時(shí)間：2022-03-18 06:12:10
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1全日制化學(xué)工程工程碩士培養(yǎng)的實(shí)踐與創(chuàng)新
1.1突出實(shí)踐能力的培養(yǎng)
研究生的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程,研究生培養(yǎng)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)必須緊密配合,才能培養(yǎng)出合格的、受社會(huì)熱捧的人才。特別是對(duì)于全日制工程碩士的培養(yǎng)來說更是如此。根據(jù)全日制工程碩士的特點(diǎn),把研究生關(guān)閉在校園里培養(yǎng)已不能滿足社會(huì)對(duì)人才的要求,異地培養(yǎng),多地培養(yǎng)成為必然。必須把實(shí)踐能力的培養(yǎng)作為主線貫穿于全日制工程碩士“培養(yǎng)鏈”的各個(gè)環(huán)節(jié)。在招生環(huán)節(jié),我們對(duì)全日制化學(xué)工程工程碩士的考生的面試采取了與科學(xué)學(xué)位考生不同的方式,把對(duì)考生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為主要的面試內(nèi)容,讓考生感受到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的重要性,許多考生面試后積極主動(dòng)地到工廠企業(yè)鍛煉,入學(xué)后帶著在實(shí)踐中遇到的問題來學(xué)習(xí),增強(qiáng)了解決實(shí)際問題的能力。在課程培養(yǎng)環(huán)節(jié),我們的課程設(shè)置體現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則,分為公共課,專業(yè)核心課,專業(yè)拓展課,專業(yè)實(shí)踐教學(xué)四個(gè)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(yè)學(xué)位研究生的計(jì)算機(jī)與管理類課程。無論是公共課還是專業(yè)課,都把實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容貫穿其中,理論課中包含實(shí)踐知識(shí),實(shí)踐課中包含理論知識(shí)。在實(shí)踐培養(yǎng)環(huán)節(jié),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(nóng)藥創(chuàng)制工程技術(shù)研究中心、湖南四達(dá)試劑有限公司等多個(gè)培養(yǎng)基地,實(shí)踐條件得到了有力的保證。另外,鼓勵(lì)研究生在學(xué)校組織的集中實(shí)踐之外增加自主分散實(shí)踐。在學(xué)位論文環(huán)節(jié),我們要求化學(xué)工程工程碩士研究生在開題前認(rèn)真查閱文獻(xiàn),盡量了解國內(nèi)外相關(guān)的最新研究成果,選擇直接來源于具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的應(yīng)用技術(shù)課題和現(xiàn)實(shí)問題的課題。同時(shí),聘請(qǐng)企業(yè)的專家、學(xué)者參加開題報(bào)告會(huì),對(duì)選題進(jìn)行嚴(yán)格審定,多角度考慮選題的合理性、可行性及實(shí)用價(jià)值。學(xué)位論文形式采用產(chǎn)品開發(fā)、工程或工藝設(shè)計(jì)、工程放大及新技術(shù)工程應(yīng)用報(bào)告、典型案例分析等多種形式。
1.2突出課程教師和導(dǎo)師的主導(dǎo)地位
應(yīng)用型人才的培養(yǎng)首先要通過相關(guān)課程和案例的學(xué)習(xí)和研討來提升其解決實(shí)際問題的能力,我們通過聘請(qǐng)企業(yè)專家來校擔(dān)任課程教師,通過改進(jìn)教學(xué)方式方法加強(qiáng)課程教學(xué)。如研究生自主參與教學(xué)、由多位教師擔(dān)任一門課程的“拼盤式”教學(xué)模式等等。在課程建設(shè)方面,學(xué)院加大了研究生教師編寫適合我院工程碩士實(shí)踐的教材或講義的支持力度,加強(qiáng)了研究生精品課程的建設(shè)。研究生的培養(yǎng)離不開導(dǎo)師的主導(dǎo)作用,特別是全日制工程碩士的導(dǎo)師最少兩位,或多位導(dǎo)師,無論哪個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)都需要導(dǎo)師的指導(dǎo)與配合,校企導(dǎo)師分工配合,共同提高研究生的培養(yǎng)質(zhì)量。在導(dǎo)師的選擇上,我們把有橫向課題,應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的教師選作化學(xué)工程工程碩士的導(dǎo)師和授課教師,把與培養(yǎng)基地聯(lián)系較密切的老師選為校內(nèi)導(dǎo)師,有利地促進(jìn)了校企導(dǎo)師之間的交流與溝通,也能及時(shí)準(zhǔn)確掌握論文選題的進(jìn)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(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有寬廣知識(shí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型應(yīng)用型專門技術(shù)人才或技術(shù)管理人才,能獨(dú)立從事專業(yè)技術(shù)工作和技術(shù)管理工作。如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),除了學(xué)校為研究生營造合理的寬松的環(huán)境,搭建良好的學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺(tái)外,只能靠研究生自己長期的積累和持續(xù)的訓(xùn)練,知識(shí)結(jié)構(gòu)的改善,實(shí)踐能力的提高,學(xué)位論文設(shè)計(jì)都需要獨(dú)立完成,最終自我實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)。
1.4重視工程碩士培養(yǎng)管理制度和管理機(jī)制
盡管化學(xué)工程工程碩士培養(yǎng)時(shí)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(yè)學(xué)位培養(yǎng)科,負(fù)責(zé)工程碩士的宏觀管理與控制,學(xué)位論文的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)由研究生處學(xué)位辦負(fù)責(zé)管理與控制,化學(xué)化工學(xué)院成立了由科研副院長負(fù)責(zé)的化學(xué)工程領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)管理小組以及由院長、教授、領(lǐng)域帶頭人、企業(yè)專家組成的學(xué)位分委員會(huì)。
2全日制化學(xué)工程工程碩士培養(yǎng)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(yán)重,直接報(bào)考化學(xué)工程工程碩士的比例相當(dāng)少,大多是其他專業(yè)調(diào)劑過來的,與我院同類專業(yè)學(xué)位教育碩士相比,化學(xué)工程工程碩士推免生只占其1/10。
2.2工程碩士學(xué)制問題
我校化學(xué)工程全日制工程碩士學(xué)制為兩年至三年的彈性學(xué)制,我們目前先按兩年的計(jì)劃安排課程學(xué)習(xí)、實(shí)踐和學(xué)位論文,然后根據(jù)學(xué)位論文的進(jìn)展情況安排論文答辯或適當(dāng)延長學(xué)位論文的時(shí)間。普遍存在的問題是,在國家的全日制工程碩士的學(xué)位標(biāo)準(zhǔn)還未廣泛 宣傳執(zhí)行之前,導(dǎo)師對(duì)工程碩士的學(xué)位論文還是沿用科學(xué)學(xué)位研究生的學(xué)位標(biāo)準(zhǔn),而學(xué)校研究生處在辦理各種證件時(shí)(如學(xué)生證、畢業(yè)證)都只體現(xiàn)兩年學(xué)制,普遍反映兩年的時(shí)間培養(yǎng)既要實(shí)踐能力強(qiáng)保證充足的實(shí)踐時(shí)間又按時(shí)完成高質(zhì)量學(xué)位論文的人才導(dǎo)師壓力相當(dāng)大。為了保證全日制工程碩士的培養(yǎng)質(zhì)量,以免出現(xiàn)矮化工程碩士的現(xiàn)象,現(xiàn)在大多數(shù)工科院校都把全日制工程碩士的學(xué)制確定到了三年。
2.3課程體系建設(shè)問題
課程體系建設(shè)是一個(gè)長期的開放的系統(tǒng)工程,需要持續(xù)不斷的更新。課程建設(shè)是高校人才培養(yǎng)永恒的主題,目前我們?cè)谡n程體系建設(shè)方面還主要借鑒科學(xué)學(xué)位的課程體系,需要政府、企業(yè)、高校、教師等多方面的熱情參與。
3建議
3.1加強(qiáng)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(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高水平應(yīng)用型人才的迫切需要而開設(shè)的專業(yè)學(xué)位研究生教育類型,但無論是導(dǎo)師、研究生本人還是社會(huì),對(duì)此都沒有足夠的認(rèn)識(shí),在我院關(guān)于“科學(xué)學(xué)位與專業(yè)學(xué)位的本質(zhì)內(nèi)涵與區(qū)別”的小型調(diào)查中,非常了解的導(dǎo)師只占9%,了解和比較了解的導(dǎo)師各占36%,不太了解的導(dǎo)師還占18%。由于工程碩士的生源大都是調(diào)劑生,研究生本人也是不自愿接受工程碩士教育的,重學(xué)術(shù)輕專業(yè)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(fā)揮其作用。
3.2推進(jìn)職業(yè)資格認(rèn)證
職業(yè)資格認(rèn)證考試不僅是對(duì)從業(yè)人員接受職業(yè)教育和專業(yè)知識(shí)水平的考核,也是對(duì)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和職業(yè)技術(shù)要求的導(dǎo)向,是高校調(diào)整人才培養(yǎng)方案的依據(jù)。是課程體系建設(shè)的指揮棒,方向標(biāo)。推進(jìn)職業(yè)資格認(rèn)證,是全日制專業(yè)學(xué)位教育持續(xù)發(fā)展的得力助手。在這方面,教育碩士就比較規(guī)范,工程碩士可以借鑒其他專業(yè)學(xué)位的經(jīng)驗(yàn)。
3.3加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)
人才培養(yǎng)離不開教師、導(dǎo)師,要加強(qiáng)專門的工程碩士導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè),對(duì)新導(dǎo)師要及時(shí)培訓(xùn),了解工程碩士的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)。要改革教學(xué)方式,要大力研究完善與經(jīng)濟(jì)社會(huì)相適應(yīng)的課程體系等等都離不開師資隊(duì)伍建設(shè)。師資隊(duì)伍建設(shè)是高校發(fā)展的關(guān)鍵。
3.4加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作,加強(qiáng)高校間實(shí)踐基地平臺(tái)共享
隨著工程碩士教育的發(fā)展,高校的實(shí)踐基地平臺(tái)會(huì)越來越難以滿足人才培養(yǎng)的要求,加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作,建立更多實(shí)踐基地勢(shì)在必行,這是一方面,另一方面,高校間實(shí)踐基地平臺(tái)共享,不僅可以緩減實(shí)踐基地緊張的局面,還可以加強(qiáng)不同培養(yǎng)單位研究生之間交流與合作,取長補(bǔ)短,共同提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量。
1畢業(yè)生調(diào)查結(jié)果
1.1在校期間狀況回顧
為了掌握學(xué)生在校期間的專業(yè)教育及能力培養(yǎng)的效果,重點(diǎn)調(diào)查了對(duì)專業(yè)了解及能力培養(yǎng)的情況,學(xué)生回答的結(jié)果如下:1)對(duì)本專業(yè)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(yǎng):各方面都得到培養(yǎng)30.21%,少數(shù)幾個(gè)方面得到培養(yǎng)64.58%,只是專業(yè)能力得到培養(yǎng)4.17%,都得不到培養(yǎng)1.04%。3)最大收獲:專業(yè)能力8.15%,綜合能力21.20%,獨(dú)立工作能力22.83%,動(dòng)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(píng)
學(xué)校的專業(yè)與素質(zhì)教育和學(xué)生能力的培養(yǎng)鍛煉的好壞直接反映在學(xué)生工作后的各方面能力上,因此從工作適應(yīng)能力等11個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查。
1.3教學(xué)印象
為了解設(shè)置的相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)的確切效果,調(diào)查了拓寬專業(yè)知識(shí)等5個(gè)方面。
1.4對(duì)教育的評(píng)價(jià)或看法
旨在改革教學(xué)體系、教學(xué)環(huán)節(jié)及教學(xué)方法等,調(diào)整課程設(shè)置,使其更適合實(shí)際應(yīng)用需要,調(diào)查結(jié)果如下:1)課程結(jié)構(gòu):基礎(chǔ)課時(shí)多11.72%,專業(yè)基礎(chǔ)不厚20.69%,專業(yè)課太深4.14%,人文課太少26.21%,實(shí)踐環(huán)節(jié)弱33.10%,其他4.14%。2)需增加的課程與知識(shí):環(huán)保10.37%,安全9.13%,營銷9.96%,經(jīng)濟(jì)14.94%,企業(yè)管理17.01%,公共關(guān)系18.26%,人文修養(yǎng)20.33%。3)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法:應(yīng)結(jié)合學(xué)科前沿14.41%,應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際29.26%,應(yīng)生動(dòng)活潑7.42%,應(yīng)形式多樣8.73%,多培養(yǎng)思維與創(chuàng)新能力22.71%,不行、需改進(jìn)2.18%,還好4.37%,要互動(dòng)10.92%。4)喜歡的課堂教學(xué)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(jié)合79.12%。5)喜歡的課堂教學(xué)模式:注重教材內(nèi)容與順序5.04%,注重前沿專業(yè)知識(shí)與實(shí)際40.34%,注重思維方式與啟發(fā)54.62%。6)最關(guān)注的教師素質(zhì):人格魅力32.24%,對(duì)待學(xué)生的態(tài)度19.13%,教學(xué)水平29.51%,學(xué)術(shù)能力15?30%,其他能力3.82%。
1.5期望對(duì)教學(xué)方法的改進(jìn)
1)喜歡的創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑:提前進(jìn)實(shí)驗(yàn)室20.00%,開展前沿性講座22.31%,參加創(chuàng)新活動(dòng)53?85%,其他3.84%。2)喜歡的畢業(yè)環(huán)節(jié)科研展開方式:圍繞導(dǎo)師的方向5.16%,在導(dǎo)師指點(diǎn)下主動(dòng)、自由發(fā)揮71.13%,按照自己的興趣組合團(tuán)隊(duì)23.71%。3)喜歡的畢業(yè)環(huán)節(jié)科研選題:理論性強(qiáng)5.16%,與企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合67.83%,個(gè)人興趣愛好17.35%,與個(gè)人就業(yè)相關(guān)9.66%。
2所在單位調(diào)查結(jié)果
2.1用人單位對(duì)浙科院畢業(yè)生的評(píng)價(jià)和畢業(yè)生的自我評(píng)價(jià)與定位用人單位對(duì)畢業(yè)生使用后的評(píng)價(jià)和滿意度,是非常有價(jià)值的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)能夠反映畢業(yè)生群體各方面情況是否適應(yīng)用人單位的需要,以及適應(yīng)程度如何;還能夠影響這些單位現(xiàn)在和今后是否繼續(xù)招聘相關(guān)院校的畢業(yè)生。用人單位對(duì)浙科院畢業(yè)生的總體評(píng)價(jià):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(yè)生的自我評(píng)價(jià)與定位:89.2%準(zhǔn)確合適,10.8%偏低,沒有出現(xiàn)過高現(xiàn)象。結(jié)果說明絕大部分用人單位對(duì)浙科院畢業(yè)生是比較滿意的,大多數(shù)畢業(yè)生對(duì)自己的評(píng)價(jià)和定位是準(zhǔn)確的。
2.2用人單位對(duì)浙科院畢業(yè)生各方面的評(píng)價(jià)
表4中的各方面全面體現(xiàn)了用人單位對(duì)浙科院畢業(yè)生的評(píng)價(jià)。用人單位比較看重畢業(yè)生具有工作負(fù)責(zé)踏實(shí)、敬業(yè)精神,合作(團(tuán)隊(duì))意識(shí)與奉獻(xiàn)精神,競爭意識(shí)與挑戰(zhàn)意識(shí),創(chuàng)新意識(shí)與勇氣;對(duì)適應(yīng)、應(yīng)變能力,人際交往能力,人文素養(yǎng),社會(huì)實(shí)踐和社會(huì)工作經(jīng)歷,專業(yè)學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)能力等也比較看重;學(xué)校聲望和戶籍等不再成為影響學(xué)生就業(yè)的主要因素。
2.3對(duì)學(xué)校教育的建議
表6綜合了用人單位對(duì)浙科院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的相關(guān)建議(在回答者中占的百分率)。
3調(diào)查結(jié)果的啟示與對(duì)策思考
