何春紅, 張建平, 程學(xué)禮, 馮尚華

(泰山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，山東 泰安 271000)

《化工分離過程》是高校化學(xué)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(chǎn)中分離技術(shù)和方法的課程，其對學(xué)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，還要考慮能量消耗、環(huán)境保護(hù)、設(shè)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(nèi)容的。

隨著新時代工程教育專業(yè)認(rèn)證和新型分離技術(shù)的發(fā)展，化工行業(yè)急需高素質(zhì)的化工人才?，F(xiàn)在的《化工分離過程》在教材內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)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(xué)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的經(jīng)驗，結(jié)合目前化工類企業(yè)對應(yīng)用型人才的需求特點，針對《化工分離過程》的課程教學(xué)，圍繞“兩性一度”探索新時代工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下化工類課程教學(xué)內(nèi)容改革和方法創(chuàng)新。

1 以學(xué)科前沿和高新技術(shù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

化工分離技術(shù)是直接應(yīng)用于化工企業(yè)生產(chǎn)實踐的實用技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不同的原料、產(chǎn)品需采用不同的分離方法決定了分離技術(shù)的復(fù)雜性和多樣性。現(xiàn)階段圍繞節(jié)能降耗、低碳經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的準(zhǔn)則，對現(xiàn)有化工企業(yè)的生產(chǎn)過程提出了更高要求。要做到從源頭上切實減輕污染、生產(chǎn)過程要節(jié)能降耗、產(chǎn)品要綠色環(huán)保，科學(xué)而高效的分離方法和技術(shù)為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。新型分離方法和技術(shù)的不斷研發(fā)，讓現(xiàn)代化的化工生產(chǎn)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(jìn)的動力。比如：在工業(yè)污水治理過程中，加壓反滲透技術(shù)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(biāo)?！痘し蛛x過程》的實用性激發(fā)了學(xué)生掌握化工分離技能，為新時代環(huán)境保護(hù)事業(yè)而學(xué)習(xí)的雄心壯志。

高科技的現(xiàn)代生化技術(shù)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(xué)、能源等領(lǐng)域的面貌，現(xiàn)代生化技術(shù)依靠不斷的科技革命和技術(shù)革新，使當(dāng)代科技有了飛速發(fā)展、社會生產(chǎn)力有了巨大進(jìn)步，這其中，科學(xué)而高效的化工分離技術(shù)起到了重大的助推作用[3]。如新型酶膜反應(yīng)器，能有效降低生化反應(yīng)中的產(chǎn)物抑制現(xiàn)象，顯著提高基質(zhì)濃度和發(fā)酵罐生產(chǎn)能力，從而降低生產(chǎn)成本。在授課過程中，我們強(qiáng)調(diào)這一技術(shù)已應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)物分離，激勵學(xué)生勇于開拓創(chuàng)新的精神。

由上可知，分離工程在化工生產(chǎn)中有著重要的地位和作用。因此在進(jìn)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(xué)科發(fā)展前沿及其目前在各行業(yè)的具體應(yīng)用情況，使學(xué)生感受到所學(xué)知識的重要性和挑戰(zhàn)性，并且能糾正所學(xué)知識不實用的錯誤觀念，從而顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)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(shù)，開發(fā)清潔生產(chǎn)工藝

創(chuàng)新化工分離技術(shù)、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(jīng)濟(jì)效益，這也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳方法，也是今后化學(xué)工業(yè)發(fā)展的方向[4]。工業(yè)生產(chǎn)中，科學(xué)而高效的化工分離技術(shù)不但能夠提供符合反應(yīng)要求的高純度原料、減少副反應(yīng)、提高產(chǎn)品收率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對各種產(chǎn)物的分離提純，同時可將未發(fā)生反應(yīng)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(chǎn)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(shù)、研發(fā)清潔工藝路線，以及不同分離過程、反應(yīng)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(shù)、工藝設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析和環(huán)境影響評價，不僅能使學(xué)生全面了解分離技術(shù)對現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)清潔生產(chǎn)的作用，幫助建立清潔生產(chǎn)觀念，而且能使學(xué)生掌握現(xiàn)代新型分離設(shè)備的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，從而更快的適應(yīng)將來的化工生產(chǎn)崗位。

3 強(qiáng)化計算機(jī)輔助解決實際工程問題

《化工分離過程》課程要求學(xué)生具有較強(qiáng)的計算機(jī)應(yīng)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(fù)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(dāng)大， 并且大多數(shù)情況是人工計算無法完成的，這就要求學(xué)生不但要有化工專業(yè)基礎(chǔ)知識、掌握計算機(jī)編程語言，而且要能夠熟練應(yīng)用各種化工模擬軟件。在化學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生中，有相當(dāng)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(yīng)用于分離工程中的計算問題，對學(xué)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(xué)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(jìn)行模擬，不但拓寬了學(xué)生的專業(yè)知識面，而且使學(xué)生的編程及化工模擬能力在解決化工分離難題上學(xué)以致用，顯著提高了學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)輔助解決化工分離中工程計算問題的能力。

4 強(qiáng)化高階工程素養(yǎng)和工程思維

化學(xué)工業(yè)是關(guān)系國計民生的支柱性產(chǎn)業(yè)，隨著我國經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)要求注重培養(yǎng)學(xué)生研究開發(fā)、工程設(shè)計和解決工程技術(shù)問題的能力，并能洞察工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就要求學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)、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(xué)生基礎(chǔ)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(jīng)過兩年多的一線生產(chǎn)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(yīng)化工生產(chǎn)崗位要求，在教學(xué)過程中就必須加強(qiáng)工程實踐教育，使學(xué)生在綜合的、高階的工程實踐過程中，不斷強(qiáng)化其工程素養(yǎng)和工程思維。筆者在泰山學(xué)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(chǎn)物分離難易程度、設(shè)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(xué)生為中心”，在教師指導(dǎo)下通過互助協(xié)作或小組討論的方式進(jìn)行，在解決化工分離問題過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，不但可以鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識，使學(xué)生根據(jù)化合物分子的微觀性質(zhì)做出宏觀的反應(yīng)影響評價，而且能夠鍛煉學(xué)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(chǔ)上給出既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的分離方案。要做好這類題目不僅要求學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)，而且要具有較高的工程思維能力，因此能真正加強(qiáng)工程教育在本課程中的融合滲透，達(dá)到潛移默化地培養(yǎng)學(xué)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(xué)內(nèi)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(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和淘汰水課、打造“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)，使《化工分離過程》教學(xué)形式多樣化，教學(xué)內(nèi)容及方式方法具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，將學(xué)生的知識掌握、能力提升、素質(zhì)培養(yǎng)有機(jī)融合。具有創(chuàng)新性和前沿性的課程內(nèi)容激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。通過編程及化工模擬訓(xùn)練，顯著提升了學(xué)生的高階工程素養(yǎng)和工程思維。

今后我們?nèi)詫⒗^續(xù)精雕細(xì)琢，不斷加強(qiáng)新型分離技術(shù)的研究，從而進(jìn)一步豐富《化工分離過程》的教學(xué)內(nèi)容，緊扣工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，改革教學(xué)手段和教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，以培養(yǎng)出適應(yīng)新時代社會發(fā)展需要的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。