化工分离工程本科教学改革与探讨

吕鹏+邢闯+盖希坤+杨瑞芹

摘要：国内各高校根据培养目标和毕业要求的发展，对化学工程与工艺专业的课程教学改革持续进行。化工分离工程是为化工相关专业学生开设的一门专业课，对学生毕业后从事化工相关领域的化工生产工作提供专业知识。结合化工分离工程教学实践，以及培养计划要求，针对传统教学中存在的问题，提出并探讨一些新的改革方案。

关键词：化工分离工程；教学改革；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）10-0133-02

分离工程是化学工程专业的一门重要专业课程，是研究化学工业和其他化学类型工业生产中混合物的分离与提纯的一门工程学科，是建立在高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学等课程知识基础上的一门必修课程[1，2]。随着化工行业的迅速发展，分离工程在现代化学工业及相关工程领域中的应用越来越重要，高校的培养目标也由最初的单纯掌握教材知识转化为能够应用专业知识解决实际工程问题。这就要求教学目的要逐渐转化为应用与实践，摒弃“填鸭式”教学，引导学生主动掌握知识，培养学生的兴趣并自主发现解决问题。由于化工分离工程课程的实践性非常强，所涉及到的化学工程领域知识较多且杂，甚至有一些经验性的知识内容，新装置、新设备的不断涌现对高校教学提出了更高的要求，因此改變传统专业课的教学模式、加强分离工程教学改革与实践、锻炼学生解决实际问题的能力显得尤为重要。围绕这一目标，本文探讨了在教学内容、教学方法改革、教学与实际结合等方面的一些尝试。

一、教材选择和内容安排

随着时代和技术的发展，化工分离工程课程的知识也在更新，学术内容越来越丰富多彩，因教学课时的限制，不能面面俱到的全部涉猎，因此教材的合理选择和教学内容的安排对提高本门课程的教学效果十分重要。近几年，化工分离工程的教材出版较多，重点内容如相平衡关系、多组分精馏、特殊精馏、多组分萃取、分离设备性能和效率、分离过程节能等传统知识基本都被涵盖在内，但一类侧重于工艺过程的学习，另一类借鉴国外教材，侧重于讲解理论知识[3]。新型分离技术由于发展较快，侧重点各有不同。综合考虑教材、学生基础以及实验室条件等因素，选择了陈洪钫、刘家褀主编的卓越工程师教育培养计划系列教材《化工分离过程》第二版。该教材第一版1995年出版，在众多高校沿用20余年，2014年再版，该书对原有基础知识做了更优的安排，将陈旧技术进行了删除，修改增加了符合时代发展的新型分离技术；对教学内容也进行了新的安排，更容易让学生接受，课后主动去探讨问题的解决方法，提高教学效果。

针对这本教材，笔者在教学过程中对该课程的教学内容主要讲解以下章节：（1）传质分离过程的介绍。（2）单级平衡过程章节中介绍相平衡、物料衡算和传递速率的介绍。主要讲解相平衡关系、相平衡常数的计算、泡露点计算和绝热闪蒸。（3）多组分多级分离过程分析与简捷计算中介绍设计变量计算、多组分精馏、萃取精馏、反应精馏、间歇精馏的简捷计算。（4）多组分多级分离的严格计算章节中介绍平衡级理论模型、三对角矩阵法以及新型软件等知识，偏向实际问题的应用。（5）分离设备的性能和效率。（6）分离过程的节能。（7）新型分离技术和过程继承。针对以上7个主要章节进行讲解，按照课时要求精心设计教案，增加更多的实例讲解，深入浅出，在课堂上抓住学生的兴趣点和好奇心，逐步提高学生对概念的理解和对公式应用能力的把握。