調(diào)查結(jié)果顯示,用人單位對(duì)學(xué)生的思想道德水平評(píng)價(jià)很高,很多單位對(duì)浙科院學(xué)生在工作中的樸實(shí)和踏實(shí)精神給予了肯定。畢業(yè)生與單位對(duì)“專業(yè)素質(zhì)”和“知識(shí)面”認(rèn)可程度很高,其原因是浙科院通過不斷深化教學(xué)改革,拓寬專業(yè)口徑,增加學(xué)科交叉,增設(shè)不同學(xué)科選修課,增強(qiáng)實(shí)踐實(shí)習(xí)環(huán)節(jié),讓學(xué)生走出課堂,走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,到單位進(jìn)行實(shí)地實(shí)崗的生產(chǎn)實(shí)習(xí),充分做到理論與實(shí)踐相結(jié)合,更好地吸收專業(yè)知識(shí)并靈活運(yùn)用,較好地提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和拓寬了知識(shí)面,使許多畢業(yè)生已成為基層單位的技術(shù)骨干和業(yè)務(wù)能手。隨著計(jì)算機(jī)的普及和相關(guān)課程學(xué)習(xí),畢業(yè)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力已經(jīng)不成問題;但外語的實(shí)際應(yīng)用能力仍欠缺,在聽、說、寫、譯上存在著一定差距,因此學(xué)校在外語教學(xué)上應(yīng)注重應(yīng)用能力培養(yǎng),特別要利用好專業(yè)外語與文獻(xiàn)檢索課程和科研實(shí)踐及畢業(yè)研究,鍛煉學(xué)生的外文文獻(xiàn)查閱、翻譯和消化利用能力。整體素質(zhì)的滿意度較高,但某些方面的素質(zhì)(能力)有待于增強(qiáng),因此還需強(qiáng)化以下幾方面的工作。
3.1加強(qiáng)專業(yè)教育
從對(duì)專業(yè)的了解情況看,有38.5%的學(xué)生在學(xué)校時(shí)對(duì)自己所學(xué)專業(yè)不清楚或不知道,這對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)掌握有很大影響,沒有明確的目標(biāo),沒有學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。因此,應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生進(jìn)校后的專業(yè)教育:始業(yè)教育進(jìn)行專業(yè)的介紹,讓學(xué)生了解專業(yè)及行業(yè)在 國民經(jīng)濟(jì)中的地位,畢業(yè)后能從事什么工作;了解在學(xué)校學(xué)些什么,需要注意和掌握什么,通過哪些環(huán)節(jié)培養(yǎng)哪些技能,學(xué)校有什么平臺(tái)和措施,等等。專業(yè)教育要通過始業(yè)教育、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、課程教學(xué)、技術(shù)實(shí)習(xí)、科研實(shí)踐、專業(yè)技術(shù)人員講座及畢業(yè)環(huán)節(jié)等實(shí)現(xiàn)貫穿整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)生涯。
3.2強(qiáng)化教學(xué)環(huán)節(jié)的效果
從教學(xué)印象的調(diào)查結(jié)果看,除計(jì)算機(jī)能力較好外,其他環(huán)節(jié)學(xué)生印象不深,效果不明顯。究其原因,對(duì)“拓寬專業(yè)知識(shí)”宣傳不夠,重點(diǎn)沒有突出,課程的安排反而使學(xué)生不知道本專業(yè)到底哪些課程是重要的。這就需要從始業(yè)教育開始向?qū)W生介紹專業(yè)的基本情況、基本要求、適應(yīng)領(lǐng)域、所學(xué)的基本課程、專業(yè)課程以及為拓寬專業(yè)知識(shí)而需拓展的相關(guān)課程知識(shí)。對(duì)“社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)”除實(shí)踐小分隊(duì)有實(shí)效外,大部分學(xué)生留于形式,也沒有真正的考核;要講明社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)的意義,是鍛煉能力的重要途徑,事前要充分發(fā)動(dòng),事后總結(jié)匯報(bào)、評(píng)比,既要抓好集體小分隊(duì),又要抓好個(gè)體的活動(dòng),千萬不要只填個(gè)表、找個(gè)單位蓋個(gè)章。對(duì)“科研實(shí)踐活動(dòng)”還缺乏發(fā)動(dòng)、組織和考核,只是少量學(xué)生在協(xié)助教師做科研的具體工作;相關(guān)人員要早發(fā)動(dòng)、早安排,使學(xué)生要有創(chuàng)新的科技意識(shí),通過申報(bào)科技項(xiàng)目和參與教師的科研活動(dòng)來完成該環(huán)節(jié),要避免到畢業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)缺該環(huán)節(jié)的學(xué)分時(shí)找教師填個(gè)表來充數(shù)。對(duì)“專業(yè)學(xué)術(shù)講座”還缺少氣氛,學(xué)生的理解、溝通與接受能力還欠缺;針對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生開展相應(yīng)的學(xué)術(shù)講座,大一大二可以是行業(yè)的介紹,大三大四可以是專業(yè)的研究領(lǐng)域和發(fā)展動(dòng)態(tài)、成功的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和個(gè)人的發(fā)展等,千萬不能為了營造氣氛拉人湊數(shù),學(xué)生不知在講什么,從而就不喜歡。
3.3加強(qiáng)素質(zhì)教育與能力培養(yǎng)
現(xiàn)代社會(huì)需要那種“誠信為本,才智并舉,具有一定創(chuàng)新能力”的綜合性人才。學(xué)生只有全面提高自身的綜合素質(zhì),才能在激烈的競爭中立于不敗之地。目前大部分學(xué)生只重專業(yè)技術(shù),而輕視文化素質(zhì)的教育,造成知識(shí)面過窄,文史哲、藝術(shù)修養(yǎng)不足,思維簡單、呆板,應(yīng)變能力和創(chuàng)新能力較差,這樣的學(xué)生將難以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)人才的需求?，F(xiàn)代企業(yè)不僅需要具有良好專業(yè)知識(shí)的人才,同時(shí)要求員工具有較高的文化素養(yǎng)和較為廣闊的知識(shí)面,具有良好的口頭表達(dá)能力與社交能力,因此必須加強(qiáng)學(xué)生文化素質(zhì)的培養(yǎng)與提高工作。從在校得到的能力培養(yǎng)與工作后能力自評(píng)看,大部分學(xué)生在學(xué)校時(shí)沒有得到各方面能力的鍛煉,工作后大部分感覺工作適應(yīng)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問題能力較好,動(dòng)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(dá)能力、文字寫作能力、競爭創(chuàng)新能力、勝任專業(yè)能力還不夠。學(xué)校要精心組織多種學(xué)生活動(dòng),如社會(huì)調(diào)查、社會(huì)服務(wù)、課外科技活動(dòng),以及各類文娛、體育活動(dòng),融素質(zhì)教育于活動(dòng)之中,并注意與專業(yè)培養(yǎng)相結(jié)合。要注重發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的不同特點(diǎn),力求做到讓學(xué)生人人積極參與、人人從中受益。通過班級(jí)組織、學(xué)生會(huì)分團(tuán)委、學(xué)生社團(tuán)組織等干部的輪訓(xùn)和競聘等方式,及社會(huì)實(shí)踐、社團(tuán)活動(dòng)等,讓更多的學(xué)生得到領(lǐng)導(dǎo)能力、應(yīng)變能力、組織管理能力、人際交往能力、口頭表達(dá)能力等綜合能力的鍛煉;重視與創(chuàng)造條件,通過課程實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與綜合性實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)、科研實(shí)踐、技術(shù)實(shí)踐、各類學(xué)生科技計(jì)劃與競賽、參與教師課題等多種途徑,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力與專業(yè)能力;通過各類報(bào)告與論文的撰寫鍛煉學(xué)生的文字表達(dá)能力;通過課程、實(shí)驗(yàn)與科研的啟發(fā)式教學(xué)與培養(yǎng),鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題與解決問題的能力。強(qiáng)化以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的大學(xué)生科技活動(dòng)運(yùn)行機(jī)制,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能。使畢業(yè)生不僅有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)和業(yè)務(wù)能力,同時(shí)也具備較高的綜合素質(zhì),能不斷適應(yīng)新環(huán)境和新形勢(shì)的挑戰(zhàn)。
3.4加大課程體系改革力度
人才培養(yǎng)要與社會(huì)的需求相適應(yīng),做到學(xué)以致用;合理的課程設(shè)置不僅是培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才,改善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要保證,而且是使學(xué)生個(gè)性得以充分發(fā)展的基本條件。現(xiàn)在的課程體系中,選修課不多,較多注意培養(yǎng)學(xué)生的“共性”而忽略了他們的個(gè)性發(fā)展,因而影響創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生個(gè)人的興趣愛好是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的內(nèi)在動(dòng)力,現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)更注重人的個(gè)性發(fā)展,大型企業(yè)是按照人的性格特點(diǎn)并結(jié)合其專業(yè)來定位人才的使用崗位。調(diào)查結(jié)果顯示,有相當(dāng)部分學(xué)生認(rèn)為基礎(chǔ)課時(shí)多、但專業(yè)基礎(chǔ)又不厚實(shí),人文課少,實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱;許多學(xué)生根據(jù)實(shí)際工作中的感受,提出應(yīng)該增加環(huán)保、安全、營銷、經(jīng)濟(jì)、管理、公共關(guān)系及人文修養(yǎng)等課程。增開跨學(xué)科、跨專業(yè)課程,要根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)來設(shè)置課程內(nèi)容,增加一些實(shí)踐性、操作性強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力;要適當(dāng)減少一些理論性課程的課時(shí),以期用來增加實(shí)際工作中需要的應(yīng)用性知識(shí);要適當(dāng)削減課堂教學(xué)時(shí)間,增加學(xué)生自學(xué)時(shí)間和社會(huì)實(shí)踐時(shí)間,使學(xué)生有自我發(fā)展的時(shí)間和空間。增加實(shí)踐教學(xué)時(shí)間,豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,加強(qiáng)創(chuàng)新開放實(shí)踐項(xiàng)目與內(nèi)容,充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最新成果和手段,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣,發(fā)揮學(xué)生的聰明才智,提高學(xué)生實(shí)踐能力。同時(shí),加大實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入,不斷改善辦學(xué)條件,為學(xué)生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)造思維培養(yǎng)提供有效保證。
3.5努力改進(jìn)教學(xué)方法
素質(zhì)教育是一項(xiàng)以知識(shí)傳授、方法訓(xùn)練、能力培養(yǎng)和精神陶冶為實(shí)踐內(nèi)容的綜合性系統(tǒng)工程,必須貫穿于專業(yè)教育、學(xué)科教育[4]。一個(gè)學(xué)生在學(xué)校所學(xué)的知識(shí),無論是多么的現(xiàn)代化,都不能應(yīng)對(duì)日新月異的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,學(xué)習(xí)方法的掌握優(yōu)于系統(tǒng)知識(shí)的掌握。調(diào)查結(jié)果顯示,近35%學(xué)生認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容應(yīng)結(jié)合學(xué)科前沿、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,40.34%喜歡注重前沿專業(yè)知識(shí)與實(shí)際的內(nèi)容;教學(xué)方法上22.71%要求多培養(yǎng)思維與創(chuàng)新能力,79.12%喜歡多媒體課件與黑板板書相結(jié)合的課堂教學(xué)手段,53.85%喜歡參加創(chuàng)新活動(dòng)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑,71.13%喜歡 在導(dǎo)師指點(diǎn)下主動(dòng)、自由發(fā)揮和23.71%按照自己的興趣組合團(tuán)隊(duì)的畢業(yè)環(huán)節(jié)科研展開方式,67.83%喜歡與企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合,和17.35%喜歡個(gè)人興趣愛好的畢業(yè)環(huán)節(jié)科研選題。為此,教學(xué)中教師要注意知識(shí)的更新,結(jié)合學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用講解相關(guān)知識(shí),及時(shí)更新相關(guān)工程應(yīng)用實(shí)例;教學(xué)手段上充分利用現(xiàn)代化教學(xué)方式,多采用圖片、動(dòng)畫等,但要克服只讀電腦課件的弊病;教學(xué)方法上要改變過去只重知識(shí)傳授的做法,把發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的能力放在首位,重在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)潛能,重點(diǎn)加強(qiáng)與創(chuàng)造性活動(dòng)有關(guān)的方法、能力的教育;教學(xué)方式上要多啟發(fā)、要多互動(dòng)交流、要給學(xué)生有思考的時(shí)間與機(jī)會(huì),使之真正理解,能舉一反三、活學(xué)活用;專業(yè)類課程教學(xué)中教師要始終貫徹工程理念,與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。要發(fā)揮學(xué)生的主體作用,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí),傳授學(xué)生探索性的學(xué)習(xí)思想和研究思路,培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力。要探索產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的辦學(xué)模式,以教師的科研帶動(dòng)學(xué)生的實(shí)踐,使之與學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)與畢業(yè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合,并逐步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)企業(yè)實(shí)際需要與自己的愛好選擇課題,使學(xué)生所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合,有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維。同時(shí)還需要加強(qiáng)各實(shí)踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo),使學(xué)生真正能通過實(shí)踐環(huán)節(jié)得到實(shí)踐應(yīng)用能力的鍛煉和提高。
3.6培養(yǎng)一支高素質(zhì)的教師隊(duì)伍
沒有適應(yīng)現(xiàn)代化需要的教師,就不可能培養(yǎng)出現(xiàn)代化的人才。教師是高校教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo),教育改革的直接參與者和具體執(zhí)行者,更是現(xiàn)代化人才的塑造者。在教學(xué)中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維方式,使他們成為“可持續(xù)發(fā)展”的人才,關(guān)鍵是要建立一支具有現(xiàn)代意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和良好政治、業(yè)務(wù)素質(zhì)的教師隊(duì)伍[5]。調(diào)查結(jié)果表明,學(xué)生最關(guān)注的教師素質(zhì):人格魅力32.24%,教學(xué)水平29.51%,對(duì)待學(xué)生的態(tài)度19.13%,學(xué)術(shù)能力15.30%。通過提高學(xué)歷、交流進(jìn)修、與企業(yè)接軌、科研等多渠道來增強(qiáng)教師的理論與實(shí)踐能力,特別是創(chuàng)新能力的提高。基于浙科院培養(yǎng)高層次、應(yīng)用型人才的特點(diǎn),特別要加強(qiáng)既具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和較高的教學(xué)水平,又具有與專業(yè)有關(guān)的實(shí)踐工作能力的“雙師型”師資隊(duì)伍的建設(shè),引進(jìn)有企業(yè)或科研院所實(shí)際工作經(jīng)歷的人才充實(shí)教師隊(duì)伍,但需要提高他們的教學(xué)水平;引進(jìn)高學(xué)歷的畢業(yè)生補(bǔ)充教師隊(duì)伍,要通過下企業(yè)實(shí)習(xí)、與企業(yè)合作、開展各種科研項(xiàng)目等方式強(qiáng)化他們的實(shí)踐能力,同時(shí)也要通過傳、幫、帶等方式提高他們的課堂講授水平;對(duì)現(xiàn)有的低學(xué)歷和沒有實(shí)踐經(jīng)歷的教師也要通過進(jìn)修、下企業(yè)鍛煉、開展項(xiàng)目研究等來提高其理論水平和實(shí)踐能力。
3.7應(yīng)加強(qiáng)全方位的就業(yè)指導(dǎo)工作
