化学工程与工艺的应用
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化学工程与工艺的应用范文第1篇
关键词：绿色；无机化工；化学与工艺
化学在人类发展过程中起着十分重要的地位，为人类的生存与发展提供了重要的物质保障。与此同时，化学生产带来的各种污染问题同样也给人类的生存与生活产生了严重影响，如何发展对人类健康和环境危害较小的生产工艺，成为化学家面临的新问题，绿色化学由此得到发展。绿色化学与工艺是指利用化学技术和化学方法，减少或者消除对人类及环境有害物质的使用和产生，使化工生产与环境友好共存。
1 绿色化学与工艺在无机化工过程中的应用
1.1 绿色化学与工艺介绍
1.1.1 原子经济理念下的绿色化学。原子经济理念提出较早，其含义是：在化工生产过程中，应将化工原材料中的分子最大化的转化为目标产物。虽然无机化工生产对社会经济的发展具有重要影响，极大地推动了社会经济的发展，但我们也应该清醒地认识到化工生产给环境带来的危害。为此，应在化工生产和研发中，充分发挥原子经济理念的作用，最大限度的将化工原材料转化为目标产物，降低化工生产对环境和人体健康的危害。
1.1.2 原料的绿色化。化工企业在生产过程中，由于工艺需要，通常会在化工生产中使用氢氰酸、光气等有毒原料，这些有毒原料在反应过程中会产生大量的有害物质，给作业人员人体健康带来极大危害，同时也给环境造成了严重污染。为保护工作人员的人体健康，使环境免受污染，化工企业应在化工生产中尽可能采用无毒无害的化学物质。
化工企业在生产中使用酸、碱或有机化合物替代有毒化工原料，降低了化工生产的毒性，但酸、碱性物质腐蚀性较强，在反应过程中会产生高浓度的酸性气体或碱性气体，不仅腐蚀化工生产设备，缩短设备使用寿命，还会对作业人员身体造成严重影响，这也是应尽量避免的。综上所示，化工企业应改进生产工艺，采用无毒、无害、无腐蚀性的化工原料，若必须要使用腐蚀性材料，应利用催化剂加快反应速率，降低反应条件，减少腐蚀性化学品对设备的危害。
1.1.3 溶剂的绿色化。化工生产过程中，需要使用大量的溶剂，其主要功能是反应介质、分离物质以及配置溶液等，部分溶剂会在反应后产生大量污染气体，为降低溶剂在反应过程中产生有毒有害气体，可使用绿色无污染的溶剂，如超临界二氧化碳（CO2）。超临界二氧化碳溶剂是指温度和压力达到临界点以上的流体，具有与溶剂一样的密度，而且具有气体的粘度和传质速度，该溶剂在化工生产反应中得到初步应用，已经取得了较为理想的效果。相对于其他传统溶剂而言，超临界二氧化碳具有无毒、不可燃，成本低等优势，因此具有十分广阔的发展前景。
1.1.4 可再生资源的利用。可再生资源生产化学产品是绿色化学未来重要的研究领域之一，也是无机化学企业未来发展的方向。可再生资源的使用不仅能有效缓解资源紧缺问题，还能将化工生产中产生的废弃物变废为宝。如化工生产过程中废弃物经过处理后，可用于动物喂养、燃料燃烧以及其他用途，这主要是通过生物或农业肥料进行聚合物再造工作完成的。可再生资源的利用，提高了化工生产的环境效益，降低其成本，可有效提升化工企业的经济效益和社会效益。
1.2 绿色化学与工艺应用实例
1.2.1 含汞废液微电解处理工艺。汞在化工生产商有重要用途，同时该物质也是对环境和人体具有危害的一种金属物质。上世纪五十年代日本水俣事件以后，世界各国开始加大了环境保护力度，并对工业废水中汞污染问题的处理进行了深入研究。在电池生产工艺中，工业废水含有大量的汞、锌、锰等重金属，对废水中的汞进行处理是一个关键环节。虽然除汞的方法较多，但各类方法的特点不同，而且适合应用于电池厂工业废水处理的方法并不多。较为常用的有混凝法处理工艺，该工艺是将三种重金属转化为氢氧化物或者氧化物污泥，从而达到降低污染物含量的目的。但该工艺在汞含量较高时难以达到量的处理效果，如某电池厂每天生产100t工业废水，其中汞、锌、锰的污泥含量大约为20-50kg，直接排放形成了巨大的资源浪费，同时还会污染环境。
