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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。
(1)学校没有对学生的实习进行良好的规划
目前很多学校对于实习对提高学生实践能力重要性的认识也有待提高,没有真正的从各个方面进行规划,仅仅是为了完成教学任务走走过场。而且很多学校的实习时间都安排在大四上学期。那个时候课程负担仍然很重,而且很多学生还有考研的计划,所以很少有学生把精力真正放在实习上面。很多学生甚至将课本和考研材料带到实习单位,使实习的效果大打折扣。除此之外,学校将所有学生的实习均放在一个学期,这也造成了联系实习单位的实际困难。
(2)没有进行很好的校企联合
很多企业都认为学生实习无法给企业带来相应的市场价值和经济效益,反而因为要分心管理来企业实习的学生,会延误其正常的生产活动。同时也因为学校和学生本人对实习的不重视,造成企业接纳实习生的热情受到挫伤。而事实上,学校和企业如能充分利用学生实习的平台,校企紧密结合,既有利于提高高校毕业生的实践能力,又能帮助企业在用人方面避免“用工荒”这一尴尬现象。针对以上状况,建议对该专业的实习进行以下几点改进:
①加大实习改革,提高动手实践能力
在教学过程当中,注重实践环节,致力于培养学生的实践能力。在实验教学中,增加创新型实验,减少验证性内容,以此来培养学生的创新能力。针对我国现在各大高校化学工程与工艺实习的问题,应该从几个方面进行改革。首先,要为学生提供稳定的实习基地,让学生将集中实习和分散实习结合起来。其次,应当提高学生的动手能力。企业应该为学生配备相应的企业导师,让学生在导师的指导下,亲自动手实践,将书本中学到的理论知识真正的运用到实践当中来。在实习过程中,不能仅仅让学生当一个旁观者,更应该让其成为真正的实践者。最后也是最重要的一点,通过帮助企业解决生产过程中碰到的技术问题,让学生在实习中体会到攻克技术难题的乐趣,培养学生的兴趣点,让学生从起初的被动学习中走出来,真正积极主动的投身到化学工程与工艺实践中来。
②加强实习的组织管理
以往,无论是学生、学校还是企业都没有给予化学工程与工艺学生的实习以足够的重视,因此造成疏于管理,松懈怠慢等现象。现在,学校和企业作为组织者:
a.应该从组织上着手,加强组织管理,制定相关的制度对学生加以约束。
b.学校应该提高实习在考试当中的比例,以此来提高学生的重视程度。另一方面,也应该从学生的角度出发,为学生制定符合他们自身发展的实习制度。
c.从规章制度上加强管理,杜绝离岗脱岗现象。而企业则可以通过一些和就业相关的激励政策对学生加以引导。
③做好课程与实习的规划工作
a.为了避免与其他课程的考试和实习相冲突,学校应该提前对学生在校学科学习的时间进行协调,为学生实习留下充足的时间。b.学校在实习时间上宜采取分批次、分不同类型企业来组织学生实习。避免所有的学生都在同一时间段、同一家企业进行实习的情况,实习效果大打折扣。
④加强校企联合
目前化学与工艺实习存在的最大问题就是实习地点的联系问题。因此来自于企业的社会保障必不可少。以往学校的实习环节当中,企业考虑学生安全的问题,往往存在着联系企业难这一问题。应当加强.校企联合,为学生提供充足的实习资源。在校企联合的模式当中,可以为学生提供双导师选择制度,校内导师和校外导师相结合,实现优势互补,合作共赢。企业可以配备相应的导师,对学生的实践进行指导,让学生不仅有理论知识,而且可以学以致用。其次,企业可以和学校签订合约,每年从学校选拔优秀的毕业生定点输送。这样做及解决了学生就业困难,又可以为企业招到熟悉其运营机制的劳动者,达到双赢的局面。除了企业,政府的支持也是必需的。政府应该从政策上对化学工程与工艺予以重视,并且帮助学校为学生的学习提供良好的条件和环境。
(5)改善实习考核制度