學(xué)校除了深化教學(xué)改革,對(duì)大學(xué)生進(jìn)行專業(yè)知識(shí)教育,從入學(xué)開始就著力培養(yǎng)學(xué)生各方面素質(zhì)、能力外,還要針對(duì)目前的就業(yè)壓力、畢業(yè)生期望值與定位過高等問題,進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)畢業(yè)生進(jìn)行思想教育(含艱苦創(chuàng)業(yè)教育)、理想教育、形勢(shì)教育,開展社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)和心理咨詢活動(dòng),引導(dǎo)大學(xué)生樹立正確的擇業(yè)觀,客觀地進(jìn)行自我評(píng)價(jià),增強(qiáng)他們的心理素質(zhì)和在人才市場(chǎng)上的競爭力,培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需求的合格人才。學(xué)校還應(yīng)大力加強(qiáng)就業(yè)技巧指導(dǎo),提高服務(wù)質(zhì)量,為畢業(yè)生提供更多的就業(yè)信息。同時(shí)還要充分發(fā)揮教師的個(gè)體作用,如通過教師的個(gè)人關(guān)系網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生聯(lián)系、收集和提供人才需求信息,畢業(yè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)教師要在指導(dǎo)論文(設(shè)計(jì))的同時(shí)多聯(lián)系多提供就業(yè)職位,多關(guān)心多指導(dǎo)多促進(jìn)學(xué)生的就業(yè),這樣就可以使學(xué)生有更多的信息、更強(qiáng)的緊迫感和更大的信心來完成就業(yè)。相信只要齊抓共管,一定能將就業(yè)率最大化。
4結(jié)語
畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查和用人單位調(diào)查,給學(xué)校提供了很多重要的信息,相信這些數(shù)據(jù)對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)市場(chǎng)需求的具有較強(qiáng)綜合素質(zhì)能力的應(yīng)用型人才,對(duì)改革人才培養(yǎng)模式和方法,對(duì)提高畢業(yè)生的就業(yè)能力、真正實(shí)現(xiàn)學(xué)校的辦學(xué)目標(biāo)有所裨益
一、我國生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀
目前我國工業(yè)“三廢”污染、農(nóng)用化肥和農(nóng)藥的污染以及廢棄塑料和農(nóng)用地膜的污染,嚴(yán)重的影響了國內(nèi)的生態(tài)環(huán)境,使得水污染日益加劇。水資源嚴(yán)重短缺,全國600多個(gè)城市中已有一半城市缺水,農(nóng)村則有8000萬人和6000萬頭牲畜飲水困難;土壤污染嚴(yán)重,耕地面積銳減,近10年來每年流失的土壤總量達(dá)50億噸,土地荒漠化日益加劇;森林覆蓋面積下降,草場(chǎng)退化,每年減少森林面積達(dá)2500萬畝;人們的身體健康受到嚴(yán)重威脅,疾病發(fā)病率急劇上升。環(huán)境是人類和生物賴以生存和發(fā)展的各種因素的總和。環(huán)境包括自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。環(huán)境與人相互對(duì)立又相互制約。環(huán)境給人類的生存和發(fā)展提供了必要的條件,而人類通過調(diào)節(jié)自身以適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境;同時(shí)也不斷地改造環(huán)境,創(chuàng)造有利于自身生存、發(fā)展的環(huán)境條件。人類對(duì)環(huán)境的改造能力越強(qiáng),環(huán)境對(duì)人類的作用就越強(qiáng)。人類在改造環(huán)境的同時(shí),也將大量的廢棄物帶給了環(huán)境,造成了環(huán)境污染,對(duì)人體健康產(chǎn)生了不良影響甚至危及生命。因此,加大環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理力度,加快應(yīng)用高新技術(shù),如現(xiàn)代生物技術(shù)來控制環(huán)境污染和保持生態(tài)平衡,提高環(huán)境質(zhì)量已成為環(huán)保工作者的工作重點(diǎn)。幾大環(huán)境問題:一是大氣污染對(duì)健康的危害,空氣污染物在短時(shí)間內(nèi)大量進(jìn)入人體,會(huì)導(dǎo)致急性危害。產(chǎn)生的原因,一種是污染地區(qū)的氣象條件發(fā)生了變化,大量污物積聚在低空,擴(kuò)散不開;另一種是事故排放使大量有害物質(zhì)短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入大氣,造成嚴(yán)重污染。二是慢性危害:長期生活在低濃度污染的空氣環(huán)境中,機(jī)體可受到慢性潛在性危害,使慢性呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率增高。如目前吸煙引發(fā)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(xiàn),是現(xiàn)代肺癌發(fā)病率增高、死亡率增加的重要原因之一。實(shí)驗(yàn)證實(shí),有30余種空氣污染物具有致癌作用,其中最突出的是多環(huán)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(jī)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?shù)闹掳┬砸言趧?dòng)物實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)。
二、現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境保護(hù)
現(xiàn)代生物技術(shù)是以DNA分子技術(shù)為基礎(chǔ),包括微生物工程,細(xì)胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技術(shù)的總稱?，F(xiàn)代生物技術(shù)不僅在農(nóng)作物改良、醫(yī)藥研究、食品工程方面發(fā)揮著重要作用,而且也隨著日益突出的環(huán)境問題在治理污染、環(huán)境生物監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮著重要的作用。自20世紀(jì)80年代以來生物技術(shù)作為一種高新技術(shù),已普遍受到世界各國和民間研究機(jī)構(gòu)的高度重視,發(fā)展十分迅猛。與傳統(tǒng)方法比較,生物治理方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先,生物技術(shù)處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結(jié)構(gòu),降解的產(chǎn)物以及副產(chǎn)物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)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(shí)也對(duì)垃圾廢棄物進(jìn)行了資源化利用。其次,利用發(fā)酵工程技術(shù)處理污染物質(zhì),最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物大都是無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì),如二氧化碳、水、氮?dú)夂图淄闅怏w等,常常是一步到位,避免污染物的多次轉(zhuǎn)移而造成重復(fù)污染,因此生物技術(shù)是一種既安全又徹底的手段。再次,生物技術(shù)是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的生物化學(xué)過程,而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質(zhì),其反應(yīng)過程是在常溫常壓和接近中性的條件下進(jìn)行的,所以大多數(shù)生物治理技術(shù)可以就地實(shí)施,而且不影響其他作業(yè)的正常進(jìn)行,與常常需要高溫高壓的化工過程比較,反應(yīng)條件大大簡化,具有設(shè)備簡單、成本低廉、效果好、過程穩(wěn)定、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。所以,當(dāng)今生物技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)清潔生產(chǎn)、工業(yè)廢棄物和城市生活垃圾的處理以及有毒有害物質(zhì)的無害化處理等各個(gè)方面。
三、現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用
(一)污水的生物凈化
污水中的有毒物質(zhì)其成分十分復(fù)雜,包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)酸、醛、醇及蛋白質(zhì)等等。微生物通過自身的生命活動(dòng)可以解除污水的毒害作用,從而使污水中的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有益的無毒物質(zhì),使污水得到凈化。當(dāng)今固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)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(xì)胞技術(shù)是酶工程技術(shù)。固定化酶又稱水不溶性酶,是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法使水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)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(xì)胞是一個(gè)天然的固定化酶反應(yīng)器,用制備固定化酶的方法直接將微生物細(xì)胞固定,可催化一系列生化反應(yīng)的固定化細(xì)胞。運(yùn)用固定化酶和固定化細(xì)胞可以高效處理廢水中的有機(jī)污染物、無機(jī)金屬毒物等,此方面國內(nèi)外成功的例子很多,如德國將能降解對(duì)硫磷等9種農(nóng)藥的酶,以共介結(jié)合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于處理對(duì)硫磷廢水,去除率達(dá)95%以上;近幾年我國在應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)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(jìn)展,對(duì)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(xì)胞降解含酚廢水也已實(shí)際應(yīng)用于廢水處理。
(二)污染土壤的生物修復(fù)
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(fù)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(yīng))改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài),使重金屬固定或解毒,降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性,通過生物吸收、代謝達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化與固定。污染土壤的生物修復(fù)過程可以增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量,激發(fā)微生物的活性,由此可以改善土壤的生態(tài)結(jié)構(gòu),這將有助于土壤的固定,遏制風(fēng)蝕、水蝕,防止水土流失。
(三)白色污染的消除
廢棄塑料和農(nóng)用地膜經(jīng)久不化解,估計(jì)是形成環(huán)境污染的重要成分。據(jù)估計(jì)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(huì)引起農(nóng)作物減產(chǎn),若再連續(xù)使用而不采取措施,十幾年后不少耕地將顆粒無收,可見數(shù)量巨大的塑料垃圾嚴(yán)重影響著生態(tài)和環(huán)境,研究和開發(fā)生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技術(shù)一方面可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農(nóng)膜的優(yōu)勢(shì)微生物、構(gòu)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?qū)肽骋煌寥牢⑸?如:根瘤菌)中,使兩者同時(shí)發(fā)揮各自的作用,將塑料和農(nóng)膜迅速降解。同時(shí),還需大力推行可降解塑料和地膜的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用。有些微生物能產(chǎn)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(nèi)源性貯藏物質(zhì),可以用發(fā)酵方法進(jìn)行生產(chǎn),由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔點(diǎn)、高彈性、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)而在醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域有極好的應(yīng)用前景。為了降低成本、提高產(chǎn)量,人們正在用重組DNA技術(shù)對(duì)相關(guān)的微生物進(jìn)行改造,此方面目前一個(gè)研究熱點(diǎn)是采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)聚-羥基烷酸(PHAs),研究人員正設(shè)法構(gòu)建出自溶性PHAs 生產(chǎn)菌種,即將PHAs重組菌進(jìn)行發(fā)酵,在積累大量的PHAs后,加入信號(hào)物質(zhì),使裂解蛋白產(chǎn)生,細(xì)胞壁破壞,PHAs析出,以簡化胞內(nèi)產(chǎn)物PHAs的提取過程,降低提取成本。
(四)化學(xué)農(nóng)藥污染的消除
一般情況下,使用的化學(xué)殺蟲劑約80%會(huì)殘留在土壤中,特別是氯代烴類農(nóng)藥是最難分解的,經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)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(nóng)藥已成為消除農(nóng)藥對(duì)環(huán)境污染的一個(gè)重要方面。能降解農(nóng)藥的微生物,有的是通過礦化作用將農(nóng)藥逐漸分解成終產(chǎn)物CO2和H2O,這種降解途徑徹底,一般不會(huì)帶來副作用;有的是通過共代謝作用,將農(nóng)藥轉(zhuǎn)化為可代謝的中間產(chǎn)物,從而從環(huán)境中消除殘留農(nóng)藥,這種途徑的降解結(jié)果比較復(fù)雜,有正面效應(yīng)也有負(fù)面效應(yīng)。為了避免負(fù)面效應(yīng),就需要用基因工程的方法對(duì)已知有降解農(nóng)藥作用的微生物進(jìn)行改造,改變其生化反應(yīng)途徑,以希望獲得最佳的降解、除毒效果。要想徹底消除化學(xué)農(nóng)藥的污染,最好全面推廣生物農(nóng)藥。所謂生物農(nóng)藥是指由生物體產(chǎn)生的具有防止病蟲害和除雜草等功能的一大類物質(zhì)總稱,它們多是生物體的代謝產(chǎn)物,主要包括微生物殺蟲劑、農(nóng)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(xì)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(xiàn)在人們正在利用重組DNA技術(shù)克服其缺點(diǎn)來提高殺蟲效果。例如目前病毒殺蟲劑的一個(gè)研究熱點(diǎn)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(jīng)毒素的基因克隆到桿狀病毒中以增強(qiáng)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(dá)出相關(guān)激素,以破壞害蟲的激素平衡,干擾其正常的代謝和發(fā)育從而達(dá)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(yīng)的氣體是二氧化碳,從工業(yè)革命以前人們開始應(yīng)用含碳類的能源物質(zhì)開始,無論是科技生產(chǎn)還是工業(yè)生產(chǎn),知道現(xiàn)代的科技,即便是已經(jīng)開始了全球化的大生產(chǎn),每年都會(huì)由于生產(chǎn)而產(chǎn)生數(shù)十萬噸的CO2,這些氣體被愛芳到大氣中,就是造成溫室效應(yīng)禪城的最根本的原因。而過去并未有相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)此類問題進(jìn)行規(guī)范,因此很長的一個(gè)時(shí)期,工廠對(duì)大氣的這種破壞是無需承擔(dān)任何責(zé)任的。
目前針對(duì)這一問題,很多化工企業(yè)都開始積極的開展新的技術(shù),通過利用新技術(shù)以改善高CO2氣體排放的現(xiàn)狀,隨著投入的加大,這種現(xiàn)象得到了有效的控制。甚至目前已經(jīng)在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以達(dá)到利用二氧化碳作為原料進(jìn)行生產(chǎn),以此降低其排放量。比如,尿素的生產(chǎn)過程中,化工企業(yè)就可以再生產(chǎn)中將CO2進(jìn)行收集通過一些反應(yīng)進(jìn)行利用。這一工藝每年就可以減排數(shù)十萬噸的二氧化碳。
2 海水淡化預(yù)處理中綠色科技的應(yīng)用
水是生命源泉,無論是生活還是生產(chǎn),最基礎(chǔ)的生存都離不開水。水作為社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源,本身有具有著有限性,尤其是淡水資源。而隨著社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,淡水資源曾經(jīng)的利用毫無章法和度,因此世界開始面臨了淡水危機(jī)這又一環(huán)境問題。中國雖然地大物博,但是相對(duì)于整個(gè)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(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)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(shù)在初期研發(fā)階段的應(yīng)用成本較高,只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家才有技術(shù)以及資金使用,稱得上是奢侈技術(shù),但是隨著科技的發(fā)展,海水淡化的應(yīng)用成本隨之降低,其開始作為一種普通技術(shù)為一些發(fā)展中國家引用并應(yīng)用。