新研发的微电解-混凝沉淀技术可用于电池含汞废水处理工艺中，试验结果表明，总含汞量低于1.765mg/L的工业废水经过该工艺处理后，其总汞含量达到排放标准，而且汞基本富集于汞泥当中，有效避免了锌、锰污泥的污染，为后期金属的回收利用提供了便利；该工艺操作简单，使经济效益和环境效益得到了同步实现。
1.2.2 液相法芒硝制碱中苛化废渣利用工艺。近年来，我国科研学者开始研究液相法芒硝制碱新工艺，并取得了显著进展。该工艺主要分为两部分，①通过加入中介质，将芒硝（Na2SO4・10H2O）转化为质量分数为12%的高浓度Na2CO3溶液；②将得到的Na2CO3溶液中的溶质直接苛化为NaOH溶液。在制取NaOH溶液的同时，产生大量的苛化废渣，其主要成分是碳酸钙（CaCO3），若将其弃掉，不但降低原料的利用率，而且还要占用大量的土地堆存，造成严重污染。
为解决制碱工艺中废渣对环境污染问题，科研工作者在回收利用方面进行了较为系统的探究试验。具体流程如下：第一步，废渣成分分析，主要对苛化钠组成进行分析；第二步，转化，利用碳化法将废渣中的碳酸钙成分转化为轻质的碳化钙；第三步，碳化钙的利用，试验证明转化后的轻质碳化钙可广泛用于冶金、有机合成、玻璃制造等制造工艺中，而且还能用于塑料、橡胶、油膜的填料。该处理工艺不仅减少了废渣对环境的污染，还使原材料得到了充分利用，降低了烧碱和塑料等产品的生产成本。
2 结束语
无机化工生产与我国社会经济发展密切相关，在促进经济发展的同时，也带来了一些问题，如环境污染问题以及人类健康问题，需要我们采取积极的应对措施。为促使化工生产能够健康持续发展，减少对环境的污染，保障工作人员健康，应充分利用现代生产工艺进行生产，从原材料、溶剂、生产工艺等多个方面进行改进，实现无机化工的绿色化生产，确保无机化工能够持久发展。
参考文献：
[1]郑会勤，李成未，李珂，张松平.绿色过程工程在化工和化学实验教学中的应用探索[J].河南教育学院学报（自然科学版），2011，04.
化学工程与工艺的应用范文第2篇
关键词：化学工程与工艺 环保 发展趋势
化学工程与工艺就是对材料进行加工处理，然后进行再次利用实现能量的传递，这样高效环保完成资源的优化配置，优化产品加工生产的过程。化学工程与工艺的发展由来已久，它以化学工程相关理论还有实际的一些运用为指导，利用这一学科知识对各种产品进行研究、开发跟生产。化工工程领域的相关行业非常多，比如石油化工、生物化工、材料化工、冶炼化工等相关行业。化学工程领域相关的行业都是关乎我国经济发展的重要领域，化工工程还与一些高新科技领域相互影响作用，共同推动着科技的发展，促进社会的进步。目前化学工程领域正向着自动集约化、高效精细化方向发展。总而言之，化工工程涵盖的专业领域范围非常广，因此，加强对化工工程与工艺发展研究时非常有必要的。
一、化学工程学科的发展特点趋势
1.化学工程与工艺特点
化学工程简称化工，是研究以化学为代表的相关工业的，化学工程与工艺这门学科是一门工业特色十分显著学科，化学工程与工艺的研究范围广，是一门应用十分宽泛的专业。如一些食品加工业、印刷业、冶炼业、医药生产、材料化工等都是建立在化学工程与化学工艺的基础之上。化学工程与工艺这门课就是培养学习化学工程与化学工艺方面的理论知识，想要在这一门学科能够为我国各个行业都做出贡献，就必须要组织构建一个能够发展化学工程与工艺学科的研究基地。构建适合专业特点的，有利于人才培养的创新型体系。
