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1 化学工程与工艺概述
化学工程,简称化工,是研究以化学工业为代表的,以及其他过程工业生产过程中有关化学过程与物理过程的一般原理和规律,如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业等,并应用这些规律来解决过程及装置开发、设计、操作等问题,它是以数学及少量的物理观念为基础应用于化学工业上,主要研究大规模改变物料中的化学组成及其机械和物理性质,来替生产化学品或是物料工厂提供一个反应流程设计方式。实验研究、本文由收集整理理论分析和科学计算已经成为当代化工研究中不可或缺的三种主要手段。
化学工程的研究领域最初只是化工单元操作,如:输送现象(为化工学科当中“单元操作”的理论基础)、化工热力学输送现象。随着发展,后来又发展出一些新的分支,化学工程领域的分支庞大,可应用在各类化学相关领域的研究及实务上的操作,因应现代工业发展的需要,以化工的知识背景为基础,例如半导体工业。随计算机的快速发展,数值模拟(cfd)在化工的发展占据重要的地位。
2 化学工程与工艺专业简介
2.1 化学工程与工艺任务。根据化学工程与工艺专业的性质,化学工程与工艺专业的任务是培养学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识,受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练.具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造,对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。由于涉及化工的学科和领域很多,化学工程与工艺专业除了让学生学习一般应用化工的基本知识和基本技能外,还应该结合本地区、本行业及本校的实际情况,重点学习化工在某个或某几个领域中的具体应用,以便形成不同高校应用化工专业的特色专业方向。
2.2 化学工程以及化学工业的一些特点。以物理学、化学和数学为基础,并结合工业经济基本法则,研究化工单元操作以及有关的流体力学、传热和传质原理、热力学和化学动力学等在化学工业上的应用,以指导各种过程及其设备的开发、改进和发展属于化学工程学的内容。化学工程是随着化学工业的大规模生产发展而形成的。化学工程包括过程动态学及控制、化工系统工程、传递过程、单元操作、化工热力学、化学反应工程等方面。化学反应是化工生产的核心部分,提供过程分析和设计所需的有关基础数据,研究传递过程的方向和极限,化工热力学是单元操作和反应工程的理论基础,它决定着产品的收率,对生产成本产生重要影响。对单元操作的研究,可用来指导各类产品的生产和化工设备的设计;传递过程是单元操作和反应工程的共同基础,化学工业在新的形势下要求处于化学核心地位的催化技术和化学工程都必须用跨学科的战略进行多学科的研究。动量传递、热量传递和质量传递,这三种传递,实质上就是各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程。
合成化学是化学学科的核心,化学家不仅发现和合成了众多天然存在的化合物,同时也创造了大量非天然的化合物,使人类社会所有的化合物达到2230万个(美国化学文摘1999年12月10日收录的化合物数),并且以几个月就有100万个的速度发展,大量新化合物的产生是化学工业产品开发的基础。信息技术及工程技术的进步为设备和工艺创新创造了条件,推动了化工行业的技术进步。 化学工业的生产技术和许多深度加工的产品更新换代快,要求化学工业必须不断发展和采用先进科学技术,从而提高生产效率和经济效益。不断寻求技术上最先进和经济上最合理的方法、原理、流程和设备是化学工业工艺创新追求的目标。化工新技术开发程序是一套科学的程序,它是以市场为导向、以创新为宗旨,以工业化和商业化为目的的创新过程。世界上经济发达国家化学工业的研究开发费用、科研人员以及专利和文献的数量都居各工业部门的前列。
3 化学工程与工艺实验数据处理分析
传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。借助matlab软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。