淡化海水本質(zhì)上就是通過一些物理方法或者是化學(xué)方法將海水中的鹽分以及水分進(jìn)行相互分離的過程。在對(duì)海水進(jìn)行淡化的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何不良的影響,并且獲取海水對(duì)生態(tài)也沒有造成結(jié)構(gòu)上的破壞,這一點(diǎn)和目前我國提出的可持續(xù)發(fā)展的思想十分吻合,即滿足了自身的需要,同時(shí)也給后代留下了能夠發(fā)展的資源以及環(huán)境。這一點(diǎn)就符合了綠色科技的基礎(chǔ)理念,所以海水的淡化中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用。而將這種綠色科學(xué)的理念同化工相互聯(lián)系的過程實(shí)則就是現(xiàn)代化工發(fā)展的重要方向之一。氫氧化鎂在海水的預(yù)處理淡化中產(chǎn)生,這種物質(zhì)不但環(huán)?？煽?并且成本較為低廉,具有簡單的操作工藝,同時(shí)不會(huì)造成換進(jìn)的二次污染,在海水的淡化效果上又十分的明顯,因此應(yīng)用前景十分廣闊。
3 傳統(tǒng)香精香料生產(chǎn)中的綠色化工的應(yīng)用
香精香料不僅僅是我國日常添加劑之一,同時(shí)在國際市場(chǎng)上也是我國進(jìn)行進(jìn)出口的貿(mào)易組成主要內(nèi)容。作為日常化學(xué)產(chǎn)品之一,香精香料也受到了經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,由于這種影響的逐步加深,經(jīng)濟(jì)蕭條的狀況開始蔓延整個(gè)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(dòng)中,由于訂單的減少,受到了一定程度的打擊。
在深入地調(diào)查我國香精香料產(chǎn)品出口訂單銳減現(xiàn)象的原因之后,不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量超標(biāo),是其真正并且主要的原因。造成有害雜質(zhì)含量超標(biāo)的原因則在于生產(chǎn)工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產(chǎn)品中有殘留以及包裝材料的使用不當(dāng)?shù)仍?。其?提取原料的成分在產(chǎn)品中的殘留的問題,可以通過研究和開發(fā)新的提取技術(shù)來改變。包裝材料使用不當(dāng)?shù)膯栴},則應(yīng)通過加強(qiáng)企業(yè)和工廠的監(jiān)管力度,督促生產(chǎn)商家和企業(yè)反復(fù)試驗(yàn),選取符合有害雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)方面,不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研究和其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用,才能夠滿足生產(chǎn)出高質(zhì)量、低能耗的香精香料產(chǎn)品的要求。
4 綠色化學(xué)使可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)逐步向前推進(jìn)
傳統(tǒng)的化工生產(chǎn),給我們的生活創(chuàng)造了非常豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源。其在對(duì)人類歷史的發(fā)展進(jìn)步的工程中所做的貢獻(xiàn)是不不忽略的。但是呢,又由于化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料和生產(chǎn)過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)又造成了很多環(huán)境污染問題以及生態(tài)平衡的失調(diào)。這樣,就又阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展。新世紀(jì),面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染所提出的挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)成為了我國的一項(xiàng)基本的國策。作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分的化學(xué)工業(yè),在這一基本國策的指導(dǎo)之下,最行之有效的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方法便是綠色化學(xué)的開發(fā)和利用。綠色化學(xué),不單單是指那些對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學(xué)生產(chǎn)過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價(jià)格平民化的化學(xué)化工技術(shù)的研究以及應(yīng)用。綠色化學(xué)的生產(chǎn)過程只產(chǎn)生非常少量的廢物處理,或者不產(chǎn)生廢物處理。其最主要的特點(diǎn)便是在生產(chǎn)的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,盡量不產(chǎn)生污染。有利于化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這一道路的切實(shí)執(zhí)行。
近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷進(jìn)步,化學(xué)工程也得到了前所未有的發(fā)展,其目前已經(jīng)滲透到與人們生活息息相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中?；瘜W(xué)及化工雖然促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,但是在這一發(fā)展的背后,卻隱藏著環(huán)境的污染、生態(tài)平衡的破壞等嚴(yán)重問題,這與我國現(xiàn)階段提倡的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)不符。因此,為了解決化學(xué)工程所帶來的負(fù)面影響,必須合理應(yīng)用綠色科技?；诖它c(diǎn),本文首先闡述了化學(xué)工程中發(fā)展綠色科技的必要性,進(jìn)而分析了化學(xué)工程中綠色科技的特點(diǎn),最后提出了綠色科技在各個(gè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。
自1994年我校開設(shè)化學(xué)工程與工藝專業(yè)以來,十多年間,我?；I(yè)蓬勃發(fā)展,培養(yǎng)了千余名合格的畢業(yè)生。我?；I(yè)分兩個(gè)專業(yè)方向培養(yǎng),分別是煤化工專業(yè)方向和高分子化工方向,大三第二學(xué)期由同學(xué)們自愿選報(bào)專業(yè)方向。據(jù)統(tǒng)計(jì),報(bào)高分子化工專業(yè)方向的學(xué)生不足11%,為了了解同學(xué)們的想法,我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了一次問卷調(diào)查,調(diào)查結(jié)果顯示,同學(xué)們選擇專業(yè)方向的主要依據(jù)是考慮到就業(yè)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(yè)較熱,結(jié)合我院生學(xué)來源,超過一半的學(xué)生在考慮就業(yè)時(shí)傾向回原籍工作,于是參照往屆同學(xué)的經(jīng)驗(yàn),大多選擇了煤化工方向,無暇顧及到自身的興趣。不少同學(xué)對(duì)這兩個(gè)方向都不甚了解,對(duì)我國化工行業(yè)了解甚少,選報(bào)哪個(gè)方向都無所謂。還有相當(dāng)一部分學(xué)生反映對(duì)專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃不了解,培養(yǎng)計(jì)劃在實(shí)施過程中課程的設(shè)置和安排不盡合理,課程安排有前松后緊的現(xiàn)象。這些不解和困惑都在很大程度上影響到同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情,從側(cè)面反映出我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)建設(shè)上亟待解決一些問題。
基于以上分析,我認(rèn)為我校要培養(yǎng)滿足市場(chǎng)需求的化工專業(yè)人才應(yīng)該從下面幾點(diǎn)來開展工作。
1 調(diào)整培養(yǎng)計(jì)劃,進(jìn)行培養(yǎng)規(guī)范的整體設(shè)計(jì)
專業(yè)規(guī)范對(duì)提高高等教育質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,它是高等學(xué)校以專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革研究為基礎(chǔ),在改革實(shí)踐過程中對(duì)有關(guān)專業(yè)的課程體系、知識(shí)體系、實(shí)踐教學(xué)體系和相應(yīng)的參考指標(biāo)進(jìn)行整體設(shè)計(jì),專業(yè)規(guī)范對(duì)專業(yè)人才設(shè)定培養(yǎng)規(guī)格,擬定培養(yǎng)目標(biāo)。在高等院校進(jìn)行教育教學(xué)改革過程中,對(duì)人才培養(yǎng)規(guī)范進(jìn)行整體設(shè)計(jì),是開展專業(yè)建設(shè)與深化改革的重要入手點(diǎn)[1]。
應(yīng)對(duì)當(dāng)前的就業(yè)形勢(shì),制定化工專業(yè)的專業(yè)規(guī)范非常有必要。自1999年以來,高校外延發(fā)展迅速,新增高校、新增專業(yè)多了,人才培養(yǎng)難度更大,要求更高。另外,高等教育大眾化階段教育質(zhì)量呈多元化,亟需制定專業(yè)規(guī)范,一般高校工科專業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)格的定位決定了人才培養(yǎng)模式的基本框架。
2 加速進(jìn)行我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的認(rèn)證工作
化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱性行業(yè),為了讓高校能更好的為社會(huì)服務(wù),高等院校為化工行業(yè)提供主要人力資源,教育部自2006年啟動(dòng)了化工專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作,目前已有6個(gè)專業(yè)點(diǎn)進(jìn)行了試點(diǎn)工作[2]?；ば袠I(yè)對(duì)人才的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和要求,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)有良好的職業(yè)道德,了解本行業(yè)的相關(guān)法律法規(guī),體現(xiàn)出較好的人文素養(yǎng)。(2)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基礎(chǔ)較好,工程基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),掌握一定的經(jīng)濟(jì)管理知識(shí);掌握化學(xué)工程、化學(xué)工藝學(xué)科的基本理論、基本知識(shí),了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì);具備運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取專業(yè)信息的能力。(3)具備化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)技能,有工程實(shí)踐經(jīng)歷,具備計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力,接受過科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)方法的基本訓(xùn)練,能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段分析并解決工程問題。(4)具有較強(qiáng)的組織管理能力,表達(dá)流利,人際交往能力突出,有較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。(5)具有終身學(xué)習(xí)能力和國際視野。與以上標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照,我校在培養(yǎng)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(jié)合行業(yè)要求分析,我?；I(yè)目前存在的問題主要有:(1)教師隊(duì)伍中普遍經(jīng)歷單一,缺乏工程師經(jīng)歷。(2)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不完善,學(xué)生工程實(shí)踐能力較弱,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力不足,學(xué)校與工業(yè)界聯(lián)系不夠緊密。(3)缺乏對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神的系統(tǒng)訓(xùn)練。(4)畢業(yè)生的調(diào)查與跟蹤機(jī)制不夠完善等。除此之外,缺乏科學(xué)的學(xué)生考評(píng)機(jī)制,缺乏畢業(yè)生跟蹤與反饋體系。因此要針對(duì)這些問題,以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī),有目的的開展工作。
3 靈活設(shè)定培養(yǎng)方向
專業(yè)方向的設(shè)置是高校人才培養(yǎng)的基礎(chǔ),開設(shè)什么樣的專業(yè)方向,關(guān)系到培養(yǎng)什么樣的專業(yè)人才,培養(yǎng)出來的人才是否符合社會(huì)的需求,這個(gè)問題關(guān)系到一個(gè)專業(yè)的前途命運(yùn)。在充分利用我校資源的同時(shí),在專業(yè)方向設(shè)置上體現(xiàn)差異,強(qiáng)化特色,做到以質(zhì)量求生存,以特色求發(fā)展。在開設(shè)專業(yè)方向的問題上,要避免與周圍同區(qū)域、同等水平的院校趨同,以減少資源的浪費(fèi),避免在人才培養(yǎng)上出現(xiàn)重復(fù)和過度競爭,充分體現(xiàn)差異。
4 優(yōu)化各級(jí)結(jié)構(gòu),提高培養(yǎng)質(zhì)量
當(dāng)前, 大學(xué)生畢業(yè)后難就業(yè)已經(jīng)成為社會(huì)主要關(guān)注的問題,也是每所高校所面臨的最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。要解決這個(gè)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(yīng)該根據(jù)市場(chǎng)所需人才,有針對(duì)性的提高培養(yǎng)質(zhì)量。提高培養(yǎng)質(zhì)量,既要從宏觀上把握高等教育的結(jié)構(gòu),明確學(xué)校、院系和學(xué)科的定位,滿足地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展對(duì)高等教育的要求,另外,要從微觀上、從學(xué)校本身把握高等教育的內(nèi)部結(jié)構(gòu),理順專業(yè)結(jié)構(gòu)、學(xué)科結(jié)構(gòu)與理論結(jié)構(gòu),使我們培養(yǎng)的人才和社會(huì)需求相一致。
我國的高等教育逐漸從精英教育轉(zhuǎn)向大眾化教育階段,大學(xué)之間的功能也由以前的趨同轉(zhuǎn)向?yàn)橹饾u分化,這就使得學(xué)校的專業(yè)定位顯得尤為重要。我?；I(yè)應(yīng)根據(jù)主要生源地的用人需求,將培養(yǎng)的方向和層次準(zhǔn)確定位,針對(duì)培養(yǎng)什么樣規(guī)格的人才,滿足哪些領(lǐng)域的社會(huì)需求等這些問題開展廣泛的研究,謹(jǐn)慎決定。此外,認(rèn)真處理好專業(yè)建設(shè)中適應(yīng)與對(duì)口的關(guān)系,在一般的學(xué)校,學(xué)生是直接面對(duì)市場(chǎng)就業(yè)的,應(yīng)該將專業(yè)設(shè)置得窄一點(diǎn),對(duì)口性更強(qiáng)一點(diǎn)。
通過以上論述可以看出,要想擴(kuò)大我?；I(yè)在西部地區(qū)的辦學(xué)影響力,還需要我們多了解學(xué)生的思想動(dòng)態(tài),提升認(rèn)識(shí)水平,根據(jù)市場(chǎng)的需求,提高培養(yǎng)質(zhì)量,能夠很好的在地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮主要作用,扎扎實(shí)實(shí)做好專業(yè)建設(shè)工作。相信在不遠(yuǎn)的將來,我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)一定會(huì)成為西部最具影響力的王牌專業(yè),為我國化工行業(yè)培養(yǎng)出更優(yōu)秀的人才。
化學(xué)工程隨化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而發(fā)生并演變,反過來又推動(dòng)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。在過去的一百年,化學(xué)工業(yè)與化學(xué)工程技術(shù)歷經(jīng)了孕育、誕生、發(fā)展,直至形成今天龐大產(chǎn)業(yè)的過程。它每年為社會(huì)提供數(shù)以億噸計(jì)的千百萬種合成產(chǎn)品,是我們衣、食、住、行須臾難以離開的物質(zhì)基礎(chǔ),為社會(huì)繁榮做出了巨大的貢獻(xiàn)。
一、環(huán)境化學(xué)工程的現(xiàn)狀
20世紀(jì)60年代和70年代初期,工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,增長速度較快。但由于忽視對(duì)環(huán)境污染的控制與治理,致使環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重,公害事件不斷發(fā)生,社會(huì)反應(yīng)強(qiáng)烈,引起了各國政府的關(guān)注,采取了各種環(huán)境保護(hù)措施和對(duì)策,加強(qiáng)環(huán)境管理,制訂各種環(huán)境保護(hù)法規(guī)和法律,規(guī)定污染物排放標(biāo)準(zhǔn),增加環(huán)境保護(hù)投資,以控制污染,改善環(huán)境。這些措施雖然在局部地區(qū)或一定時(shí)期內(nèi)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(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類進(jìn)步的要求。
1979年在日內(nèi)瓦召開的“環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行國際合作的全歐高級(jí)會(huì)議”上,通過了《關(guān)于少廢無廢技術(shù)(工藝)和廢物利用宣言》,指出:“無廢技術(shù)是使社會(huì)和自然取得和諧關(guān)系的戰(zhàn)略方向和重要手段”。歐洲共同體委員會(huì)在一篇報(bào)告中對(duì)“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(chǎn)產(chǎn)品的一種技術(shù),同時(shí)在生產(chǎn)過程和成品的使用過程中,減少排入環(huán)境中的可產(chǎn)生污染的廢水和廢物量。同時(shí)對(duì)環(huán)境的任何作用都不致破壞它的正常功能。有的學(xué)者認(rèn)為,無廢工藝的概念應(yīng)當(dāng)包括無害、節(jié)能、省地、復(fù)用、閉路等內(nèi)涵。從技術(shù)上講是一種具體技術(shù)。
