時間：2022-03-18 06:12:10
序論：在您撰寫化學工程論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1全日制化學工程工程碩士培養的實踐與創新
1.1突出實踐能力的培養
研究生的培養是一個系統工程,研究生培養過程的各個環節必須緊密配合,才能培養出合格的、受社會熱捧的人才。特別是對于全日制工程碩士的培養來說更是如此。根據全日制工程碩士的特點,把研究生關閉在校園里培養已不能滿足社會對人才的要求,異地培養,多地培養成為必然。必須把實踐能力的培養作為主線貫穿于全日制工程碩士“培養鏈”的各個環節。在招生環節,我們對全日制化學工程工程碩士的考生的面試采取了與科學學位考生不同的方式,把對考生的實踐經驗作為主要的面試內容,讓考生感受到實踐經驗的重要性,許多考生面試后積極主動地到工廠企業鍛煉,入學后帶著在實踐中遇到的問題來學習,增強了解決實際問題的能力。在課程培養環節,我們的課程設置體現理論與實踐相結合的原則,分為公共課,專業核心課,專業拓展課,專業實踐教學四個模塊。我們加大了公共課的比重,利用我校的有效資源,合理整合了專業學位研究生的計算機與管理類課程。無論是公共課還是專業課,都把實踐教學內容貫穿其中,理論課中包含實踐知識,實踐課中包含理論知識。在實踐培養環節,我們建立了湖南化工研究院、湖南海利化工有限公司、國家農藥創制工程技術研究中心、湖南四達試劑有限公司等多個培養基地,實踐條件得到了有力的保證。另外,鼓勵研究生在學校組織的集中實踐之外增加自主分散實踐。在學位論文環節,我們要求化學工程工程碩士研究生在開題前認真查閱文獻,盡量了解國內外相關的最新研究成果,選擇直接來源于具有實際應用價值的應用技術課題和現實問題的課題。同時,聘請企業的專家、學者參加開題報告會,對選題進行嚴格審定,多角度考慮選題的合理性、可行性及實用價值。學位論文形式采用產品開發、工程或工藝設計、工程放大及新技術工程應用報告、典型案例分析等多種形式。
1.2突出課程教師和導師的主導地位
應用型人才的培養首先要通過相關課程和案例的學習和研討來提升其解決實際問題的能力,我們通過聘請企業專家來校擔任課程教師,通過改進教學方式方法加強課程教學。如研究生自主參與教學、由多位教師擔任一門課程的“拼盤式”教學模式等等。在課程建設方面,學院加大了研究生教師編寫適合我院工程碩士實踐的教材或講義的支持力度,加強了研究生精品課程的建設。研究生的培養離不開導師的主導作用,特別是全日制工程碩士的導師最少兩位,或多位導師,無論哪個培養環節都需要導師的指導與配合,校企導師分工配合,共同提高研究生的培養質量。在導師的選擇上,我們把有橫向課題,應用實踐經驗豐富的教師選作化學工程工程碩士的導師和授課教師,把與培養基地聯系較密切的老師選為校內導師,有利地促進了校企導師之間的交流與溝通,也能及時準確掌握論文選題的進展情況等等。
1.3突出工程碩士研究生的主體地位
工程碩士的培養目標是培養具有寬廣知識結構的復合型應用型專門技術人才或技術管理人才,能獨立從事專業技術工作和技術管理工作。如何實現這個目標,除了學校為研究生營造合理的寬松的環境,搭建良好的學習實踐平臺外,只能靠研究生自己長期的積累和持續的訓練,知識結構的改善,實踐能力的提高,學位論文設計都需要獨立完成,最終自我實現培養目標。
1.4重視工程碩士培養管理制度和管理機制
盡管化學工程工程碩士培養時間短,但我校研究生教育歷史悠久,有完整的研究生管理文件,管理制度也較為健全。我校研究生處成立了專業學位培養科,負責工程碩士的宏觀管理與控制,學位論文的質量標準由研究生處學位辦負責管理與控制,化學化工學院成立了由科研副院長負責的化學工程領域工程碩士培養管理小組以及由院長、教授、領域帶頭人、企業專家組成的學位分委員會。
2全日制化學工程工程碩士培養的困境
2.1生源問題
就我們這兩年的招生情況來看,生源問題非常嚴重,直接報考化學工程工程碩士的比例相當少,大多是其他專業調劑過來的,與我院同類專業學位教育碩士相比,化學工程工程碩士推免生只占其1/10。
2.2工程碩士學制問題
我?；瘜W工程全日制工程碩士學制為兩年至三年的彈性學制,我們目前先按兩年的計劃安排課程學習、實踐和學位論文,然后根據學位論文的進展情況安排論文答辯或適當延長學位論文的時間。普遍存在的問題是,在國家的全日制工程碩士的學位標準還未廣泛 宣傳執行之前,導師對工程碩士的學位論文還是沿用科學學位研究生的學位標準,而學校研究生處在辦理各種證件時(如學生證、畢業證)都只體現兩年學制,普遍反映兩年的時間培養既要實踐能力強保證充足的實踐時間又按時完成高質量學位論文的人才導師壓力相當大。為了保證全日制工程碩士的培養質量,以免出現矮化工程碩士的現象,現在大多數工科院校都把全日制工程碩士的學制確定到了三年。
2.3課程體系建設問題
課程體系建設是一個長期的開放的系統工程,需要持續不斷的更新。課程建設是高校人才培養永恒的主題,目前我們在課程體系建設方面還主要借鑒科學學位的課程體系,需要政府、企業、高校、教師等多方面的熱情參與。
3建議
3.1加強宣傳力度,改變觀念和教育理念
全日制工程碩士教育是為了適應社會經濟發展對高水平應用型人才的迫切需要而開設的專業學位研究生教育類型,但無論是導師、研究生本人還是社會,對此都沒有足夠的認識,在我院關于“科學學位與專業學位的本質內涵與區別”的小型調查中,非常了解的導師只占9%,了解和比較了解的導師各占36%,不太了解的導師還占18%。由于工程碩士的生源大都是調劑生,研究生本人也是不自愿接受工程碩士教育的,重學術輕專業的傾向普遍存在。因此需要政府、高校,用人單位、宣傳媒體等都要發揮其作用。
3.2推進職業資格認證
職業資格認證考試不僅是對從業人員接受職業教育和專業知識水平的考核,也是對行業發展趨勢和職業技術要求的導向,是高校調整人才培養方案的依據。是課程體系建設的指揮棒,方向標。推進職業資格認證,是全日制專業學位教育持續發展的得力助手。在這方面,教育碩士就比較規范,工程碩士可以借鑒其他專業學位的經驗。
3.3加強師資隊伍建設
人才培養離不開教師、導師,要加強專門的工程碩士導師隊伍建設,對新導師要及時培訓,了解工程碩士的特點和培養目標。要改革教學方式,要大力研究完善與經濟社會相適應的課程體系等等都離不開師資隊伍建設。師資隊伍建設是高校發展的關鍵。
3.4加強產學研合作,加強高校間實踐基地平臺共享
隨著工程碩士教育的發展,高校的實踐基地平臺會越來越難以滿足人才培養的要求,加強產學研合作,建立更多實踐基地勢在必行,這是一方面,另一方面,高校間實踐基地平臺共享,不僅可以緩減實踐基地緊張的局面,還可以加強不同培養單位研究生之間交流與合作,取長補短,共同提高研究生培養質量。
1畢業生調查結果
1.1在校期間狀況回顧
為了掌握學生在校期間的專業教育及能力培養的效果,重點調查了對專業了解及能力培養的情況,學生回答的結果如下:1)對本專業的了解:了解61.45%,不是很清楚36.46%,不了解2.09%。2)獲得的能力培養:各方面都得到培養30.21%,少數幾個方面得到培養64.58%,只是專業能力得到培養4.17%,都得不到培養1.04%。3)最大收獲:專業能力8.15%,綜合能力21.20%,獨立工作能力22.83%,動手能力13.04%,組織管理能力8.15%,社交能力15.22%,其他11.41%。
1.2工作后能力自評
學校的專業與素質教育和學生能力的培養鍛煉的好壞直接反映在學生工作后的各方面能力上,因此從工作適應能力等11個方面進行了調查。
1.3教學印象
為了解設置的相關教學環節的確切效果,調查了拓寬專業知識等5個方面。
1.4對教育的評價或看法
旨在改革教學體系、教學環節及教學方法等,調整課程設置,使其更適合實際應用需要,調查結果如下:1)課程結構:基礎課時多11.72%,專業基礎不厚20.69%,專業課太深4.14%,人文課太少26.21%,實踐環節弱33.10%,其他4.14%。2)需增加的課程與知識:環保10.37%,安全9.13%,營銷9.96%,經濟14.94%,企業管理17.01%,公共關系18.26%,人文修養20.33%。3)教學內容和教學方法:應結合學科前沿14.41%,應結合生產實際29.26%,應生動活潑7.42%,應形式多樣8.73%,多培養思維與創新能力22.71%,不行、需改進2.18%,還好4.37%,要互動10.92%。4)喜歡的課堂教學手段:采用多媒體課件16.48%,采用黑板板書4.40%,采用多媒體課件與黑板板書相結合79.12%。5)喜歡的課堂教學模式:注重教材內容與順序5.04%,注重前沿專業知識與實際40.34%,注重思維方式與啟發54.62%。6)最關注的教師素質:人格魅力32.24%,對待學生的態度19.13%,教學水平29.51%,學術能力15?30%,其他能力3.82%。
1.5期望對教學方法的改進
1)喜歡的創新能力培養途徑:提前進實驗室20.00%,開展前沿性講座22.31%,參加創新活動53?85%,其他3.84%。2)喜歡的畢業環節科研展開方式:圍繞導師的方向5.16%,在導師指點下主動、自由發揮71.13%,按照自己的興趣組合團隊23.71%。3)喜歡的畢業環節科研選題:理論性強5.16%,與企業生產結合67.83%,個人興趣愛好17.35%,與個人就業相關9.66%。
2所在單位調查結果
2.1用人單位對浙科院畢業生的評價和畢業生的自我評價與定位用人單位對畢業生使用后的評價和滿意度,是非常有價值的數據,這些數據能夠反映畢業生群體各方面情況是否適應用人單位的需要,以及適應程度如何;還能夠影響這些單位現在和今后是否繼續招聘相關院校的畢業生。用人單位對浙科院畢業生的總體評價:25%非常滿意,69.4%比較滿意,5.6%不好說;從用人單位層面看浙科院畢業生的自我評價與定位:89.2%準確合適,10.8%偏低,沒有出現過高現象。結果說明絕大部分用人單位對浙科院畢業生是比較滿意的,大多數畢業生對自己的評價和定位是準確的。
2.2用人單位對浙科院畢業生各方面的評價
表4中的各方面全面體現了用人單位對浙科院畢業生的評價。用人單位比較看重畢業生具有工作負責踏實、敬業精神,合作(團隊)意識與奉獻精神,競爭意識與挑戰意識,創新意識與勇氣;對適應、應變能力,人際交往能力,人文素養,社會實踐和社會工作經歷,專業學習成績、學習能力等也比較看重;學校聲望和戶籍等不再成為影響學生就業的主要因素。
2.3對學校教育的建議
表6綜合了用人單位對浙科院培養應用型人才的相關建議(在回答者中占的百分率)。
3調查結果的啟示與對策思考
調查結果顯示,用人單位對學生的思想道德水平評價很高,很多單位對浙科院學生在工作中的樸實和踏實精神給予了肯定。畢業生與單位對“專業素質”和“知識面”認可程度很高,其原因是浙科院通過不斷深化教學改革,拓寬專業口徑,增加學科交叉,增設不同學科選修課,增強實踐實習環節,讓學生走出課堂,走進實驗室,到單位進行實地實崗的生產實習,充分做到理論與實踐相結合,更好地吸收專業知識并靈活運用,較好地提高學生的專業素質和拓寬了知識面,使許多畢業生已成為基層單位的技術骨干和業務能手。隨著計算機的普及和相關課程學習,畢業生的計算機應用能力已經不成問題;但外語的實際應用能力仍欠缺,在聽、說、寫、譯上存在著一定差距,因此學校在外語教學上應注重應用能力培養,特別要利用好專業外語與文獻檢索課程和科研實踐及畢業研究,鍛煉學生的外文文獻查閱、翻譯和消化利用能力。整體素質的滿意度較高,但某些方面的素質(能力)有待于增強,因此還需強化以下幾方面的工作。
3.1加強專業教育
從對專業的了解情況看,有38.5%的學生在學校時對自己所學專業不清楚或不知道,這對學生專業知識的學習掌握有很大影響,沒有明確的目標,沒有學習的原動力。因此,應該加強學生進校后的專業教育:始業教育進行專業的介紹,讓學生了解專業及行業在 國民經濟中的地位,畢業后能從事什么工作;了解在學校學些什么,需要注意和掌握什么,通過哪些環節培養哪些技能,學校有什么平臺和措施,等等。專業教育要通過始業教育、認識實習、課程教學、技術實習、科研實踐、專業技術人員講座及畢業環節等實現貫穿整個大學學習生涯。
3.2強化教學環節的效果
