工程教育下分离工程教学改革研究论文(第2页)
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2.2具备设计和实施工程试验的能力,并能够对试验结果进行分析;具有综合运用所学化工专业理论和技术手段分析
并解决化学工程问题的基本能力主要包括以下几个方面的内容:能独立完成实验方案的设计、能正确地操作实验装置,安全地开展实验、能正确地采集、整理实验数据,对实验结果进行关联、分析、解释,并且掌握工程实践、科学研究与工程设计的基本方法,能够将所学课程有机联系起来,对化学工程基本问题,加以分析并予以解决。针对该项要求,我们在课程教学中,将课程和专业实验相结合。如在介绍反应精馏章节时,以催化反应精馏制甲缩醛为例,该实验为典型的工程与工艺结合的专业实验,以甲醇和甲醛为反应原料,浓硫酸为催化剂,在常压下通过反应精馏法制备甲缩醛。教学过程中,我们引导学生先思考传统合成、分离工艺,找出问题,寻求改进后的工艺流程。传统工艺采用先反应再利用精馏技术分离,存在反应转化率低、未反应的稀甲醛回收困难、稀甲醛的浓缩产生甲酸严重腐蚀设备等问题。为解决传统工艺存在的问题,引导学生结合本章节内容,采用反应精馏工艺。新工艺的优点:1.甲缩醛氧化所得甲醛与水的摩尔比为:醛/水=3,可直接作为三聚甲醛的原料,不必浓缩。2.甲缩醛的合成可在较低温度(44~80℃)下进行,避免了甲酸生成,解决了设备腐蚀问题。新工艺的关键技术:甲缩醛的合成与分离。实验过程中既需要考察反应工程影响因素如温度效应、浓度效应及其他工程因素,同时要考察精馏技术影响因素如回流比、塔顶采出率及塔釜加热量等。综合考虑后,结合实验装置,确定拟考察的工艺参数,且采用正交设计来制定本实验的方案,则根据实验涉及的影响因子,并假设每个因子取两个水平,可得到如下实验条件表,如表1所示。最后整理实验数据,规范作图。
2.3掌握基本的创新方法,具有追求创新的态度和意识;具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力
该项要求可分解为以下指标点:运用所学知识,初步设计化工操作单元、设备及工艺过程;在各化工设计、毕业设计环节中体现创新意识。结合该指标点,我们鼓励学生利用课余和节假日时间开展大学生科研实践训练、创新性实验计划、学科竞赛等课外实践与创新活动,引导学生“在学习中研究、在研究中学习”,激发学生的创新思维和创新意识,提升本科生的创新实践能力。我们将课程教学与本科生毕业设计相结合,并利用课程设计环节综合应用所学知识点,统筹分离工程课程与其他专业基础课程,并在分离工程的课程教学中以往年毕业设计内容为案例加以剖析。如结合毕业设计课题“乙烯裂解气脱甲烷系统的工艺设计”,涉及到脱甲烷精馏塔的计算,这是典型多组分精馏塔计算的一个案例。首先确定关键组分是甲烷和乙烯,其中轻关键组分是甲烷,重关键组分是乙烯。塔顶分离出来的甲烷轻馏分应使其中的乙烯含量尽可能的低,以保证乙烯的回收率。而塔釜产品则应是甲烷含量尽可能低,以确保乙烯产品的质量。我们利用AspenPlus过程模拟软件高效地完成了工艺计算及参数的优化。采用DSTWU模块开展简捷法物料衡算、能量衡算,所得回流比与理论板数关系曲线如下图1所示;并将简捷法计算结果作为初值代入RadFrac模块进行严格法计算,并进行灵敏度分析,横坐标为混合进料位置,纵坐标为塔顶甲烷的纯度(摩尔分率),得到关系曲线如图2所示。通过该设计案例的开展,一方面使得学生们统筹所学多组分精馏知识点去思索如何解决工业上的实际问题,另一方面在分析实际工业案例时,又强化了同学们对多组分精馏简捷法计算及严格法计算的理解和综合应用。
3结束语
分离工程课程在教学过程中,我们以化学工程与工艺本科专业认证为导向,在对“工程教育专业认证标准”进行认真分析的基础上,以工程实际为切入口,把分离技术的理论与方法融入应用实例,将分离工程基础理论与化工工程实践有机结合,进一步突出了分离工程的课程特点及实用性,而且根据现代化工的发展方向及时调整、更新课程内容,加强化工新型分离技术分析,让学生更坚实地掌握分离工程的基本理论,进一步提高教学效果。
[参考文献]
[1]刘家祺.分离过程[M].北京:化学工业出版社,2006.


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