通过重建学生的实习考核制度,改变学生的被动实习状态。以往学生的实习最后都是由企业盖章,并不加入或者很少加入学生最终成绩的考核。现在,为了使学生更加积极主动的投身到化学实践当中,学生在实习中的动手能力,创新能力以及最终的实习效果等均应列入考核机制当中。
2化学工程与工艺课程体系和教学内容的改革
随着知识信息时代的发展,以往的教育模式已经无法适应当前的形势。首先我们应该分析一下以往课程体系中存在的问题,然后有针对性的进行解决。
2.1课程体系支离破碎,整合度太低
现在化学工程与工艺的课程体系还很不完善。每门课程的联系性不高,以至于学生无法形成一个完整的知识框架和体系,不利于学生将学到的知识融会贯通,学以致用。该专业是一门结合度很高的专业,知识体系的不连贯也不利于和其他学科的有机结合。
2.2过分注重基础知识和书面知识,忽视学生的实践能力
在应试教育的影响下,很多学生和老师把更多的关注放在了考试成绩上,我们经常看到成绩很好的毕业生来到企业,操作能力却非常差。这也是现在应届生就业困难的一个重要原因。
2.3弱化了单元工程与环境和系统的关联
课程中所学到的知识,其最终的目的还是要用来解决实际的需要。目前化学工程与工艺的开发重点主要在于环境保护方面。但是现在的课程却片面注重书面知识,忽略了这一最主要的功能的联系。新的课程体系改革的着力点应该主要放在对学生实践能力和综合素质的培养。关于该专业的高校课程设置,实践探索比理论探索更为复杂,是一项艰苦的工程,需要不断地进行磨合与调试。现在主要针对以上几点,提出相应的改进方案:
(1)扩充知识体系,培养学生的综合能力
建立逐层递进的知识系统。教学模块从基础知识到基础实践,再到实践操作,创新提高的层面。其中实践模块应该予以足够的重视。该模块可以使学生的专业学习和实际应用结合起来,为企业提供专业性人才。在学生的课程体系当中,除了对于必修课的注重,也应该扩大选修课的范围。在选修课的设置方面,要根据课程的发展性、创新性以及与本学科的联系性来进行选择。注重学科的技能强化,使学生根据自己的职业志愿进行选择。还可以通过讲座等方式,来激发学生的专业兴趣。另外,可以根据培养目标,增加化工管理等相关内容。在原有的课程体系中,扩大设计类课程的比重。这样既有利于学生知识面的拓展,又有利于完善学生的知识体系,最终为国家培养出适应社会需要的一专多能的人才。
(2)加强学生实践能力,增强社会责任感
一方面,学生应该积极主动的投身到化学工程和工艺的试验和实习当中来,另一方面,要有强烈的社会责任感。现在该专业的迅速发展,即为当代大学生提供了自身发展的契机,也带了压力和动力。当代大学生应该以保护环境为己任,投身到绿色化学的研究当中去。另外,应当增加课程中的实验内容,增加设计性实验和创新性实验,适当调整理论教学和实验教学时间分配。同时在课程设计等实践环节中,注意培养学生的工程观念和团队精神。
(3)强化课程与系统和环境的联系
通过整合课程结构,使该专业的知识之间的关联性得以加强,并能够更好地与系统和环境相关联。为绿色化学的发展提供有利的契机。
(4)为化学工程与工艺专门人才培养提供师资保障
良师在学生的学习生涯当中起到的作用是举足轻重的。因此,学校在老师的选拔与配置方面应该着重注意,为学生选择理论知识和实践能力双优的教师。另外,学校也要和企业积极交流,在企业中为学生选择适合学生发展的校外导师,对学生的实习和毕业设计进行指导。
近年来,以分析裂解为主的反向工程技术发展极为迅速,其优越性在于:①可以了解橡胶制品的组成、结构以及各个体系的作用机理,从而优化配方提高制品的性能,指导新制品的研制开发;②可以分析废旧橡胶制品的成分、结构,从而了解老化降解机理,为废旧橡胶制品的再利用提供依据。
一、分析裂解原理
是指将样品放在严格控制的环境中加热,使之迅速裂解成易挥发的分子碎片,并用其他联用装置分离和鉴定这些裂解碎片,从而推断样品的组成、结构和性质。联用装置最普遍的是色谱仪和质谱仪,故分析裂解是裂解质谱和裂解色谱的总称。
1.裂解质谱
