工程教育下分離工程教學改革研究論文
［摘要］對照工程教育專業認證標準，結合�；瘜W工程與工藝專業培養方案中十項畢業要求，重點從掌握基本理論知識、運用所學化工專業理論和技術手段分析并解決化學工程問題、掌握基本的創新方法且具有追求創新的態度和意識三個方面展開討論，從教學理念、教學體系、教學內容、教學模式、教學方法、教學手段等角度提出了分離工程課程的教學改革設想。
［關鍵詞］工程教育；專業認證；分離工程；教學改革
１工程教育專業認證背景
我國的工程教育專業認證由中國工程教育專業認證協會組織實施，始于１９９３年土建類專業評估，２００６年正式在多個專業領域實施，迄今己走過９年的發展歷程，其目的是：構建工程教育的質量監控體系，推進工程教育改革，進一步提高工程教育質量；建立與工程師制度相銜接的工程教育專業認證體系，促進工程教育與工業界的聯系，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性；促進中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術人才的國際競爭力。
２結合畢業生十項畢業要求中的主要三項，提出課堂教學改革具體措施
結合專業認證標準，我�；瘜W工程與工藝專業培養方案中明確規定了本專業學生畢業時應達到十項畢業要求。《分離工程》課程作為專業基礎課程，在化工熱力學和化工傳遞過程知識的基礎上，采用理論與實踐密切結合的方式，詳細闡述各類分離過程（精餾、吸收、解吸、萃取、膜分離、吸附、浸取、結晶和干燥等）的物理化學原理、設計計算方法、工業應用、主要設備、數學模型和計算機應用軟件，并展示分離過程學科的發展歷史和主要進展。本文針對《分離工程》課程貢獻于畢業生十項畢業要求中的主要三項，分別展開討論。
２．１掌握扎實的化學工程基礎知識和本專業的基本理論知識，具有系統的工程實踐學習經歷，了解本專業的前沿發展現狀和趨勢
按照該項要求，我們在授課中，一方面強調基礎理論知識的學習，對復雜及多樣性的分離技術按原理進行分類，如：通過加入分離媒介生成兩相的分離為平衡分離，如精餾、吸收等；不需要加入分離媒介，以壓差、濃度差、電位差等為推動力的分離過程為速率分離，如膜分離；對多組分精餾計算由淺入深展開，由假定理想情況下的簡捷法計算入手，建模用ＭＥＳＨ方程開展嚴格法計算，為解決實際工業應用問題奠定了理論基礎。并強調本專業知識和化工原理、化工熱力學、化工設備等其他專業基礎知識的對立統一，如在介紹最小回流比知識點時，要注意比較多元精餾與化工原理中介紹的二元精餾中最小回流比的異同點，二元精餾中最小回流比下，進料板上下出現一個恒濃區，可通過作圖法求解；而多元精餾體系中最小回流比下出現了兩個恒濃區，且恒濃區出現的位置視待分離組分性質的不同而不同，通常利用Ｕｎｄｅｒ－ｗｏｏｄ（恩德伍德）方程求解；再比如在介紹相平衡常數的求解時，要結合化工熱力學課程中活度系數法及逸度系數法，進一步鞏固兩種求解方法的`優缺點。另一方面結合行業發展前沿趨勢，介紹新興分離技術在工業中的應用。如泡沫分離技術，它根據表面吸附的原理，借鼓泡使溶液內的表面活性物質聚集在氣液界面（氣泡的表面）上浮至溶液主體上方形成泡沫層，將泡沫層和液相主體分開，就可達到濃縮表面活性物質和凈化液相主體的目的。近年來，在染料、皮革、石油化工工業污水中降低化學耗氧量、色素、有機化合物等，在濃度為ｐｐｍ級的大量稀溶液中回收貴金屬、稀有金屬或除去有害物質等工業領域得以應用。還有近年來崛起的一種新興膜分離技術：液膜分離，即以液膜為分離介質、以濃度差為推動力的一種膜分離過程。由于其分離選擇性高、通量大而受到關注，在烴類混合物的分離、廢水的處理及生物醫學上如液膜人工肝、人工肺、人工腎等領域得到應用。在工程實踐方面，我們分別組織學生參觀了中國石化集團安慶石油化工總廠及中鹽安徽紅四方股份有限公司，并結合課程內容，重點介紹煉油工藝中的常減壓蒸餾裝置及原料氣凈化處理過程中的吸收裝置。如吸收設備中噴霧塔、調料塔、板式塔的選擇，填料塔中各種填料如鮑爾環、脈沖填料、網孔柵格的選擇，塔高的計算等，在實踐中強化理論知識的學習，并將課本中的公式及知識應用到工廠案例中去。