化學(xué)工業(yè)作為造成大規(guī)模嚴(yán)重環(huán)境污染的主要過程之一,為了從根本上解決環(huán)境污染問題,實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,必須以預(yù)防為主,從源頭著眼,從工藝入手,開辟綠色化工技術(shù),將污染減少或消除在生產(chǎn)工藝過程之中;化學(xué)工程進(jìn)入了環(huán)境化學(xué)工程時(shí)期。
二、環(huán)境化學(xué)工程的發(fā)展
新原理、新方法和新技術(shù)研究開發(fā)仍然是環(huán)境分析化學(xué)獲得質(zhì)的飛躍的原動(dòng)力。可適用于極復(fù)雜基體中眾多已知和未知污染物同時(shí)定性鑒定和準(zhǔn)確定量的具有高分辨能力的新型色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)需要給予高度關(guān)注,例如,色譜技術(shù)中的多維色譜由于其高分辨能力可在復(fù)雜環(huán)境樣品分析中發(fā)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(chǎn)物和降解產(chǎn)物的分析和鑒定。飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF-MS)、四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(Q-TOF-MS)和高分辨質(zhì)譜(HRMS)等具有全掃描和準(zhǔn)確質(zhì)量分析功能的質(zhì)譜與各種色譜技術(shù)的聯(lián)用將使得同時(shí)鑒定和測(cè)定目標(biāo)和非目標(biāo)污染物以及超復(fù)雜基體樣品的分析變得更加簡單,從而在新型污染物發(fā)現(xiàn)和識(shí)別中扮演重要角色。先進(jìn)的同位素質(zhì)譜技術(shù)和手性分離分析技術(shù)將在微量污染物的準(zhǔn)確定量、污染源解析中獲得更多應(yīng)用,生物檢測(cè)、生物標(biāo)志物和被動(dòng)采樣等可反映污染物生物效應(yīng)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的新方法將得到更大發(fā)展,原位、現(xiàn)場(chǎng)、快速檢測(cè)方法將在環(huán)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(chǎn)物的分析技術(shù)研究,而前蘇聯(lián)切爾諾貝利和日本福島核事故造成的嚴(yán)重核素污染提醒我們必須高度關(guān)注核污染的檢測(cè)、預(yù)警和處置研究。
環(huán)境污染化學(xué)研究在貼近世界環(huán)境科學(xué)前沿的同時(shí),要密切結(jié)合我國環(huán)境污染的復(fù)合型、壓縮型、結(jié)構(gòu)型和嚴(yán)重性特點(diǎn)。在污染生態(tài)化學(xué)和環(huán)境健康研究方面,需要高度重視典型污染物的生物轉(zhuǎn)化和生物致毒機(jī)制,低劑量、長時(shí)間、復(fù)合污染暴露下的生態(tài)毒理效應(yīng)的分子機(jī)制,復(fù)合污染在種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)水平上的生態(tài)毒理效應(yīng),污染脅迫下生物的抗性和適應(yīng)機(jī)制,重要污染物在體內(nèi)的吸收、分布、轉(zhuǎn)化與消減排泄過程,污染脅迫下疾病發(fā)生的機(jī)制,納米材料本身及其與有機(jī)污染物相互作用、生物有效性和毒性機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問題的研究。
新原理、新方法和新技術(shù)的研究仍然是污染控制化學(xué)研究的重點(diǎn)?；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(jí)氧化技術(shù)仍然是水體、大氣污染控制技術(shù)的前沿課題,基于電化學(xué)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(fā)揮作用,用于大氣和室內(nèi)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(shù)仍然是持續(xù)努力的方向,綠色、環(huán)保、分散性、穩(wěn)定性和運(yùn)移性良好的納米吸附和降解材料將更多地應(yīng)用于地下水污染的修復(fù)治理,高效的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)和重污染場(chǎng)地的強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)是土壤污染修復(fù)的關(guān)鍵。在對(duì)以上各新型的末端治理技術(shù)研究探索的同時(shí),環(huán)境化學(xué)工作者需要比以往任何時(shí)候更密切地與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、工程技術(shù)等領(lǐng)域合作,盡可能地將清潔生產(chǎn)、綠色化學(xué)、生態(tài)工業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等源頭控制理念貫徹于生產(chǎn)和環(huán)境治理當(dāng)中,改變主要依靠末端治理的被動(dòng)局面。
三、總結(jié)
環(huán)境化學(xué)仍然處于快速發(fā)展中,其學(xué)科的理論體系仍有待進(jìn)一步完善。發(fā)展基于機(jī)理的可以用于反應(yīng)性混合化學(xué)品環(huán)境暴露與聯(lián)合毒性理論模擬的混合物毒性-構(gòu)效關(guān)系預(yù)測(cè)方法,建立可用于污染物生物毒性分子機(jī)制和復(fù)雜環(huán)境過程研究的基于量子化學(xué)計(jì)算、分子力學(xué)和蒙特卡羅模擬結(jié)合的理論模擬方法,進(jìn)行以污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為目標(biāo)的環(huán)境理論計(jì)算方法和模型研究,將是今后理論環(huán)境化學(xué)研究的重點(diǎn)。
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(yè)革命之前的生產(chǎn),還是現(xiàn)階段科技含量高,日趨現(xiàn)代化、國際化的社會(huì)化大生產(chǎn),這些工廠每年要向大氣排放數(shù)萬甚至數(shù)十萬噸的二氧化碳[1]。這些二氧化碳?xì)怏w的排放,成為了造成全球性的溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)住６趹?yīng)對(duì)氣候變化的法律法規(guī)出臺(tái)之前的相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi),造成這一現(xiàn)象的那些工廠卻不用為溫室效應(yīng)負(fù)擔(dān)任何一點(diǎn)費(fèi)用。
現(xiàn)在這一狀況已經(jīng)得到了明顯的改善,許多化工企業(yè)正積極的開發(fā)和利用新的科學(xué)技術(shù),來達(dá)到減少二氧化碳排放量的目的。甚至有一些企業(yè)將二氧化碳作為化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一種原材料來使用。例如,有的化工企業(yè)將其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w作為一種原材料來生產(chǎn)尿素。僅這一種工藝,就可以使該企業(yè)的每年的二氧化碳?xì)怏w排放量減少數(shù)十萬噸。
二、海水淡化工程的預(yù)處理過程中運(yùn)用綠色科技
每個(gè)人的生活都不能離開水,水對(duì)于每個(gè)人的生命和整個(gè)社會(huì)的發(fā)展而言是絕對(duì)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(diǎn)。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,淡水的危機(jī)成為了世界性的環(huán)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(shù)的應(yīng)用,就成了緩解我國淡水資源匱乏現(xiàn)狀的一種有效的途徑。隨著近年來科技的快速發(fā)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(shù)不再是那些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家才使用的起得奢侈的技術(shù)。許多發(fā)展中國家也引進(jìn)并采用了這一技術(shù)。
海水淡化技術(shù)指的就是一種利用物理上的或者化學(xué)上的方法將海水里面的鹽和水進(jìn)行分離的技術(shù)。在進(jìn)行海水淡化技術(shù)的預(yù)處理進(jìn)程中,任何影響環(huán)境狀況的不良影響都沒有產(chǎn)生。并且在獲取海水資源的過程中,并沒有繼續(xù)對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成傷害。我們的黨所提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思想,就是指要在滿足自身生存發(fā)展的需要的同時(shí),為子孫后代留下了可以繼續(xù)發(fā)展的環(huán)境狀況。因此,將綠色的化學(xué)工藝運(yùn)用于海水淡化的過程中的這一舉措至關(guān)重要。因此,將綠色的科學(xué)理念與化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程聯(lián)系在一起,便成為了現(xiàn)代世界化的化工生產(chǎn)中的主要方向之一。在海水淡化構(gòu)成的預(yù)處理過程中產(chǎn)生了一些氫氧化鎂,成為了環(huán)保領(lǐng)域新的寵兒,這種物質(zhì)具有成本低廉,工藝簡單、不產(chǎn)生二次污染,處理效果良好的特點(diǎn),具有非常廣闊的發(fā)展前景。
三、綠色化學(xué)技術(shù)在我國傳統(tǒng)香精香料工業(yè)中的應(yīng)用
在日?；瘜W(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)中,香精香料是不可缺少的添加劑之一。我國的香精香料產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的出口,是我國進(jìn)出口貿(mào)易的一項(xiàng)重要組成部分。但是由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響逐漸加深,及全球性經(jīng)濟(jì)蕭條的狀況逐漸加劇,我國的香精香料出口產(chǎn)業(yè)收到了很大的打擊,產(chǎn)品訂單大幅度減少。
在深入地調(diào)查我國香精香料產(chǎn)品出口訂單銳減現(xiàn)象的原因之后,不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量超標(biāo),是其真正并且主要的原因。造成有害雜質(zhì)含量超標(biāo)的原因則在于生產(chǎn)工藝方面的缺陷。例如提取原料的成分在產(chǎn)品中有殘留以及包裝材料的使用不當(dāng)?shù)仍?。其?提取原料的成分在產(chǎn)品中的殘留的問題,可以通過研究和開發(fā)新的提取技術(shù)來改變。包裝材料使用不當(dāng)?shù)膯栴},則應(yīng)通過加強(qiáng)企業(yè)和工廠的監(jiān)管力度,督促生產(chǎn)商家和企業(yè)反復(fù)試驗(yàn),選取符合有害雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)的外包裝物等方法來改善。還要牢牢掌握我國香精香料產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)方面,不斷加強(qiáng)新技術(shù)的研究和其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用,才能夠滿足生產(chǎn)出高質(zhì)量、低能耗的香精香料產(chǎn)品的要求。
四、綠色化學(xué)使可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略任務(wù)逐步向前推進(jìn)
傳統(tǒng)的化工生產(chǎn),給我們的生活創(chuàng)造了非常豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源。其在對(duì)人類歷史的發(fā)展進(jìn)步的工程中所做的貢獻(xiàn)是不不忽略的。但是呢,又由于化工產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料和生產(chǎn)過后的殘余物中,存在著大量的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)又造成了很多環(huán)境污染問題以及生態(tài)平衡的失調(diào)。這樣,就又阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展。新世紀(jì),面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境污染所提出的挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這種道路的選擇,成為了歷史的必然。
實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)成為了我國的一項(xiàng)基本的國策。作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分的化學(xué)工業(yè),在這一基本國策的指導(dǎo)之下,最行之有效的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的方法便是綠色化學(xué)的開發(fā)和利用。綠色化學(xué),不單單是指那些對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學(xué)生產(chǎn)過程,更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價(jià)格平民化的化學(xué)化工技術(shù)的研究以及應(yīng)用。綠色化學(xué)的生產(chǎn)過程只產(chǎn)生非常少量的廢物處理,或者不產(chǎn)生廢物處理。其最主要的特點(diǎn)便是在生產(chǎn)的過程中,最大程度地充分利用資源,使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,盡量不產(chǎn)生污染。有利于化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這一道路的切實(shí)執(zhí)行。
1 化學(xué)工程與工藝概述
化學(xué)工程,簡稱化工,是研究以化學(xué)工業(yè)為代表的,以及其他過程工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)化學(xué)過程與物理過程的一般原理和規(guī)律,如石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、印染工業(yè)等,并應(yīng)用這些規(guī)律來解決過程及裝置開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作等問題,它是以數(shù)學(xué)及少量的物理觀念為基礎(chǔ)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)上,主要研究大規(guī)模改變物料中的化學(xué)組成及其機(jī)械和物理性質(zhì),來替生產(chǎn)化學(xué)品或是物料工廠提供一個(gè)反應(yīng)流程設(shè)計(jì)方式。實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和科學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為當(dāng)代化工研究中不可或缺的三種主要手段。
化學(xué)工程的研究領(lǐng)域最初只是化工單元操作,如:輸送現(xiàn)象(為化工學(xué)科當(dāng)中“單元操作”的理論基礎(chǔ))、化工熱力學(xué)輸送現(xiàn)象。隨著發(fā)展,后來又發(fā)展出一些新的分支,化學(xué)工程領(lǐng)域的分支龐大,可應(yīng)用在各類化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究及實(shí)務(wù)上的操作,因應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要,以化工的知識(shí)背景為基礎(chǔ),例如半導(dǎo)體工業(yè)。隨計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展,數(shù)值模擬(cfd)在化工的發(fā)展占據(jù)重要的地位。
2 化學(xué)工程與工藝專業(yè)簡介
2.1 化學(xué)工程與工藝任務(wù)。根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的性質(zhì),化學(xué)工程與工藝專業(yè)的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)工程學(xué)與化學(xué)工藝學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí),受到化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)方法的基本訓(xùn)練.具有對(duì)現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬優(yōu)化、革新改造,對(duì)新過程進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)和對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行研制的基本能力。由于涉及化工的學(xué)科和領(lǐng)域很多,化學(xué)工程與工藝專業(yè)除了讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般應(yīng)用化工的基本知識(shí)和基本技能外,還應(yīng)該結(jié)合本地區(qū)、本行業(yè)及本校的實(shí)際情況,重點(diǎn)學(xué)習(xí)化工在某個(gè)或某幾個(gè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用,以便形成不同高校應(yīng)用化工專業(yè)的特色專業(yè)方向。
