工程認證背景下化工分離過程教學探索*

何春紅, 張建平, 程學禮, 馮尚華

(泰山學院化學化工學院，山東 泰安 271000)

《化工分離過程》是高?；瘜W工程與工藝專業(yè)必修的一門專業(yè)主干課，作為一門專門研究化工生產中分離技術和方法的課程，其對學生工程素養(yǎng)和工程思維的培養(yǎng)起著非常重要的作用[1]。該課程不但闡明了化工生產過程中物系分離的基本原理和規(guī)律，而且重點分析了工業(yè)生產中混合物料的最佳分離路徑、能耗最優(yōu)化方法以及最佳工藝條件選擇。在具體分離方法的選擇上，不僅要考慮在技術上可行、經濟上合理，還要考慮能量消耗、環(huán)境保護、設備放大和開發(fā)費用等問題，如果缺乏工程的思維和實踐，就很難理解這些內容的。

隨著新時代工程教育專業(yè)認證和新型分離技術的發(fā)展，化工行業(yè)急需高素質的化工人才。現(xiàn)在的《化工分離過程》在教材內容設置、教學方法選擇等方面都存在一些問題[2]。為此，根據(jù)從事《化工分離過程》教學和應用型人才培養(yǎng)的經驗，結合目前化工類企業(yè)對應用型人才的需求特點，針對《化工分離過程》的課程教學，圍繞“兩性一度”探索新時代工程教育專業(yè)認證背景下化工類課程教學內容改革和方法創(chuàng)新。

1 以學科前沿和高新技術激發(fā)學生學習熱情

化工分離技術是直接應用于化工企業(yè)生產實踐的實用技術。應用領域廣泛，不同的原料、產品需采用不同的分離方法決定了分離技術的復雜性和多樣性?，F(xiàn)階段圍繞節(jié)能降耗、低碳經濟、綠色環(huán)保的準則，對現(xiàn)有化工企業(yè)的生產過程提出了更高要求。要做到從源頭上切實減輕污染、生產過程要節(jié)能降耗、產品要綠色環(huán)保，科學而高效的分離方法和技術為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的保障。新型分離方法和技術的不斷研發(fā)，讓現(xiàn)代化的化工生產企業(yè)更加環(huán)保和高效，為企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了前進的動力。比如：在工業(yè)污水治理過程中，加壓反滲透技術可以做到污水零排放,從而實現(xiàn)了綠色、節(jié)能、高效的目標?！痘し蛛x過程》的實用性激發(fā)了學生掌握化工分離技能，為新時代環(huán)境保護事業(yè)而學習的雄心壯志。

高科技的現(xiàn)代生化技術是目前高新科技核心之一，正在從根本上改變著傳統(tǒng)醫(yī)藥、材料、化學、能源等領域的面貌，現(xiàn)代生化技術依靠不斷的科技革命和技術革新，使當代科技有了飛速發(fā)展、社會生產力有了巨大進步，這其中，科學而高效的化工分離技術起到了重大的助推作用[3]。如新型酶膜反應器，能有效降低生化反應中的產物抑制現(xiàn)象，顯著提高基質濃度和發(fā)酵罐生產能力，從而降低生產成本。在授課過程中，我們強調這一技術已應用于許多工業(yè)生產中的產物分離，激勵學生勇于開拓創(chuàng)新的精神。

由上可知，分離工程在化工生產中有著重要的地位和作用。因此在進行各種分離方法的原理講述之前，首先要介紹分離工程的學科發(fā)展前沿及其目前在各行業(yè)的具體應用情況，使學生感受到所學知識的重要性和挑戰(zhàn)性，并且能糾正所學知識不實用的錯誤觀念，從而顯著提高學生的學習積極性和面對挑戰(zhàn)的勇氣，這對他們畢業(yè)后的就業(yè)和職業(yè)發(fā)展也起到了積極作用。

2 創(chuàng)新化工分離技術，開發(fā)清潔生產工藝

創(chuàng)新化工分離技術、開發(fā)清潔工藝能夠有效減少原材料損失，降低能量消耗，提高企業(yè)的經濟效益，這也是保護生態(tài)環(huán)境、促進產業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展的最佳方法，也是今后化學工業(yè)發(fā)展的方向[4]。工業(yè)生產中，科學而高效的化工分離技術不但能夠提供符合反應要求的高純度原料、減少副反應、提高產品收率，而且能夠實現(xiàn)對各種產物的分離提純，同時可將未發(fā)生反應的物料分離并循環(huán)使用。所以，在如何提高原材料的有效利用率、減少副產物對環(huán)境的危害、開發(fā)新工藝控制污染等方面都需要創(chuàng)新化工分離技術、研發(fā)清潔工藝路線，以及不同分離過程、反應與分離過程的工藝集成化。