裂解质谱即将热裂解产生的碎片送入质谱分析仪中,由谱图分析裂解产物。裂解质谱具有所需样品量小、可从碎裂方式分析分子结构、可鉴定混合物等优点。故裂解质谱是最早也是最广泛应用于合成和天然高分子结构分析的质谱技术,典型应用包括:均聚物结构的确认;异构体高分子的区别;共聚物的组成和序列分布分析;高分子混合物的分析;高分子中挥发性添加剂的鉴定及添加剂对高分子性能影响的研究和高分子的热分解机理研究等。裂解质谱技术包括直接裂解质谱、闪蒸裂解质谱和裂解色谱质谱。
2.裂解色谱
是将试样放在严格控制的条件下,经过热裂解形成小分子碎片,而后用直接或间接方法送进气相色谱仪中进行分离测定。不同的高分子材料有不同的特征谱图,因此未知样品谱图与标准特征谱图对照分析,即可对未知样品进行定性、定量分析。本方法可以发挥气相色谱法的快速、灵敏度高、分离效能高的优点,且样品用量少,对含有复杂填充剂的硫化胶,通常可不必经过复杂的分离手续,即可直接进样裂解分析。主要用于聚合物的鉴定、组成分析、结构表征以及降解研究等方面。高分辨裂解气相色谱和裂解同时衍生化技术是近年分析裂解技术的重要进展,其大大推动了裂解色谱在各个领域中的应用。裂解质谱与裂解色谱相比在定性分析制品方面占有绝对优势,但定量分析较为困难,而裂解色谱则可定量分析。综合裂解质谱和裂解色谱各自的优点,两种技术的联用可对橡胶制品进行广泛的推广。
二、分析裂解技术的应用
橡胶制品由于相对分子质量大,难溶、难熔且难以挥发,用通常的分析技术难以分析他们的组成。分析裂解技术可以结合化学方法并与其他仪器分析法如红外、核磁等联用,对橡胶制品进行深入、系统的分析,是提供制品分子结构、组成信息唯一而有效的方法。
1.废旧橡胶分析
橡胶工业发展的同时废旧橡胶的产量也与日俱增,这不仅造成了环境污染,还浪费了大量资源,回收利用废旧橡胶制品已成为一个重大的社会问题。
回收利用废旧橡胶制品首先要对其组成结构给以分析。景治中等人曾用热裂解色谱2质谱技术对硅橡胶边角废料及次品进行分析,确定了两种酸碱化合物的组成,高温橡胶的酸催化裂解产物主要是环状化合物,室温橡胶的酸催化裂解产物中有环状和链状两类化合物,从而为硅橡胶废料利用提供了理论依据。邱清华等运用裂解质谱及其他辅助技术对胶粉进行了研究,结果表明,胶粉含胶率为49161%,填料质量分数为50139%,其中炭黑质量分数为29128%,为胶粉的利用提供了理论依据。孙玉珍采用色质连用仪对氟橡胶二段硫化挥发物进行了研究,确定挥发物及组分来源,对环境保护有很重要的意义。对废旧橡胶制品的组成结构分析,可以了解其废旧原因,探讨其废旧机理,以便在制品的配方设计或工艺设计中加以改善,从而提高制品的使用寿命。Cardina利用分析裂解色谱技术研究了轮胎胎面胶废旧后成粒子状的原因是空气粉尘对其破坏作用,但空气粉尘对不同胶种的破坏作用不同,由此,我们可以优化耐用胎面胶配方。
2.热解机理的研究
研究高分子的热分解过程和热分解机理,必须详细了解热分解产物的组成和分布,尤其是各种大分子量的低聚体分解产物,往往能反映高分子的初级分解过程。研究表明,热分解不是随机的,而是有选择性的特征反应。大多数情况下,只有一种简单反应导致了橡胶的热解过程。典型的热分解反应有:①解聚反应,最终得到单体;②支链取代即简单分子的消除,还伴有分子链的改造;③环化至较低分子量化合物;④氢转换,伴随含不饱和基团的开链碎片的生成。烃类橡胶的热解多数是自由基降解反应,裂解产物的形成遵循自由基降解反应的规律,因此可利用此规律帮助分析裂解产物的谱图,也可以用分析获得的产物结构进行自由基反应机理的研究。其他仪器剖析技术由于设备装置原因或制样较为困难,不便于对裂解机理进行研究。而分析裂解技术采用特殊的装置,不需对样品进行处理,在分析橡胶及其制品时,通过热裂解形成的小分子碎片通常是单体、二聚体及链断裂的分解产物,可用于橡胶的初级热解机理的研究。在绝大多数情况下,使用该技术均能给出明确无误的橡胶初级热解产物信息,从而得到聚合物初级热反应机理。Radhakr2ishnan,Ramarao利用裂解色谱分别讨论了聚环戊二烯和聚丁二烯橡胶的裂解产物及机理。国内有关学者已研究过多种橡胶,包括CR、NR及BR等,获得了各种橡胶的特征信息,并从理论方面讨论了各种橡胶的裂解机理。黄玮等使用裂解色谱2质谱连用仪对甲基乙烯基硅橡胶泡沫进行了研究,结果表明,辐射导致的裂解机制与热裂解机制有相同之处,并对其裂解机理进行了讨论。