化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。化工实验的特点流程较长,规模较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。
matlab在化学工程与工艺实验中的应用进行初步的尝试。传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。而matlab是一个强大的数学软件,能够方便地绘出各种函数图形,一方面可以解决符号演算问题,另一方面可以解决数学中的数值计算问题。matlab的应用范围非常广,包括信号和图像的处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。它已成为国际控制界的标准计算软件。借助matlab软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来,利用matlab软件编写一个数据处理程序:只需输入任意一组原始数据,就可以把实验结果,数据模型以及作图一起显示出来。
在我们以前普通的化学反应来看,对于反应后的副产物的处理是相当困难的,并且如果想处理,其治理成本是相当的高,所以以前那种普通的反应无法从根本上剔除化学工业中所带来的一系列危害。而我们所提到的绿色化学工程,就从根本上解决了上述问题。
1.1选择有益材料对于化学反应来说,最重要的还是选料的环节,它的好与坏直接影响着化学反应是否友好是否有益。有效的防范,以达到在过程以及结果的一种良性局面。
1.2采用高效高选择性的反应原料对于化学工业来说,化学反应是决定化学工业生产过程中生产成本和生产难度、充分利用化学资源等各方面的重要性因素。可以降低工业生产的成本,而且能够提高产物纯度,减少无效反应产物的排放,节约化学资源,在化学工业中,有机物的反应复杂,研究机制不确定,所以选择合适的反应原料,不断提高工业技术是对化学工业的发展有着重要的意义。
1.3使用绿色无公害的反应催化剂催化剂作为化学反应中能改变反应速率的的物质,在化学工业中应用广泛,绿色化学就是研究生产高效高质量的化学反应,不产生任何有害物质,无效产物可以做到循环利用,无公害。这项生产技术就是高度依赖化学反应过程中的催化剂,不断创新,不断推动绿色化学产业的发展,相关机构已经着手研究这些优良的催化剂.
2寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用
2.1化学工业中绿色化学的应用绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染,做到完全无公害无污染,因此它又被称为清洁化学,应用范围广泛,它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。工业中化学反应发生的条件一般都是高温高压,在反应过程中,只有适宜的温度和压力才能使用现代化学工业的技术,另外加上绿色化学的高效催化剂,这项工程才得以不断发展。例如上文提到的低维材料碳纳米管,催化裂解反应中有很大的化学功效。
2.2化学工业中绿色化学和现代生物结合的应用。讲到了催化剂,这就涉及到另外的技术性学科生物技术。生物技术的就是高科技与高端专业知识结合的产物,学科内又分为细胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化学产业中主要应用于生物化学。在化学工业生产过程中,选取有机的生物材料,主要是动植物的原料,另外也会采用他们经过上千年演变的产物—地下的煤炭等。催化剂主要由人工催化剂和自然催化剂,分别由人工合成以及采用天然动植物的生物酶。这样能够满足现代化学工业发展的需要,同时也能切合可持续发展的指导思想,节约能源,维持现在生态平衡的状态,推动化学工业发展。
3结语
关键词:化学工程与工艺;工程实践;能力培养;体系构建
1化学工程与工艺专业现状分析
从发展历程来说,我国近代的化工产业远远落后于世界其他国家和地区,在人才培养方面存在很大的弊端。建国以后,为了改变这种现状,国内开办了很多职业化工教育院校以培养应用型人才。在所开设的专业中,化工工程与工艺专业是一门实践性强、动手能力要求高的学科,在教学目标中,强调学生的独立工作能力、独立自主能力和探索实验能力。从上世纪80年代以来,我国的化工类专业人才逐渐进入市场,在满足社会发展需求的同时,也逐渐反馈一些人才培养的改进信息。就现状而言,化学工程与工艺专业的教育体制依然需要改革,人才培养方式依旧需要深化,使之能够适应快节奏的现代化化学工业发展,满足市场经济体制下人才竞争的需求,提高企业在国际市场上的竞争力。
