淺析化工工藝實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)實(shí)踐的相結(jié)合

李崧源（青島大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266001）

淺析化工工藝實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)實(shí)踐的相結(jié)合

李崧源（青島大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266001）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，化工工藝實(shí)驗(yàn)逐漸得到了重視。它是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其中包括了材料、輕工業(yè)、石油業(yè)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，并在不同的領(lǐng)域都取得了非凡的成就。而從本質(zhì)上來講，化學(xué)工藝生產(chǎn)是一項(xiàng)實(shí)踐性非常強(qiáng)的項(xiàng)目，它對質(zhì)量和過程都體現(xiàn)了極高的要求，并且對科學(xué)做出了巨大的貢獻(xiàn)。因此，本文從化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的定位出發(fā)，對化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)合進(jìn)行研究。

化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)；化工生產(chǎn)實(shí)踐；結(jié)合

近幾年來，化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用，并且受到了人們的關(guān)注。從技術(shù)性來講，化學(xué)生產(chǎn)的先進(jìn)性非常強(qiáng)。它涵蓋了有機(jī)化工、石油化工以及精細(xì)化工程等多個(gè)傳統(tǒng)生產(chǎn)工業(yè)，同時(shí)也在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的創(chuàng)新，在不同領(lǐng)域都有了應(yīng)用性與實(shí)踐性。

1 化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的定位

1.1 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的區(qū)別

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)基礎(chǔ)性研究的一部分。它與傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)相同，都體現(xiàn)了生產(chǎn)的技術(shù)性與優(yōu)化性。但在專業(yè)化工實(shí)驗(yàn)卻與基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著很大的不同。首先，從性質(zhì)上來講，化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是整體性與專業(yè)性，它不僅僅是一個(gè)單一的操作平臺，對操作者的技術(shù)也有著很高的要求。而基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)則不同，它只屬于學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。例如，在基礎(chǔ)化學(xué)之中，我們很少使用一些大的設(shè)備和儀器進(jìn)行操作，只在小范圍內(nèi)研究化學(xué)因素之中的變量或者是物質(zhì)流動(dòng)過程中的特點(diǎn)。但在化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)中則不同，我們會(huì)制定設(shè)備，并根據(jù)設(shè)備的實(shí)際大小進(jìn)行管理。再如：在化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的有機(jī)物分離。一般我們都會(huì)使用到蒸餾水或者是分餾柱儀器，在對不同原料進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但在化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，我們還要考慮到化學(xué)成本的融合性以及實(shí)際過程中生產(chǎn)能力等等。所以，從這幾個(gè)方面來講，化學(xué)工程與基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著一定的區(qū)別，也預(yù)示著結(jié)合的重要性與必要性。

1.2 化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的目的

在化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)與化學(xué)生產(chǎn)的相結(jié)合的分析中，我們首先要明確化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的目的所在。從化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)的角度來講，它能夠使操作者在實(shí)驗(yàn)過程中將理論融合進(jìn)去，并且明確最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，達(dá)到真正掌握的目的。第二，在工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，操作者要根據(jù)相關(guān)的流程進(jìn)行規(guī)范性操作，他們會(huì)注意到每一步的操作條件，掌握好實(shí)驗(yàn)過程中的化學(xué)制品的用量，依照獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析，在專用儀表選擇的基礎(chǔ)上確定演練順序，做到實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)處理。最重要的是，化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)榛瘜W(xué)生產(chǎn)操作打下基礎(chǔ)。第三，從化學(xué)工程的角度來講，它主要屬于工程建模的過程，能夠使操作者利用實(shí)踐中的變量進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將一些不確定的因素予以剔除，根據(jù)描述的方式組織實(shí)驗(yàn)、建立模型、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)果。最終使操作者明確，結(jié)果的得出一定要在數(shù)據(jù)可靠的前提下，否則會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。第四，化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴共僮髡咭庾R到理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，鞏固化學(xué)知識。