工业是国民经济的基础,随着社会经济的不断快速发展,对于工业生产也提出了更高的要求。然而,当前我国工业发展面临着资源价格飞涨,环境污染日益严峻的情况,这也使得全社会对于工业生产越来越关注。怎样有效的处理好工业污染物,防止其对环境的二次污染,怎么有效的利用好数量庞大的生活废品,是当前许多学者都在研究的问题。绿色化学工程是在社会迫切需要的情况下诞生的新型项目,这个项目的目标是:对日常化学生产当中的一些资源浪费及环境污染进行有效的处理,从而使得化工污染得到有效缓解,化工生产过程中的资源浪费得到很大的改善。
一、绿色化学工业的概念
绿色化学又被称为无污染化学,以此为理念而开发出的技术就是绿色化学工程技术,采用化学原理从根本上降低化学工业对环境造成的破坏。化工业发展的基础是绿色化学工程,它已成为了未来化学工业发展方向的重要研究目标之一,绿色化学具有以下两种特性:首先,绿色化学的根本思想在于保护环境,使自然资源可持续发展,让人与自然之间的关系和谐,人们对环境造成的破坏促使了对绿色化学的研究;其次,绿色化学是将环境改变的技术,发展下的绿色化学技术以逐渐可以应付各种环境下对自然的破坏。从根本上来说,绿色化学是预防环境污染;而环境化学则是对污染后的环境进行改善和治理。两者之间是根本不一样的,在最终目的上也是千差万别的。
目前,对绿色化学进行研究的重要发现和实践活动为绿色化工技术。基本原理是采用原料中的原子进行转化,这就使化学工业在进行工作时不会产生污染物,达到对化学工业污染物的零排放。并且,在进行化学工业工作时,不使用任何具有危害性和毒性的原材料,这样可以生产出对环境不造成破坏的产品。这种技术目前处于理论状况,但是在众多科研人员的努力探索下,还是可以逐渐实现此种设想的。
二、绿色化学工程与工艺的开发
在传统化学的生产过程中,在有毒、有害物质的处理上存在较为严重的滞后性,因此导致化学工艺一直处于被动生产。应用这样的化学工艺对污染物进行处理无法取得理想的效果,资源优化也无法得到有效实现。化学工艺的应用不但导致化学生产污染物成本提高,还导致污染物处理效率严重下降。绿色化学工程的应用可有效弥补传统化学工程中存在的缺陷,其通过对相关科学技术及先进方法的利用,对化工生产相关污染物进行除尘、脱硫等处理。绿色化学工程与工艺具体实施方法主要有以下几种。
(一)采用绿色化学原料
在化工生产工艺及具体流程中,化学生产原料是起着决定性作用的主要因素,在传统化学工程中,所用原料大部分为不可再生能源。采用这些原料不但大大提高国家不可再生能源的消耗,同时还导致污染物的排放量大大增加,加重生态环境污染程度。将绿色化学原料作为化工生产材料是绿色化学工程重要研发内容之一。在化工生产过程中,可使用绿色化学物质、自然物质等无染污、可再生的化学原料。典型的绿色化学原料主要有芦苇、苞米杆、纤维植物等。将这些作为原料投入到化工生产过程中,可使其转化为酮、醇、酸类等多种化学品。在整个转化反应过程中,这些原料仅会产生一定量的氢气,而不会有任何一种有害、有毒的物质产生。
(二)提高化学反应的选择性
在化学工程的物质反应中,化学反应作为必不可少的重要组成部分存在。所有化学原料的转化均是需要化学反应才能得以实现。在化工生产过程中,合理选择有效的化学反应形式可有效促进化学工程生产效率及质量得到提高。对化学反应产生影响的因素有很多种,反应原料、环境、时间、特点等均会对化学反应产生不同程度的影响。在化学生产过程中应用最为普遍的反应形式为氧化反应。在氧化反应过程中会有大量的热产生,所有化学原料均会在热的催化作用下发生变质,因此会大大降低化学品的生产质量。在绿色化学工程中,应用新型的反应形式,这种新型反应形式为烃类氧化反应。这种反应形式的应用不仅可促进催化物反应催化能力得到提高,同时还可有效促进生产物同分异构反应时间增加。