2加强工程实践能力培养的策略
(1)重视基础知识的掌握
化学工程与工艺专业具有较强实践性的特点,对于大部分学生而言,牢固的掌握基础知识,是日后提高自己的关键。从教学角度来说,从大学专业入门基础课程抓起,严格要求,特别是在基础实验动手能力方面要打好基础。结合专业特点而言,化学工程与工艺所涉及的基础学科包括化工原理、反应工程、化学工艺设备及化学物料基础管理等。如果忽视了基础知识的掌握,不但在真实工作中难以适应,也很难再有弥补的时间和精力。相对应地,基础知识掌握牢固,在安全、精细、稳定等操作层面会养成标准化的习惯,甚至不需要规章制度的约束就能够主动做好,促使工作效率大幅度提高。基于这一目标,要求教师在教学的过程中采取多样化的方式,让学生更多的接触到现实岗位环境。如借助多媒体手段,综合应用视频、动画、图片等,让现实中的具体形象呈现在学生眼前,比单纯地依赖课本去讲解、去想象要更有效果。例如,借助3D动画模拟的形式,对某一化工设备的工作原理展开讲解,通过不同角度、分解状态或透视功能,让学生了解工作状态中的机械设备状态;同时,也可以模拟不按照规章操作之后,可能发生的危险状况。而利用这种手段,可以举一反三,实现基础知识的强化。
(2)突出教学与实验结合
在校学习阶段,学生的动手能力主要依赖于实验,为了满足进入工作岗位之后具有更好的适应性,教学过程要与实验案例紧密的结合起来。一般来说,化学工程与工艺专业教材中,每一章节都存在典型的工程案例分析,而这些案例只是通过简单的讲解,是不能发挥实践能力锻炼的作用的。结合教学中所涉及的案例,教师设计相应的实验项目,将知识点和实际操作巧妙的结合起来,不仅可以提高学习的新鲜感,也能够激发学生的自豪感和学习主动性,培养浓厚的研究兴趣。
(3)培养科研及工程设计能力
化工行业的人才培养与常规人才相比具有较大的差异,循规蹈矩或墨守陈规是不能促进生产效率提升的,科研能力和工程设计能力的培养是必须的,也是在未来的工作岗位中解决实际问题的重要训练。结合现实情况来说,我国在培养科研能力和工程设计能力方面还有很大的欠缺,突出表现是毕业考核中,化学工程和工艺人才重视论文写作,但不重视设计内容,导致能力的培养发生了偏离;而只会“纸上谈兵”的人才是不可能发挥实际的作用的。建议针对该专业的人才培养考核机制进行改革,增加更多的实践性内容。
(4)构建稳定的岗位实习基地
实习是从校园走上工作岗位的第一阶段,也是理论联系实际的重要时期。工科学生的实习周期较长,而化学工程与工艺专业学生在实习中,应该更多地接触到基层,了解真实工作环境的状态。但是,从安全性角度考虑,最好的方式是具有一个相对完善、监督严格的实习场所。通过学校与企业签订人才培养合同的方式,建设稳定的岗位实习基地,匹配一些技术成熟的工程技术人员,且具有较好表达能力,可以在实习中为学生讲解相关问题及解决措施,达到事半功倍的效果。
3结语
综上所述,随着我国现代化工业体系的不断发展和完善,化工工程与工艺专业作为一个实践性强、应用范围广的专业,应该从完善学校教育环境和人才培养体制入手,增加投入、严格要求,为我国的工业现代化发展贡献力量。
参考文献:
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[3]李娟,王树立,郭泉辉.化学工程与工艺专业学生工程实践能力培养的思考[J].河南化工,2010,21:55-57.
目前我系已由谋求发展阶段,转移到提升内涵,规范管理,特色发展的全面提高阶段.今年以来着重在队伍建设,学科建设,条件建设和内涵建设上下功夫,突出材料学科,工程学科的特色和优势,练好内功迎接评估.
一,加强政治理论学习,提高思想认识
通过认真学习领会贯彻科学发展观,努力营造以人为本,和谐发展,敬业爱岗,乐于奉献的工作氛围,扎扎实实地做好教学,科研,管理等各项工作.加强政治理论学习,提高思想认识,促进各项工作的持续健康开展.
二,重视学科建设,抓科研促教学
1,重视专业学科建设
积极迎接省重点学科检查为申报省重点学科筹建单位做了大量准备和建设工作.
重视搞好学科专业建设,充分发挥优势,特色发展.结合学院对第一批优势学科培养对象和研究机构进行考核验收,及时总结经验,整合方向.
2,加强师资队伍建设,创建科技创新团队
充分认识师资队伍是发展的关键,重视青年教师的引进,培养,努力建设结构合理,素质较高的教师队伍.引进博士1名,硕士1名,辅导员1名.在学院首批优秀教学团队基础上成功申报市(来源:文秘站 )科技计划团队建设专项项目,获批经费10万元.