2 化學(xué)工藝試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 化工工藝的基本內(nèi)涵

選取適用的材料，指定合理的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，最終通過化學(xué)反應(yīng)得到相應(yīng)的成品?；瘜W(xué)工藝包括實(shí)驗(yàn)中的所有方法。例如：在石油和煤氣的研究之中，操作者可以將石油作為原材料進(jìn)行提取，觀察化學(xué)的合成方式以及基本反應(yīng)原理。通過化學(xué)工藝的選用以及總結(jié)，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該掌握以下內(nèi)容：首先，針對化工操作中的基本內(nèi)容，提取適用原理，在觀察化學(xué)反應(yīng)的過程中進(jìn)行分析。其次，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該熟悉其中的主要設(shè)備，能夠做到靈活性運(yùn)用。

2.2 化工工藝仿真訓(xùn)練

化學(xué)工藝的仿真訓(xùn)練往往是實(shí)驗(yàn)中最重要的一個(gè)步驟，也是生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)內(nèi)容。仿真是化學(xué)應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)模擬平臺，它能夠?qū)⒒瘜W(xué)工藝以動(dòng)態(tài)化的過程表現(xiàn)出來。我們也可以將過程仿真視作數(shù)字化仿真。在仿真訓(xùn)練中，實(shí)驗(yàn)者可以利用模型工具進(jìn)行時(shí)時(shí)跟蹤，使操作環(huán)境更加逼真，實(shí)驗(yàn)過程更加完整。我們主要在模擬器中進(jìn)行相關(guān)的程序控制，選用適當(dāng)?shù)膬x器，模擬實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備?；瘜W(xué)工藝的仿真模擬訓(xùn)練主要是鍛煉操作者的整體把控能力，使他們建立知識點(diǎn)之間的聯(lián)系。例如：在流干燥的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)者可以在仿真平臺處進(jìn)行干燥固體物的濕化處理，比較真實(shí)的看到氣體離開固化物的過程，并且氣體的運(yùn)動(dòng)速度、物料轉(zhuǎn)化過程中的平衡條件以及產(chǎn)生的阻力都能夠以動(dòng)態(tài)的形式呈現(xiàn)出來。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且建立二者之間的關(guān)系。

3 化工工藝與化工生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合

3.1 引進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行內(nèi)容整合

引進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)，將化學(xué)工藝與生產(chǎn)相統(tǒng)一是結(jié)合過程中最主要的一個(gè)部分。第一，將化工工藝實(shí)驗(yàn)在化工企業(yè)中進(jìn)行，引入化學(xué)設(shè)備仿真建模，使實(shí)驗(yàn)者能夠更好的了解到生產(chǎn)的全部過程。例如：在許多化工企業(yè)中，都有著全反應(yīng)過程的模型演示器，對不同的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)方式進(jìn)行分析。如下圖所示，該圖是化學(xué)轉(zhuǎn)爐吹揀過程的仿真模擬實(shí)驗(yàn)。從圖中可以看出，仿真平臺可以設(shè)定轉(zhuǎn)爐的尺寸，根據(jù)設(shè)備制定系統(tǒng)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)爐內(nèi)的鐵水溫度與成分進(jìn)行流程模擬，仿真平臺會(huì)參考系統(tǒng)中輸入的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全程分析，將鐵與氧化液的反映過程呈現(xiàn)出來，并分析鐵渣的成分與剛液變化溫度，實(shí)現(xiàn)化學(xué)工藝與生產(chǎn)的結(jié)合。另外，在化學(xué)生產(chǎn)中，比較具有代表性的模擬實(shí)驗(yàn)就是合成氨裝置，實(shí)驗(yàn)者在化學(xué)單元?jiǎng)澐值那疤嵯逻M(jìn)行過程控制，有效利用合成氨催化劑在裝置的融合順序，實(shí)現(xiàn)冷凝液在氣壓中的提取，達(dá)到堿液回收的效果。在仿真中，實(shí)驗(yàn)者可以對整體過程進(jìn)行合理組織，了解化學(xué)生產(chǎn)中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，體現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。

圖一化學(xué)轉(zhuǎn)爐吹揀過程的仿真模擬

3.2 增加實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，踐行化工生產(chǎn)