從教學印象的調查結果看,除計算機能力較好外,其他環節學生印象不深,效果不明顯。究其原因,對“拓寬專業知識”宣傳不夠,重點沒有突出,課程的安排反而使學生不知道本專業到底哪些課程是重要的。這就需要從始業教育開始向學生介紹專業的基本情況、基本要求、適應領域、所學的基本課程、專業課程以及為拓寬專業知識而需拓展的相關課程知識。對“社會實踐活動”除實踐小分隊有實效外,大部分學生留于形式,也沒有真正的考核;要講明社會實踐活動的意義,是鍛煉能力的重要途徑,事前要充分發動,事后總結匯報、評比,既要抓好集體小分隊,又要抓好個體的活動,千萬不要只填個表、找個單位蓋個章。對“科研實踐活動”還缺乏發動、組織和考核,只是少量學生在協助教師做科研的具體工作;相關人員要早發動、早安排,使學生要有創新的科技意識,通過申報科技項目和參與教師的科研活動來完成該環節,要避免到畢業時發現缺該環節的學分時找教師填個表來充數。對“專業學術講座”還缺少氣氛,學生的理解、溝通與接受能力還欠缺;針對不同年級的學生開展相應的學術講座,大一大二可以是行業的介紹,大三大四可以是專業的研究領域和發展動態、成功的創新、創業和個人的發展等,千萬不能為了營造氣氛拉人湊數,學生不知在講什么,從而就不喜歡。
3.3加強素質教育與能力培養
現代社會需要那種“誠信為本,才智并舉,具有一定創新能力”的綜合性人才。學生只有全面提高自身的綜合素質,才能在激烈的競爭中立于不敗之地。目前大部分學生只重專業技術,而輕視文化素質的教育,造成知識面過窄,文史哲、藝術修養不足,思維簡單、呆板,應變能力和創新能力較差,這樣的學生將難以適應市場對人才的需求?，F代企業不僅需要具有良好專業知識的人才,同時要求員工具有較高的文化素養和較為廣闊的知識面,具有良好的口頭表達能力與社交能力,因此必須加強學生文化素質的培養與提高工作。從在校得到的能力培養與工作后能力自評看,大部分學生在學校時沒有得到各方面能力的鍛煉,工作后大部分感覺工作適應能力、團隊合作能力、解決問題能力較好,動手操作能力基本滿意;然而組織管理能力、人際交往能力、口頭表達能力、文字寫作能力、競爭創新能力、勝任專業能力還不夠。學校要精心組織多種學生活動,如社會調查、社會服務、課外科技活動,以及各類文娛、體育活動,融素質教育于活動之中,并注意與專業培養相結合。要注重發揮學生個體的不同特點,力求做到讓學生人人積極參與、人人從中受益。通過班級組織、學生會分團委、學生社團組織等干部的輪訓和競聘等方式,及社會實踐、社團活動等,讓更多的學生得到領導能力、應變能力、組織管理能力、人際交往能力、口頭表達能力等綜合能力的鍛煉;重視與創造條件,通過課程實驗、設計與綜合性實驗、開放性實驗、科研實踐、技術實踐、各類學生科技計劃與競賽、參與教師課題等多種途徑,鍛煉學生的動手能力與專業能力;通過各類報告與論文的撰寫鍛煉學生的文字表達能力;通過課程、實驗與科研的啟發式教學與培養,鍛煉學生發現問題、思考問題與解決問題的能力。強化以提高學生創新能力為目標的大學生科技活動運行機制,以培養學生的創新意識、創新思維和創新技能。使畢業生不僅有較強的專業知識和業務能力,同時也具備較高的綜合素質,能不斷適應新環境和新形勢的挑戰。
3.4加大課程體系改革力度
人才培養要與社會的需求相適應,做到學以致用;合理的課程設置不僅是培養復合型應用人才,改善學生知識結構的重要保證,而且是使學生個性得以充分發展的基本條件。現在的課程體系中,選修課不多,較多注意培養學生的“共性”而忽略了他們的個性發展,因而影響創新能力的培養。學生個人的興趣愛好是激發學習興趣的內在動力,現代經濟社會更注重人的個性發展,大型企業是按照人的性格特點并結合其專業來定位人才的使用崗位。調查結果顯示,有相當部分學生認為基礎課時多、但專業基礎又不厚實,人文課少,實踐環節薄弱;許多學生根據實際工作中的感受,提出應該增加環保、安全、營銷、經濟、管理、公共關系及人文修養等課程。增開跨學科、跨專業課程,要根據專業培養目標來設置課程內容,增加一些實踐性、操作性強的教學環節,培養學生實踐動手能力;要適當減少一些理論性課程的課時,以期用來增加實際工作中需要的應用性知識;要適當削減課堂教學時間,增加學生自學時間和社會實踐時間,使學生有自我發展的時間和空間。增加實踐教學時間,豐富實踐教學內容,加強創新開放實踐項目與內容,充分利用現代科學技術最新成果和手段,激發學生創新興趣,發揮學生的聰明才智,提高學生實踐能力。同時,加大實踐教學經費投入,不斷改善辦學條件,為學生的創造精神和創造思維培養提供有效保證。
3.5努力改進教學方法
素質教育是一項以知識傳授、方法訓練、能力培養和精神陶冶為實踐內容的綜合性系統工程,必須貫穿于專業教育、學科教育[4]。一個學生在學校所學的知識,無論是多么的現代化,都不能應對日新月異的科學技術的發展,學習方法的掌握優于系統知識的掌握。調查結果顯示,近35%學生認為教學內容應結合學科前沿、結合生產實際,40.34%喜歡注重前沿專業知識與實際的內容;教學方法上22.71%要求多培養思維與創新能力,79.12%喜歡多媒體課件與黑板板書相結合的課堂教學手段,53.85%喜歡參加創新活動的創新能力培養途徑,71.13%喜歡 在導師指點下主動、自由發揮和23.71%按照自己的興趣組合團隊的畢業環節科研展開方式,67.83%喜歡與企業生產結合,和17.35%喜歡個人興趣愛好的畢業環節科研選題。為此,教學中教師要注意知識的更新,結合學科的發展動態與實際生產應用講解相關知識,及時更新相關工程應用實例;教學手段上充分利用現代化教學方式,多采用圖片、動畫等,但要克服只讀電腦課件的弊病;教學方法上要改變過去只重知識傳授的做法,把發展獨立思考和獨立判斷的能力放在首位,重在激發學生的學習主動性和學習潛能,重點加強與創造性活動有關的方法、能力的教育;教學方式上要多啟發、要多互動交流、要給學生有思考的時間與機會,使之真正理解,能舉一反三、活學活用;專業類課程教學中教師要始終貫徹工程理念,與實際應用緊密結合。要發揮學生的主體作用,培養學生自主學習意識,傳授學生探索性的學習思想和研究思路,培養學生獲取知識的能力。要探索產學研相結合的辦學模式,以教師的科研帶動學生的實踐,使之與學生的創新能力培養與畢業環節緊密結合,并逐步引導學生根據企業實際需要與自己的愛好選擇課題,使學生所學知識與生產實際相結合,有利于培養學生創造性思維。同時還需要加強各實踐環節的指導,使學生真正能通過實踐環節得到實踐應用能力的鍛煉和提高。
3.6培養一支高素質的教師隊伍
沒有適應現代化需要的教師,就不可能培養出現代化的人才。教師是高校教學活動的主導,教育改革的直接參與者和具體執行者,更是現代化人才的塑造者。在教學中要充分發揮學生的主體作用,教會學生學習的方法,培養學生創造性思維方式,使他們成為“可持續發展”的人才,關鍵是要建立一支具有現代意識、創新精神、創新能力和良好政治、業務素質的教師隊伍[5]。調查結果表明,學生最關注的教師素質:人格魅力32.24%,教學水平29.51%,對待學生的態度19.13%,學術能力15.30%。通過提高學歷、交流進修、與企業接軌、科研等多渠道來增強教師的理論與實踐能力,特別是創新能力的提高。基于浙科院培養高層次、應用型人才的特點,特別要加強既具備扎實的基礎理論知識和較高的教學水平,又具有與專業有關的實踐工作能力的“雙師型”師資隊伍的建設,引進有企業或科研院所實際工作經歷的人才充實教師隊伍,但需要提高他們的教學水平;引進高學歷的畢業生補充教師隊伍,要通過下企業實習、與企業合作、開展各種科研項目等方式強化他們的實踐能力,同時也要通過傳、幫、帶等方式提高他們的課堂講授水平;對現有的低學歷和沒有實踐經歷的教師也要通過進修、下企業鍛煉、開展項目研究等來提高其理論水平和實踐能力。
3.7應加強全方位的就業指導工作
學校除了深化教學改革,對大學生進行專業知識教育,從入學開始就著力培養學生各方面素質、能力外,還要針對目前的就業壓力、畢業生期望值與定位過高等問題,進一步加強對畢業生進行思想教育(含艱苦創業教育)、理想教育、形勢教育,開展社會實踐活動和心理咨詢活動,引導大學生樹立正確的擇業觀,客觀地進行自我評價,增強他們的心理素質和在人才市場上的競爭力,培養出適應社會需求的合格人才。學校還應大力加強就業技巧指導,提高服務質量,為畢業生提供更多的就業信息。同時還要充分發揮教師的個體作用,如通過教師的個人關系網絡為學生聯系、收集和提供人才需求信息,畢業環節的指導教師要在指導論文(設計)的同時多聯系多提供就業職位,多關心多指導多促進學生的就業,這樣就可以使學生有更多的信息、更強的緊迫感和更大的信心來完成就業。相信只要齊抓共管,一定能將就業率最大化。
4結語
畢業生的跟蹤調查和用人單位調查,給學校提供了很多重要的信息,相信這些數據對培養適應市場需求的具有較強綜合素質能力的應用型人才,對改革人才培養模式和方法,對提高畢業生的就業能力、真正實現學校的辦學目標有所裨益
一、我國生態環境現狀
目前我國工業“三廢”污染、農用化肥和農藥的污染以及廢棄塑料和農用地膜的污染,嚴重的影響了國內的生態環境,使得水污染日益加劇。水資源嚴重短缺,全國600多個城市中已有一半城市缺水,農村則有8000萬人和6000萬頭牲畜飲水困難;土壤污染嚴重,耕地面積銳減,近10年來每年流失的土壤總量達50億噸,土地荒漠化日益加劇;森林覆蓋面積下降,草場退化,每年減少森林面積達2500萬畝;人們的身體健康受到嚴重威脅,疾病發病率急劇上升。環境是人類和生物賴以生存和發展的各種因素的總和。環境包括自然環境和社會環境。環境與人相互對立又相互制約。環境給人類的生存和發展提供了必要的條件,而人類通過調節自身以適應不斷變化的外界環境;同時也不斷地改造環境,創造有利于自身生存、發展的環境條件。人類對環境的改造能力越強,環境對人類的作用就越強。人類在改造環境的同時,也將大量的廢棄物帶給了環境,造成了環境污染,對人體健康產生了不良影響甚至危及生命。因此,加大環境保護和環境治理力度,加快應用高新技術,如現代生物技術來控制環境污染和保持生態平衡,提高環境質量已成為環保工作者的工作重點。幾大環境問題:一是大氣污染對健康的危害,空氣污染物在短時間內大量進入人體,會導致急性危害。產生的原因,一種是污染地區的氣象條件發生了變化,大量污物積聚在低空,擴散不開;另一種是事故排放使大量有害物質短時間內進入大氣,造成嚴重污染。二是慢性危害:長期生活在低濃度污染的空氣環境中,機體可受到慢性潛在性危害,使慢性呼吸系統疾病的發病率增高。如目前吸煙引發肺癌、石棉引起石棉肺、二氧化硅致矽肺等已為人們所共知。三是致癌作用:空氣污染物的致癌作用是慢性危害的又一表現,是現代肺癌發病率增高、死亡率增加的重要原因之一。實驗證實,有30余種空氣污染物具有致癌作用,其中最突出的是多環芳烴化合物,以3,4苯并芘為代表。它是煤炭、石油、天然氣、木材等燃燒不完全所形成的一種高活性致癌物,在煤煙、煤焦油、汽車廢氣、飛機尾氣、柏油路灰塵中都能分離出3,4苯并芘。某些元素如砷、鉛、鎘、鉻、鈹的致癌性已在動物實驗中被證實。
二、現代生物技術與環境保護
現代生物技術是以DNA分子技術為基礎,包括微生物工程,細胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技術的總稱?，F代生物技術不僅在農作物改良、醫藥研究、食品工程方面發揮著重要作用,而且也隨著日益突出的環境問題在治理污染、環境生物監測等方面發揮著重要的作用。自20世紀80年代以來生物技術作為一種高新技術,已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視,發展十分迅猛。與傳統方法比較,生物治理方法具有許多優點。首先,生物技術處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結構,降解的產物以及副產物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人類活動產生的環境污染減輕到最小程度,這樣既做到一勞永逸,不留下長期污染問題,同時也對垃圾廢棄物進行了資源化利用。其次,利用發酵工程技術處理污染物質,最終轉化產物大都是無毒無害的穩定物質,如二氧化碳、水、氮氣和甲烷氣體等,常常是一步到位,避免污染物的多次轉移而造成重復污染,因此生物技術是一種既安全又徹底的手段。再次,生物技術是以酶促反應為基礎的生物化學過程,而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質,其反應過程是在常溫常壓和接近中性的條件下進行的,所以大多數生物治理技術可以就地實施,而且不影響其他作業的正常進行,與常常需要高溫高壓的化工過程比較,反應條件大大簡化,具有設備簡單、成本低廉、效果好、過程穩定、操作簡便等優點。所以,當今生物技術已廣泛應用于環境監測、工業清潔生產、工業廢棄物和城市生活垃圾的處理以及有毒有害物質的無害化處理等各個方面。