2.化学工程与工艺研究对环境保护的意义
化学工程与工艺这门学科是一门工业特色明显的专业，它覆盖了原有的各种化学相关的专业。现阶段，环保已经是人们普遍追求的一种生活方式跟生活态度。化学工程与化学工艺的相关研究是实现环保节能这一理念的重要实现途径。对于化学工程跟化学工艺的研究发现，人类在降低污染节约能源的时候可以实现利益的最大化，这样的前提条件下，人们都愿意进行节能环保方面的尝试。很多跨国大型企业都针对这种情况成立专门的科研小组，进行相关绿色环保方面的研究。社会的发展离不开科技的发展，科技发展不能以牺牲环境为代价。这就要求绿色环保的概念。科技的发展过程中化学工程与化学工艺的发展一定会占据重要位置。针对这样的情况，应该积极改变策略加大对化学工程与化学工艺方面的研究。
二、相关新兴化学工程与工艺的技术研究
1.绿色化学工程
绿色化学也就是现今的人们所说的环境友好化学，这种化学方面的术语是现如今最为流行的术语。绿色化学就是环保，降低污染，用一些化学方面的技术还有方法来减少对生态环境的影响，降低环境污染对人类健康的影响。运用化学工程与化学工艺减少一些有害的原料还有催化剂等的生产还有使用。从根本上杜绝环境污染的产生，绿色化学的技术就是从源头来阻止污染的产生，用无毒无害的原料，并且对一些废弃物进行回收再利用。
2.化学工程与化学工艺的分离工程
分离工程就是使物质从无序向有序转变的一种非自发的过程，在一些重力、压力还有一些温度、电的影响下由外力的作用，这是一个消耗能量的过程，并且这也是化学工程与化学工艺分离工程研究的重要内容之一。现今使用比较多的分离工程方法就是蒸馏法，我国在蒸馏分离方法方面的研究已经有了非常深厚的理论依据跟实践经验，但是蒸馏分离方法在速度方面还是要进一步的改善。并且在一些蒸馏设备上也值得改进，蒸馏分离法如果在设备上采用现今新型的材料会取得较好的经济效益。并且对于提高蒸馏吸收的效率，降低蒸馏分离时间上，可以采用新型的吸收剂，吸收剂对蒸馏时间的长短也有很大的影响，因此，吸收剂的研究开发也是值得关注的。
膜分离技术也是现今比较流行的分离技术，膜分离具有节能、高效、易于清理等一些特点，被许多国家的科学家认为是当下最有发展潜力的分离技术。膜分离就是吸附分离，这种吸附分离的办法被广泛运用一些气体的干燥、废水等污染物的处理等等。膜分离的研究重点在于新型吸附剂的开发，膜分离的主要问题就是膜的污染还有防治。膜分离的研究必须要实现膜使用的长寿还有高效。
3.Supercritical Fluid，SCF（超临界流体）
Supercritical Fluid，SCF（超临界流体）是一种温度还有压力都在临界点之上的无气体液体的相界面，同时具有液体跟气体性质的一种流体。这一技术在化工、食品加工还有生物医药工程中都有非常广泛的应用。SCF质量高、工艺要求高。开发附加值高使其有着广阔的发展前景十分诱人的发展利润。近几年来，SCWO（超临界水氧化法）用于环境治疗保护方面的研究比较多，在化学工程与化学工艺方面的研究较少，还处于研究试验期。
三、结束语
当今世界面临着资源还有能源的短缺，全球国家都指出社会经济的发展不能以牺牲环境为代价，并且提出资源的节约还有保护环境的要求，这就需要化学工程与化学工艺的配合共同发展，我国在此基础上提出了转变可持续发展经济的概念，所以，相关的化学工程与化学工艺的行业领域应该要积极配合，对于化学工程与化学工艺的相关技术研究必须要重视其发展的环保性，推动传统的化学工程与化学工艺成为绿色的工艺。最大限度的减少环境污染，节约资源，积极研究开发新能源，走科技发展与环境友好的道路。
参考文献：
[1]艾宁，计伟荣，项斌等.化学工程与工艺专业人才培养模式改革的探索与实践[J].化工高等教育，2009，26（6）：28-31，35.