增加實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，也能夠體現(xiàn)工藝與生產(chǎn)相結(jié)合的目的。首先，化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)是生產(chǎn)的前提。只有在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行精確的練習(xí)，才能夠使實(shí)驗(yàn)者踐行到工業(yè)生產(chǎn)之中。例如：在精餾實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)下，實(shí)驗(yàn)者可以進(jìn)行“車間打造”，將相關(guān)儀器相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程的整理。第一，建立完整的平面布局。利用原材料完善獨(dú)立的精餾蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。第二，收集回流罐、冷凝器等器件，進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。在大多數(shù)情況下，實(shí)驗(yàn)者都無法置身于化工生產(chǎn)的真實(shí)環(huán)境之中。所以，操作人員可以按照一般工廠的實(shí)驗(yàn)空間設(shè)置進(jìn)行小型安裝，改善化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理平臺，也使得實(shí)驗(yàn)就會(huì)有所增加，踐行了化工生產(chǎn)的基本條件。第三，在實(shí)驗(yàn)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裝置利用方式不得當(dāng)?shù)那闆r。而化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)與化學(xué)生產(chǎn)的結(jié)合能夠體現(xiàn)出化工方式的踐行。實(shí)驗(yàn)者可以在化工裝置上進(jìn)行組織串聯(lián)，利用工藝中的基礎(chǔ)原理確定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如：我們可以通過預(yù)熱、原材料制定、儀表的選擇來控制水泵的啟動(dòng)、能量的調(diào)節(jié)以及溫度的控制等等。以這種方式加深化學(xué)工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性與可行性。

3.3 構(gòu)造實(shí)驗(yàn)情境，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)

在實(shí)驗(yàn)情境的構(gòu)造下，化工生產(chǎn)也能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用?；瘜W(xué)工藝實(shí)驗(yàn)中的過程一般比較復(fù)雜，操作者很難將整體條件都予以掌握。因此，要學(xué)會(huì)化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)的串聯(lián)與信息的整合。例如：以“氨基酸工藝設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)為例，進(jìn)行綜合性學(xué)習(xí)。首先，我們以“染料中間體”作為實(shí)驗(yàn)情境載體，將染料放在硝溶液之中，通過二者的合成進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)[7]。它的設(shè)計(jì)包括硝化、還原兩個(gè)部分。學(xué)習(xí)者可以在產(chǎn)品設(shè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝技術(shù)優(yōu)化，從而將化工分析測驗(yàn)結(jié)果予以分析。在建立化學(xué)設(shè)計(jì)方案的前提下將每個(gè)環(huán)節(jié)都貫穿進(jìn)去，使化學(xué)生產(chǎn)技能得到優(yōu)化，鞏固專業(yè)水平。再如：在阿司匹林化學(xué)工業(yè)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，只進(jìn)行工藝作業(yè)是無法使具體特征體現(xiàn)出來的。所以，我們不能將教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡單的復(fù)制。首先，應(yīng)該規(guī)范化工生產(chǎn)的基本流程，將材料提取出來。其中的主要材料包括水楊酸以及苯酚胺。利用純凈水將甲醇溶液進(jìn)行調(diào)和，當(dāng)甲醇溶液達(dá)到一定的稀釋狀態(tài)時(shí)加入苯酚胺，將反映生成后的制劑進(jìn)行提取。最后，將水楊酸放入到其中，將溶劑脫除的時(shí)間予以剔除，保證脫水過程的真空性。在此過程中，我們即實(shí)現(xiàn)了化學(xué)工藝實(shí)驗(yàn)與化工生產(chǎn)的結(jié)合，也避免了乙酸溶液的引入，方便了實(shí)驗(yàn)中的預(yù)備過程。

4 結(jié)語

綜上所述，本文針對化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的定位作為出發(fā)點(diǎn)，對工藝實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行分析，進(jìn)而提出其與化學(xué)生產(chǎn)的結(jié)合措施。從而得出：實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該以實(shí)際的操作條件為主，引進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)情境下實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)，提升學(xué)習(xí)能力與技術(shù)整合技術(shù)，以實(shí)驗(yàn)的中心環(huán)節(jié)為主，加強(qiáng)規(guī)范性與直觀性，為化工生產(chǎn)的良好發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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