(三)使用无毒无害催化原料
随着化学工业发展速度的不断加快,将化学反应合理的应用于化工生产过程中已经成为促进工业可持续发展的重要前提之一。在化学反应过程中均离不开催化剂的使用。将催化剂应用于化学反应过程中,可有效加快反应速度,缩短法宁时间。所以,在化工生产过程中使用无毒无害的催化原料成为推动绿色化学工程与工艺不断深入发展的重要前提条件之一。目前,我国相关部门已经高度重视对催化原料的选择及应用进行深入研究。越来越多的催化剂得到开发和研制,化学反应过程中使用的催化原料不断得到改善,分子筛除催化剂等优良催化原料在化工生产过程中的应用越来越广泛。无毒无害催化原料的應用可有效提高化学反应效率,降低能源消耗量,同时也可减少环境污染。
三、结论
化学工程与工艺的发展不仅影响着现代社会的发展,而且有助于环境友好型社会的构建。当前世界面临着资源和能源的短缺,社会经济的发展不能以牺牲环境为代价,这就需要化学工程与化学工艺共同发展,满足我国资源节约和环境保护的需要。化学工程与工艺的行业领域需要积极配合国家提出的可持续发展战略。转变可持续发展的概念。重视化学工程与工艺发展的环保性,转变传统的化学工程与工艺,减少环境的污染,积极开发新能源,走环境友好型道路。
参考文献
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:
《 金工实习》是一门实践性技术基础课,是我校机械类、近机类、非机类各专业实践性教学环节中一门重要课程。金工实习课程设置目的在于使我们接触生产实际,获得机械制造一般过程的感性认识;进行有关实践技能训练,培养一定动手能力;掌握机械制造过程的基本知识,为后继课程及毕业后工作打下良好的实践基础;同时,在劳动观点、质量和经济观念、理论联系实际和科学作风等工程技术人员应具有的基本素质方面受到培养和锻炼。
在我们两个星期的金工实习中我们学到了很多金工实习方面的知识,也增强了我们的动手能力。对于我们理工类学生来说,是一次很好的学习、锻炼机会。在十几种工种——车工、铣工、工业安全、数车928、数铣990、线切割、热处理、铸造,数控板金及CADRP。其中让我最感兴趣的是车工、工业安全和铸造.为期两个周的金工实习结束了,但是它留在我心里的感受却永远不会结束。它将在我的生命中留下宝贵的一课。
安全的重要性
实习的第一天,我们就被老师带到了一间教室让我们看有关安全方面的录像。录像向我们介绍了几种工种,也说了实习中应该注意的问题,像不能穿拖鞋,女生不能穿裙子,头发长的要戴帽子,等等。同时,也告诉我们一些存在的隐患,让我们在实习的过程中能够提高警惕,防止意外的发生。
看完录像,又听了老师讲的有关工业安全方面的知识,我才发现工业安全的重要性。工业安全知识是工业高层管理人员和开发人员的必备知识,对于草拟或一个企业的安全条例,减少工业污染,防火防爆等方面来说是非常重要的知识,如果不掌握的话,不但会被人斥为无知,有时还会发生重大事故。看完资料之后的几天,老师就向我们讲解了有关防火的各种知识,介绍了四种常用的灭火器,有二氧化碳灭火器,干粉灭火器,1211灭火器和高效阻燃灭火器。其中1211灭火器里面含有氯氟烃,会对臭氧层造成破坏,现在已经禁止使用,干粉灭火器是使用较广泛的,对于易燃液体、油漆、电器设备的火灾,都可以用它来扑灭,但由于灭火后有残渣,故不适用于精密机械或仪器的灭火,而且其冷却功能有限,不能迅速降低燃烧物的表面温度,容易复燃。二氧化碳灭火器弥补了干粉灭火器的缺点,大量适用于精密仪器的灭火,而且随着液态二氧化碳的蒸发,燃烧物体的表面温度也会迅速降低。