3,抓科研促教学,积极开展科技创新
以科研促教学,积极争取和完成好科研,教改项目,学生科技创新,工业实习,毕业论文与教学科研相结合.
根据目前系内实际和社会,地方需求,总结近几年学科建设和科研工作的经验,研究下一步科研人员,方向,设备的整合,凝聚力量,在纵向项目申报,横向服务地方,科研促进教学等方面,发挥更大作用.
三,坚持教学一线,狠抓教学质量提高
1,坚持教学一线.坚持在教学一线,担任高分子材料与工程和材料化学两个本科专业的无机化学课程讲授,教学效果较好,深受学生欢迎.
2,切实提高课堂教学质量.结合学院教学达标创优活动,和我系教师年轻,非师范类毕业的相对较多,教学经验不足的实际,制定了教学达标创优活动方案,采取多项措施,方法,切实提高课堂教学质量.
3,继续人才培养模式改革,抓考研促学风.继续进行人才培养模式改革,前两年三个本科专业形成教学大平台,三年级进行专业培养,四年级考研和就业实践训练分流培养,努力培养具备专业加特长,具有创新精神的优秀毕业生.考研上线率为42%,录取率28%,其中大部分被211工程学校或中科院所录取.重视学费收缴工作,学费上交率达到98%以上.
4,加强实践性教学环节,重视专业课教学.主干必修课程全部采用全国优秀教材,保障学生基本功扎实,加强实践性教学环节,提高学生综合运用知识的能力和创新精神,扩大就业渠道,毕业生就业率连续达到95%以上,
获学院就业工作先进集体.
四,重视实验室,资料室建设
按照我系实验室建设规划,加强材料实验室的建设,新建材料热解研究室,作为化学化工实验教学中心主任,7月被确定为山东省实验教学示范中心筹建单位.
重视资料室建设,为教师科研,毕业生考研,完成毕业论文创造良好的条件.注重加强文档的规范化,制度化和常规化建设.
五,扎实工作,务实,清正廉洁
[关键词]化学工程;专业学位;实践基地;案例教学
我国高等教育进入大众化阶段后,研究生招生规模不断扩大,培养结构也进行了调整。2010年,国务院学位委员会通过了新增专业学位及培养类别,之后我国专业学位研究生培养迅速发展[1]。专业学位教育主要是根据行业发展需要,定向提升学生的实践能力和职业技能,以使其毕业后迅速适应行业发展的需要[2]。在专业学位硕士研究生培养过程中,实践教学是核心培养方式和重要环节[3-4]。实践基地是实践教学活动的重要平台,有助于提高学生的创新实践能力及工程实践环节的质量。作为河南省化学工程专业学位研究生的主要培养单位之一,郑州大学化学工程专业学位研究生的录取比例逐年增加,已占研究生录取总人数的60%以上。根据专业学位教育指导委员会的主要指导思想,工程专业学位研究生培养应以实践能力培养为主线,积极创新人才培养模式和机制,不断探索新的培养模式。为此,学校以河南省内主要化工企业为依托,整合校企的优势,主动面向区域经济社会发展需求,促进研究生培养与产学研紧密结合,成立了一批化学工程专业学位研究生联合培养实践基地。本文以“河南能源化工集团煤气化公司”实践基地为例,介绍了该基地整合校企双方学术队伍、项目技术、科研平台、实验设备及装置等方面的优势,不断推进研究生培养机制改革与创新,并通过引入案例教学提升基地研究生培养水平的具体举措。
一、实践基地的建立
煤化工产业是河南省重点培育发展的新兴支柱产业之一,对拉动全省经济增长、促进工业结构调整发挥着重要作用。煤气化技术是煤炭转化的关键技术,深入研究煤炭的转化及深度利用意义重大。围绕煤气化技术发展的重大需求,学校和河南能源化工集团煤气化公司共建了实践基地。该基地是校企双方开展协同创新的重要载体和平台,为推进对中原经济区科技带动作用强的资源与材料产业的规模化和转型发展起到了引领和示范作用,获批河南省研究生教育实践基地。校企双方围绕人才培养、引进、使用及评价环节,针对教学中存在的重课堂教学轻实践教学、重理论知识灌输轻实践能力培养等问题,对人才培养方式进行了调整。实践基地充分发挥校企双方的资源优势,形成了一批结构优化、优势互补的优秀创新团队,构建了知识创新机制,以期强化研究生的创新意识和能力,提高学生的学术水平和科研能力。