化学工程与工艺的应用范文第3篇
传统化学工程使用处理工艺对有毒污染物的处理滞后性较强,通常是在污染物产生之后再另外做针对性处理,不仅增加了处理成本,且治标不治本。比如传统工艺烟气除尘,虽然净化了气体,但是污染物直接转化为废渣废水,还需要另一道工序做清洁处理,无疑工序和成本的增加都使得效果不那么理想。绿色化学工艺的介入,可以直接在生产或排放阶段就完成清洁使命,通过化学反应达到预防、控制和消毒污染的目的。
化学原料是化学工程的源头,原料决定了生产流程和工艺的选择,绿色工艺的介入可以从源头上改变原料生产带来的各类化学污染,同时绿色工艺与化学工程的结合还可高效利用各类自然资源,实现深度开发利用,兼顾无污染、节能、环保的生产方式必然会掀起一轮新的工业革命。绿色原料的典型开发应用比如甘蔗渣、稻草、麦秆以及木屑、树枝、芦苇等可加工成为酮类、酸类与醇类化学品。
在化学反应中使用选择性高的试剂也是绿色工艺应用的一个途径。以石油化工为例,生产过程中烃类选择性氧化反应较为普遍,作为一种强方热性反应,具有生成物不稳定、易进一步氧化等特征,所以,催化反应中此反应并非最佳选择,生成物的不稳定也不利于提取最终产物,所以,为改善这种情况,使用选择性高的试剂是最佳途径。如此一来,不仅可以降低成本,节约资源,还能够降低分离产品的难度提升纯度,无疑实现了提升效益和减少污染的双赢,所以,绿色化学工程在这方面的研究实践也非常热门。随着越来越多的化学反应被应用到工业生产中,催化剂对提升反应速率效果显着,所以目前化学工艺领域积极研究无毒无害的高效催化剂成为主流发展方向不一,不仅有利于工业的发展,对于推动化学分子深入研究也有助益,分子筛催化剂和烷基化固相催化剂就是其中较为典型的代表。
2.绿色化学工程工艺应用
分析绿色化学工艺是实现节能减排的重要途径,对绿色工艺的重视与开发也彰显了当前世界范围内节能减排的重要性。长达两百余年的工业化路程,使得人类活动对自然资源环境的危害越来越大,尤其中国作为当前世界最大的工业国,“三废”问题十分突出,PM2.5问题也成为了悬在人们头上的一把利剑,将资源枯竭、环境污染、生态失衡、人口问题等推到了台前更加显着的位置。大型化工企业作为与人们生存发展息息相关的企业,石油化工与煤炭除去提供能源之外,还提供多种衍生化工产品为人们衣食住行服务,生产过程中产生的废水废渣废气、消耗的大量原材料都警示着当前必须积极发展绿色化工工艺,以达到节能减排、实现可持续发展的目的。就目前而言,节能减排的实现途径主要以下几种:研发新科技、新工艺全过程控制污染;利用先进清洁工艺从源头控制污染;利用技术和工艺创新打造可循环绿色生态产业链;发展循环经济等。绿色化学工程与工艺作为节能减排目标得以实现的重要保障,广泛应用于多个领域,就目前来说,主要以三种表现为主,分别是清洁生产技术、生物技术的应用及生产环境友好型产品。
绿色化学工程与工艺使用生物技术服务可再生能源的合成,像有机化合物原料的应用经历了从动植物到石油煤炭的发展过程,现如今已经开始广泛应用各类再合成的有机化合物。在绿色化工中,所使用的催化剂多以工业酶和自然界中存在的酶,酶与其他化学催化剂相比,具有反应条件温和、生成物优良、污染少等优势,对于当前化工领域而言,生物酶的利用和研发就成为了绿色化工的重要发展方向。像丙烯酰胺的制备,最早使用丙烯晴,在环城生物酶催化后,不仅能耗与成本大幅度减低,且反应完全无副产物,对工业生产而言有多重积极意义。
除此之外,绿色化工工艺还广泛应用于生产环境友好型产品领域,生活中有众多具体应用实例。比如空调制冷多使用氟利昂,会造成臭氧层空洞、紫外线增多、温度升高,目前正积极寻求替代品且朝着低能耗方向发展,无磷洗衣粉减少对河流水域污染和人体健康的危害,可降解塑造制品对土地、水源危害都将进一步减轻,清洁汽油的使用可对大气污染降低,以上种种尝试都说明了在生产环境友好型产品领域,绿色化工工艺所发挥的积极作用。尤其是近年来无污染汽油的研发与应用,像低硫柴油、乙醇、二甲醚等,不仅经济环保,发展前景好,且制备生产对自然资源的消耗、对环境的危害都不断降低,证实了绿色工程化工应用的优越性。
化学工程与工艺的应用范文第4篇
在19世纪初,化学工业就已经形成了隶属于资金和知识密集型的行业。随着信息和技术的飞速发展,化学工业由最初只能生产少数无机产品和有机产品的行业,渐渐地发展成一个能有效利用天然资源、规模庞大、多行业、高产量的一大工业门类。化学工业的发展与人类生活息息相关,化工生产过程同时也给人们的生活环境带来了巨大的影响,当下解决化工生产过程所带来的环境问题和能源消耗问题迫在眉睫,绿色化学化工也应运而生。近年来,提出的绿色化学化工在化工生产过程中采用环保与资源可持续发展的理念,降低了原料的成本,减少了废弃物的排放等不良影响。
