化工原理实践环节中的创新功能

韶晖 冷一欣

(常州大学石油化工学院 江苏常州 213164)

实践性环节是培养学生创新精神、提高学生实践能力和综合素质的重要平台[1-3]。由于化工类专业的学生将从事工程技术方面的工作，必须有良好的动手能力和分析解决工程实际问题的能力。因此，实践性环节在化工人才培养中占有重要的地位。化工原理实验与化工生产实际紧密联系，面对的是实际工程问题，属于工程技术实验的范畴，且所研究的对象变量多、关系复杂，具有工艺性和工程性[4]。针对目前高校学生工程实践训练不足的问题，在2006年我校搬迁并新建化工原理实验室时，在化工原理教师和实验室人员的共同努力下，对实验装置和教学方式进行了改进和创新，使实验室除了承担课程设置的实验外，还能作为校内石化中心实习基地，为校内外学生提供岗前培训；教师还可以将实验装置与科研相结合，指导学生的毕业论文。

1 以工程观的理念认识实习

由于校外实践基地日渐萎缩，许多工厂出于安全生产或技术保密等方面的原因，逐渐缩小实践基地的规模，甚至取消原有的实践基地，这给学生的工程实践带来了很大的影响[5]。化工原理实验室作为校内石化中心实习基地，承担着校内外学生认识实习的任务。学生在基础课教学阶段，接触的实验设备大多为玻璃仪器和小型设备。为了培养学生的工程观念，让学生对工厂有初步的认识， 2006年组建新化工原理实验室时，在实验设备的结构和外形尺寸的设计上，尽量使实验设备能反映工厂的生产实际。装置主体采用不锈钢精细抛光加工，框架采用不锈钢喷塑，法兰连接，配备了现代化工厂普遍使用的各种先进测量、控制以及组态系统，如DCS控制系统、MCGS组态控制系统、PLC控制系统、PID控制系统等。另外，为了让学生对工厂有更多的感性认识，在设计流量、温度、压力等的测量中，采用了多种工业常用的仪器、仪表和现代测量及显示技术。如对流量的测量，在不同的实验装置上设置了孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计、湿式气体流量计、涡轮流量计和数显等流量测试；对压强的测量，使用了U型管压强计、倾斜式差压计、簧片式压力表和数字式显示仪表等；对温度、电流、电压等的显示均采用数字显示仪表。在阀门的设置上，我们安装了工厂里常见的闸阀、截止阀、球阀和蝶阀等；并在离心泵的装置上安装了电动阀，一路采用阀门手动调节，一路通过电动阀DCS系统自动控制，以与工厂的实际接轨。

由于实验装置是本校教师自行设计的，有着较大的自创性。在设计过程中，将离心泵、阻力、传热3个实验装置通过管道、桥架串联在一起，以变频器控制转速；串、并联后的离心泵可将高位槽或地槽中的物料经DCS 系统控制的电动调节阀，输送进高阻或低阻管路，再进入套管换热器进行换热。在精馏塔的设计上，采用填料、筛板两种塔型的中试装置，并配备了先进的仪器、仪表、手动及自动化控制系统，以体现现代化工厂的气息。这样的设计能给学生一个完整的工艺流程，大大地增强了学生工程观的概念。

2 开放式的岗前培训

除了承担一年级新生的认识实习外，近几年来，石化工程中心还接纳了石化企业新员工的岗前培训工作。化工原理实验教学的模式是根据教学计划固定做几个实验，如阻力测定、离心泵性能测定、传热系数测定等，且大多数是验证性实验，即在做实验之前，学生通过理论课程的学习，就已经知道结论，实验的目的只是验证书本上的经验式。这对于初学化工基础知识的学生来说，可能是有益的，便于他们对基础知识的了解和巩固。但对于工科类院校的毕业生以及即将走上工作岗位的新员工来说，他们要面对的是复杂的工程实际问题，其复杂性表现在研究对象多变、预知条件不完整、变量参数众多等方面。因此，让他们在化工原理实验过程中掌握工程实验的组织方法极为必要[6]。针对这项培训，我们采用开放式的实验教学。要求培训人员根据教师给出的任务，以正确的工程实验方法制定实验方案、选择实验器材、拟定实验程序、画出合理的设计流程图，最后完成操作，并对实验数据进行分析和归纳，出具完整的实验报告。这种开放式实验的设置，打破了传统实验的固定教学模式(学生预习，教师讲课，学生操作，整理数据，写实验报告)，学生由被动变为主动，积极性更容易得到有效的调动。但这需要教师和学生投入更多的时间和精力。教师要具备丰富的实际生产经验，而学生由于教师不再对实验原理、操作步骤、仪器使用等进行详细讲解，因此必须在实验前做好充分的准备，熟悉实验内容，查阅相关的文献资料。在这一环节中，培训人员将会遇到较多的问题，但在处理这些问题的过程中，分析和解决问题的能力能得到实际锻炼。