２．２具備設計和實施工程試驗的能力，并能夠對試驗結果進行分析；具有綜合運用所學化工專業理論和技術手段分析
并解決化學工程問題的基本能力主要包括以下幾個方面的內容：能獨立完成實驗方案的設計、能正確地操作實驗裝置，安全地開展實驗、能正確地采集、整理實驗數據，對實驗結果進行關聯、分析、解釋，并且掌握工程實踐、科學研究與工程設計的基本方法，能夠將所學課程有機聯系起來，對化學工程基本問題，加以分析并予以解決。針對該項要求，我們在課程教學中，將課程和專業實驗相結合。如在介紹反應精餾章節時，以催化反應精餾制甲縮醛為例，該實驗為典型的工程與工藝結合的專業實驗，以甲醇和甲醛為反應原料，濃硫酸為催化劑，在常壓下通過反應精餾法制備甲縮醛。教學過程中，我們引導學生先思考傳統合成、分離工藝，找出問題，尋求改進后的工藝流程。傳統工藝采用先反應再利用精餾技術分離，存在反應轉化率低、未反應的稀甲醛回收困難、稀甲醛的濃縮產生甲酸嚴重腐蝕設備等問題。為解決傳統工藝存在的問題，引導學生結合本章節內容，采用反應精餾工藝。新工藝的優點：１．甲縮醛氧化所得甲醛與水的摩爾比為：醛／水＝３，可直接作為三聚甲醛的原料，不必濃縮。２．甲縮醛的合成可在較低溫度（４４～８０℃）下進行，避免了甲酸生成，解決了設備腐蝕問題。新工藝的關鍵技術：甲縮醛的合成與分離。實驗過程中既需要考察反應工程影響因素如溫度效應、濃度效應及其他工程因素，同時要考察精餾技術影響因素如回流比、塔頂采出率及塔釜加熱量等。綜合考慮后，結合實驗裝置，確定擬考察的工藝參數，且采用正交設計來制定本實驗的方案，則根據實驗涉及的影響因子，并假設每個因子取兩個水平，可得到如下實驗條件表，如表１所示。最后整理實驗數據，規范作圖。
�。玻痴莆栈镜膭撔路椒ǎ哂凶非髣撔碌膽B度和意識；具有綜合運用理論和技術手段設計系統和過程的能力
該項要求可分解為以下指標點：運用所學知識，初步設計化工操作單元、設備及工藝過程；在各化工設計、畢業設計環節中體現創新意識。結合該指標點，我們鼓勵學生利用課余和節假日時間開展大學生科研實踐訓練、創新性實驗計劃、學科競賽等課外實踐與創新活動，引導學生“在學習中研究、在研究中學習”，激發學生的創新思維和創新意識，提升本科生的創新實踐能力。我們將課程教學與本科生畢業設計相結合，并利用課程設計環節綜合應用所學知識點，統籌分離工程課程與其他專業基礎課程，并在分離工程的課程教學中以往年畢業設計內容為案例加以剖析。如結合畢業設計課題“乙烯裂解氣脫甲烷系統的工藝設計”，涉及到脫甲烷精餾塔的計算，這是典型多組分精餾塔計算的一個案例。首先確定關鍵組分是甲烷和乙烯，其中輕關鍵組分是甲烷，重關鍵組分是乙烯。塔頂分離出來的甲烷輕餾分應使其中的乙烯含量盡可能的低，以保證乙烯的回收率。而塔釜產品則應是甲烷含量盡可能低，以確保乙烯產品的質量。我們利用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ過程模擬軟件高效地完成了工藝計算及參數的優化。采用ＤＳＴＷＵ模塊開展簡捷法物料衡算、能量衡算，所得回流比與理論板數關系曲線如下圖１所示；并將簡捷法計算結果作為初值代入ＲａｄＦｒａｃ模塊進行嚴格法計算，并進行靈敏度分析，橫坐標為混合進料位置，縱坐標為塔頂甲烷的純度（摩爾分率），得到關系曲線如圖２所示。通過該設計案例的開展，一方面使得學生們統籌所學多組分精餾知識點去思索如何解決工業上的實際問題，另一方面在分析實際工業案例時，又強化了同學們對多組分精餾簡捷法計算及嚴格法計算的理解和綜合應用。
３結束語
分離工程課程在教學過程中，我們以化學工程與工藝本科專業認證為導向，在對“工程教育專業認證標準”進行認真分析的基礎上，以工程實際為切入口，把分離技術的理論與方法融入應用實例，將分離工程基礎理論與化工工程實踐有機結合，進一步突出了分離工程的課程特點及實用性，而且根據現代化工的發展方向及時調整、更新課程內容，加強化工新型分離技術分析，讓學生更堅實地掌握分離工程的基本理論，進一步提高教學效果。
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