三、現代生物技術在環境保護中的應用
(一)污水的生物凈化
污水中的有毒物質其成分十分復雜,包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛、醇及蛋白質等等。微生物通過自身的生命活動可以解除污水的毒害作用,從而使污水中的有毒物質轉化為有益的無毒物質,使污水得到凈化。當今固定化酶和固定化細胞技術處理污水就是生物凈化污水的方法之一。固定化酶和固定化細胞技術是酶工程技術。固定化酶又稱水不溶性酶,是通過物理吸附法或化學鍵合法使水溶性酶和固態的不溶性載體相結合,將酶變成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物細胞是一個天然的固定化酶反應器,用制備固定化酶的方法直接將微生物細胞固定,可催化一系列生化反應的固定化細胞。運用固定化酶和固定化細胞可以高效處理廢水中的有機污染物、無機金屬毒物等,此方面國內外成功的例子很多,如德國將能降解對硫磷等9種農藥的酶,以共介結合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于處理對硫磷廢水,去除率達95%以上;近幾年我國在應用固定化細胞技術降解合成洗滌劑中的表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)方面取得較大進展,對于含100mg/L廢水,降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母細胞降解含酚廢水也已實際應用于廢水處理。
(二)污染土壤的生物修復
重金屬污染是造成土壤污染的主要污染物。重金屬污染的生物修復是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬的毒性。其原理是:通過生物作用(如酶促反應)改變重金屬在土壤中的化學形態,使重金屬固定或解毒,降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性,通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定。污染土壤的生物修復過程可以增加土壤有機質的含量,激發微生物的活性,由此可以改善土壤的生態結構,這將有助于土壤的固定,遏制風蝕、水蝕,防止水土流失。
(三)白色污染的消除
廢棄塑料和農用地膜經久不化解,估計是形成環境污染的重要成分。據估計我國土壤、溝河中塑料垃圾有百萬噸左右。塑料在土壤中殘存會引起農作物減產,若再連續使用而不采取措施,十幾年后不少耕地將顆粒無收,可見數量巨大的塑料垃圾嚴重影響著生態和環境,研究和開發生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農膜的優勢微生物、構建高效降解菌;另一方面可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使兩者同時發揮各自的作用,將塑料和農膜迅速降解。同時,還需大力推行可降解塑料和地膜的研發、生產和應用。有些微生物能產生與塑料類似的高分子化合物即聚酯,這些聚酯是微生物內源性貯藏物質,可以用發酵方法進行生產,由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔點、高彈性、不含有毒物質等優點而在醫學等許多領域有極好的應用前景。為了降低成本、提高產量,人們正在用重組DNA技術對相關的微生物進行改造,此方面目前一個研究熱點是采用微生物發酵法生產聚-羥基烷酸(PHAs),研究人員正設法構建出自溶性PHAs 生產菌種,即將PHAs重組菌進行發酵,在積累大量的PHAs后,加入信號物質,使裂解蛋白產生,細胞壁破壞,PHAs析出,以簡化胞內產物PHAs的提取過程,降低提取成本。
(四)化學農藥污染的消除
一般情況下,使用的化學殺蟲劑約80%會殘留在土壤中,特別是氯代烴類農藥是最難分解的,經生態系統造成滯留毒害作用。因此多年來人們一直在尋找更為安全有效的辦法,而利用微生物降解農藥已成為消除農藥對環境污染的一個重要方面。能降解農藥的微生物,有的是通過礦化作用將農藥逐漸分解成終產物CO2和H2O,這種降解途徑徹底,一般不會帶來副作用;有的是通過共代謝作用,將農藥轉化為可代謝的中間產物,從而從環境中消除殘留農藥,這種途徑的降解結果比較復雜,有正面效應也有負面效應。為了避免負面效應,就需要用基因工程的方法對已知有降解農藥作用的微生物進行改造,改變其生化反應途徑,以希望獲得最佳的降解、除毒效果。要想徹底消除化學農藥的污染,最好全面推廣生物農藥。所謂生物農藥是指由生物體產生的具有防止病蟲害和除雜草等功能的一大類物質總稱,它們多是生物體的代謝產物,主要包括微生物殺蟲劑、農用抗生素制劑和微生物除草劑等。其中微生物殺蟲劑得到了最廣泛的研究,主要包括病毒殺蟲劑、細菌殺蟲劑、真菌殺蟲劑、放線菌殺蟲劑等,但長期以來并沒有得到廣泛的使用?，F在人們正在利用重組DNA技術克服其缺點來提高殺蟲效果。例如目前病毒殺蟲劑的一個研究熱點是桿狀病毒基因工程的改造,人們正在研究將外源毒蛋白基因如編碼神經毒素的基因克隆到桿狀病毒中以增強桿狀病毒的毒性;將能干擾害蟲正常生活周期的基因如編碼保幼激素酯酶的基因插入到桿狀病毒基因組中,形成重組桿狀病毒并使其表達出相關激素,以破壞害蟲的激素平衡,干擾其正常的代謝和發育從而達到殺死害蟲的目的。
1 綠色科技能有效減少溫室氣體的排放
目前主要造成溫室效應的氣體是二氧化碳,從工業革命以前人們開始應用含碳類的能源物質開始,無論是科技生產還是工業生產,知道現代的科技,即便是已經開始了全球化的大生產,每年都會由于生產而產生數十萬噸的CO2,這些氣體被愛芳到大氣中,就是造成溫室效應禪城的最根本的原因。而過去并未有相應的法律法規對此類問題進行規范,因此很長的一個時期,工廠對大氣的這種破壞是無需承擔任何責任的。
目前針對這一問題,很多化工企業都開始積極的開展新的技術,通過利用新技術以改善高CO2氣體排放的現狀,隨著投入的加大,這種現象得到了有效的控制。甚至目前已經在某些生產環節可以達到利用二氧化碳作為原料進行生產,以此降低其排放量。比如,尿素的生產過程中,化工企業就可以再生產中將CO2進行收集通過一些反應進行利用。這一工藝每年就可以減排數十萬噸的二氧化碳。
2 海水淡化預處理中綠色科技的應用
水是生命源泉,無論是生活還是生產,最基礎的生存都離不開水。水作為社會發展的基礎資源,本身有具有著有限性,尤其是淡水資源。而隨著社會以及經濟的發展,淡水資源曾經的利用毫無章法和度,因此世界開始面臨了淡水危機這又一環境問題。中國雖然地大物博,但是相對于整個世界而言,是淡水資源最缺乏的國家之一,因此就需要尋找到可以解決這一難題的有效途徑,海水的淡化技術的產生和應用不得不說是成為了解決這一問題的有效途徑。海水淡化技術在初期研發階段的應用成本較高,只有少數發達國家才有技術以及資金使用,稱得上是奢侈技術,但是隨著科技的發展,海水淡化的應用成本隨之降低,其開始作為一種普通技術為一些發展中國家引用并應用。
淡化海水本質上就是通過一些物理方法或者是化學方法將海水中的鹽分以及水分進行相互分離的過程。在對海水進行淡化的過程中不會對環境造成任何不良的影響,并且獲取海水對生態也沒有造成結構上的破壞,這一點和目前我國提出的可持續發展的思想十分吻合,即滿足了自身的需要,同時也給后代留下了能夠發展的資源以及環境。這一點就符合了綠色科技的基礎理念,所以海水的淡化中的一個重要環節就是綠色化學工藝的應用。而將這種綠色科學的理念同化工相互聯系的過程實則就是現代化工發展的重要方向之一。氫氧化鎂在海水的預處理淡化中產生,這種物質不但環?？煽?并且成本較為低廉,具有簡單的操作工藝,同時不會造成換進的二次污染,在海水的淡化效果上又十分的明顯,因此應用前景十分廣闊。
3 傳統香精香料生產中的綠色化工的應用
香精香料不僅僅是我國日常添加劑之一,同時在國際市場上也是我國進行進出口的貿易組成主要內容。作為日常化學產品之一,香精香料也受到了經濟危機的影響,由于這種影響的逐步加深,經濟蕭條的狀況開始蔓延整個世界,因此,隨著這一影響的加深,我國在香料香精的出口活動中,由于訂單的減少,受到了一定程度的打擊。
在深入地調查我國香精香料產品出口訂單銳減現象的原因之后,不難發現,產品中有害雜質含量超標,是其真正并且主要的原因。造成有害雜質含量超標的原因則在于生產工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產品中有殘留以及包裝材料的使用不當等原因。其中,提取原料的成分在產品中的殘留的問題,可以通過研究和開發新的提取技術來改變。包裝材料使用不當的問題,則應通過加強企業和工廠的監管力度,督促生產商家和企業反復試驗,選取符合有害雜質含量標準的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產品的優勢方面,不斷加強新技術的研究和其在實際生產中的應用,才能夠滿足生產出高質量、低能耗的香精香料產品的要求。
4 綠色化學使可持續發展戰略任務逐步向前推進
傳統的化工生產,給我們的生活創造了非常豐富的物質基礎和能源。其在對人類歷史的發展進步的工程中所做的貢獻是不不忽略的。但是呢,又由于化工產品生產的原材料和生產過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質,這些物質又造成了很多環境污染問題以及生態平衡的失調。這樣,就又阻礙了社會經濟的繼續發展。新世紀,面對嚴峻的環境污染所提出的挑戰,可持續發展戰略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實現社會經濟的可持續發展,已經成為了我國的一項基本的國策。作為社會經濟的重要組成部分的化學工業,在這一基本國策的指導之下,最行之有效的實現可持續發展戰略的方法便是綠色化學的開發和利用。綠色化學,不單單是指那些對環境產生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學生產過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價格平民化的化學化工技術的研究以及應用。綠色化學的生產過程只產生非常少量的廢物處理,或者不產生廢物處理。其最主要的特點便是在生產的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉化為產品,盡量不產生污染。有利于化學化工產業的發展以及可持續發展戰略這一道路的切實執行。
近年來,隨著國民經濟的快速發展和科技水平的不斷進步,化學工程也得到了前所未有的發展,其目前已經滲透到與人們生活息息相關的各個領域當中?；瘜W及化工雖然促進了我國經濟的發展,但是在這一發展的背后,卻隱藏著環境的污染、生態平衡的破壞等嚴重問題,這與我國現階段提倡的可持續發展的戰略目標不符。因此,為了解決化學工程所帶來的負面影響,必須合理應用綠色科技?；诖它c,本文首先闡述了化學工程中發展綠色科技的必要性,進而分析了化學工程中綠色科技的特點,最后提出了綠色科技在各個領域中的具體應用。
自1994年我校開設化學工程與工藝專業以來,十多年間,我校化工專業蓬勃發展,培養了千余名合格的畢業生。我校化工專業分兩個專業方向培養,分別是煤化工專業方向和高分子化工方向,大三第二學期由同學們自愿選報專業方向。據統計,報高分子化工專業方向的學生不足11%,為了了解同學們的想法,我們對學生進行了一次問卷調查,調查結果顯示,同學們選擇專業方向的主要依據是考慮到就業的便利。近年來我國,尤其是西部,陜西、山西、寧夏等地煤化工行業較熱,結合我院生學來源,超過一半的學生在考慮就業時傾向回原籍工作,于是參照往屆同學的經驗,大多選擇了煤化工方向,無暇顧及到自身的興趣。不少同學對這兩個方向都不甚了解,對我國化工行業了解甚少,選報哪個方向都無所謂。還有相當一部分學生反映對專業的培養計劃不了解,培養計劃在實施過程中課程的設置和安排不盡合理,課程安排有前松后緊的現象。這些不解和困惑都在很大程度上影響到同學們的學習熱情,從側面反映出我?；瘜W工程與工藝專業建設上亟待解決一些問題。