1 绿色化学化工
1.1 概念
绿色化学又称为环境无害化学,是利用化学来防止污染的一门科学。其研究的目的是通过利用一系列的原理与方法来降低或除去化学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与产生,使化学产品或过程的设计更加环保化。绿色化学包括所有可以降低对人类健康产生负面影响的化学方法和技术,在此基础上产生的无害化工过程,被称为绿色化工[1]。
1.2 基本原则
绿色化学化工在世界范围内的原则相对一体,主要涵盖下列几方面。
(1)在反应过程的源头上减少甚至根除废弃物的产生,而不是在废弃物产生之后再对其进行净化处理。
(2)产品进行设计时,尽量做到原料利用率最大化。
(3)产品进行分析时,在考虑生产效率的同时使原料和产品的毒性降低。
(4)对于析出剂和溶剂等辅助物,尽量少用或选择使用无害产品。
(5)减少生产过程中能量的损耗及其对环境的影响。
(6)除了考虑经济和技术的因素,生产原料尽量选择可回收的加工原料。
(7)尽量避免生产过程中产生不必要的化学衍生物。
(8)所选的催化剂应更符合化学计量。
(9)危险物产生之前进行检测并控制。
2 绿色化学工程与工艺的发展现状
传统化学工程与工艺在处理有毒污染物方面的滞后性较强,其一般方法是在污染物产生后才采取措施对其进行处理,不但没有做到对污染物进行根除,还提高了处理成本及时间。20世纪末期,人们开始留意到可以通过化学方式减少化学污染,这种方式很快在西方国家推广起来,美国1990年污染防治法案的颁布开始了绿色化学化工的研究。此外,欧盟和日本等国家也都非常重视绿色化学化工的发展,并采取各种形式来推动无污染化学这一产业的发展。中国也十分重视这一行业动态,1995年确定了《绿色化学与技术》院士咨询课题,1997年召开了“可持续发展问题对于科学的挑战及绿色化学”研讨会,积极推动相关研究和产业的发展[2]。
2.1 采用绿色能源
化工生产过程中的生产原料对生产过程和工艺有一定的影响。绿色化学化工采用无毒无害的原料,在开车阶段防止了废弃物的产生,而不是传统化学工程与工艺中在废弃物产生之后再进行处理。原料的是否可再生成为绿色化学工程与工艺的重点研发项目,选取类似自然物质这一类可再生且无污染的化工原料是绿色化学工程与工艺的首要步骤。
2.2 提高反应选择性
化学反应是化工生产过程中的重要组成之一,原料由反应得到产物,提高生产效率和产品质量则可通过合理选择反应途径实现。化学反应的影响因素有很多,如反应温度、反应条件、反应时间等。例如氧化反应大多会产生大量的热,那么原料会因受热发生变质,导致产品的质量降低,产率也减少。
3 绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用
3.1 清洁生产技术
清洁生产在《清洁生产促进法》[3]第二条中的定义为:“本法所称清洁生产,是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等从源头削减的措施,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。”在化工生产中,清洁生产技术是脱硝和脱硫技术的重要组成部分,也在其他领域中有一定的发展。
3.2 生物技术
迄今,生物技术在化工中应用的主要形式为借助于酶反应进行化学品的合成,通过微生物的发酵方法制取有机化合物以及用微生物处理工业废水[4]。在现代化工生产中,生物技术在化工中的重点研发目标在于研发出种类繁多、具有更高活性和选择性的酶。
化学工程与工艺的应用范文第5篇
1.1应用型本科人才要求