2.2 化學(xué)工程以及化學(xué)工業(yè)的一些特點(diǎn)。以物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),并結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)基本法則,研究化工單元操作以及有關(guān)的流體力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)原理、熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)等在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用,以指導(dǎo)各種過程及其設(shè)備的開發(fā)、改進(jìn)和發(fā)展屬于化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容?；瘜W(xué)工程是隨著化學(xué)工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展而形成的?；瘜W(xué)工程包括過程動(dòng)態(tài)學(xué)及控制、化工系統(tǒng)工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程等方面?；瘜W(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心部分,提供過程分析和設(shè)計(jì)所需的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),研究傳遞過程的方向和極限,化工熱力學(xué)是單元操作和反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ),它決定著產(chǎn)品的收率,對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生重要影響。對(duì)單元操作的研究,可用來指導(dǎo)各類產(chǎn)品的生產(chǎn)和化工設(shè)備的設(shè)計(jì);傳遞過程是單元操作和反應(yīng)工程的共同基礎(chǔ),化學(xué)工業(yè)在新的形勢(shì)下要求處于化學(xué)核心地位的催化技術(shù)和化學(xué)工程都必須用跨學(xué)科的戰(zhàn)略進(jìn)行多學(xué)科的研究。動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞,這三種傳遞,實(shí)質(zhì)上就是各種單元操作設(shè)備和反應(yīng)裝置中進(jìn)行的物理過程。
合成化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的核心,化學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)和合成了眾多天然存在的化合物,同時(shí)也創(chuàng)造了大量非天然的化合物,使人類社會(huì)所有的化合物達(dá)到2230萬個(gè)(美國化學(xué)文摘1999年12月10日收錄的化合物數(shù)),并且以幾個(gè)月就有100萬個(gè)的速度發(fā)展,大量新化合物的產(chǎn)生是化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。信息技術(shù)及工程技術(shù)的進(jìn)步為設(shè)備和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了條件,推動(dòng)了化工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和許多深度加工的產(chǎn)品更新?lián)Q代快,要求化學(xué)工業(yè)必須不斷發(fā)展和采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù),從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。不斷尋求技術(shù)上最先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上最合理的方法、原理、流程和設(shè)備是化學(xué)工業(yè)工藝創(chuàng)新追求的目標(biāo)。化工新技術(shù)開發(fā)程序是一套科學(xué)的程序,它是以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為宗旨,以工業(yè)化和商業(yè)化為目的的創(chuàng)新過程。世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家化學(xué)工業(yè)的研究開發(fā)費(fèi)用、科研人員以及專利和文獻(xiàn)的數(shù)量都居各工業(yè)部門的前列。
3 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析
傳統(tǒng)的化工實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的,需要花費(fèi)大量的人力物力,由于化工實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。借助MATLAB軟件的應(yīng)用,可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來。
化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)是初步了解、學(xué)習(xí)和掌握化學(xué)工程與工藝科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法的一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)?；?shí)驗(yàn)的特點(diǎn)流程較長,規(guī)模較大,數(shù)據(jù)處理也較為復(fù)雜。因此依靠計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)會(huì)使繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程變得簡單快捷,大大提高工作效率。數(shù)據(jù)處理是每一個(gè)化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)必不可少的步驟,也是至關(guān)重要的一個(gè)步驟。通過實(shí)驗(yàn)可以建立過程模型、分析工藝技術(shù)的可行條件。但是化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理往往并不是那么簡單,它需要通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,若僅僅依靠手工計(jì)算則需要花費(fèi)大量的時(shí)間,而且化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理量很大、重現(xiàn)性很高,因此應(yīng)用計(jì)算機(jī)來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以大大提高工作效率?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的專業(yè)學(xué)科。實(shí)驗(yàn)的目的是通過有限的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)去尋找某一對(duì)象或某一過程中各參數(shù)之間的定量關(guān)系,從而揭示某化工過程所遵循的客觀規(guī)律。
MATLAB在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行初步的嘗試。傳統(tǒng)的化工實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的,需要花費(fèi)大量的人力物力,由于化工實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。而MATLAB是一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件,能夠方便地繪出各種函數(shù)圖形,一方面可以解決符號(hào)演算問題,另一方面可以解決數(shù)學(xué)中的數(shù)值計(jì)算問題。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣,包括信號(hào)和圖像的處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。它已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。借助MATLAB軟件的應(yīng)用,可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來,利用MATLAB軟件編寫一個(gè)數(shù)據(jù)處理程序:只需輸入任意一組原始數(shù)據(jù),就可以把實(shí)驗(yàn)結(jié)果,數(shù)據(jù)模型以及作圖一起顯示出來。
4 結(jié)束語
21世紀(jì)世界進(jìn)入資源、能源短缺的時(shí)代,解決由國家提出的節(jié)約資源對(duì)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的任務(wù),需要化學(xué)與化工學(xué)科的共同發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,我國提出轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,為此,化工教育首先要端正學(xué)生和家長對(duì)化工產(chǎn)生的片面認(rèn)識(shí)。融合從分子水平的化學(xué)到大規(guī)模制各工程科學(xué)的寬闊視野,現(xiàn)代化學(xué)工程教育內(nèi)容既應(yīng)跨越和涵蓋整個(gè)化學(xué)和化工領(lǐng)域,也仍要重視工程教育的特征,強(qiáng)化工程實(shí)踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力,完成化學(xué)工程教育的歷史任務(wù),探討化工與其他學(xué)科的跨學(xué)科交叉,并落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中,正確認(rèn)識(shí)化學(xué)工程的學(xué)科范式和內(nèi)涵。
一、虛擬儀器的發(fā)展和結(jié)構(gòu)組成
電子儀器的發(fā)展,一共經(jīng)歷了四個(gè)重要階段:模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。前三個(gè)階段的發(fā)展實(shí)際上是為第四階段的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第四代虛擬儀器,是通信技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,三門學(xué)科最新技術(shù)的結(jié)晶,融合了測(cè)試?yán)碚?、儀器原理和技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形軟件編程技術(shù)于一體。虛擬儀器的產(chǎn)生是儀器發(fā)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(jié)合起來,將其應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)節(jié)、控制等的一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的平臺(tái)。一般來說,完整的虛擬儀器系統(tǒng)中有三部分的組成結(jié)構(gòu),一部分是電子計(jì)算機(jī),一部分是儀器軟件,最后一部分是儀器硬件。在電子計(jì)算機(jī)和大型集成電路高速發(fā)展的今天,相比較傳統(tǒng)儀器,虛擬儀器得到了飛躍發(fā)展。在基本硬件的支持下,虛擬儀器可以利用電子計(jì)算機(jī)合理的調(diào)用相應(yīng)的高級(jí)軟件模塊來完成數(shù)據(jù)的采集、控制、分析、處理以及結(jié)果的存儲(chǔ)和顯示。與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器具有成本低、性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間短以及出色的集成這五大優(yōu)勢(shì)?；诖?本文對(duì)虛擬儀器的發(fā)展及在化學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探究,為其未來的發(fā)展提供參考依據(jù)。
二、虛擬儀器的技術(shù)支撐和特點(diǎn)
硬件是虛擬儀器的基礎(chǔ),軟件是虛擬儀器的核心。計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示。硬件接口電路主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)構(gòu)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(tǒng)、基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器系統(tǒng)、基于VXI 總線儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)、基于PXI 總線儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)、基于串行口儀器的虛擬儀器系統(tǒng)和基于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的虛擬儀器系統(tǒng)等類型。軟件可定義儀器的功能圖。虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)從底到頂層分為儀器I/O 接口軟件、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件3 個(gè)層次。
虛擬儀器作為新型的儀器種類,主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn):首先,技術(shù)和接口技術(shù),具有方便、靈活的互聯(lián)性,可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用連接。其次,開放式體系結(jié)構(gòu),縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。虛擬儀器開放性構(gòu)成方式,使其具有靈活性和功能的可重構(gòu)性,可使用戶提高重復(fù)利用率,縮短系統(tǒng)組建時(shí)間,降低開發(fā)費(fèi)用。最后,“軟件就是儀器”,儀器功能由用戶定義。虛擬儀器系統(tǒng)中,軟件是整個(gè)儀器的關(guān)鍵,用戶可以根據(jù)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(tǒng)的功能與規(guī)模,打破了傳統(tǒng)儀器有廠家定義、用戶無法改變的模式。
三、虛擬儀器在化學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用
虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件,結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助客戶創(chuàng)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(tǒng)集成,標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是NI近30年來始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。它在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用有以下幾方面:
虛擬儀器可以應(yīng)用在化工過程控制領(lǐng)域中、是由化工領(lǐng)域中以及化學(xué)工程模擬領(lǐng)域中。虛擬儀器可以對(duì)化學(xué)反映系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè),還能通過參數(shù)的檢測(cè)來調(diào)整和控制各項(xiàng)參數(shù),以更好地確?；瘜W(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行。在化工過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用有很多,例如,東南大學(xué)的王曉等人通過基于labview開發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器開發(fā)了換熱器試驗(yàn)裝置測(cè)控系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)有很多功能,包括對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)、記錄,同時(shí)還能對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析和調(diào)節(jié),基于此,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)的研究和推廣,使其在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。石油化工領(lǐng)域中也經(jīng)常需要運(yùn)用到虛擬儀器,通常是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器結(jié)合在一起進(jìn)行應(yīng)用。在這方面的應(yīng)用實(shí)例有:通過虛擬儀器,對(duì)石油管道的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè),來判斷石油管道在運(yùn)行過程中會(huì)否出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象?；瘜W(xué)工程模擬,實(shí)際上是通過建立化工過程的一系列數(shù)學(xué)模型,然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的條件要求以及各項(xiàng)參數(shù),利用計(jì)算機(jī),對(duì)這些模型進(jìn)行計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算的結(jié)構(gòu)模擬出整個(gè)化工過程中所發(fā)生的行為。在化工領(lǐng)域中,如果要使用一種新的儀器或者是使用一項(xiàng)新的工藝,需要先依靠計(jì)算機(jī)對(duì)這些儀器或者工藝進(jìn)行模擬,得到一系列數(shù)據(jù),并鑒定其可靠性。虛擬儀器在化學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,使得整個(gè)過程的各項(xiàng)參數(shù)判斷更加具體和直觀,有利于判斷其對(duì)于工程的影響。這方面的應(yīng)用實(shí)例也有很多,例如,新疆大學(xué)的付志新等人開發(fā)出了一套基于全混流反應(yīng)器的模擬系統(tǒng),并且模擬計(jì)算了其中的不可逆的放熱反應(yīng)。
五、虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)和光明前景
虛擬儀器還可廣泛應(yīng)用于航天航空、軍事工程、汽車、電力工程、機(jī)械工程、建筑工程、鐵路交通、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)療等很多需要高性能測(cè)控設(shè)備進(jìn)行科學(xué)分析的場(chǎng)合。例如,利用虛擬儀器系統(tǒng)可以開發(fā)復(fù)雜的汽車駕駛室模擬仿真系統(tǒng),汽車ABS 傳感器功能測(cè)試系統(tǒng);可以測(cè)試飛機(jī)飛行過程中的噪音,進(jìn)行飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試,飛行控制系統(tǒng)測(cè)試;可以用于電力參數(shù)的測(cè)試,構(gòu)建電力測(cè)量控制系統(tǒng);可以用于開發(fā)內(nèi)燃機(jī)測(cè)試系統(tǒng),等等。