基于以上分析,我認為我校要培養滿足市場需求的化工專業人才應該從下面幾點來開展工作。
1 調整培養計劃,進行培養規范的整體設計
專業規范對提高高等教育質量具有重要的現實意義,它是高等學校以專業人才培養模式改革研究為基礎,在改革實踐過程中對有關專業的課程體系、知識體系、實踐教學體系和相應的參考指標進行整體設計,專業規范對專業人才設定培養規格,擬定培養目標。在高等院校進行教育教學改革過程中,對人才培養規范進行整體設計,是開展專業建設與深化改革的重要入手點[1]。
應對當前的就業形勢,制定化工專業的專業規范非常有必要。自1999年以來,高校外延發展迅速,新增高校、新增專業多了,人才培養難度更大,要求更高。另外,高等教育大眾化階段教育質量呈多元化,亟需制定專業規范,一般高校工科專業人才培養規格的定位決定了人才培養模式的基本框架。
2 加速進行我校化學工程與工藝專業的認證工作
化學工業是國民經濟的支柱性行業,為了讓高校能更好的為社會服務,高等院校為化工行業提供主要人力資源,教育部自2006年啟動了化工專業認證試點工作,目前已有6個專業點進行了試點工作[2]?；ば袠I對人才的評價標準和要求,主要體現在以下幾個方面:(1)有良好的職業道德,了解本行業的相關法律法規,體現出較好的人文素養。(2)數學、自然科學基礎較好,工程基礎知識扎實,掌握一定的經濟管理知識;掌握化學工程、化學工藝學科的基本理論、基本知識,了解本專業的前沿發展現狀和趨勢;具備運用現代信息技術獲取專業信息的能力。(3)具備化學與化工實驗技能,有工程實踐經歷,具備計算機應用能力,接受過科學研究與工程設計方法的基本訓練,能夠運用所學知識和技術手段分析并解決工程問題。(4)具有較強的組織管理能力,表達流利,人際交往能力突出,有較強的團隊協作精神。(5)具有終身學習能力和國際視野。與以上標準相對照,我校在培養化工人才方面還存在著明顯的缺陷和不足。還有很多工作要做。結合行業要求分析,我?；I目前存在的問題主要有:(1)教師隊伍中普遍經歷單一,缺乏工程師經歷。(2)實踐教學環節不完善,學生工程實踐能力較弱,創新創業能力不足,學校與工業界聯系不夠緊密。(3)缺乏對學生的團隊精神的系統訓練。(4)畢業生的調查與跟蹤機制不夠完善等。除此之外,缺乏科學的學生考評機制,缺乏畢業生跟蹤與反饋體系。因此要針對這些問題,以專業認證為契機,有目的的開展工作。
3 靈活設定培養方向
專業方向的設置是高校人才培養的基礎,開設什么樣的專業方向,關系到培養什么樣的專業人才,培養出來的人才是否符合社會的需求,這個問題關系到一個專業的前途命運。在充分利用我校資源的同時,在專業方向設置上體現差異,強化特色,做到以質量求生存,以特色求發展。在開設專業方向的問題上,要避免與周圍同區域、同等水平的院校趨同,以減少資源的浪費,避免在人才培養上出現重復和過度競爭,充分體現差異。
4 優化各級結構,提高培養質量
當前, 大學生畢業后難就業已經成為社會主要關注的問題,也是每所高校所面臨的最為嚴峻的挑戰。要解決這個問題除了國家宏觀上的一些制度和政策的支持外,高校還應該根據市場所需人才,有針對性的提高培養質量。提高培養質量,既要從宏觀上把握高等教育的結構,明確學校、院系和學科的定位,滿足地方經濟社會的發展對高等教育的要求,另外,要從微觀上、從學校本身把握高等教育的內部結構,理順專業結構、學科結構與理論結構,使我們培養的人才和社會需求相一致。
我國的高等教育逐漸從精英教育轉向大眾化教育階段,大學之間的功能也由以前的趨同轉向為逐漸分化,這就使得學校的專業定位顯得尤為重要。我?；I應根據主要生源地的用人需求,將培養的方向和層次準確定位,針對培養什么樣規格的人才,滿足哪些領域的社會需求等這些問題開展廣泛的研究,謹慎決定。此外,認真處理好專業建設中適應與對口的關系,在一般的學校,學生是直接面對市場就業的,應該將專業設置得窄一點,對口性更強一點。
通過以上論述可以看出,要想擴大我校化工專業在西部地區的辦學影響力,還需要我們多了解學生的思想動態,提升認識水平,根據市場的需求,提高培養質量,能夠很好的在地方經濟建設中發揮主要作用,扎扎實實做好專業建設工作。相信在不遠的將來,我校化學工程與工藝專業一定會成為西部最具影響力的王牌專業,為我國化工行業培養出更優秀的人才。
化學工程隨化學工業的發展而發生并演變,反過來又推動化學工業的發展。在過去的一百年,化學工業與化學工程技術歷經了孕育、誕生、發展,直至形成今天龐大產業的過程。它每年為社會提供數以億噸計的千百萬種合成產品,是我們衣、食、住、行須臾難以離開的物質基礎,為社會繁榮做出了巨大的貢獻。
一、環境化學工程的現狀
20世紀60年代和70年代初期,工業發達國家經濟發展迅猛,增長速度較快。但由于忽視對環境污染的控制與治理,致使環境污染問題日趨嚴重,公害事件不斷發生,社會反應強烈,引起了各國政府的關注,采取了各種環境保護措施和對策,加強環境管理,制訂各種環境保護法規和法律,規定污染物排放標準,增加環境保護投資,以控制污染,改善環境。這些措施雖然在局部地區或一定時期內起到一定的作用,但卻未從根本上消除或減少污染的增長,不能適應經濟發展和人類進步的要求。
1979年在日內瓦召開的“環境保護領域內進行國際合作的全歐高級會議”上,通過了《關于少廢無廢技術(工藝)和廢物利用宣言》,指出:“無廢技術是使社會和自然取得和諧關系的戰略方向和重要手段”。歐洲共同體委員會在一篇報告中對“清潔工藝”下的定義為:清潔工藝就是以最合理地使用原料和能源來生產產品的一種技術,同時在生產過程和成品的使用過程中,減少排入環境中的可產生污染的廢水和廢物量。同時對環境的任何作用都不致破壞它的正常功能。有的學者認為,無廢工藝的概念應當包括無害、節能、省地、復用、閉路等內涵。從技術上講是一種具體技術。
化學工業作為造成大規模嚴重環境污染的主要過程之一,為了從根本上解決環境污染問題,實現化學工業的可持續發展,必須以預防為主,從源頭著眼,從工藝入手,開辟綠色化工技術,將污染減少或消除在生產工藝過程之中;化學工程進入了環境化學工程時期。
二、環境化學工程的發展
新原理、新方法和新技術研究開發仍然是環境分析化學獲得質的飛躍的原動力。可適用于極復雜基體中眾多已知和未知污染物同時定性鑒定和準確定量的具有高分辨能力的新型色譜和質譜聯用技術需要給予高度關注,例如,色譜技術中的多維色譜由于其高分辨能力可在復雜環境樣品分析中發揮重要作用,而親水性相互作用色譜則可完成高度極性和水溶性代謝產物和降解產物的分析和鑒定。飛行時間質譜(TOF-MS)、四極桿飛行時間質譜(Q-TOF-MS)和高分辨質譜(HRMS)等具有全掃描和準確質量分析功能的質譜與各種色譜技術的聯用將使得同時鑒定和測定目標和非目標污染物以及超復雜基體樣品的分析變得更加簡單,從而在新型污染物發現和識別中扮演重要角色。先進的同位素質譜技術和手性分離分析技術將在微量污染物的準確定量、污染源解析中獲得更多應用,生物檢測、生物標志物和被動采樣等可反映污染物生物效應和環境風險的新方法將得到更大發展,原位、現場、快速檢測方法將在環境污染事件的快速處置中大顯身手。此外,要高度重視新型污染物、納米材料污染物、污染物代謝和降解產物的分析技術研究,而前蘇聯切爾諾貝利和日本福島核事故造成的嚴重核素污染提醒我們必須高度關注核污染的檢測、預警和處置研究。
環境污染化學研究在貼近世界環境科學前沿的同時,要密切結合我國環境污染的復合型、壓縮型、結構型和嚴重性特點。在污染生態化學和環境健康研究方面,需要高度重視典型污染物的生物轉化和生物致毒機制,低劑量、長時間、復合污染暴露下的生態毒理效應的分子機制,復合污染在種群、群落、生態系統水平上的生態毒理效應,污染脅迫下生物的抗性和適應機制,重要污染物在體內的吸收、分布、轉化與消減排泄過程,污染脅迫下疾病發生的機制,納米材料本身及其與有機污染物相互作用、生物有效性和毒性機制等關鍵科學問題的研究。
新原理、新方法和新技術的研究仍然是污染控制化學研究的重點?；谛滦图{米材料催化劑、分子氧和可見光體系的高效、綠色、溫和條件的高級氧化技術仍然是水體、大氣污染控制技術的前沿課題,基于電化學原理的氧化還原、絮凝、沉積、氣浮等將在電活性污染物的處理中發揮作用,用于大氣和室內氣體污染物處置處理的高效高選擇性吸附劑、催化劑和低溫等離子體技術仍然是持續努力的方向,綠色、環保、分散性、穩定性和運移性良好的納米吸附和降解材料將更多地應用于地下水污染的修復治理,高效的植物-微生物聯合修復技術和重污染場地的強化修復技術是土壤污染修復的關鍵。在對以上各新型的末端治理技術研究探索的同時,環境化學工作者需要比以往任何時候更密切地與工業、農業、工程技術等領域合作,盡可能地將清潔生產、綠色化學、生態工業和循環經濟等源頭控制理念貫徹于生產和環境治理當中,改變主要依靠末端治理的被動局面。
三、總結
環境化學仍然處于快速發展中,其學科的理論體系仍有待進一步完善。發展基于機理的可以用于反應性混合化學品環境暴露與聯合毒性理論模擬的混合物毒性-構效關系預測方法,建立可用于污染物生物毒性分子機制和復雜環境過程研究的基于量子化學計算、分子力學和蒙特卡羅模擬結合的理論模擬方法,進行以污染物風險評價為目標的環境理論計算方法和模型研究,將是今后理論環境化學研究的重點。
一、綠色科技促使溫室氣體排放量減少
我們所謂的溫室氣體,主要指的就是二氧化碳。無論是以往的科技革命和工業革命之前的生產,還是現階段科技含量高,日趨現代化、國際化的社會化大生產,這些工廠每年要向大氣排放數萬甚至數十萬噸的二氧化碳[1]。這些二氧化碳氣體的排放,成為了造成全球性的溫室效應的罪魁禍首。而在應對氣候變化的法律法規出臺之前的相當長的一段時期內,造成這一現象的那些工廠卻不用為溫室效應負擔任何一點費用。
現在這一狀況已經得到了明顯的改善,許多化工企業正積極的開發和利用新的科學技術,來達到減少二氧化碳排放量的目的。甚至有一些企業將二氧化碳作為化工產品生產過程中的一種原材料來使用。例如,有的化工企業將其他化工產品的生產過程中所產生的二氧化碳氣體作為一種原材料來生產尿素。僅這一種工藝,就可以使該企業的每年的二氧化碳氣體排放量減少數十萬噸。
二、海水淡化工程的預處理過程中運用綠色科技
每個人的生活都不能離開水,水對于每個人的生命和整個社會的發展而言是絕對不能缺少的,資源。而這種重要的資源,又具有這有限性、不可再生性等特點。隨著社會和經濟的迅猛發展,淡水的危機成為了世界性的環境難題。而我們中國,又是世界上最缺乏淡水資源的國家之一。因此,海水淡化技術的應用,就成了緩解我國淡水資源匱乏現狀的一種有效的途徑。隨著近年來科技的快速發展,海水淡化所必須的成本也在逐漸的趨于大眾化,使這一技術不再是那些經濟發達的國家才使用的起得奢侈的技術。許多發展中國家也引進并采用了這一技術。
海水淡化技術指的就是一種利用物理上的或者化學上的方法將海水里面的鹽和水進行分離的技術。在進行海水淡化技術的預處理進程中,任何影響環境狀況的不良影響都沒有產生。并且在獲取海水資源的過程中,并沒有繼續對生態環境構成傷害。我們的黨所提倡的可持續發展戰略的思想,就是指要在滿足自身生存發展的需要的同時,為子孫后代留下了可以繼續發展的環境狀況。因此,將綠色的化學工藝運用于海水淡化的過程中的這一舉措至關重要。因此,將綠色的科學理念與化工產品的生產過程聯系在一起,便成為了現代世界化的化工生產中的主要方向之一。在海水淡化構成的預處理過程中產生了一些氫氧化鎂,成為了環保領域新的寵兒,這種物質具有成本低廉,工藝簡單、不產生二次污染,處理效果良好的特點,具有非常廣闊的發展前景。
三、綠色化學技術在我國傳統香精香料工業中的應用
在日?；瘜W產品的生產中,香精香料是不可缺少的添加劑之一。我國的香精香料產品在國際市場上的出口,是我國進出口貿易的一項重要組成部分。但是由于經濟危機的影響逐漸加深,及全球性經濟蕭條的狀況逐漸加劇,我國的香精香料出口產業收到了很大的打擊,產品訂單大幅度減少。
在深入地調查我國香精香料產品出口訂單銳減現象的原因之后,不難發現,產品中有害雜質含量超標,是其真正并且主要的原因。造成有害雜質含量超標的原因則在于生產工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產品中有殘留以及包裝材料的使用不當等原因。其中,提取原料的成分在產品中的殘留的問題,可以通過研究和開發新的提取技術來改變。包裝材料使用不當的問題,則應通過加強企業和工廠的監管力度,督促生產商家和企業反復試驗,選取符合有害雜質含量標準的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產品的優勢方面,不斷加強新技術的研究和其在實際生產中的應用,才能夠滿足生產出高質量、低能耗的香精香料產品的要求。