在对新进人员进行岗前培训时，我们采用由简入深的方式，在流体流动阻力测定的实验中，引入怎样在工程装置中寻找管路堵塞的问题；测定串联管路、并联管路、高阻和低阻管路的流量分配、阻力损失和压差变化等。之后，随着学生对工程问题的不断了解，实际工程问题的难度也逐渐加深，如：实际精馏操作中常见漏液、液泛等不正常现象和故障的分析及排除，传热过程的强化措施等。经过这样的训练，学生逐步在实验过程中接触到实际工程问题，建立起工程概念，同时也培养了解决实际工程问题的能力。

当然，开放式的实验教学同时也需要教学设备的不断革新。在组建实验室时，我们考虑了一部分综合实验，例如，在离心泵性能测定实验中，采用主、辅泵操作。主泵用变频器调节流量，辅泵用出口阀调节流量；设置了一系列管路，让学生在不同的情况下，选择合理的串联或并联操作，并结合现有管路，完成设计任务。在传热实验中，当流体经过一台换热器的换热达不到指定温度时，可选用两台换热器串联或并联操作，这时应考虑如何解决由于管路过长及保温效果不好所造成的较大的热损失。在吸收实验中，加入解吸装置，吸收液经过换热器加热后，进入解吸塔，脱除吸收质，使吸收剂循环使用。因此，解吸塔的分离能力将直接影响到吸收塔的吸收效果。最近，我们又在原有传统板框过滤装置的基础上进行了改造，阀门选用常闭气动球阀，既可由DCS控制动作，也可手动控制；鉴于过滤体系为碳酸钙悬浮液，液位计采用带远传信号的磁翻板液位计和单法兰液位计，压力测量采用带标准远传信号的压力变送器；出料采用工业中典型的压缩空气提供动力，以搅拌罐顶部插入管路压料的方式，替代从搅拌罐底部压料的方式，这样可以避免堵塞现象；系统还设置了液位连锁，当液位达到设定值时，将进料阀和排空阀全部自动连锁关闭。改造后的过滤装置克服了传统过滤实验费力的缺点，并体现了现代工业的先进理念。另外，我们正寻求合适的体系，将萃取和精馏实验结合起来，使萃取后的萃取相，能通过精馏分离出溶剂，以便循环使用。

3 与科研相结合的毕业环节

研究型、综合性实验的设置是当今实验教学面临的重要课题。如何使所建的实验室在为教学服务的同时，也为科研开发和学科建设创造良好的条件，是值得思考和探索的问题[7]。我们在研制新设备时，除了考虑工程性和可操作性外，还注重设备的先进性。以自行设计完成的用于气体净化(尾气回收)的四塔变压吸附装置为例，单一的固定吸附床操作，无论是变温吸附还是变压吸附，由于吸附剂需要再生，吸附是间歇式的；而四塔变压吸附装置则使吸附床的吸附和再生交替进行，当一个塔处于吸附过程时，其他塔处于再生过程的不同阶段，当该塔结束吸附步骤开始再生过程时，另一个塔又接着进行吸附过程，这样就能保证原料气不断输入，产品气不断产出，整个吸附过程是连续的。根据吸附剂再生方法的不同，变压吸附循环可采用常压解吸和真空解吸变压吸附过程。常压解吸变压吸附有升压、吸附、顺放、逆放、冲洗等过程，而真空解吸变压吸附则有升压、吸附、顺放、逆放、抽空等过程。目前，在教师的指导下，该装置可用于毕业生完成科研项目“DCS控制变压吸附分离N2/O2工艺的研究”。此外，我们还结合化工、生物工程、制药等学科的特点，将超滤技术用于中药提取过程中浑浊提取液的澄清，以脱除其中的固体颗粒、胶质、大分子蛋白质等杂质；运用传质单元操作——膜分离装置，指导学生进行江苏省普通高校研究生科研创新计划项目“聚氨酯合成革生产中DMF废液的回收”和江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目“二甲基甲酰胺废液回收的渗透气化膜性能”的研究。

总之，实验教学体现了以教学带科研，以科研促教学的发展思路，为教学和科研开发的良性循环奠定了坚实的基础。

经过几年的建设和改造，化工原理实验室已在“设计型、综合型、研究型”实验的开发和实验教学方法的改进等方面取得了一些成绩，拓宽了实验室原有的功能，为学生的实习和科研提供了场所。今后，它还将成为我校化工技能大赛的培训基地。

参 考 文 献

[1] 许建飞,朱向运.实验室研究与探索,2001,20(1):3

[2] 徐国财,张洪流,何杰,等.化工高等教育,2008,103(5):76

[3] 周爱东,杨红晓,赵蕾,等.实验室研究与探索,2010,29(1):101

[4] 曾明荣,曾庆友,赵鹏.实验技术与管理,2008,25(10):128

[5] 余龙江,李为,鲁明波.高教论坛,2008,10(5):21

[6] 潘正官, 谢佑国.化工高等教育, 2005,86(4):74

[7] 郭庆丰,彭勇,余立新.化工高等教育,2004,79(1):45