化学反应工程实践教学的改革与探索

化学反应工程实践教学的改革与探索 化学反应工程实践教学的改革与探索 化学反应工程实践教学的改革与探索 科

化学反应过程是化工生产过程的核心,流程中反应器的投资不一定最大,但反应器的设计精度、操作控制精度均要高于其它设备,是决定最终产品产量和质量的关键部位。化学反应工程是一门研究工业反应过程的开发和反应器设计、优化、放大的工程学科。目标是通过学习培养学生分析、解决工业反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力。化学反应工程是人类从科学实验和生产实践中总结发展起来的,它离不开科学实验和生产实践。学生在学习时普遍感到理论抽象、数学推导繁琐、工程问题多,不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。本科生的工程背景知识不足,仅靠理论教学难易将反应工程基本原理与工业反应过程有效结合,难易将知识内化为学生的能力。开好这样一门课程,改革实践教学是深化书本理论知识、强化工程应用能力的有效途径之一。为此,青海大学化工学院(以下简称“我院”)在加强实践性教学方面进行了一系列的探索,采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等一系列改革措施,取得良好的教学效果,显着加深了学生对化学反应工程基本原理的理解,有效提高了学生在反应器设计、科学实验研究、反应器操作等方面的实践动手能力。

一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力

二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力

对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说,实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器,如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中,我院通过专业实验课、综合设计型实验课,逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验;开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验,学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法,多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性,理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别,连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因,全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法,反应精馏与常规精馏的区别,连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法,温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响,转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点,有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识,不但在实验中得到验证和巩固,而且得到了应用,掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。

三、开展仿真实训、培养实践操作能力

我院以前有四周生产实习,实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时,学生得不到实际操作设备的锻炼机会;一般实习一个化工产品的生产过程,学生掌握了工艺流程、生产原理之后,实习后期学习兴趣、主动性降低,影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用DCS控制,技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来,计算机仿真技术的应用越来越广泛,采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化,从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征,将“抽象”化为“形象”,动态演示工业生产过程。并且,仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件,在校内建立仿真实验室,开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习,后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元,以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分,等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作,以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力,集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以,仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。

四、参与科研活动、培养创新能力

鼓励和指导学生参与科研活动,培养创新能力,是我院进行的又一项加强实践教学的改革措施。引导学生积极申报国家大学生创新型实验计划项目、青海大学“大学生科技创新基金项目”、吸纳学生参加教师的科研项目,结合毕业论文实验,给学生提出难度、深度和工作量相对适中的课题,或从教师承担的科研项目中分出一部分专题,让学生在教师的指导下开展研究工作。经过多年努力,目前我院化学工程系近30%的学生参与科研活动。参与完成了粒状吸附剂制备、沸石吸附性能表征、反应沉淀法分离油田水中的钙镁离子、处理锌冶炼废水的中试反应器设计、屠宰废弃物发酵反应条件优化、固相反应法制备硫酸锌、化学沉淀法分离盐湖卤水中的钙镁离子等与化学反应工程知识有关的课题。使学生接触和了解部分学科前沿知识和研究动态,拓宽了学生的视野。科研中探索出的新思路、新方法、新对策,启迪与开拓了学生的创新意识。

实践教学是理论教学的补充和升华,我院为加强实践教学采取的一系列改革措施,深受广大学生的欢迎和积极参与,取得了良好的教学效果。学无止境,只有继续改革与探索,才能进一步提高人才培养的质量。转贴