四、綠色化學使可持續發展戰略任務逐步向前推進
傳統的化工生產,給我們的生活創造了非常豐富的物質基礎和能源。其在對人類歷史的發展進步的工程中所做的貢獻是不不忽略的。但是呢,又由于化工產品生產的原材料和生產過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質,這些物質又造成了很多環境污染問題以及生態平衡的失調。這樣,就又阻礙了社會經濟的繼續發展。新世紀,面對嚴峻的環境污染所提出的挑戰,可持續發展戰略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實現社會經濟的可持續發展,已經成為了我國的一項基本的國策。作為社會經濟的重要組成部分的化學工業,在這一基本國策的指導之下,最行之有效的實現可持續發展戰略的方法便是綠色化學的開發和利用。綠色化學,不單單是指那些對環境產生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學生產過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價格平民化的化學化工技術的研究以及應用。綠色化學的生產過程只產生非常少量的廢物處理,或者不產生廢物處理。其最主要的特點便是在生產的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉化為產品,盡量不產生污染。有利于化學化工產業的發展以及可持續發展戰略這一道路的切實執行。
1 化學工程與工藝概述
化學工程,簡稱化工,是研究以化學工業為代表的,以及其他過程工業生產過程中有關化學過程與物理過程的一般原理和規律,如石油煉制工業、冶金工業、食品工業、印染工業等,并應用這些規律來解決過程及裝置開發、設計、操作等問題,它是以數學及少量的物理觀念為基礎應用于化學工業上,主要研究大規模改變物料中的化學組成及其機械和物理性質,來替生產化學品或是物料工廠提供一個反應流程設計方式。實驗研究、理論分析和科學計算已經成為當代化工研究中不可或缺的三種主要手段。
化學工程的研究領域最初只是化工單元操作,如:輸送現象(為化工學科當中“單元操作”的理論基礎)、化工熱力學輸送現象。隨著發展,后來又發展出一些新的分支,化學工程領域的分支龐大,可應用在各類化學相關領域的研究及實務上的操作,因應現代工業發展的需要,以化工的知識背景為基礎,例如半導體工業。隨計算機的快速發展,數值模擬(cfd)在化工的發展占據重要的地位。
2 化學工程與工藝專業簡介
2.1 化學工程與工藝任務。根據化學工程與工藝專業的性質,化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造,對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多,化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向。
2.2 化學工程以及化學工業的一些特點。以物理學、化學和數學為基礎,并結合工業經濟基本法則,研究化工單元操作以及有關的流體力學、傳熱和傳質原理、熱力學和化學動力學等在化學工業上的應用,以指導各種過程及其設備的開發、改進和發展屬于化學工程學的內容?；瘜W工程是隨著化學工業的大規模生產發展而形成的?；瘜W工程包括過程動態學及控制、化工系統工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學、化學反應工程等方面?；瘜W反應是化工生產的核心部分,提供過程分析和設計所需的有關基礎數據,研究傳遞過程的方向和極限,化工熱力學是單元操作和反應工程的理論基礎,它決定著產品的收率,對生產成本產生重要影響。對單元操作的研究,可用來指導各類產品的生產和化工設備的設計;傳遞過程是單元操作和反應工程的共同基礎,化學工業在新的形勢下要求處于化學核心地位的催化技術和化學工程都必須用跨學科的戰略進行多學科的研究。動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞,這三種傳遞,實質上就是各種單元操作設備和反應裝置中進行的物理過程。
合成化學是化學學科的核心,化學家不僅發現和合成了眾多天然存在的化合物,同時也創造了大量非天然的化合物,使人類社會所有的化合物達到2230萬個(美國化學文摘1999年12月10日收錄的化合物數),并且以幾個月就有100萬個的速度發展,大量新化合物的產生是化學工業產品開發的基礎。信息技術及工程技術的進步為設備和工藝創新創造了條件,推動了化工行業的技術進步。 化學工業的生產技術和許多深度加工的產品更新換代快,要求化學工業必須不斷發展和采用先進科學技術,從而提高生產效率和經濟效益。不斷尋求技術上最先進和經濟上最合理的方法、原理、流程和設備是化學工業工藝創新追求的目標?；ば录夹g開發程序是一套科學的程序,它是以市場為導向、以創新為宗旨,以工業化和商業化為目的的創新過程。世界上經濟發達國家化學工業的研究開發費用、科研人員以及專利和文獻的數量都居各工業部門的前列。
3 化學工程與工藝實驗數據處理分析
傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的,需要花費大量的人力物力,由于化工實驗需要平行實驗,數據處理過程的重復性也非常大。借助MATLAB軟件的應用,可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來。
化學工程與工藝專業實驗是初步了解、學習和掌握化學工程與工藝科學實驗研究方法的一個重要的實踐性環節。化工實驗的特點流程較長,規模較大,數據處理也較為復雜。因此依靠計算機處理數據會使繁瑣的數據處理過程變得簡單快捷,大大提高工作效率。數據處理是每一個化學工程實驗必不可少的步驟,也是至關重要的一個步驟。通過實驗可以建立過程模型、分析工藝技術的可行條件。但是化工實驗數據的處理往往并不是那么簡單,它需要通過復雜的數學計算,若僅僅依靠手工計算則需要花費大量的時間,而且化工實驗數據的處理量很大、重現性很高,因此應用計算機來處理實驗數據可以大大提高工作效率?；瘜W工程與工藝專業是一個以實驗為基礎的專業學科。實驗的目的是通過有限的實驗點去尋找某一對象或某一過程中各參數之間的定量關系,從而揭示某化工過程所遵循的客觀規律。
MATLAB在化學工程與工藝實驗中的應用進行初步的嘗試。傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的,需要花費大量的人力物力,由于化工實驗需要平行實驗,數據處理過程的重復性也非常大。而MATLAB是一個強大的數學軟件,能夠方便地繪出各種函數圖形,一方面可以解決符號演算問題,另一方面可以解決數學中的數值計算問題。MATLAB的應用范圍非常廣,包括信號和圖像的處理、通訊、控制系統設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。它已成為國際控制界的標準計算軟件。借助MATLAB軟件的應用,可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來,利用MATLAB軟件編寫一個數據處理程序:只需輸入任意一組原始數據,就可以把實驗結果,數據模型以及作圖一起顯示出來。
4 結束語
21世紀世界進入資源、能源短缺的時代,解決由國家提出的節約資源對保護自然生態環境的任務,需要化學與化工學科的共同發展,社會經濟的可持續發展,我國提出轉變經濟發展模式,為此,化工教育首先要端正學生和家長對化工產生的片面認識。融合從分子水平的化學到大規模制各工程科學的寬闊視野,現代化學工程教育內容既應跨越和涵蓋整個化學和化工領域,也仍要重視工程教育的特征,強化工程實踐環節,培養學生解決復雜問題的能力,完成化學工程教育的歷史任務,探討化工與其他學科的跨學科交叉,并落實到教學實踐中,正確認識化學工程的學科范式和內涵。
一、虛擬儀器的發展和結構組成
電子儀器的發展,一共經歷了四個重要階段:模擬儀器、數字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。前三個階段的發展實際上是為第四階段的發展奠定堅實的基礎。第四代虛擬儀器,是通信技術、測試技術和計算機技術相結合的產物,三門學科最新技術的結晶,融合了測試理論、儀器原理和技術、計算機接口技術、高速總線技術以及圖形軟件編程技術于一體。虛擬儀器的產生是儀器發展史上一次大的革新。虛擬儀器是指將一些比較靈活高效的軟件和一些性能較高的硬件結合起來,將其應用在各個領域中對各項參數進行測試和調節、控制等的一個應用性很強的平臺。一般來說,完整的虛擬儀器系統中有三部分的組成結構,一部分是電子計算機,一部分是儀器軟件,最后一部分是儀器硬件。在電子計算機和大型集成電路高速發展的今天,相比較傳統儀器,虛擬儀器得到了飛躍發展。在基本硬件的支持下,虛擬儀器可以利用電子計算機合理的調用相應的高級軟件模塊來完成數據的采集、控制、分析、處理以及結果的存儲和顯示。與傳統儀器相比,虛擬儀器具有成本低、性能高、擴展性強、開發時間短以及出色的集成這五大優勢?；诖?本文對虛擬儀器的發展及在化學工程領域中的應用進行了探究,為其未來的發展提供參考依據。
二、虛擬儀器的技術支撐和特點
硬件是虛擬儀器的基礎,軟件是虛擬儀器的核心。計算機主要完成數據處理和結果顯示。硬件接口電路主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/ 數轉換。根據構成虛擬儀器的接口總線不同,主要分為基于通用接口總線GPIB 的儀器系統、基于數據采集卡的虛擬儀器系統、基于VXI 總線儀器實現虛擬儀器系統、基于PXI 總線儀器實現虛擬儀器系統、基于串行口儀器的虛擬儀器系統和基于現場總線設備的虛擬儀器系統等類型。軟件可定義儀器的功能圖。虛擬儀器系統的軟件結構從底到頂層分為儀器I/O 接口軟件、驅動程序和應用軟件3 個層次。
虛擬儀器作為新型的儀器種類,主要具有以下幾個特點:首先,技術和接口技術,具有方便、靈活的互聯性,可方便地同外設、網絡及其它應用連接。其次,開放式體系結構,縮短系統開發周期。虛擬儀器開放性構成方式,使其具有靈活性和功能的可重構性,可使用戶提高重復利用率,縮短系統組建時間,降低開發費用。最后,“軟件就是儀器”,儀器功能由用戶定義。虛擬儀器系統中,軟件是整個儀器的關鍵,用戶可以根據自己需要定義儀器的功能,通過修改軟件,很方便地改變、增減儀器系統的功能與規模,打破了傳統儀器有廠家定義、用戶無法改變的模式。
三、虛擬儀器在化學工程領域中的應用
虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助客戶創建完全自定義的用戶界面,模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成,標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領測試測量行業發展趨勢的原因所在。它在化學工程領域的應用有以下幾方面:
虛擬儀器可以應用在化工過程控制領域中、是由化工領域中以及化學工程模擬領域中。虛擬儀器可以對化學反映系統中的各個參數進行實時的檢測,還能通過參數的檢測來調整和控制各項參數,以更好地確?；瘜W反應的正常進行。在化工過程控制領域中的應用有很多,例如,東南大學的王曉等人通過基于labview開發平臺的虛擬儀器開發了換熱器試驗裝置測控系統,這個系統有很多功能,包括對各項參數的檢測、記錄,同時還能對這些參數進行分析和調節,基于此,應該加強對該系統的研究和推廣,使其在更多的領域得到應用。石油化工領域中也經常需要運用到虛擬儀器,通常是將計算機技術和虛擬儀器結合在一起進行應用。在這方面的應用實例有:通過虛擬儀器,對石油管道的壓力進行監測,來判斷石油管道在運行過程中會否出現泄漏現象?；瘜W工程模擬,實際上是通過建立化工過程的一系列數學模型,然后根據標準的條件要求以及各項參數,利用計算機,對這些模型進行計算,并根據計算的結構模擬出整個化工過程中所發生的行為。在化工領域中,如果要使用一種新的儀器或者是使用一項新的工藝,需要先依靠計算機對這些儀器或者工藝進行模擬,得到一系列數據,并鑒定其可靠性。虛擬儀器在化學工程領域中的應用,使得整個過程的各項參數判斷更加具體和直觀,有利于判斷其對于工程的影響。這方面的應用實例也有很多,例如,新疆大學的付志新等人開發出了一套基于全混流反應器的模擬系統,并且模擬計算了其中的不可逆的放熱反應。