在課程講授過程中及時新增各類分離方法的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，有針對性的將新型分離技術、工藝設備進行經濟性分析和環(huán)境影響評價，不僅能使學生全面了解分離技術對現(xiàn)代化學工業(yè)清潔生產的作用，幫助建立清潔生產觀念，而且能使學生掌握現(xiàn)代新型分離設備的工作原理和技術指標，從而更快的適應將來的化工生產崗位。

3 強化計算機輔助解決實際工程問題

《化工分離過程》課程要求學生具有較強的計算機應用能力。例如：在精餾過程計算中，涉及到大量混合物料泡點與露點的反復計算、多組分精餾塔塔板數(shù)的計算等。如用人工計算，工作量相當大， 并且大多數(shù)情況是人工計算無法完成的，這就要求學生不但要有化工專業(yè)基礎知識、掌握計算機編程語言，而且要能夠熟練應用各種化工模擬軟件。在化學工程專業(yè)的學生中，有相當一部分人具有一定的編程能力，且熟悉常用的化工模擬軟件[5]。如果能夠有效地將模擬軟件應用于分離工程中的計算問題，對學生專業(yè)技能的培養(yǎng)和以后的職業(yè)發(fā)展都具有重要作用，因此有必要將化工計算與編程、化工模擬聯(lián)系起來。在本課程的教學過程中，適時引入了Aspen Plus化工流程模擬軟件，對分離路線的確定和操作條件的優(yōu)化進行模擬，不但拓寬了學生的專業(yè)知識面，而且使學生的編程及化工模擬能力在解決化工分離難題上學以致用，顯著提高了學生應用計算機輔助解決化工分離中工程計算問題的能力。

4 強化高階工程素養(yǎng)和工程思維

化學工業(yè)是關系國計民生的支柱性產業(yè)，隨著我國經濟的持續(xù)發(fā)展，化工行業(yè)也得到了飛速發(fā)展，而化工行業(yè)對人才的評價標準要求注重培養(yǎng)學生研究開發(fā)、工程設計和解決工程技術問題的能力，并能洞察工業(yè)技術和經濟發(fā)展的趨勢。要實現(xiàn)這一目標，就要求學生具有扎實的理論基礎、寬厚的專業(yè)知識、高階的工程素養(yǎng)和工程思維。

以前的工科專業(yè)教育存在的主要問題是學生基礎差、知識面窄、工程思維缺乏。從我國工信部門對工科畢業(yè)生的反饋信息中不難看出，本科生畢業(yè)后需要經過兩年多的一線生產實踐鍛煉，才能逐漸勝任崗位工作[6]。為了使畢業(yè)生能更快地適應化工生產崗位要求，在教學過程中就必須加強工程實踐教育，使學生在綜合的、高階的工程實踐過程中，不斷強化其工程素養(yǎng)和工程思維。筆者在泰山學院講授《化工分離過程》課程時，力求從工程思維的角度來分析、解決化工分離問題，例如：在講解不同分離路線的選擇時[7]，以分離裂解氣中的甲烷-乙烷-乙烯-丙烯混合物為例，若采用前脫丙烷工藝，哪種組分先從塔頂餾出？塔釜得到什么組分？若采用前脫乙烷工藝，塔頂?shù)玫绞裁唇M分？塔釜剩余什么組分？通過計算，綜合比較兩種分離路線的產物分離難易程度、設備要求及能耗高低，從而給出最優(yōu)化的分離過程工藝路線。這類問題的解決始終堅持“以學生為中心”，在教師指導下通過互助協(xié)作或小組討論的方式進行，在解決化工分離問題過程中，充分發(fā)揮學生的主體作用，不但可以鞏固學生的基礎知識，使學生根據(jù)化合物分子的微觀性質做出宏觀的反應影響評價，而且能夠鍛煉學生的工程素養(yǎng)和工程思維，從而在綜合分析各種分離路線基礎上給出既經濟又環(huán)保的分離方案。要做好這類題目不僅要求學生具有扎實的理論基礎，而且要具有較高的工程思維能力，因此能真正加強工程教育在本課程中的融合滲透，達到潛移默化地培養(yǎng)學生建立高階工程素養(yǎng)和工程思維的目的。

綜上所述，通過以上教學內容及方式方法的改革與探索，按照教育部的工程教育專業(yè)認證標準和淘汰水課、打造“兩性一度”的金課標準，使《化工分離過程》教學形式多樣化，教學內容及方式方法具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，將學生的知識掌握、能力提升、素質培養(yǎng)有機融合。具有創(chuàng)新性和前沿性的課程內容激發(fā)了學生的學習興趣和求知欲。通過編程及化工模擬訓練，顯著提升了學生的高階工程素養(yǎng)和工程思維。

今后我們仍將繼續(xù)精雕細琢，不斷加強新型分離技術的研究，從而進一步豐富《化工分離過程》的教學內容，緊扣工程教育專業(yè)認證理念，改革教學手段和教學方法，不斷提高教學質量，以培養(yǎng)出適應新時代社會發(fā)展需要的高素質應用型人才。