根据现代化学工业的特征及社会对化工人才需求的趋势,应用型高校化学工程与工艺专业的目标是培养化学化工理论基础扎实,实践动手能力、自主学习能力、创新能力及外语与计算机应用能力较强,适应化工、冶金、能源、轻工、医药、环保等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理等方面工作的应用型高级工程技术人才[2]。为了实现上述目标,化学工程与工艺专业应用型本科人才应具备的基本素质与专业能力包括7个方面:①树立正确的世界观,具有良好的人文精神、科学素养,能处理好人与环境、人与社会的关系;②掌握化学工程与工艺的基本理论和基本知识;③掌握化学装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;④具有对新工艺、新产品、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;⑤了解化学工程的理论前沿,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态;⑥掌握文献检索的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力;⑦具有创新意识和独立获取新知识的能力[2]。因此,根据现代科技和生产的发展需要,以服务地方经济社会发展为目标,把握高等教育规律和化学工程与工艺专业特征,制定化学工程与工艺专业应用型人才培养方案,具体如图1所示。在人才培养方案制定的过程中,合肥学院借鉴德国应用科学大学培养应用型人才成功经验,非常重视企业的作用,将企业要求与学生的培养相结合,构建理论教学与实践教学相学体系,确定了以“面向企业、立足岗位、注重素质、强化应用、突出能力”为指导思想的“应用型”人才培养模式。理论教学体系体现“三个服务”原则:基础理论教学要为专业技术课教学服务,理论教学为提高学生综合素质服务,把素质教育贯穿于教学全程,为培养学生具有独立分析和解决实际问题的能力服务,注重培养学生对技术成果的吸纳和综合应用能力。建立与培养目标相适应的实践教学体系,形成基础实训、专业实训及校内、外实训教学相结合的综合实训教学一体化,完成实训教学。促进学生掌握专业技能,实施“四年九学期制”,提高学生就业竞争能力。
1.2化学工程与工艺专业人才要求
化学工程与工艺专业是为了适应新世纪化学工业的发展而设置的,是由原来的化学工程、有机化工、无机化工、高分子化工、精细化工、煤化工、工业催化等专业合并而成的宽口径专业,覆盖面宽、涉及领域广[3]。该专业具有两大特色:一是覆盖面广。研究领域涉及无机化工、有机化工、精细化工、材料化工、能源化工、生物化工、医药化工、微电子化工等诸多领域;二是工程特色显着。该专业以化学工程与化学工艺为两大支撑点,化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料,通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。化学工程与工艺专业涉及的工程放大技术、系统优化技术和产品开发技术,不仅在化工领域,而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因此,化学工程与工艺专业培养的学生应有较强的工程能力和工作适应性,需掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法,具有从事化工生产控制、化工产品和过程的研究开发、化工装置设计与放大的初步能力[4]。
1.3应用型化工人才实践教学体系构建
高等工程教育强调综合素质的基础作用和工程素质的定型作用。培养应用型化工特色人才,核心就是培养实践能力强的应用型人才。以培养应用型人才为目标,以科学发展观为指导,遵循教育教学基本规律,坚持育人为本,教学为纲,根据学生需要,围绕学生能力拓展和知识结构构建实践教学体系。该体系由基本技能、专业能力、综合能力三层次训练组成,将课外创新活动和社会实践有机融合。借鉴德国成功的经验,培养学生工程设计能力、项目实现能力及创新能力,构建工程化的实践教学体系如图2所示。实践教学根据能力要求可分为3个层次:基础实践层、专业实践层、综合和创新实践层。基础实践层以强化“三基”,培养基础能力为目的,将基础化学实验分为3个层次和5个模块,构成一个彼此相连,逐层提高的体系[5]。通过化学专题研究训练,强化了知识和技能的综合性;认知实习在实践教学体系中处于承上启下阶段。学生在与自己相近或相关的岗位上经过认知实习,了解专业所需要的专业知识、能力、素质,有利于他们结合自己的兴趣,规划未来发展,在专业方向的选择、课程模块的选择上会更加理性。2周金工实习和1周电工电子实习,实现基础能力培养目标;专业实践层是在理论教学和基础能力培养的基础上,通过专业基础实验、课程设计、工程实训等实践教学的环节实现专业能力培养;综合和创新能力是对技术基础知识、运用专业知识解决实际问题能力和知识迁移能力的综合体现,反映学生整体素质。通过毕业实习、毕业设计(论文)等实践教学环节,配合第二课堂科技活动,达到培养专业技术应用能力的目的。总之,各层实践教学活动层层递进、相互渗透,达到培养目标规定的专业技术应用能力的要求。