五、虛擬儀器的發展趨勢和光明前景
虛擬儀器還可廣泛應用于航天航空、軍事工程、汽車、電力工程、機械工程、建筑工程、鐵路交通、地質勘探、生物醫療等很多需要高性能測控設備進行科學分析的場合。例如,利用虛擬儀器系統可以開發復雜的汽車駕駛室模擬仿真系統,汽車ABS 傳感器功能測試系統;可以測試飛機飛行過程中的噪音,進行飛機發動機測試,飛行控制系統測試;可以用于電力參數的測試,構建電力測量控制系統;可以用于開發內燃機測試系統,等等。
自從虛擬儀器出現以來,其技術也不斷發展和成熟,逐漸向著圖形化這一開發平臺中的更強適應性、更高級別的硬件模塊以及更符合標準的驅動程序等方向發展,而該平臺自身的不斷完善和發展也是促進虛擬儀器技術不斷發展和提高的重要保證。同時,怎樣縮短用戶的學習時間和學習量,就能確保其進行具有強大功能虛擬儀器的使用,怎樣讓用戶輕易地對該模擬系統中得到的結果進行判斷,或者如何確保用戶采用一些系統構成比較簡潔的虛擬儀器來對復雜的內容 進行測試,都是虛擬儀器在未來的發展中需要解決的問題。
結束語:
虛擬儀器的結構具有很強的優越性,發展經歷了四個階段,目前,其相關技術的發展已經越來越成熟,被廣泛應用于各個領域中。隨著科學技術的不斷發展,虛擬儀器的應用將不斷擴大。除了上述提到的在化學工程領域中的各種應用,它應用的范圍將不斷擴展到其他相關領域中。因此,虛擬儀器的市場前景是廣闊的。
東北石油大學于2010年成功申請了能源化學工程專業——國家戰略性新興產業相關本科專業。如何在深化教育改革,全面推進素質教育的過程中,突出本專業學生創新素質的培養,積極探索培養高素質創新型工科人才的途徑和方法,是培養我國能源化工人才和教育改革發展的主題。人才質量的高低在很大程度上取決于其創新意識和創新能力的高低,而這正是目前高等教育的薄弱環節?！笆谌艘贼~,不如授人以漁”,就是對培養和鍛煉學生創新意識和創新能力重要性的最好詮釋。
一、優化課程結構
創新能力來源于寬厚的基礎知識和良好的素質,僅僅掌握單一的專業知識是很難做到的。因此,加強學生專業基礎教育的內涵更新和外延拓展及構建合理的課程體系非常重要。首先要優化課程結構,按照“少而精”的原則設置必修課,增加選修課比重,允許學生跨系跨專業選修課程。還要提高學生獲得信息的手段,使學生有機會接觸各學科發展前沿,了解科技發展的趨勢,掌握未來變化的規律。
二、優化課堂教學形式
課堂教學是教學的基本組成形式,學生的創新精神和創新能力的培養也必須滲透到各科教學過程中。教師既是知識的傳授者,也是創新教育的實施者。要結合學生的認知水平和生活體驗,創設新的教學情景導入新課,營造一個鼓勵學生創新的課堂氛圍。采用多樣的課堂教學形式,鼓勵學生提出不同的見解。加強各學科的相互滲透和交叉綜合,有利于學生整體素質的提高;注意融合學科前沿知識和高新科技,激發學生的創新精神。
三、探索開放式實驗教學體系
充分利用我院省級化學工程實驗教學示范中心的儀器設備和師資力量,探索和完善實施開放式實驗教學的方法及其在課堂教學、實驗技能競賽、創新實驗設計競賽、新能源設計競賽、數學建模競賽、本科生畢業設計(論文)中的應用,改革和完善實驗課程成績的科學評價體系,改革實驗室管理運行機制,探索開放實驗室的管理方式和體制,探索保障實驗儀器設備不斷更新以跟上學科發展的途徑,完善實驗儀器設備、實驗經費和實驗耗材的實驗室管理體制。
四、完善學生科技創新體系,建立校內外創新實踐基地
實行學生研究訓練計劃,引導學生在教師的指導下進行科研訓練;鼓勵學生參加教師的科研課題,與教師合作進行科學研究;實行學生科研立項制度,從政策和經費上鼓勵學生進行科技創新;聘請國內外著名專家學者為學生作學術報告等形式,使學生了解能源化工專業發展的學術前沿;鼓勵學生申報國家創新實驗項目,省、校級挑戰杯項目等,提高學生的科學素質,培養學生的科學精神。發揮區域經濟優勢,簽約合作企業,并對創新設計實驗室進行重點投入建設,本專業已建成國家級石油化工工程實踐教育中心和大慶煉化公司的創新實踐基地,為學生創新實踐提供了保障。
五、完善評價體系,建立創新激勵機制
評價是教育管理中實施控制的特殊手段,是教育管理的重要環節。傳統培養體系不利于培養創新人才的弊病反映在評價體系上采用簡單劃一的方式,未能反映出學生的真實全面的水平和能力。對學生的評價不僅要重視知識的全面性考查,更要重視創新能力的考查?？荚嚪绞蕉鄻踊?考試時間自主化。同時建立對學生的創新意識、創新能力、創新成果積極的激勵機制,即對學生的各種創新行為和成果給予正面的激勵和獎勵。建立專門制度,從政策導向上鼓勵和支持教師在傳授知識過程中,積極探索創新思維能力培養的方法并付諸實踐。
六、實踐成果
1.豐富和完善了教育教學研究的改革和實踐。項目在 能源化工專業2009級中進行了三年的應用,收到了良好效果,極大地推動了其他化工專業類拔尖人才和創新人才的培養和實踐,對促進石油化工類拔尖創新本科人才培養質量的提高發揮了積極的作用。2010年以來,石油化工類專業承擔省級教改項目3項。發表教學研究論文9篇,主編教材3部;完成了《分離工程》等省級精品課程的建設,《化工熱力學》、《化學反應工程》、《工業催化》3門重點課程建設。
2.促進了石油化工專學科建設。石油化工創新拔尖人才培養的改革促進了以化學工程與工藝為主的石油化工類學科建設。目前在學科建設方面已有1個國家級特色專業—化學工藝,1個國家級戰略性新興產業相關專業—能源化學工程,1個省重點(特色)專業—化學工程。已有1個國家級實踐教育平臺—國家級石油化工工程實踐教育中心,1個輕烴加工與利用部級重點實驗室,1個石油與天然氣化工省重點實驗室和1個省級石油化工技術研發中心,已成為黑龍江省石油化工工程技術人才培養和培訓基地。
3.學生創新實驗與競賽獲獎。通過創新培養體系的實施,能源化工09-2班25名學生,8名學生參加國家級大學生創新實驗計劃,10余名學生參加國校級大學生創新實驗,公開7篇,申請專利2項。英語四級一次性通過率100%,六級一次性通過率80%;國家二級計算機考試一次性通過率100%,并有40%的學生自愿考試通過國家三級計算機考試。同時該專業學生積極參加各種競賽活動,3名同學獲全國大學生化工設計競賽1等獎,5名同學獲得全國化工設計競賽二等獎,2人獲得全國英語競賽三等獎。1人獲得2011年“國信藍點杯”全國軟件人才設計與開發大賽黑龍江賽區C語言程序設計三等獎,1人獲得2011年高教杯全國大學生數學建模競賽二等獎。校級英語競賽、物理競賽,軟件設計大賽和挑戰杯等獲獎30余項。經過系統化、有針對性的培養和嚴格的考核,學生的綜合素質得到了極大的提高,班級大多數學生獲得了“三好學生”、“優秀學生干部”、“優秀團干部”等榮譽稱號。在此基礎上班級的學風日益濃厚,多次獲得校級榮譽。
七、理論水平與推廣價值
項目研究從能源化學工程—戰略性新興產業相關專業設立的目標與東北石油大學化工學院特色優勢實際出發,構建能源化學工程專業創新人才培養體系。研究成果既有高度概括的模式框架,又有具體可行的實施方案、操作辦法,為全國相關專業的教學體系構建,深化教學改革,提升教學質量,為培養學生創新能力提供了較為全面的理論和實證參考,尤其是是對工科學校教學質量提升和專業教學改革具有推廣價值。
一、新型反應技術的研究
1.1 超臨界化學反應技術
超臨界液體是指在溫度和壓力都處于臨界點之上時,此時狀態處于液體和氣體之間,具有這兩種狀態的雙重性質。這種狀態的流體不僅在化學工業、生物化工、食品工業有廣泛的應用,而且還在醫藥工業等領域應用很廣泛,已經顯示出巨大的魅力,極具發展前景。近年來,化學界將超臨界水氧化法應用到保護環境的領域,但是都處于初級發展階段,很不成熟。
1.2 綠色化學反應技術
綠色化學是指對環境不會造成污染的,有利于保護環境的化學工程。綠色化學簡單說就是采用化學的技術和方法來減少或消除那些對人類有害的、妨礙社區安全的、對生態環境會產生不利影響的原料或溶劑等。綠色化學是將污染從源頭進行消除的工程,因此很徹底,這主要包括原子經濟性和高選擇性的反應,生產出對環境有利的材料,并且回收廢物循環利用的一門科學技術。
1.3 新的分離技術
研究從廣義上說,分離強化首先是對設備的強化,然后是對生產工藝的強化,綜合起來說就是只要能將設備變小、將能量轉化效率提高的技術都是化工分離技術強化的結果,有利于實現可持續發展,這也是化工分離技術的主要趨勢之一。古老的化工分離技術原理:利用沸點的不同,將不同的組分從分離塔里分離出來。隨著科技的發展及國內外的分工合作共同研究除了大量新的分離技術,具有廣闊的發展前景,但是這些在應用中同樣也存在著很多問題,那就是:此項研究對相關分子蒸餾的基礎理論探究比較少,沒有在理論上充分說明和指導,對設計刮膜式分子蒸餾器也沒有深入的研究。隨著信息技術的不斷進步,分離技術也不斷得到改善,取得了長足的進步,逐漸信息技術引入到分離技術的研究與開發上,例如在研究熱力學和傳遞的性質、多相流等方面,這些都是信息技術發生功效的主要分離技術,再如分子模擬大大提高了預測熱力學平衡和傳遞性質的水平。對分子的設計加速了可以加速分離,因此對研究和開發新的高效的分離劑有深遠的意義。信息技術的引進有利于新的分離過程的深入,提高工作效率。
二、傳熱過程的一些新的研究進展和方向
2.1 微細尺度傳熱學研究進展
微細尺度是從空間尺度和時間尺度微細的探討和研究傳熱學規律,現在在傳熱學中已經自成一個分支,發展前景廣闊。當物體的特征尺寸遠大于載體粒子的平均尺寸即連續介質時假定依然會成立,但是由于尺度的微細,原來的假設的影響因素也會相對的發生變化,這就導致了流動和傳入規律發生著惟妙惟肖的變化。目前,微米、納米科學已經取得長足的進步,受到人們的廣泛關注,諸多領域都是圍繞微細尺度傳熱學進行研究的。其中高集成度電子設備、微型熱管、多空介質流動傳熱等多項研究都是微熱尺度傳熱學研究取得的豐碩成果。
2.2 強化傳熱過程的研究進展
這項研究主要是從改進換熱器設備的形式入手,提高傳熱的效率,并想辦法改進設備使其持續對外放熱,這種改進包括發明新的傳熱材料和改進生產工藝,將過去的設計進行優化等方法。
2.3 傳熱理論研究進展
近年來,傳熱研究者一直都致力于滴狀冷凝在工業生產上的應用,但至今仍未能很好的實現,主要問題是如何獲得實現滴狀冷凝,并且使其冷凝表面壽命延長。改變冷凝界面的性質,將滴狀冷凝應用到工業上進行傳熱改造是傳播熱學研究的主要熱點之一。沸騰的傳熱方式不僅在機械、動力和石油化工等傳統的工業之中廣泛使用,而且在航空航天技術等高科技領域也廣泛的應用著。長期以來,人們都在對液體發生核態沸騰的原因和具有高換熱強度的機理進行著深入的探究。由于沸騰的現象是復雜和多變的,這些都導致了我們不能利用常規的計算方法來計算出沸騰所能傳輸的熱量。到現在為止,加熱器表面受到水沸騰時產生的氣泡的影響,這一問題是最需要得到解決的,也是研究的重點所在,對沸騰傳熱進行計算大都采用機理模型,這種方法存在嚴重的缺陷就是計算的準確率很低,而且需要大量的實驗做基礎,所以目前應用的范圍較窄,目前沒有能較準確計算沸騰傳熱的計算式,因此我們有另辟蹊徑,從新的角度來探究和研究問題,從基本理論出發,提出新的理論與計算方法或研究出新的模型,將數學與之相結合計算出沸騰所傳出的熱量,這將成為今后研究的重中之重。
2.4 與計算機技術相結合
計算機技術的進步使化學中大量的計算問題和數據采集分析的問題得到了解決,同時解決了人力物力和財力,也增加了數據的準確度與精確度,主要表現在計算機技術對計算流體力學和數值傳熱學上的主要貢獻,其主要的研究方法是數值模擬法。這種方法的特點是需要大量的數據計算,而且需要大量的實驗作為補充,采用計算機進行分析和計算,有利于將數據直觀的表現出來,方式更加靈活多變,費用更加低廉,并且得出結論的周期比較短,對于應對此類問題計算機技術是最好的選擇。
三、化學工程學科未來的發展動態
3.1 將化工過程與系統過程研究相結合
