化学反应工程实践教学的改革与探索.docVIP

化学反应工程实践教学的改革与探索 摘要：以提高化学反应工程教学质量、加强学生实践动手能力为目的，采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等改革措施，取得了良好的教学效果。 关键词：化学反应工程；实践教学；改革 化学反应过程是化工生产过程的核心，流程中反应器的投资不一定最大，但反应器的设计精度、操作控制精度均要高于其它设备，是决定最终产品产量和质量的关键部位。化学反应工程是一门研究工业反应过程的开发和反应器设计、优化、放大的工程学科。目标是通过学习培养学生分析、解决工业反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力。化学反应工程是人类从科学实验和生产实践中总结发展起来的，它离不开科学实验和生产实践。学生在学习时普遍感到理论抽象、数学推导繁琐、工程问题多，不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。本科生的工程背景知识不足，仅靠理论教学难易将反应工程基本原理与工业反应过程有效结合，难易将知识内化为学生的能力。开好这样一门课程，改革实践教学是深化书本理论知识、强化工程应用能力的有效途径之一。为此，青海大学化工学院(以下简称“我院”)在加强实践性教学方面进行了一系列的探索，采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等一系列改革措施，取得良好的教学效果，显著加深了学生对化学反应工程基本原理的理解，有效提高了学生在反应器设计、科学实验研究、反应器操作等方面的实践动手能力。 一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力 我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计，要求每个学生独立完成硫酸转化器设计，采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同，学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书，内容包括设计任务书、目录、设计方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献，等等。设计过程中学生之间广泛讨论，商讨设计方法，学习氛围浓厚。虽然过程相似，但设计条件不同，每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计，学生对固定床催化反应器的形式和特点，固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法，平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法，最佳温度、最佳温度曲线的概念和绘图方法，各段进出口温度、进出口转化率的最佳分配方法，利用本征动力学方程，通过数值积分计算反应时间的方法，催化剂用量的计算及校正方法，反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点，有了深刻的理解和较好的掌握。 二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力 对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说，实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器，如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中，我院通过专业实验课、综合设计型实验课，逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验；开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验，学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法，多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性，理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别，连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因，全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法，反应精馏与常规精馏的区别，连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法，温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响，转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点，有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识，不但在实验中得到验证和巩固，而且得到了应用，掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。 三、开展仿真实训、培养实践操作能力 我院以前有四周生产实习，实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时，学生得不到实际操作设备的锻炼机会；一般实习一个化工产品的生产过程，学生掌握了工艺流程、生产原理之后，实习后期学习兴趣、主动性降低，影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用dcs控制，技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来，计算机仿真技术的应用越来越广泛，采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化，从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征，将“抽象”化为“形象”，动态演示工业生产过程。并且，仿真实训具有无消耗、无污染、可