自從虛擬儀器出現(xiàn)以來,其技術(shù)也不斷發(fā)展和成熟,逐漸向著圖形化這一開發(fā)平臺(tái)中的更強(qiáng)適應(yīng)性、更高級(jí)別的硬件模塊以及更符合標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序等方向發(fā)展,而該平臺(tái)自身的不斷完善和發(fā)展也是促進(jìn)虛擬儀器技術(shù)不斷發(fā)展和提高的重要保證。同時(shí),怎樣縮短用戶的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)量,就能確保其進(jìn)行具有強(qiáng)大功能虛擬儀器的使用,怎樣讓用戶輕易地對(duì)該模擬系統(tǒng)中得到的結(jié)果進(jìn)行判斷,或者如何確保用戶采用一些系統(tǒng)構(gòu)成比較簡潔的虛擬儀器來對(duì)復(fù)雜的內(nèi)容 進(jìn)行測(cè)試,都是虛擬儀器在未來的發(fā)展中需要解決的問題。
結(jié)束語:
虛擬儀器的結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的優(yōu)越性,發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段,目前,其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,虛擬儀器的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。除了上述提到的在化學(xué)工程領(lǐng)域中的各種應(yīng)用,它應(yīng)用的范圍將不斷擴(kuò)展到其他相關(guān)領(lǐng)域中。因此,虛擬儀器的市場(chǎng)前景是廣闊的。
東北石油大學(xué)于2010年成功申請(qǐng)了能源化學(xué)工程專業(yè)——國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科專業(yè)。如何在深化教育改革,全面推進(jìn)素質(zhì)教育的過程中,突出本專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng),積極探索培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型工科人才的途徑和方法,是培養(yǎng)我國能源化工人才和教育改革發(fā)展的主題。人才質(zhì)量的高低在很大程度上取決于其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的高低,而這正是目前高等教育的薄弱環(huán)節(jié)?！笆谌艘贼~,不如授人以漁”,就是對(duì)培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力重要性的最好詮釋。
一、優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)
創(chuàng)新能力來源于寬厚的基礎(chǔ)知識(shí)和良好的素質(zhì),僅僅掌握單一的專業(yè)知識(shí)是很難做到的。因此,加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)教育的內(nèi)涵更新和外延拓展及構(gòu)建合理的課程體系非常重要。首先要優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),按照“少而精”的原則設(shè)置必修課,增加選修課比重,允許學(xué)生跨系跨專業(yè)選修課程。還要提高學(xué)生獲得信息的手段,使學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸各學(xué)科發(fā)展前沿,了解科技發(fā)展的趨勢(shì),掌握未來變化的規(guī)律。
二、優(yōu)化課堂教學(xué)形式
課堂教學(xué)是教學(xué)的基本組成形式,學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也必須滲透到各科教學(xué)過程中。教師既是知識(shí)的傳授者,也是創(chuàng)新教育的實(shí)施者。要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平和生活體驗(yàn),創(chuàng)設(shè)新的教學(xué)情景導(dǎo)入新課,營造一個(gè)鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新的課堂氛圍。采用多樣的課堂教學(xué)形式,鼓勵(lì)學(xué)生提出不同的見解。加強(qiáng)各學(xué)科的相互滲透和交叉綜合,有利于學(xué)生整體素質(zhì)的提高;注意融合學(xué)科前沿知識(shí)和高新科技,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。
三、探索開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
充分利用我院省級(jí)化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的儀器設(shè)備和師資力量,探索和完善實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法及其在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)技能競賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽、新能源設(shè)計(jì)競賽、數(shù)學(xué)建模競賽、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中的應(yīng)用,改革和完善實(shí)驗(yàn)課程成績的科學(xué)評(píng)價(jià)體系,改革實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行機(jī)制,探索開放實(shí)驗(yàn)室的管理方式和體制,探索保障實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備不斷更新以跟上學(xué)科發(fā)展的途徑,完善實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)耗材的實(shí)驗(yàn)室管理體制。
四、完善學(xué)生科技創(chuàng)新體系,建立校內(nèi)外創(chuàng)新實(shí)踐基地
實(shí)行學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃,引導(dǎo)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行科研訓(xùn)練;鼓勵(lì)學(xué)生參加教師的科研課題,與教師合作進(jìn)行科學(xué)研究;實(shí)行學(xué)生科研立項(xiàng)制度,從政策和經(jīng)費(fèi)上鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新;聘請(qǐng)國內(nèi)外著名專家學(xué)者為學(xué)生作學(xué)術(shù)報(bào)告等形式,使學(xué)生了解能源化工專業(yè)發(fā)展的學(xué)術(shù)前沿;鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)國家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,省、校級(jí)挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目等,提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。發(fā)揮區(qū)域經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),簽約合作企業(yè),并對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重點(diǎn)投入建設(shè),本專業(yè)已建成國家級(jí)石油化工工程實(shí)踐教育中心和大慶煉化公司的創(chuàng)新實(shí)踐基地,為學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐提供了保障。
五、完善評(píng)價(jià)體系,建立創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制
評(píng)價(jià)是教育管理中實(shí)施控制的特殊手段,是教育管理的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)培養(yǎng)體系不利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的弊病反映在評(píng)價(jià)體系上采用簡單劃一的方式,未能反映出學(xué)生的真實(shí)全面的水平和能力。對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)不僅要重視知識(shí)的全面性考查,更要重視創(chuàng)新能力的考查?？荚嚪绞蕉鄻踊?考試時(shí)間自主化。同時(shí)建立對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新成果積極的激勵(lì)機(jī)制,即對(duì)學(xué)生的各種創(chuàng)新行為和成果給予正面的激勵(lì)和獎(jiǎng)勵(lì)。建立專門制度,從政策導(dǎo)向上鼓勵(lì)和支持教師在傳授知識(shí)過程中,積極探索創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的方法并付諸實(shí)踐。
六、實(shí)踐成果
1.豐富和完善了教育教學(xué)研究的改革和實(shí)踐。項(xiàng)目在 能源化工專業(yè)2009級(jí)中進(jìn)行了三年的應(yīng)用,收到了良好效果,極大地推動(dòng)了其他化工專業(yè)類拔尖人才和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和實(shí)踐,對(duì)促進(jìn)石油化工類拔尖創(chuàng)新本科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高發(fā)揮了積極的作用。2010年以來,石油化工類專業(yè)承擔(dān)省級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)。發(fā)表教學(xué)研究論文9篇,主編教材3部;完成了《分離工程》等省級(jí)精品課程的建設(shè),《化工熱力學(xué)》、《化學(xué)反應(yīng)工程》、《工業(yè)催化》3門重點(diǎn)課程建設(shè)。
2.促進(jìn)了石油化工專學(xué)科建設(shè)。石油化工創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)的改革促進(jìn)了以化學(xué)工程與工藝為主的石油化工類學(xué)科建設(shè)。目前在學(xué)科建設(shè)方面已有1個(gè)國家級(jí)特色專業(yè)—化學(xué)工藝,1個(gè)國家級(jí)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)—能源化學(xué)工程,1個(gè)省重點(diǎn)(特色)專業(yè)—化學(xué)工程。已有1個(gè)國家級(jí)實(shí)踐教育平臺(tái)—國家級(jí)石油化工工程實(shí)踐教育中心,1個(gè)輕烴加工與利用部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,1個(gè)石油與天然氣化工省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)省級(jí)石油化工技術(shù)研發(fā)中心,已成為黑龍江省石油化工工程技術(shù)人才培養(yǎng)和培訓(xùn)基地。
3.學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與競賽獲獎(jiǎng)。通過創(chuàng)新培養(yǎng)體系的實(shí)施,能源化工09-2班25名學(xué)生,8名學(xué)生參加國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,10余名學(xué)生參加國校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),公開7篇,申請(qǐng)專利2項(xiàng)。英語四級(jí)一次性通過率100%,六級(jí)一次性通過率80%;國家二級(jí)計(jì)算機(jī)考試一次性通過率100%,并有40%的學(xué)生自愿考試通過國家三級(jí)計(jì)算機(jī)考試。同時(shí)該專業(yè)學(xué)生積極參加各種競賽活動(dòng),3名同學(xué)獲全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽1等獎(jiǎng),5名同學(xué)獲得全國化工設(shè)計(jì)競賽二等獎(jiǎng),2人獲得全國英語競賽三等獎(jiǎng)。1人獲得2011年“國信藍(lán)點(diǎn)杯”全國軟件人才設(shè)計(jì)與開發(fā)大賽黑龍江賽區(qū)C語言程序設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng),1人獲得2011年高教杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽二等獎(jiǎng)。校級(jí)英語競賽、物理競賽,軟件設(shè)計(jì)大賽和挑戰(zhàn)杯等獲獎(jiǎng)30余項(xiàng)。經(jīng)過系統(tǒng)化、有針對(duì)性的培養(yǎng)和嚴(yán)格的考核,學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了極大的提高,班級(jí)大多數(shù)學(xué)生獲得了“三好學(xué)生”、“優(yōu)秀學(xué)生干部”、“優(yōu)秀團(tuán)干部”等榮譽(yù)稱號(hào)。在此基礎(chǔ)上班級(jí)的學(xué)風(fēng)日益濃厚,多次獲得校級(jí)榮譽(yù)。
七、理論水平與推廣價(jià)值
項(xiàng)目研究從能源化學(xué)工程—戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)設(shè)立的目標(biāo)與東北石油大學(xué)化工學(xué)院特色優(yōu)勢(shì)實(shí)際出發(fā),構(gòu)建能源化學(xué)工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)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(shí)施方案、操作辦法,為全國相關(guān)專業(yè)的教學(xué)體系構(gòu)建,深化教學(xué)改革,提升教學(xué)質(zhì)量,為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供了較為全面的理論和實(shí)證參考,尤其是是對(duì)工科學(xué)校教學(xué)質(zhì)量提升和專業(yè)教學(xué)改革具有推廣價(jià)值。
一、新型反應(yīng)技術(shù)的研究
1.1 超臨界化學(xué)反應(yīng)技術(shù)
超臨界液體是指在溫度和壓力都處于臨界點(diǎn)之上時(shí),此時(shí)狀態(tài)處于液體和氣體之間,具有這兩種狀態(tài)的雙重性質(zhì)。這種狀態(tài)的流體不僅在化學(xué)工業(yè)、生物化工、食品工業(yè)有廣泛的應(yīng)用,而且還在醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛,已經(jīng)顯示出巨大的魅力,極具發(fā)展前景。近年來,化學(xué)界將超臨界水氧化法應(yīng)用到保護(hù)環(huán)境的領(lǐng)域,但是都處于初級(jí)發(fā)展階段,很不成熟。
1.2 綠色化學(xué)反應(yīng)技術(shù)
綠色化學(xué)是指對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染的,有利于保護(hù)環(huán)境的化學(xué)工程。綠色化學(xué)簡單說就是采用化學(xué)的技術(shù)和方法來減少或消除那些對(duì)人類有害的、妨礙社區(qū)安全的、對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響的原料或溶劑等。綠色化學(xué)是將污染從源頭進(jìn)行消除的工程,因此很徹底,這主要包括原子經(jīng)濟(jì)性和高選擇性的反應(yīng),生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境有利的材料,并且回收廢物循環(huán)利用的一門科學(xué)技術(shù)。
1.3 新的分離技術(shù)
研究從廣義上說,分離強(qiáng)化首先是對(duì)設(shè)備的強(qiáng)化,然后是對(duì)生產(chǎn)工藝的強(qiáng)化,綜合起來說就是只要能將設(shè)備變小、將能量轉(zhuǎn)化效率提高的技術(shù)都是化工分離技術(shù)強(qiáng)化的結(jié)果,有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,這也是化工分離技術(shù)的主要趨勢(shì)之一。古老的化工分離技術(shù)原理:利用沸點(diǎn)的不同,將不同的組分從分離塔里分離出來。隨著科技的發(fā)展及國內(nèi)外的分工合作共同研究除了大量新的分離技術(shù),具有廣闊的發(fā)展前景,但是這些在應(yīng)用中同樣也存在著很多問題,那就是:此項(xiàng)研究對(duì)相關(guān)分子蒸餾的基礎(chǔ)理論探究比較少,沒有在理論上充分說明和指導(dǎo),對(duì)設(shè)計(jì)刮膜式分子蒸餾器也沒有深入的研究。隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,分離技術(shù)也不斷得到改善,取得了長足的進(jìn)步,逐漸信息技術(shù)引入到分離技術(shù)的研究與開發(fā)上,例如在研究熱力學(xué)和傳遞的性質(zhì)、多相流等方面,這些都是信息技術(shù)發(fā)生功效的主要分離技術(shù),再如分子模擬大大提高了預(yù)測(cè)熱力學(xué)平衡和傳遞性質(zhì)的水平。對(duì)分子的設(shè)計(jì)加速了可以加速分離,因此對(duì)研究和開發(fā)新的高效的分離劑有深遠(yuǎn)的意義。信息技術(shù)的引進(jìn)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(jìn)展和方向
2.1 微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究進(jìn)展
微細(xì)尺度是從空間尺度和時(shí)間尺度微細(xì)的探討和研究傳熱學(xué)規(guī)律,現(xiàn)在在傳熱學(xué)中已經(jīng)自成一個(gè)分支,發(fā)展前景廣闊。當(dāng)物體的特征尺寸遠(yuǎn)大于載體粒子的平均尺寸即連續(xù)介質(zhì)時(shí)假定依然會(huì)成立,但是由于尺度的微細(xì),原來的假設(shè)的影響因素也會(huì)相對(duì)的發(fā)生變化,這就導(dǎo)致了流動(dòng)和傳入規(guī)律發(fā)生著惟妙惟肖的變化。目前,微米、納米科學(xué)已經(jīng)取得長足的進(jìn)步,受到人們的廣泛關(guān)注,諸多領(lǐng)域都是圍繞微細(xì)尺度傳熱學(xué)進(jìn)行研究的。其中高集成度電子設(shè)備、微型熱管、多空介質(zhì)流動(dòng)傳熱等多項(xiàng)研究都是微熱尺度傳熱學(xué)研究取得的豐碩成果。