化學變化是一個復雜的過程,這是因為性質決定的,其非對稱性和不平衡性打破了人們的慣性思維,使其控制因素增多,結構尺度變多,其中結構是對過程工程研究的中心問題,主要解決辦法是簡化其結構,使復雜的結構變得簡單,更具有使用價值;首先研究特殊系統,然后推理出一般性的結論,進而推而廣之,這些都為解決結構問題打下了良好的基礎,解決了復雜系統不容易被分析的問題,采用整體法和還原法研究復雜的系統有利于把握系統的主要變換方向,多尺度的思考問題的方式可以將過程問題轉換成平時的時間和空間問題,對研究化學工程的復雜結構有好處?；瘜W工程的這一轉變趨勢預示著化學正在向著應用領域進行擴張,更加注重其實用性和價值性,而非學科本身理論的研究。這也在化學課堂上出現了明顯的改革,從只有實驗和理論兩個過程的化學轉換成有實驗、有計算最后才產生結論的過程,這就需要化學與數學物理等相結合,甚至與計算機技術相結合,進而實現化學過程的更好研究。
3.2 將化學工程與材料科學研究相結合
科學的進步使大量新的技術和產品能源不斷涌現,并且在先進技術的引導下得到了廣泛的應用,這就為化學工程的研究提出了新的問題那就是如何為新的產業的形成和發展提供良好的服務并不斷形成新的完整的理論,化學工程的發展就此進入老人一個新的發展階段。在學科研究的方法上更多的注重學科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化學、生物與化學、能源與化學、環境與化學相結合的工程學科,這些都為化學工程的發展提出了新的發展方向和研究課題,為化學的發展做了良好的鋪墊。
3.3 將化學工程與信息工程研究相結合
化學工程技術的熱點是將化學工程與信息工程研究相結合,隨著信息技術的發展,信息技術已經深入各行各業,通過計算機技術可以收集大量信息,并對此進行精細的計算,隨著大量的數據的 統計和分析,可以得出很多重要的規律和結論,這些規律可以用來作為提高效率和生產效益的理論依據,同時可以預見,將化學工程和材料科學結合起來進行分析必將是化學工程領域的重點研究課題,必將成為引領化學研究的主要方向。
四、結語
化學的影響以及需要重點探討的方向,就是化學環保問題。由于化學工程往往都會涉及污染問題,因此從化學工程技術角度分析,將從技術角度出發,從而盡最大限度來降低化工技術對環境的影響。未來化學工程技術的發展,直接影響著其發展態勢。
1 引言
化學生產工藝是化學生產過程中一直處于開發狀態的技術,化工工藝的開發與發展在近年來更加火熱,主要原因在于化工生產常常造成一定范圍內的污染。隨著人們對環保理念的關注,化工生產的工藝受到了挑戰。以往化工廠的污染問題一直得不到徹底的解決,污水化學殘留物的排放,給人們的生活帶來了很大的影響。化學生產造成污染,從很大程度上是其生產工藝存在問題。因此,為了解決其污染問題,并在一定程度上提高其生產效率,重點就在于改善其化學生產工藝。
2 我國化工生產的現狀分析
我國工業的幾大主體:機械工業、煤礦工業以及化學工業。化學工業之所謂成為工業的重要組成部分,其重要因素在于化工生產能夠在很大程度上滿足人們生產與生活的需要,從而推動了我國的工業以及農業的迅猛發展。化學肥料是目前我國農業農作物的主要肥料,在很大程度上維持著我國農業的發展與穩定。然而,由于化學生產過程中必然會產生化學廢物,造成一定范圍內的污染,尤其是排放的廢水以及廢渣,成為了自然中的主要污染源。從目前我國的化工廠的化工生產分析,總體上處于一種以犧牲能源以及環境為基礎的化工生產。具體分析如下:
化工生產的效率不高;我國工業發展存在一個共同的弊端,主要在于其生產的效率不高。在化學反應過程中,主要由于生產環境以及生產設備的不過關。例如在進行化學肥料的生產過程中,反應器皿往往無法達到反應溫度。從而使反應不充分,造成廢氣以及廢物的產生。不僅如此,反應不充分,造成的最大問題在于反應后生產的化學產品合格率太低,無法滿足人們的生產以及生活的需要。最為嚴重的是,不充分的化工生產,造成巨大的能源與資源的浪費,從而大大降低了化工生產效率。
化工生產造成自然環境污染嚴重;化工生產是目前我國主要自然污染的源頭之一,尤其是重金屬的生產與化學反應。在化工場附近的廢水檢測中的結果顯示,廢水中的重金屬嚴重超標,造成水源的污染,從而影響土質,造成自然環境的失衡。此外,對于化工生產過程中造成的廢水與廢物,化工廠為了節約成本等原因,而采用直接排放的方式,將污水以及廢物直接排放到自然中,造成了大范圍的污染。
化學工程中,連續的化工生產環節不連貫,造成整個工程的連續性不佳,工程的進度容易受到影響,尤其是當整個生產環節出現脫節的時候,就會對化學工程造成很大的影響。而化工生產環節中,出現的影響,其主要原因也在于生產工藝的不合格。
綜上所述,目前我國化工生產的主要現狀為生產效率不高,防污染環節不重視,沒有專門的污染處理系統以及化工生產的不完善等。這些問題,一起阻礙了我國化學工業的發展。
3 我國化工生產工藝解析
從上文中,對于我國目前的化工生產過程中,存在著主要的問題就在于我國的化工生產工藝還不是非常完善。針對這些存在的問題,化學的生產工藝需要有哪些改進呢?在化工生產過程中,采取哪些最新的化學生產工藝能夠降低化學生產所產生的污染呢?
首先,化學生產過程中,提高反應條件以及反應環境。反應條件是化工生產中最為重要的環節,為了達到高效生產,提高生產效率,減少廢料的產生,反應條件是最為關鍵的因素。因此,提高化工生產效率的最為關鍵的因素就在于加強化學生產過程中的反應條件。催化劑以及反應所需條件一定要達到所需標準,才能保證在化工生產過程中,高效生產,并減少廢物的產生。其中,廢物包括廢水、廢氣以及廢渣。保證這些廢物不直接排放到自然環境中,就能保證化工生產的相對環保。
其次,化工生產過程中,并非只是提高產品生產的環境,更應該能夠提供廢物處理的程序以及治理系統。目前,我國規定,有毒物質以及重金屬是絕對不允許直接排放到自然環境中的。此外,還包括我們經常看到的廢氣,這些都應該經過適當處理后才能進行排放。廢水的排放一般要采用化學綜合的化工工藝。其原理很簡單,主要是通過化學反應中最基本的原理,將廢水中的重金屬通過沉淀的方式,使其沉淀,從而減輕其危害性。此外,廢氣的處理應該在排氣的中部以及頂部,都設置一出廢氣處理系統,這些裝置可以將廢氣中的有毒氣體以及廢氣中的粉塵過濾,從而保證排放到空氣中的氣體符合國家要求的標準。
最后,真正從化學工程中的化工生產工藝技術入手,工藝技術是指從不同的反應原理以及反應條件進行分析與探討。例如制造氧氣的方式就有很多種,那么哪種方式才是最為簡單、效率高并且更適合化工生產呢?當然,在不同的環境下,對于生產的原料以及方式都是可以隨機改變的,并能通過改變來進行適應性生產,從而提高化學生產的效率,并實現高效以及綠色生產。
總之,化工生產工藝的提高,應該從當前的現狀分析,找出生產環節中的弊端嗎,從而大力發展化工工藝。
4 結語
以上分析主要探究化學工程中,化工生產的工藝問題?；どa在環保以及節能減排等多個主流理念的影響下,開始不得不提高其生產工藝。傳統的生產工藝以犧牲自然環境為代價,生產大量的化工產品。雖然這些化工產品對于我國農業以及整個工業的發展都起到了非常重要的作用,但是合理生產、綠色生產才是工業發展的基礎。化工生產的工藝亟待提高,因此出現最新的化工生產技術以化工生產工藝,旨在能夠在提高生產效率的同時,并能滿足節能減排以及環保的要求。如果生產工藝無法真正實現環保與節能減排,那么也可以開發化工后期的環保處理工藝?？傊?最大限度提高化工生產工藝,從根本上解決化工生產中的問題,實現合理化生產。
工業產業的發展,對國民經濟的提高具有重要意義,但在工業產業的發展過程中,國家能源及生態環境也面臨著越來越嚴峻的挑戰,能源消耗、環境污染越來越受到關注[1]。工業污染物處理、生活廢品處理等已經成為一個值得進行深入研究的重要課題。綠色化學工程是一個新型項目,其發展的主要目標為對化學生產過程中產生的資源浪費及環境污染現象進行處理,促進化工環境污染及資源浪費得到改善。
一、綠色化學工程與工藝的開發
在傳統化學的生產過程中,在有毒、有害物質的處理上存在較為嚴重的滯后性,因此導致化學工藝一直處于被動生產。應用這樣的化學工藝對污染物進行處理無法取得理想的效果,資源優化也無法得到有效實現?；瘜W工藝的應用不但導致化學生產污染物成本提高,還導致污染物處理效率嚴重下降。綠色化學工程的應用可有效彌補傳統化學工程中存在的缺陷,其通過對相關科學技術及先進方法的利用,對化工生產相關污染物進行除塵、脫硫等處理。綠色化學工程與工藝具體實施方法主要有以下幾種。
(一)采用綠色化學原料
在化工生產工藝及具體流程中,化學生產原料是起著決定性作用的主要因素,在傳統化學工程中,所用原料大部分為不可再生能源。采用這些原料不但大大提高國家不可再生能源的消耗,同時還導致污染物的排放量大大增加,加重生態環境污染程度。將綠色化學原料作為化工生產材料是綠色化學工程重要研發內容之一。在化工生產過程中,可使用綠色化學物質、自然物質等無染污、可再生的化學原料。典型的綠色化學原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產過程中,可使其轉化為酮、醇、酸類等多種化學品。在整個轉化反應過程中,這些原料僅會產生一定量的氫氣,而不會有任何一種有害、有毒的物質產生。
(二)提高化學反應的選擇性
在化學工程的物質反應中,化學反應作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學原料的轉化均是需要化學反應才能得以實現。在化工生產過程中,合理選擇有效的化學反應形式可有效促進化學工程生產效率及質量得到提高[2]。對化學反應產生影響的因素有很多種,反應原料、環境、時間、特點等均會對化學反應產生不同程度的影響。在化學生產過程中應用最為普遍的反應形式為氧化反應。在氧化反應過程中會有大量的熱產生,所有化學原料均會在熱的催化作用下發生變質,因此會大大降低化學品的生產質量。在綠色化學工程中,應用新型的反應形式,這種新型反應形式為烴類氧化反應。這種反應形式的應用不僅可促進催化物反應催化能力得到提高,同時還可有效促進生產物同分異構反應時間增加。
(三)使用無毒無害催化原料
隨著化學工業發展速度的不斷加快,將化學反應合理的應用于化工生產過程中已經成為促進工業可持續發展的重要前提之一。在化學反應過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應用于化學反應過程中,可有效加快反應速度,縮短法寧時間。所以,在化工生產過程中使用無毒無害的催化原料成為推動綠色化學工程與工藝不斷深入發展的重要前提條件之一。目前,我國相關部門已經高度重視對催化原料的選擇及應用進行深入研究。越來越多的催化劑得到開發和研制,化學反應過程中使用的催化原料不斷得到改善,分子篩除催化劑等優良催化原料在化工生產過程中的應用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應用可有效提高化學反應效率,降低能源消耗量,同時也可減少環境污染。
二、綠色化學工程與工藝對化學工業節能產生的促進作用
目前,在各工業產業的生產過程中均已廣泛應用到綠色化學工程與工藝。該工程中具有的應用性能不僅可有效改善化工產業發展過程中存在的資源浪費和環境污染問題,同時還可有效促進化工生產的結構不斷得到優化。綠色化學工程與工藝在化工產業中的應用主要表現在如下幾點。
(一)清潔生產技術的應用
清潔生產技術是一種具有較高價值的綠色技術,該種技術主要是通過對化工原料進行無害、無毒、無廢處理,實現原料利用率得到提高,進而促進化學工程的生產質量得到提高。在清潔技術中,應用最為普遍的技術分別為脫硝和脫硫兩種技術。應用該兩種技術對存在較為嚴重的污染的化學廢物、生活垃圾等進行綠色處理,經過相關技術的處理后,生活垃圾可有效轉化為沼氣。應用自然發電技術來代替傳統發電技術。太陽能、風能的開發和應用是清潔生產技術飛速發展的重要標志。在生物工程中合理應用清潔生產技術,可有效促進細胞及基因工程的發展效果得到顯著提高。在輻射加工中應用清潔生產技術,可促進催化劑的作用得到顯著提高。
(二)與生物技術相互結合的應用
在生物技術領域中,其技術范疇具體包含細胞、微生物、基因、酶等多種技術。其在各化工生產中的應用主要包含有生物化工合化學仿生學兩個方面的內容。在生物體內,生物酶作為催化劑存在,其具有顯著的專一性和高效性,在生物合成的每個過程中均無法脫離酶的作用。在綠色化學工程與工藝中對生物技術進行合理應用,通過相關技術處理,可使再生資源轉化為相應的化學品。早期所應用的有機化合物原料大部分是直接源自動物和植物,后來才逐漸發展為將煤炭、石油作為原材料使用。在綠色化學工程與工藝中,通常情況下均是應用工業酶或存在于自然界中的酶作為催化劑。將酶與通常應用的化學催化劑進行比較,酶在應用過程中的優點主要表現為無污染、產物性質好、反應條件溫和等。例如通常情況下均是應用丙烯腈進行丙烯酰胺制備,當使用酶作為催化劑后,能耗消耗量大大降低,反應具有徹底性,并且在反應過程中無任何副產物產生。
