化学反应工程实践教学探索

陈艳红，石会龙，姚媛媛

(中国石油大学胜利学院，山东 东营 257061)

化学反应工程是化学工程学科专业的一个重要分支，该分支于20世纪50年代成立，在我国起步较晚，直到20世纪80年代才正式进入我国的高等教育课程[1]。目前，化学反应工程作为化工专业的一门核心课程，有着非常重要的地位。化学反应工程的研究对象是工程中的反应器，该课程的主要目的是如何实现反应器的优化与设计，要完成这一目标，就涉及到需要用到反应动力学、传递工程和流体力学等各方面的知识作为支撑。如何有效地把实验室的先进研究成果实现工业化生产，化学反应工程作为该过程的理论指导有着不可替代的地位。因此，化学反应工程作为化工专业的专业基础课程之一，一定要做到强调理论联系实际的重要性，致力于培养学生在实验技能、设计问题以及解决工业上遇到的实际工程问题的能力。我校作为应用技术型高校，学校培养人才的模式重点是工程应用型人员而不是研究型人才，因此在化学反应工程的理论教学中结合工厂实际案例，突出实践应用和创新能力的培养尤为重要[2]。为此，作者根据多年主讲此门课程总结的一些教学经验，同时结合自己学生时期学习此课程的心得体会，简单介绍一下对本门课程的实验与实践教学的探讨与体会。

1 课堂教学与仿真模拟相结合

结合我校学生学习能力和培养应用型人才目标的实际情况，本课程教学中，我们采用以外文版教材O. Lev enspiel主编的“Chemical Reaction Engineering”(3rd，2002)内容为主线，陈甘棠主编的《化学反应工程》为辅助教材的原则对课堂进行讲授。考虑到大多数学生学习外文版教材较为吃力，我们结合这两本教材中对我们学生较为适用的内容进行了整编，编写了适合我校学生学习的讲义。反应工程的研究对象为复杂多样的反应器，多媒体教学手段可以生动展示工业反应器的实际效果，而对于一些复杂公式模型的推导，传统的板书则更便于让学生跟上思路，因此，采用传统板书和多媒体结合的教学手段被认为是课堂教学的最佳授课方式。

目前，高等教育一直强调提高学生的实践能力和创新能力，开展仿真模拟训练被认为是提高学生理论实践能力的一种有效手段，仿真实训能够有效地在理论和实践之间构架了一座桥梁[3]。结合我校培养石油石化应用型人才的理念，我校根据我院专业的特点和学生将来的主要就业方向，购买了大量的化工仿真软件，主要包括以下内容：合成聚乙烯工艺、催化裂化工艺、常减压工艺和化工单元操作等仿真软件。将仿真模拟软应用在教学中，改变了传统的理论和实验教学手段，对于学生理论结合实践起到了重要推动作用。例如，通过对聚氯乙烯合成工艺过程的模拟，让学生将各个单元操作、化学反应、自动化控制过程以及能源的有效利用进行了整合模拟训练，让学生认识到了反应工程理论课中学习的反应器在实际工业化中的重要地位，拓宽了学生的思维能力，培养了学生的工程意识。通过模拟不同的工艺流程，学生可以比较不同反应工艺中反应器的构造区别，反应器的操作条件差异，从而能够更加深理解反应工程的理论学习知识，并为实践应用起到理论指导。

2 课程理论教学与实验教学相结合[4-6]

化学反应工程的内容是研究工业反应器的工程活动，也就是通过学习反应工程的理论知识从而来指导工业放大应用，因此，实验教学的地位不言而喻。学生在进行实验课的学习过程中，一方面学生在实验教学中通过实验过程可以对课本中学习过的理论知识进行验证，这样就会对学习过的一些基本理论的理解进一步加深理解。同时，实验课程还开设了一些探索性实验，学生通过摸索实验过程，探索实验条件、分析实验结果等多方面途径来提高学生的创新意识。目前，我校开设的与化学反应工程有关的实验主要包括：管式流动反应器性能测定实验、多釜串联反应性能测定、反应精馏实验和气固相乙醇脱水试验。学生通过做实验可以更加直观的理解上课中所学理论知识。例如管式流动反应器性能测定实验和多釜串联反应性能测定，当学生在做这两个实验的过程中，他们通过观察实验过程中出现的一些流体流动的现象、课下处理实验数据及对实验结果的反思总结，可以让学生更加深刻地理解返混的定义，对所学多级混合流模型在一定程度上认识更透彻。学生在做乙醇脱水实验中，可以进一步理解气固非均相催化反应，通说对产物分布的分析进一步认识关于选择性和收率的问题，建立起工程问题思维。另外，实验过程的动手能力，实验后续的数据处理能力对学生以后的研究深造或企业生产操作都是重要的帮助。