二、实践基地的运行机制
针对化学工程专业学位研究生的培养目标和需要,校企双方构建了实践基地的运行机制,涉及管理体制、经费筹措、指导教师、培养计划、招生就业等方面。
(一)管理体制校企双方与研究生教育创新培养基地管理委员会一起负责实践基地的日常管理,并积极完善各项管理制度,形成了完整、有效的研究生创新激励制度,强化研究生创新意识和创新能力的培养。基地建立了创新项目研究平台,采用了能有效发挥研究生自主创新能力和学术研究能力的管理模式。基地的省部级重点实验室、国家和省级重点学科实验室、省级工程中心及各实验中心等对进入创新基地的研究生开放,以实现优质教育资源的开放和共享,促进研究生科研创新能力和培养质量的不断提高。
(二)经费筹措实践校企人员共同研究和解决工程技术和科研难题,围绕煤气化过程系统集成、煤气化下游高附加值产品开展联合研发,并联合申请省级或国家级课题;利用学院的科研经费与企业的科技创新经费设立创新人才培养基金,支持基地建设;同时争取河南省研究生教育创新培养基地建设经费的支持。
(三)指导教师实践基地结合建设实际,遴选企业的优秀人才作为校外导师,并配备校内导师,实行“双导师制”。校内和校外导师共同参与创新基地建设,共同制定创新基地研究生的培养方案。基地通过完善相应规章制度,明确校内和校外导师的职责,涉及学术、思想、技术保密、安全等方面,并规定学生所在基地导师为主要负责人。
(四)培养计划校企双方根据所承担的任务,共同进行研究生培养方案和培养计划的修订工作,对进入基地学习的研究生实施联合培养;同时组织并指导研究生的科研和学位论文工作。校企双方还联合成立了学术委员会,对研究生申请的创新项目进行立项审核。基地导师则组织项目实施,并对项目进行检查和统筹管理。进入创新基地的研究生在导师的指导下,可以结合企业研发项目和个人研究方向,自主设计研究课题,进行申报、立项和研究,并在规定时间内完成预定任务,提交科研成果。基地鼓励研究生选择难度大、有风险但创新性强的研究课题,并从经费、政策上重点支持优秀研究生从事对学科发展有重要影响的原创性学术研究或极具应用前景的重大工程或技术创新研究,以此激励研究生获得重要创新成果。
(五)招生就业学校加大了招生宣传力度,提供研究生入学奖学金,适当提高研究生助学和助研奖学金,以吸引优质生源进入创新基地。企业实质性地参与人才培养全过程,助力实现工程人才的“近距离培养、零距离就业”。
(六)其他方面基地在人才培训、咨询服务、信息交流、生产服务等方面对企业优先提供服务;委派学术水平高的教师为企业员工讲授专业知识并参与企业的管理及研发工作。
三、案例教学的实施
在化学工程专业学位硕士研究生培养过程中,学校以实际应用为导向,以职业需求为目标,以培养学生综合素养、提高学生分析和解决问题的能力为核心,结合河南省煤气化产业发展的重大需求,将案例教学引入实践基地。如我们在“煤气化炉的优化与改造”的教学中,要求学生运用高等反应工程课程中“反应器类型”章节的知识进行煤气化炉的优化与改造;在“煤气化过程能量高效利用”的教学中,要求学生利用高等化工热力学课程中“火用”及“夹点分析”等章节的知识进行能量分析与节能降耗设计;在“煤气化废水的处理”的教学中,要求学生运用高等分离工程课程中“膜分离技术”等章节的知识进行废水的处理及回收利用。通过案例教学,学生将理论知识与实际问题紧密联系起来,大大提升了自身的创新和实践能力。