(三)生產環境友好型產品
綠色化學工程與工藝的主要發展目的之一即為為社會生產處環境友好型產品,如清潔汽油、磷洗衣粉等無毒無害產品。通過綠色化學工程可以生產出與社會、自然環境發展相符合的友好型產品。綠色化學工程生產的出現在很大程度上起到了保護環境的作用。在社會生產、生活中,人們的購買的產品均為綠色產品,不僅有效保證了人們身體健康,同時也可促進社會健康、和諧發展。因此,在化工生產過程中,如能夠促進綠色化學工程與工藝對的優勢得到充分發揮,可有效降低生態環境的染污,促進國家自然環境和社會經濟得到可持續發展,對國家的長遠發展及社會的進步具有重要意義。
三、結束語
在綠色化學工程與工藝中,應用無毒、無害的物質作為原材料,使用節能減排的生產工藝,應用清潔生產的技術,可有效降低化學工業生產過程中能源消耗,減輕生態環境污染,促進人與社會和諧發展、產品與生態互補得以實現。因此,對綠色化學工程與工藝進行開發和研究是對當代化學工業的發展產生嚴重影響的主要因素之一,是促進化學工業可持續發展的重要前提條件。
1化學工程與工藝專業的煤化工特色專業建設原則
1.1以市場為導向
隨著能源需求量不斷增大,我國對開發能源的技術人才也有了更高的要求。我國教育部在1996年將“煤化工”等專業列為化學工程與工藝專業,促進我國煤化這一特色專業發展。加強煤化工特色建設,可以擴大煤化工產業,推廣清潔能源,這也是市場經濟的必然需求。煤化工特色建設,要以市場為導向,將學生的就業與市場相結合,從而保證學生在面對社會選擇的時候,有足夠的自信,具備扎實的專業基礎和技術水平,提高就業機會。
1.2發揚創新精神
只有發揚創新精神,才能夠彰顯特色。特色專業是經過改革后被確定的內容,它本身就具有探索和創新,但煤化工專業發展中,以往的教學經驗仍然會對創新有所阻礙,因此在建設有特色的煤化工專業時,要用發展的眼光看問題,創新教育觀念和人才培養機制,促進煤化工特色建設。
1.3穩定發展原則
化學工程與工藝專業的煤化工特色建設,始終堅持煤化工人才培養方向,也有著自身的特色,畢業后學生主要面對鋼鐵冶金系統,能源方向,因此在建設特色專業是,也要立足根本,找準發現,堅持穩定發展的原則。煤化工建設要以市場為導向,在發展中會面臨內部和外部的變化,因此穩定發展,才能適應不確定的變化,適應社會和市場的要求。
2建設煤化工特色的對策
2.1創新教育觀念
專業建設是高校辦學理念的表現形式,其特色建設的發展方向、過程等都離不開一定的理念指導[1]。煤化工特色專業的發展與市場分不開,煤化工專業與能源安全與供應、鋼鐵冶金行業發展與節能減排實現有著很大的關系。隨著能源問題出現,可持續發展的理念不斷攝入,煤化工專業發展也要將觀念進行創新,以便適應社會的要求?？梢酝ㄟ^實現教育活動,將教育觀點和教學理念進行談論和創新,在實際工作中,如果出現了教學理念偏差,要及時用正確的思想觀念給予指導。創新教育觀念是培養煤化工人才的必然要求,通過定期考核,加強教育工作者的思想意識,將這種觀念融入教育,這也是促進我國煤化工產業的重要措施。
2.2創新課程體系
煤化工特色專業要突出特色,因此要有明確的教學目標,以便在基礎教學中突出特色,從而培養有特色的專業性人才?；瘜W工程與工藝專業的課程體系要突出煤化工特色,根據高校制定人才培養目標,科學設定課程體系,使本專業的教學能夠有序進行。課程體系是特色專業實施的基礎和關鍵,因此要保證其合理性、科學性和可持續發展。煤化工專業是一門傳統的學科,但特色建設賦予了它新的生命力,因此這門學科的課程體系要與國內外最新的教育理念相吻合,從而能夠在以往的經驗中,發揮教學成果的理念,整合課程資源,促進特色專業發展。煤化工特色建設課程體系要反應時代的特征,但也要與學校的特色向結合,建設出使用社會發展的化學工程與工藝專業的課程體系。煤化工課程體系要突出特色,例如開展“焦化特色課程”、“清潔能源課程”等,充分發揮本專業的特色。將基礎必修課和輔修課程想結合,促進煤化工特色專業發展。
2.3理論與實踐相結合
化學工程與藝術是實踐性較強的專業,在建設特色煤化工專業時,要將理論與實踐向結合,培養學生的綜合能力[2]。教師在教學時,可以結合計算機開展輔助教學,將最前沿的煤化工專業知識傳授給學生,讓學生形成較強的專業意識。高校還應加強與企業的合作,為學生提供更多的實踐機會,讓學生參與到企業生產實踐中,培養學生的動手能力,在實踐中,學生能夠更好地解決問題。將理論與實踐向結合,才能夠促進煤化工特色專業建設,學生在實踐中,專業能力得到鍛煉,整體的素質也會不斷提高。
2.4建立健全質量保障體系
完善的質量體系建設是有特色的化學工程與工藝專業的保障,在科學的監督機制中,促進煤化工專業發展。高校要保證特色專業有效進行,就要對其投入更多的科研、資金及教學條件,這些物質保障是實施特色專業的前提?；瘜W工程與工藝專業的煤化工特色建設中,會面臨很多問題,如課程實施不佳,教師專業能力不強等,這些因素都會阻礙課程目標的實現。做好特色專業,離不開完善的質量保障體系。為了保證教學質量,因此要制定質量責任制,包括學生評價、教學反饋、教務系統質量檢測等,確保教學目標的實現。
3結語
化學工程與工藝專業的煤化工是高校的特色專業,因此要堅持以市場為導向和創新性原則,在穩定發展的基礎上,促進本專業特色發展。煤化工特色建設要創新教育觀念,將理論與實踐相結合,健全教學質量監督機制,突出特色,促進教學目標的實現,為社會培養更多的煤化工專業人才。
1 結構的定義及其時空多尺度特征
“結構”在《辭源》中有如下定義:1)連接構架;2)物體構造的式樣;3)詩文書畫各部分的組織與布局。
結構具有多尺度和隨時空變化的特征。如太陽系由太陽、地球、月亮等不同尺度的星體構成,它們在萬有引力的相互作用下處于有序而不停的運動之中。又如一棵樹由不同尺度的樹干、樹枝和樹梢組成,相互依分數維的規律連接形成一個有機整體。化學工程同樣具有多層次、多尺度并隨時空變化的結構,一般可分為從分子到顆粒的小尺度區、從顆粒到單元設備的中尺度區和從單元設備到系統流程的大尺度區。各區中均有各自不同的結構。小尺度區中的結構,如超分子和離子液體結構。
2 多相流結構的預測
結構需要若干參數來定量表達,以工業快速流化床提升管中的流動結構為例,需要 8 個參數來描述,分別為密相表觀氣速、密相顆粒表觀速度、聚團平均直徑、密相空隙率、密相體積分率、稀相表觀氣速、稀相顆粒表觀速度、稀相空隙率。李靜海、郭慕孫在研究快速流態化床的局部結構時,提出了能量最小多尺度作用模型。
(Energy-Minimization Multi-Scale Model,EMMS)。該模型認為在快速床中流體用于顆粒的懸浮輸送能最小,并以此作為系統的穩定性條件,與稀密兩相的動量守恒方程、等壓降方程、氣固兩相的質量守恒方程、聚團尺寸方程一起求解,成功預測了反映快速床局部結構的 8 個參數。借鑒 EMMS 模型的方法,結合研究不同床型、內構件、外力場對多相流動的影響規律,可望建立各種類型流態化床結構參數的預測模型。
3 結構—性能關系
眾所周知,物質的分子結構與其熱力學特性密切相關;材料的微觀結構、介觀結構與其宏觀的物化和力學性能密切相關,如金剛石與石墨同樣都是由碳元素組成的物質,由于碳原子排列的方式不同,金剛石堅硬無比,而石墨則非常柔軟。同理,以尺度大小不同、空間分布不均的氣泡、液滴、顆粒、聚團組成的化工多相流的局部結構與其流動、傳遞、反應行為密切相關。
圖 1 為離子液體的結構圖。各離子之間通過氫鍵形成網絡結構,因此具有較高的黏度。圖 2為微乳液中的膠團(水包油)和反膠團(油包水)的結構示意圖,雖然其尺度微小,僅 10~100 nm,但結構復雜。以反膠團為例,其核心為自由水,核心周圍是結合水層,再往外為表面活性劑和助劑雙親分子層,最外是油相。該結構與微乳液的萃取分離和反應性能密切相關。圖 3 是由微觀像探頭(鏡頭直徑 3 mm)拍攝到的快速循環流化床中的局部結構的照片,從中可見快速流化床中存在顆粒的聚集相(聚團)和顆粒的分散相(稀相)兩相結構,聚團的形狀不規則,大小不相同,這種結構對快速流化床中的傳遞與反應具有直接的影響。圖 4 是納微顆粒鼓泡流化床層流化時和斷氣塌落后的照片。納微顆粒表面過剩的自由能使其具有聚集成團的特性。從圖 4 可見,床下部是大尺度聚團,床中部是中等尺度聚團,床上部是小尺度聚團。顆粒聚團內部的顆粒與氣流接觸很差,嚴重影響傳遞和反應速率。圖 5 為氣固鼓泡流化床的照片。其中,圖 5a 的床中無內構件,床層由氣泡相和乳化相組成,氣泡尺寸較大;圖5b 的床中有多塊百葉窗型橫向擋板,床層由氣泡相和乳化相組成,但氣泡尺寸較小且均勻。氣泡會形成氣體短路,嚴重降低氣固接觸效率。圖 6為工業流化床中設置的組合式橫向斜片擋板,可以有效破碎氣泡和顆粒聚團,斜片導向可進一步強化氣固接觸。圖 7 為工業萘氧化制苯酐流化床反應器的內部結構圖,床底的氣體分布板可使氣流均勻分布,床中的垂直換熱管內構件可強化氣固接觸,減少放大效應。由于這種多相流結構的難以預測性和構效關系的復雜性,傳統的化學工程采取平均的方法,必然造成預測的偏差,成為化學工程放大的瓶頸問題。
4 多相流結構的調控——散式化方法過程
工業多相反應和分離設備中局部結構由氣泡、液滴、顆粒和聚團等尺度不同的分散相和氣、液介質連續相組成。這種分散相的尺寸越小,它們在連續相介質中分散得越均勻,相間接觸界面就越大,越有利于傳質、傳熱和化學反應;同時如果相間的滑移速度越高,則相間界面越薄,界面的更新速度越快,同樣有利于傳質、傳熱和化學反應。影響結構的最主要因素是系統或設備條件(包括顆粒和流體的性質、設備與內構件的結構與形狀、外力場的影響等)和操作條件(包括溫度、壓力、氣液固三相各自的流速與流向、穩態操作與動態操作等)。當前引人注目的微通道與膜反應和分離技術的優勢也在于可有效調控結構,得到尺度均勻而微小的氣泡或液滴,強化相間接觸。
5 多相流結構與計算機模擬
20 世紀 80 年代以來,隨著計算機科學和測試技術的飛速發展,計算流體力學和過程的計算機數值模擬應運而生,人們可以通過實驗和理論分析建立數學模型,并采用高效計算機對復雜過程進行計算機數值模擬,進一步通過多種實驗參數的測量對模擬結果加以驗證。這方面的工作已經取得了很大的進展。流化床結構的預測、優化調控以及規模放大的最終解決,無疑應當寄托于計算機的數值模擬和仿真技術。當前用于氣固流化床數值模擬的數學模型主要有兩流體模型(Two-Fluid Model,TFM)、顆粒軌道模型(ParticulateTrajectory Model,PTM)和流體擬顆粒模型(Pseudo-Particle Model,PPM)。巨大的計算量使 PTM 模型和 PPM 模型的應用受到限制,應用 PTM 模型和 PPM 模型對含有大量顆粒的工業系統的模擬目前還不現實。兩流體模型將顆粒也視為流體來處理,由兩套分別描述流體和顆粒相的流體動力學方程組來描述,其間通過相間作用項來封閉,兩相同在 Euler 坐標系下處理。該模型主要是在微觀足夠大和宏觀足夠小的尺度上進行平均化,這使得這些微元適于在衡系統獲得簡單的本構方程,從而可以通過數值的手段預測系統的時空變換。由于系統的復雜性和局部非均勻結構的存在,真正能滿足這種要求的微元尺度與反應器宏觀尺度相比往往過于微小,目前的超級計算機速度也很難滿足其需要,所以不得不采用加大尺度的微元,其內部含有豐富而顯著的非均勻結構,這時現有的本構方程已經不再適用。目前多數具有應用價值的模擬成果都是應用雙流體模型得到的。FLUNT、CFX 等以雙流體模型為內核的商業軟件被廣泛采用。
結束語
化工多相流反應與分離設備中存在顆粒、氣泡、液滴、聚團,且其尺寸大小不同、空間分布不均勻。該局部不均勻結構與流動、傳遞、反應行為密切相關。傳統的化學工程忽視局部多尺度不均勻結構而采取平均的方法,造成對“三傳一反”行為預測的偏差,成為化學工程放大的瓶頸問題,應引起學術界關注。近年來在結構參數的預測理論研究、結構與傳遞和反應的關系理論研究、結構的優化調控理論與方法研究以及結構參數與兩流體模型相結合的多相流計算機模擬研究等方面已經取得一定進展。但面對復雜得多尺度結構問題,需要付出更多的努力。