实验过程管理对于能否有效地发挥实验课程的主观能动性、保障实验教学质量起着决定性作用。因此加强实验过程中的管理，发挥化学反应工程实验教学的学科特色，提高实验教学质量非常重要。在实验过程中，针对设备少学生较多等问题，实验老师采取循环分小组操作的方法，保障每次实验每台设备都由2～3人来协调配合，提高学生的实践学习效率。另外，针对探索性实验，我们通过在小型固定床微反实验装置上，选择开设一些不同的探索性实验项目，通过改变催化剂、反应原料和操作条件来完成不同的实验操作。学生通过分组做实验，考察反应条件对产物分布的影响，通过反应后的产物对比分析，让学生思考影响反应结果的主要因素，提出最佳的实验方案，提高学生的思考创新能力，树立工程观念意识。

另外，对于实验教学最后的考核方法，要做到综合考察。既不能仅以预习报告和实验报告等方面进行简单的考评，也不能只通过简单的考试进行考核。由于化学反应工程实验属于大型设备实验，主要研究的内容为：反应器结构、流动方式以及化学反应的影响。因此，在学生最终的成绩评定中，应考虑加入一定比例的实验操作技能、实验数据处理技能、实验结果与分析的总结思考等方面的评分比例，而不是仅仅把实验结果的好坏、实验报告处理的对错作为考核结果的唯一标准。

3 理论教学和专业实习相结合

对我校化工专业的学生，其对应的教学大纲中，我们把认识实习和生产实习分别安排在化学反应工程理论教学的前后。尤其是生产实习，学生会分配到不同的车间参与到整个生产工段中，近距离学习各种生产工艺和设备。理论知识和生产实践相结合使得学生可以更有效地学好这门课程。

4 参加科研创新活动，提高创新技能

一个行业要持续发展离不开科学研究的支撑。同样，化学反应工程这门学科的发展也离不开科学研究的推动力。对于本科学生来说，在掌握了一定理论基础的前提下，培养其创新能力对于学生自身综合素养的提升有着非常重要的价值。要培养学生的创新能力，老师的引导是关键性的作用。对于我校学生来说，理论知识的学习基础在本科高校中不算高，但想象力却不是很差。同时我校学生的动手能力和工程实践能力较强。因此，指导教师可以根据自己的科研情况让一部分同学加入到自己的科研活动中，将部分学生的科研热情调动起来，充分激发他们的研究创新热情，培养学生的创新创造能力。另外，近几年我校还设立了全国的和校级的大学生创新项目，学生通过积极申报创新项目，学生通过立项、实验、结项等一系列环节，在课题开展过程中提出问题、分析问题和解决问题，进一步提高学生的自主创新能力。此外，我们也积极鼓励学生参加一些全国性的、以及省厅的大学生各种化工设计、化工技能大赛，学生在参赛过程中，也会结合学习的理论知识去积极地处理设计中的问题，同时在设计比赛中，通过不断地解决问题也会对课程的教学和应用起到推动作用。

5 结 语

由以上分析可知，要让学生学好化学反应工程这门课程，理论的教学过程一定要结合实验教学和实践教学，只有采取多样性的实践教学手段才能够提高教学效果。本文从理论教学、仿真实训、实验教学、实习实践教学和科研活动等方面较为详细地阐述了实践教学的作用、实施方案和意义。这些多种多样的实践教学手段不仅能够有效地巩固化学反应工程理论教学所讲授的基础理论知识，同时对于培养以应用技术型人才为目标的学生培养起着显著的推动作用。化工专业要做到能与化工行业变化的形势和发展要求步伐协调一致，就要我们在教学过程中不断反思和总结教学经验，只有不断地深化教学改革，优化和完善教学模式和管理水平，突出专业内涵建设，才能让我们的教学水平不断提高，学生的学习主观能动性也会随之提高。只有把理论知识和实践能够全面而扎实的相结合的学生，才是现代化化工企业真正所需求的人才，也是化工行业持续发展的中坚力量。