先进的电脑控制
这两周里学习到的工种包括由手工制作的钳工、焊接、化学加工、铸造,机床操作的车工、铣工,以及由电脑控制的数控车床和数控铣床、电火花加工等多个工种。
钳工:利用锉刀、钢锯等工具从一根铁杆中做出一个螺母。锉削-锯-锉削-划线-锉削-打孔-螺纹加工,按着这几个工序,一天下来,做好了一个。效率很低,却能亲自动手,初步了解那些工具的使用以及如何来做一个螺母。
焊接:包括电弧焊和气焊、气割等。电弧焊时,如何引弧,如何运动,以保证不粘条,稳定燃烧,通过练习都有所掌握。气焊时没学习好送进焊丝的方法,经常出现粘丝,焊出工件质量不高。
化学加工:整个加工过程工序较多,而且要一步步地做。稍不小心可能就会使整个工件报废。化学加工是表面处理技术的其中一种方法。通过处理改变材料表面的特性,提高材料的功能。
铸造:因为只有一个下午的缘故,只学习了如何用型砂做铸型。型砂的质量很关键,太干时会粘得不够牢固,会出现“一盘散砂”,严重影响铸件质量。
车工:介绍操作时老师一再提到车工应该注意的安全问题,并说出了车床操作时发生过的意外。安全问题仍是不能忽视!车床的操作并不复杂,主要通过几个手柄来控制其转向、转速和进给量等,就能按要求做出合格工件。利用车床可以车出许多端面、螺纹、槽等,是使用较普遍的机床。
铣工:与车床相似之处是都是通过刀具的进给来加工工件。铣床一般可铣削出平面、沟槽、成形面、钻孔等。有顺铣和逆铣之分,而一般加工多会使用逆铣。
数车和数铣:都是利用电脑程序来控制车床和铣床的运动,加工原理跟手动的车床和铣床一样。但通过电脑操作,只需设定工作程序,就可以自动加工,而且加工精度比手动的要高,效率也高很多。数车和数铣都比手动的先进,是技术进步的体现。可在已有可以用数控的机床的情况下,有些地方仍需使用手动的。除了成本问题,也有技术上的限制,毕竟有不少的手艺在目前仍是无法由电脑程序来取代。
电火花加工:电火花加工是在加工过程中通过工具电极和工件电极间脉冲放电时的电腐蚀作用进加工的一种工艺方法,与其它的利用金属切削加工原理完全不同!所使用的电火花成形机床也是数控的,操作上也比较方便。利用电流就可以金属表面加工出一般机床难以加工成形的形状图案。
金工实习虽然是学到了不少的知识,可都只是初步的学习,大概了解操作方法和工作原理,与真正的熟悉掌握存在很大的差别,无法想提并论。可这次实习与平时的学习有很大的不同,平时都只是在学习理论知识,只是“纸上谈兵”,对实际生产了解得极少!即使是实验,也只是在实验室里苦干。而这次金工实习使我们学习到材料加工方面的一些基础知识,更重要的是提供了一个我们可以亲自动手体验的平台,在实践中学习。通过动手,让我们迅速掌握相习的理论知识,也验证了这些知识。
练纬琳 实习编号017
为时两个星期的金工实习终于结束了,谢天谢地,没有出什么工业事故,看来在实习前先上安全教程还是很有用的。
金工实习的第一天,我们这一组的项目是钳工。说实话这并不是很难的项目,弄一个六角形螺母并给它加上螺纹便可。只是这绝对是体力活,又要磨又要锯的,弄出一个螺母的坯形来时手臂已经酸得要死,有些女生还弄得手掌上起了不止一个水泡,感觉真痛苦。但我觉得最糟糕的还是钻孔的工序,虽说是手工操作机器来农,并不困难,但问题出在钻大孔时那个钻头居然在末尾晃动了一下,结果把本来挺正中的孔给钻歪了,郁闷得很。还好加上螺纹后的螺母可以用,总算没白费我一天的功夫。
实习第二天,我们做车工。因为只是做半天的工作,所以没有安排太难的项目,只是在球体上磨一圈平面就行了。不过我实在做得很不好,因为尺寸总是拿不准,一不小心就把它给磨小了。所以尽管我是最后一个走的,但我的制成品只可用“草草了事”来形容了……
金工实习第三天的铣工,只要你不在意有可能弄得一身油污,这个项目满好玩的。弄出制成品后是很有成就感的,尤其是制成品上的平面光滑得没有瑕疵时,那种成就感还真是难以言喻,反正当时最直接的想法就是:弄得这么漂亮,评分以后我可不可以把制成品带走啊?
