新设备的设计、新的生产产区布置等。参与化工设计大赛能促使学生综合运用所学的专业课程，培养学生的工程概念，实现工程师的培养要求，为学生未来从事化工设计工作奠定良好的理论基础和实践能力。
“化工工艺学”是化学工程与工艺专业的核心课程，化工工艺学的教学是以原料或产品为目标，介绍典型化工生产过程，运用化工原理、化工设备基础和自动控制方面的基础知识，引用工业企业生产的实例，着重培养学生专业素质和能力。在教学中使学生了解化工产品生产的全貌，掌握化工生产过程与方法，会进行典型流程的工艺分析和计算，培养学生运用所学知识，研究及分析工程实际问题的能力，是一门理论与实践并举的学科。为适应新时期化工类人才培养模式要求，结合并借鉴“三井杯”大学生化工设计竞赛的方式方法，我们需要对化工工艺学课程从课程建设、教学内容、教学方法等方面进行改革，努力提高教学质量，同时促进化工设计竞赛的蓬勃开展，使化工工艺学的教学水平达到新的高度。
1精选教材，优化教学内容
针对化工设计大赛是以煤和石油为主要原料，典型化工产品和化工中间体为产物，同时结合我院化学工程与工艺专业的特点，所选教材要涵盖无机化工，有机化工，精细化工，环
保护等知识范畴，我院选择朱志庆主编的，化学工业出版社出版，十二五普通高等教育本科国家规划教材“化工工艺学”作为教材。该书的无机化工部分主要介绍煤为原料制合成氨，以化学矿物为原料制硫酸;有机化工部分主要介绍以原油为原料石油炼制和石油化工，工艺过程与历届化工大赛的设计过程相似。教材中的化工工艺计算和化工生产与环境保护两章，在化工工艺学教材中不多见，却是化工大赛中物料衡算与能量衡算和三废处理两部分的理论基础，因此适合作为化工专业的学生教学要求。
在教学内容，首先介绍化工原料及初步加工，包括中国的主要煤和石油原产地，学生可以了解原料的产地、交通运输方法和费用、当地的地价和劳动力价格，还可以了解中国主要的经济发达和不发达地区。其次介绍无机化工典型生产工艺和有机化工典型生产工艺，学生可以了解从原料经过加工到产品的分离、精制和销售的过程，通过典型生产工艺了解化工设计流程的一般规律。再介绍精细化工、聚合物化工和化工计算的内容。另外加入工业催化剂的内容，了解工业催化原理。后介绍三废处理的内容，使学生了解固液气三态废物的处理和回收利用方法，如何节约成本和增加经济效益。
2利用化工设计软件，提高教学效果
板书讲解配合多媒体教学已经不满足现代的教学要求，现代化的多媒体教学在授课当中承担越来越重要的作用。声音、动画和视频教学将难以表达的教学内容形象生动的表达出来。多媒体教学在相对有限的空间和时间内，展现更广阔的空间和更大的信息量。通过板书的设计对本节课做总领和概括，同时多媒体教学配合内容丰富的讲解很多的提高了教学效果。
在化工工艺学的课程中，学生面对流量、压强和温度等参数这样单纯的数字感到枯燥和抽象，只在理论上解释反应条件对于化工生产过程的影响。我院在开设化工工艺学的同一个学期开设化工过程模拟基础，是Aspenplus软件在化工过程模拟中的应用。在这门课程中，学生可以运用软件，模拟动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程及化学反应器原理，通过调整参数的变化，学生可以对全流程进行模拟，并自己设计化工生产过程，提高了学生的参与感。在化工过程模拟基础课程的课堂练习中，采用化工工艺学中的典型生产工艺，学生可以通过增减模块，调整参数，改变原料、更新催化剂，改造设备等措施，达到提高原料的利用率，改善产品的质量，节约成本，减少污染的目的。并与原流程比较，发现自己的问题和不足，为自己设计全流程模拟奠定基础。
3重视实践性教学，拓宽教学内容
化工工艺学课程中介绍的都是成熟的工艺流程，而工业企业中实际的流程都是根据当地的环境、劳动力和生产条件而改良的流程。因此我们将网上查阅的文献中的实际生产流程和每年的生产实习中的生产流程引入课堂，让学生对比流程之间的差别，提高解决实际问题的能力。比如教材中的煤制合成气中净化过程中的脱硫(硫化物)和脱碳(二氧化碳)的吸收剂，受地域的影响，东北寒冷的气候和回收的成本，与生产实际相差较大。实际生产的这种改良更适合当地的生产，能更好的降低成本，减少能耗，增加产品的产率。通过这种理论和实际情况的差异，培养学生查阅科技文献和独立分析思考的能力，调动了学生的学习积极性和主动性，提高了学生学习的兴趣。
作为化学工程与工艺专业的学生，需要对产品的生产过程有一个感性的认识，因此我院会组织学生去工业企业参加化工见习和化工实习。我院在化工工艺学课程中会安排课时介绍整个工艺流程图和设备的装置图，发生的主反应和副反应的化学反应方程式，现在存在的实际问题，让学生提前了解整个生产流程，在见习和实习的现场可以深入车间和工程技术人员进行交流。实习和见习后，要求学生上交自己绘制的工艺流程图和实习报告，在有效的实习时间内提高学习效率。我们还邀请有经验的工程师来校讲学，让学生更贴近于实际工业企业，有利于自己设计车间、道路、绿化和厂区，也有利于培养应用型人才。
4调整考核方式，成绩评定灵活
传统的考核方式，就是一页试卷，根据成绩给一学期的课程做一个总结。大学不同于高中，没有期中考试，没有复习资料，大多数同学选择在模考前几天突击复习。为了调整这种考核方式，我院采用灵活的成绩评定方式。平时的作业在总成绩的20%，对于独立完成作业，在作业中使用计算机辅助作图和计算机软件计算的学生，会提高一定的分数;平时的课堂出勤占20%，对于在平时的提问中能正确回答问题，比如能完成描绘整个生产流程，正确画出反应的流程图的学生会提高一定的分数。在模考的试卷中，我们也改良了一部分试题，如给定原料和产物，要求学生自己设计工艺流程、设备和催化剂;如给定一个成熟工艺路线，要求学生自己通过工艺、设备、催化剂和工艺参数等方面。这种评分标准得到了教研室其他老师和学院领导的认可，并提出了修改意见。
在今后的化工工艺学教学中，要适应时代的发展，及时更新教学内容，以培养工程师为目标，提高环境保护和经济效益意识。通过教学改革，不断提高学生分析问题和解决问题的能力，创新意识和就业竞争力，力争培养全面的复合型专业人才。