2围绕工程能力培养,实施实践教学改革
2.1突出强化实践锻炼,提高教师实践教学水平
教师是实践教学体系的主导者,也是实践教学体系的实践者。要培养高质量应用型人才,必须要有高水平的教师队伍。按照这一思路,为所有的实验室配备了具有硕士学位的专职实验教师,采取走出去、请进来的办法培养教师的实践能力,派合肥学院高学位高职称的教师到企业去锻炼6~12个月,增加教师的工程意识和实践能力。根据学院要求成立了实验技术教研室,这不仅是名称和内涵的改变,更重要的是教育理念的转变,建立实验技术教研室,由教授、博士担任主任,具有研究生学历的教师为成员,研究实践教学内容、方法和手段,进行实验教学、实验课程内容和方法改革等工作。目前,和化学工程与工艺专业实验实践教学有关的合肥学院院级教研立项6项,安徽省教育厅立项3项,获得教学成果奖合肥学院二等奖一项、三等奖一项;安徽省三等奖一项。聘请企业和设计院等单位人员担任教师,让学生参与解决实际工作问题,提高实践能力。
2.2加强实践教学条件建设,提供实践教学载体
实验室和实习基地是完成实践教学内容所必需的保障平台。在实验室建设方面,加强以无机化学、有机化学、物理化学、分析化学课程为支撑的基础化学实验室建设,和以化工原理为支撑的化工基础实验室。专业实验作为一门最能反映专业特色,与专业科学技术发展关系最为密切的实践性课程,必须跳出原有的框架,重新构建一个能够全面反映化学工程学科发展方向、适合按专业大类组织实验教学、有利于培养学生工程实践能力和创新能力的新框架。根据化学工程与工艺核心课程化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程和技术化工工艺学作为构架,遵循以下原则:紧扣化工过程研究与开发的方法论;充分考虑工程学与工艺学实验的适当平衡;具有典型性、力求先进性、增加综合性;实验内容既符合化学工程与工艺学科发展规律,又具有鲜明的先进性和特色,建立了化工热力学实验室等专业实验室。根据专业和学生发展需要,在专业方向上设立分离工程和精细化工2个化工专业方向,并建立精细化工和分离技术2个实验室,建立膜材料和膜过程院级重点实验室1个。校外实习是强化专业知识、增加学生的感性认识和创新能力的重要综合性教学环节,校外实习基地是培养学生实践能力和创新精神的重要场所,是学生接触社会、了解社会的纽带[6]。以校企互利双赢为机制,开展产学合作,和中盐四方集团等14家企业建立良好的合作关系,与企业合作共建实验室2个。每年由校内和企业教师共同指导学生进行实习,并在毕业论文(设计)环节,由企业提出课题,真题真做,学生将所学知识和生产实际相结合,取得在书本上得不到的收获。中盐四方集团、东华集团工程技术人员指导学生设计多次获合肥学院优秀毕业设计(论文)奖。
2.3第一课堂与第二课堂相结合,着力培养学生创新能力
为了达到实验课培养学生应用所学知识解决问题的更高目标,以培养学生实践创新能力为出发点,以学生个性化能力培养为重点,学院制定了《合肥学院学生第二课堂活动学分管理暂行办法》,将第一课堂与第二课堂结合起来,收到明显的效果。化学工程与工艺专业,以化学工程师之家和学生参与教师科研为主要内容开展第二课堂科技活动。化工工程师之家于2007年11月建成运行。以培养“未来的工程师”为目标、以工程设计为核心、以模型制作为基础,通过形式多样的活动培养学生的工程意识;通过加强合作促进团队精神;通过模型制作提高工程应用能力;通过工程设计提高工程素养;通过企业化运作模式培养学生效率意识、责任意识和管理能力。作为第二课堂的重要平台,重点培养学生的工程设计能力、管理能力、协调组织的领导能力和团队精神。通过借鉴企业化管理模式,营造企业氛围,培养学生效率意识、责任意识和管理能力,增强学生对社会的适应能力,提高学生的综合素质。目前,累计培训学生500人以上。化学工程与工艺学生在各种全国性竞赛中取得了一系列好成绩。2010年,在科技部等单位举办的青年科技创新竞赛获得二等奖,“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛二等奖和华南地区第四届大学生化工设计创业大赛二等奖。近3年来,学生34篇,其中被SCI、EI收录的9篇。