金工实习的第四天,虽然安排是在培训楼二楼的加工中心,但事实是我们全都跑到六楼的电脑房弄电脑去了,真是莫名其妙。也罢,照着讲义在电脑上画图还是很轻松的,虽然,这么画一天多少有点无聊……
实习第五天的项目是数车,因为只是半天的工作,所以我们几乎什么也没有干,熟悉机床操作、做几道作业题,然后便可以下班了。在分组熟悉机床操作时,同组的几个男生在机床上乱按,结果弄出了好几次安全警报,还好没有发生把机床搞坏这样的大岔子,否则要赔偿损失的话那可就凄惨了。
第一周的金工实习好歹结束了,在“昏睡”了一个周末后,我们迎来了第二周的金工实习。
第一天的工作是数铣。其实也就是在电脑上模拟铣工的操作,很轻松的说。而且布置下来的工作不怎么难,个别做得快的同学在做完作业后还剩了大把时间玩其他的模拟试验,在那些手机、风车、烟灰缸上“做文章”,好玩得很。
第二天,电火花。因为几乎所有工作都由机器完成,我们只需要录入一些数据,所以这半天的活是既轻松又好玩。说它好玩,那是因为看着机器在金属表面溶蚀出一个个图案来,这个过程真的很有趣,因此我们大都用钥匙之类的金属作加工工件,在那上面溶蚀出一个心形或一个五角星的图案,乐此不疲。
第三天,我们搞化学加工。也就是在铝片上作一系列的化学处理,以使其显出特定的图案或文字来。工序并不是很难,还挺有趣的,只是需要时间等待而已,譬如给铝片上氧化膜就用了三四十分钟,溶出图案文字来又用了二三十分钟。不过,就像一些人所说的,过程并不重要,重要的是结果。虽然我的制成品不算很漂亮,但还算见得人,我把它送给我妈妈时,我妈妈高兴得不得了,眉开眼笑的。
二、完善专业实验设施,提升人员创新技术应用实效
系统的设施布置条件是专业综合发展的必要前提,为了进一步扩充高校化工专业学生的技术实践掌控能效,积极开发人员创新开发能力,需要针对实验项目建设工作进行仔细斟酌。该类专业自从建立以来长期受限于经费问题,令相关课程设置和资源规划同步效应严重下降,大部分业绩也只是根据验证性实验环节提炼,这与创新优势条件开发理念存在较大出入。截止至今,国家教育机构针对此类问题开始进行全面应对,争取发放合理项目开发资金,为高校化工专业优良发展提供不竭动力。现下化学工程专业实验设施的供应质量已经足够优越,涉及仿真模拟实验室和高分子学科项目开发等接连不断涌现。首先,加大专业项目的资金注入数量,为高分子材料加工实验专属操作空间提供建设基础,针对仿真实验流程实现全程跟踪式调查和经验梳理;其次,维护实验室内部管理体系规范实力,全面提升设备应用效率,稳定课程设计和实践机遇的平衡进展优势。
三、积极开展教学改革活动,提升教学调控质量
一、目前专业实验教学中存在的问题
通过几年的观察分析,我们发现我校化学工程与工艺(电化学)专业实验教学中主要存在以下几方面的问题。
1.实验内容设置不合理。原有的实验体系已沿用了近十年,有些实验内容如铅酸电池、镉镍电池方面的内容明显落后于现在电化学学科的发展,原有的实验内容已无法满足现在的人才培养需要。近些年,随着电化学领域的不断发展,一些新的实验方法、实验技术及新的电化学体系不断涌现,这些内容代表了电化学学科的发展趋势和发展方向,急需补充到现有实验教学内容中,从而提高实验教学的质量。
2.实验教学方法不利于发挥学生的主观能动性。传统实验教学往往以指导教师的讲授为主,讲授的要点主要根据实验讲义的内容而定。实验讲义上每个实验基本都有完整的实验目的、实验原理、操作步骤和数据分析处理等内容。教师主要讲解实验原理和操作步骤及数据的分析处理,学生根据实验讲义上给出的实验步骤和数据分析方法去完成实验。在整个实验过程中,学生很少有独立思考的空间,他们只能按照实验讲义中给出的实验方案进行实验,也就是说学生变成了实验方案的执行者,而不是实验方案的制订者或参与者,这不利于发挥学生的主观能动性和积极性。
3.实验考核方式不够科学。以往学生实验成绩主要根据实验报告的情况来决定,具体包括两部分:一是实验报告内容的完整性,包括实验目的、实验原理、实验步骤和数据处理等项目是否完整,实验参数是否准确;另一方面是实验的数据是否准确可靠,数据处理方法是否正确。这种考核方式只是根据实验报告提供的信息进行成绩的评定,而对实验过程中学生分析解决问题的能力、实验操作的能力没有进行考虑。这使得成绩的评定缺乏全面性和科学性。