二、教学方法改进

课堂教学是化工分离工程专业课程的重要环节，各种典型的单元分离操作知识在此课程的先修课程中都接触过，如蒸馏、吸收等操作，深入系统的讲解典型的分离单元操作，使学生在能力上提高是本课程教学的关键。这就要求任课教师能利用各种教学方法调动学生的积极性，激发学生扩展已有知识，对实际反应物系、多远组分物系中的复杂问题进行探讨学习，如对比理想物系与真实物系、二元组分精馏与多组分精馏之间的区别，理论板数与进料比如何变化等问题[4]。重点对多组分物系进行介绍，提高学生对实际问题的处理能力，对泡露点计算、闪蒸计算、设计变量的计算、MESH方程的建立与求解以及多组分多级分离的严格计算，都进行详细的讲解，同时让学生根据自己的需求查阅相关文献资料，建立课堂讨论组，重点讨论通过学习后，在文献中仍然不理解的问题，提高学生的学习兴趣与动力，促进专业技能的培养。另外，结合工厂的实习，加强学生对化工分离工程理论的感性认识。本门课程学习前，学生已经进入工厂进行了认识实习，对实际生产过程有了一定的了解。通过实习，学生也增强了学习比较抽象的课堂知识的热情。任课教师通过针对典型的分离工艺制订详细的实习方案，让学生带有目的的去学习，既能开阔视野，又能增长知识。对实际生产过程中所遇到的一些典型问题，有针对性的了解学习，互相讨论研究解决方案。如有学生在学习了分离原理后对工厂塔原料反应有了浓厚兴趣，并结合软件进行一些数据的模拟，找出自己所学理论知识与实际应用中所需知识的差距；对现有工艺提出一些改造建议，极大地锻炼了学生处理实际问题的能力，也为后续的化工专业实验、毕业环节、工作等打好了基础。

三、教学与研究相结合

在教学过程中，教师结合自己的科研工作，把结合教材知识的实际应用内容传授给学生，对学生提高能力，甚至是考研都有一定的引导作用。对学生来说，最有吸引力的课程是教材中超临界萃取、膜分离等新兴分离技术，教师在实验室进行演示实验（合成气转化费托反应合成长链烷烃及烯烃），由于实验为气体转化为清洁燃料课题，气体产汽油让学生产生了好奇，便于引导学生课后查阅文献，提高专业知识。在分离检测方面给学生提供充足的支持，各种气相、液相产品经过分离后进行色谱检测，通过演示实验以及学生自己动手实践，以便对分离技术有更深的了解，并能扩展视野，从理论可行、经济可行等角度考虑实际问题，达到提高专业水平的目的。

四、考核方式的完善

对化工分离工程课程的考核，一般采用考试成绩与平时成绩相结合的方法，但平时成绩常常是由出勤、课堂作业成绩以及课堂表现组成，忽视了学生在课外时间对知识的学习。针对这一问题，将学生进行分组，要求学生将课后从技术原理、特点、研究进展、技术展望等方面查阅文献，以小组为单位形成报告，并在平时成绩中提高报告分数的比例。

这种考核方式有利于学生积极主动地进行化工分离工程课程的学习，也锻炼了查阅文献、总结知识的能力，引导学生自主分析，了解科技发展现状，为以后进行科研工作或考研打下基础，提高综合素质。

五、结语

对化工分离工程课程进行教学改革，使本课程更好的适应当代本科生工程教育的特点和学科发展趋势。通过实施以上教学方式，强化学生对理论知识的理解和应用能力，激发兴趣，提高素质以应对实际工程问题。化工分离工程是一个不断发展的应用学科，在未来的教学工作中我们还将继续加深对分离工程的研究，及时发现并完善教学上能够改进的地方，培养满足社会要求的化工人才。

参考文献：

[1]中国工程教育认证协会(筹)秘书处.工程教育认证工作指南(2013版)[Z].

[2]陈洪钫,刘家褀.化工分离过程[M].北京:化学工业出版社,2014.

[3]曾濤.《化工分离过程》教学中提高学生工程能力的探索研究[J].广州化工,2014,13(42):216-217.

[4]曹平,李军,全学军.化工分离工程教学改革探索[J].广东化工,2012,39(11):199.

Reform and Exploration of Undergraduate Teaching in Chemical Separation Engineering

LV Peng1,2,XING Chuang1,2,GAI Xi-kun1,2,YANG Rui-qin1,2

(1.School of Biological and Chemical Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China;

2.Zhejiang Province Key Laboratory of Agricultural Products Chemical and Biological Processing Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China)

Abstract:With the development of the training objectives and requirements in domestic universities,chemical engineering and technology professional courses teaching reform has never ceased. "The chemical separation engineering" is a specialized course for the relevant professional students,which provides professional support for the students who will engage in the chemical production after graduation. We put forward a new reform plan according to the teaching experience,as well as program requirements,aiming at the problems existing in the traditional teaching.

Key words:chemical separation engineering;teaching reformation;teaching practices