二、专业实验教学过程中的一些改革与探索
针对上述实验教学中存在的问题,我们做了以下几方面的改革与探索。
1.实验内容的改革。实验内容是影响实验教学效果的决定性因素。专业实验教学必须结合专业发展现状,将学科的研究热点和教师的科研成果引入实验教学,这一方面体现在实验技术、实验方法的改进方面,另一方面体现在实验教学内容的更新方面。这样才能使学生在本科实验教学阶段接触到专业前沿领域,了解专业研究热点,掌握专业最新的研究方法和研究成果。将先进的实验内容引入实验教学有利于学生综合素质的提高,为其在今后的工作、学习和深造过程中尽快进入角色奠定坚实的专业基础。实验内容的设立应考虑以下几方面的因素。基本的实验知识和技能的培养,专业发展现状、发展趋势的了解,实验室软硬件的状况,经费情况等。实验内容的设立还应体现我校化学工程与工艺(电化学)专业的特色,即化学电源和表面处理领域的工程化。基于以上几方面的考虑,我校化学工程与工艺(电化学)专业实验包括以下几方面的内容:方波电流法、方波电位法、循环伏安法、线性电位扫描法、电化学阻抗谱等实验内容主要是让学生掌握电化学中的一些基本测试方法;电镀液的赫尔槽实验、电镀液分散能力实验、电镀液电流效率实验是为了让学生掌握电镀中常用的研究方法;旋转圆盘电极实验、微电极实验、电化学石英晶体微天平等实验的目的是让学生掌握电化学领域较先进的一些实验方法;化学电源设计和电镀车间设计方面开设了4个实验,主要目的是让学生接触专业领域的工程化问题,帮助其毕业后能尽快适应企业的生产环境。
2.教学方式的改革。实验教学方式直接影响实验教学的效果。科学的教学方式应能充分激发学生的学习自主性,由被动学习变为主动学习。同时应着重培养学生实际操作能力、协作能力、团队合作精神,提
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高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。为此,我们改变以往以教师为主体,主导整个实验教学的模式,而采用学生为主体、教师为主导的教学模式。每位指导教师负责2个实验项目,教师只把实验的总体要求和基本思路介绍给学生,由学生根据相关知识去设计实验方案,完成实验,并对数据进行分析处理。学生在实验过程若遇到问题,可以与指导教师讨论,指导教师提出解决问题的思路,由学生改进实验方案。在整个实验过程中,学生的实验积极性和主动性得到了充分发挥,创新能力和合作精神得到培养。实验成绩考核注重实验方案的设计能力、实验过程的操作能力。成绩评定中,实验方案设计和操作能力占50%,实验报告的质量占50%,其中实验报告的内容包括实验名称、实验目的、实验原理、实验步骤、数据处理及分析、结论及讨论等。为进一步保证实验教学的质量,我们对实验课的课程安排还进行了调整。把学生分成两个班,分别在上午和下午进行实验。每个班的学生又分成8组,每组2~3人。每次实验课同时开出8个不同实验,每组同学分别进行其中1个实验项目,8组之间依次轮换,8天完成8个实验。而后的实验依上述安排进行,直至完成全部实验。
燕山大学的化学工程与工艺专业在2017年全国第四轮学科评估中得分B,在河北省高校中仅次于河北工业大学,位居全省第二。在省内有较高影响力。下面以三方面对燕山大学的化学工程与工艺专业进行分析:
1、燕山大学化学工程与工艺专业研究方向:化工产品的生产工艺与技术设备的设计、开发、研究、模拟与优化,新型化工材料的合成工艺及性能等。
2、主要课程:无机与分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、机械设计基础、电工与电子技术、化学反应工程、化工热力学、化工分离过程、化学工艺学、传递原理、催化
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