2.2 強(qiáng)化傳熱過程的研究進(jìn)展
這項(xiàng)研究主要是從改進(jìn)換熱器設(shè)備的形式入手,提高傳熱的效率,并想辦法改進(jìn)設(shè)備使其持續(xù)對(duì)外放熱,這種改進(jìn)包括發(fā)明新的傳熱材料和改進(jìn)生產(chǎn)工藝,將過去的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化等方法。
2.3 傳熱理論研究進(jìn)展
近年來,傳熱研究者一直都致力于滴狀冷凝在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用,但至今仍未能很好的實(shí)現(xiàn),主要問題是如何獲得實(shí)現(xiàn)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(zhì),將滴狀冷凝應(yīng)用到工業(yè)上進(jìn)行傳熱改造是傳播熱學(xué)研究的主要熱點(diǎn)之一。沸騰的傳熱方式不僅在機(jī)械、動(dòng)力和石油化工等傳統(tǒng)的工業(yè)之中廣泛使用,而且在航空航天技術(shù)等高科技領(lǐng)域也廣泛的應(yīng)用著。長期以來,人們都在對(duì)液體發(fā)生核態(tài)沸騰的原因和具有高換熱強(qiáng)度的機(jī)理進(jìn)行著深入的探究。由于沸騰的現(xiàn)象是復(fù)雜和多變的,這些都導(dǎo)致了我們不能利用常規(guī)的計(jì)算方法來計(jì)算出沸騰所能傳輸?shù)臒崃?。到現(xiàn)在為止,加熱器表面受到水沸騰時(shí)產(chǎn)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(diǎn)所在,對(duì)沸騰傳熱進(jìn)行計(jì)算大都采用機(jī)理模型,這種方法存在嚴(yán)重的缺陷就是計(jì)算的準(zhǔn)確率很低,而且需要大量的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ),所以目前應(yīng)用的范圍較窄,目前沒有能較準(zhǔn)確計(jì)算沸騰傳熱的計(jì)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(fā),提出新的理論與計(jì)算方法或研究出新的模型,將數(shù)學(xué)與之相結(jié)合計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合
計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使化學(xué)中大量的計(jì)算問題和數(shù)據(jù)采集分析的問題得到了解決,同時(shí)解決了人力物力和財(cái)力,也增加了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與精確度,主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)計(jì)算流體力學(xué)和數(shù)值傳熱學(xué)上的主要貢獻(xiàn),其主要的研究方法是數(shù)值模擬法。這種方法的特點(diǎn)是需要大量的數(shù)據(jù)計(jì)算,而且需要大量的實(shí)驗(yàn)作為補(bǔ)充,采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和計(jì)算,有利于將數(shù)據(jù)直觀的表現(xiàn)出來,方式更加靈活多變,費(fèi)用更加低廉,并且得出結(jié)論的周期比較短,對(duì)于應(yīng)對(duì)此類問題計(jì)算機(jī)技術(shù)是最好的選擇。
三、化學(xué)工程學(xué)科未來的發(fā)展動(dòng)態(tài)
3.1 將化工過程與系統(tǒng)過程研究相結(jié)合
化學(xué)變化是一個(gè)復(fù)雜的過程,這是因?yàn)樾再|(zhì)決定的,其非對(duì)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(jié)構(gòu)尺度變多,其中結(jié)構(gòu)是對(duì)過程工程研究的中心問題,主要解決辦法是簡化其結(jié)構(gòu),使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變得簡單,更具有使用價(jià)值;首先研究特殊系統(tǒng),然后推理出一般性的結(jié)論,進(jìn)而推而廣之,這些都為解決結(jié)構(gòu)問題打下了良好的基礎(chǔ),解決了復(fù)雜系統(tǒng)不容易被分析的問題,采用整體法和還原法研究復(fù)雜的系統(tǒng)有利于把握系統(tǒng)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(zhuǎn)換成平時(shí)的時(shí)間和空間問題,對(duì)研究化學(xué)工程的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有好處。化學(xué)工程的這一轉(zhuǎn)變趨勢(shì)預(yù)示著化學(xué)正在向著應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)張,更加注重其實(shí)用性和價(jià)值性,而非學(xué)科本身理論的研究。這也在化學(xué)課堂上出現(xiàn)了明顯的改革,從只有實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)過程的化學(xué)轉(zhuǎn)換成有實(shí)驗(yàn)、有計(jì)算最后才產(chǎn)生結(jié)論的過程,這就需要化學(xué)與數(shù)學(xué)物理等相結(jié)合,甚至與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化學(xué)過程的更好研究。
3.2 將化學(xué)工程與材料科學(xué)研究相結(jié)合
科學(xué)的進(jìn)步使大量新的技術(shù)和產(chǎn)品能源不斷涌現(xiàn),并且在先進(jìn)技術(shù)的引導(dǎo)下得到了廣泛的應(yīng)用,這就為化學(xué)工程的研究提出了新的問題那就是如何為新的產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展提供良好的服務(wù)并不斷形成新的完整的理論,化學(xué)工程的發(fā)展就此進(jìn)入老人一個(gè)新的發(fā)展階段。在學(xué)科研究的方法上更多的注重學(xué)科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化學(xué)、生物與化學(xué)、能源與化學(xué)、環(huán)境與化學(xué)相結(jié)合的工程學(xué)科,這些都為化學(xué)工程的發(fā)展提出了新的發(fā)展方向和研究課題,為化學(xué)的發(fā)展做了良好的鋪墊。
3.3 將化學(xué)工程與信息工程研究相結(jié)合
化學(xué)工程技術(shù)的熱點(diǎn)是將化學(xué)工程與信息工程研究相結(jié)合,隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息技術(shù)已經(jīng)深入各行各業(yè),通過計(jì)算機(jī)技術(shù)可以收集大量信息,并對(duì)此進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算,隨著大量的數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計(jì)和分析,可以得出很多重要的規(guī)律和結(jié)論,這些規(guī)律可以用來作為提高效率和生產(chǎn)效益的理論依據(jù),同時(shí)可以預(yù)見,將化學(xué)工程和材料科學(xué)結(jié)合起來進(jìn)行分析必將是化學(xué)工程領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題,必將成為引領(lǐng)化學(xué)研究的主要方向。
四、結(jié)語
化學(xué)的影響以及需要重點(diǎn)探討的方向,就是化學(xué)環(huán)保問題。由于化學(xué)工程往往都會(huì)涉及污染問題,因此從化學(xué)工程技術(shù)角度分析,將從技術(shù)角度出發(fā),從而盡最大限度來降低化工技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響。未來化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展,直接影響著其發(fā)展態(tài)勢(shì)。
1 引言
化學(xué)生產(chǎn)工藝是化學(xué)生產(chǎn)過程中一直處于開發(fā)狀態(tài)的技術(shù),化工工藝的開發(fā)與發(fā)展在近年來更加火熱,主要原因在于化工生產(chǎn)常常造成一定范圍內(nèi)的污染。隨著人們對(duì)環(huán)保理念的關(guān)注,化工生產(chǎn)的工藝受到了挑戰(zhàn)。以往化工廠的污染問題一直得不到徹底的解決,污水化學(xué)殘留物的排放,給人們的生活帶來了很大的影響。化學(xué)生產(chǎn)造成污染,從很大程度上是其生產(chǎn)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(chǎn)效率,重點(diǎn)就在于改善其化學(xué)生產(chǎn)工藝。
2 我國化工生產(chǎn)的現(xiàn)狀分析
我國工業(yè)的幾大主體:機(jī)械工業(yè)、煤礦工業(yè)以及化學(xué)工業(yè)?；瘜W(xué)工業(yè)之所謂成為工業(yè)的重要組成部分,其重要因素在于化工生產(chǎn)能夠在很大程度上滿足人們生產(chǎn)與生活的需要,從而推動(dòng)了我國的工業(yè)以及農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展?；瘜W(xué)肥料是目前我國農(nóng)業(yè)農(nóng)作物的主要肥料,在很大程度上維持著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展與穩(wěn)定。然而,由于化學(xué)生產(chǎn)過程中必然會(huì)產(chǎn)生化學(xué)廢物,造成一定范圍內(nèi)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(chǎn)分析,總體上處于一種以犧牲能源以及環(huán)境為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)。具體分析如下:
化工生產(chǎn)的效率不高;我國工業(yè)發(fā)展存在一個(gè)共同的弊端,主要在于其生產(chǎn)的效率不高。在化學(xué)反應(yīng)過程中,主要由于生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)設(shè)備的不過關(guān)。例如在進(jìn)行化學(xué)肥料的生產(chǎn)過程中,反應(yīng)器皿往往無法達(dá)到反應(yīng)溫度。從而使反應(yīng)不充分,造成廢氣以及廢物的產(chǎn)生。不僅如此,反應(yīng)不充分,造成的最大問題在于反應(yīng)后生產(chǎn)的化學(xué)產(chǎn)品合格率太低,無法滿足人們的生產(chǎn)以及生活的需要。最為嚴(yán)重的是,不充分的化工生產(chǎn),造成巨大的能源與資源的浪費(fèi),從而大大降低了化工生產(chǎn)效率。
化工生產(chǎn)造成自然環(huán)境污染嚴(yán)重;化工生產(chǎn)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(chǎn)與化學(xué)反應(yīng)。在化工場(chǎng)附近的廢水檢測(cè)中的結(jié)果顯示,廢水中的重金屬嚴(yán)重超標(biāo),造成水源的污染,從而影響土質(zhì),造成自然環(huán)境的失衡。此外,對(duì)于化工生產(chǎn)過程中造成的廢水與廢物,化工廠為了節(jié)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(xué)工程中,連續(xù)的化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)不連貫,造成整個(gè)工程的連續(xù)性不佳,工程的進(jìn)度容易受到影響,尤其是當(dāng)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)脫節(jié)的時(shí)候,就會(huì)對(duì)化學(xué)工程造成很大的影響。而化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,出現(xiàn)的影響,其主要原因也在于生產(chǎn)工藝的不合格。
綜上所述,目前我國化工生產(chǎn)的主要現(xiàn)狀為生產(chǎn)效率不高,防污染環(huán)節(jié)不重視,沒有專門的污染處理系統(tǒng)以及化工生產(chǎn)的不完善等。這些問題,一起阻礙了我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。
3 我國化工生產(chǎn)工藝解析
從上文中,對(duì)于我國目前的化工生產(chǎn)過程中,存在著主要的問題就在于我國的化工生產(chǎn)工藝還不是非常完善。針對(duì)這些存在的問題,化學(xué)的生產(chǎn)工藝需要有哪些改進(jìn)呢?在化工生產(chǎn)過程中,采取哪些最新的化學(xué)生產(chǎn)工藝能夠降低化學(xué)生產(chǎn)所產(chǎn)生的污染呢?
首先,化學(xué)生產(chǎn)過程中,提高反應(yīng)條件以及反應(yīng)環(huán)境。反應(yīng)條件是化工生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié),為了達(dá)到高效生產(chǎn),提高生產(chǎn)效率,減少廢料的產(chǎn)生,反應(yīng)條件是最為關(guān)鍵的因素。因此,提高化工生產(chǎn)效率的最為關(guān)鍵的因素就在于加強(qiáng)化學(xué)生產(chǎn)過程中的反應(yīng)條件。催化劑以及反應(yīng)所需條件一定要達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn),才能保證在化工生產(chǎn)過程中,高效生產(chǎn),并減少廢物的產(chǎn)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(huán)境中,就能保證化工生產(chǎn)的相對(duì)環(huán)保。
其次,化工生產(chǎn)過程中,并非只是提高產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境,更應(yīng)該能夠提供廢物處理的程序以及治理系統(tǒng)。目前,我國規(guī)定,有毒物質(zhì)以及重金屬是絕對(duì)不允許直接排放到自然環(huán)境中的。此外,還包括我們經(jīng)?？吹降膹U氣,這些都應(yīng)該經(jīng)過適當(dāng)處理后才能進(jìn)行排放。廢水的排放一般要采用化學(xué)綜合的化工工藝。其原理很簡單,主要是通過化學(xué)反應(yīng)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(yīng)該在排氣的中部以及頂部,都設(shè)置一出廢氣處理系統(tǒng),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(biāo)準(zhǔn)。
最后,真正從化學(xué)工程中的化工生產(chǎn)工藝技術(shù)入手,工藝技術(shù)是指從不同的反應(yīng)原理以及反應(yīng)條件進(jìn)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(chǎn)呢?當(dāng)然,在不同的環(huán)境下,對(duì)于生產(chǎn)的原料以及方式都是可以隨機(jī)改變的,并能通過改變來進(jìn)行適應(yīng)性生產(chǎn),從而提高化學(xué)生產(chǎn)的效率,并實(shí)現(xiàn)高效以及綠色生產(chǎn)。
總之,化工生產(chǎn)工藝的提高,應(yīng)該從當(dāng)前的現(xiàn)狀分析,找出生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的弊端嗎,從而大力發(fā)展化工工藝。
4 結(jié)語
以上分析主要探究化學(xué)工程中,化工生產(chǎn)的工藝問題。化工生產(chǎn)在環(huán)保以及節(jié)能減排等多個(gè)主流理念的影響下,開始不得不提高其生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝以犧牲自然環(huán)境為代價(jià),生產(chǎn)大量的化工產(chǎn)品。雖然這些化工產(chǎn)品對(duì)于我國農(nóng)業(yè)以及整個(gè)工業(yè)的發(fā)展都起到了非常重要的作用,但是合理生產(chǎn)、綠色生產(chǎn)才是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)?；どa(chǎn)的工藝亟待提高,因此出現(xiàn)最新的化工生產(chǎn)技術(shù)以化工生產(chǎn)工藝,旨在能夠在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),并能滿足節(jié)能減排以及環(huán)保的要求。如果生產(chǎn)工藝無法真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能減排,那么也可以開發(fā)化工后期的環(huán)保處理工藝?？傊?最大限度提高化工生產(chǎn)工藝,從根本上解決化工生產(chǎn)中的問題,實(shí)現(xiàn)合理化生產(chǎn)。
工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的提高具有重要意義,但在工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程中,國家能源及生態(tài)環(huán)境也面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),能源消耗、環(huán)境污染越來越受到關(guān)注[1]。工業(yè)污染物處理、生活廢品處理等已經(jīng)成為一個(gè)值得進(jìn)行深入研究的重要課題。綠色化學(xué)工程是一個(gè)新型項(xiàng)目,其發(fā)展的主要目標(biāo)為對(duì)化學(xué)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染現(xiàn)象進(jìn)行處理,促進(jìn)化工環(huán)境污染及資源浪費(fèi)得到改善。
一、綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)
在傳統(tǒng)化學(xué)的生產(chǎn)過程中,在有毒、有害物質(zhì)的處理上存在較為嚴(yán)重的滯后性,因此導(dǎo)致化學(xué)工藝一直處于被動(dòng)生產(chǎn)。應(yīng)用這樣的化學(xué)工藝對(duì)污染物進(jìn)行處理無法取得理想的效果,資源優(yōu)化也無法得到有效實(shí)現(xiàn)?；瘜W(xué)工藝的應(yīng)用不但導(dǎo)致化學(xué)生產(chǎn)污染物成本提高,還導(dǎo)致污染物處理效率嚴(yán)重下降。綠色化學(xué)工程的應(yīng)用可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)化學(xué)工程中存在的缺陷,其通過對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)及先進(jìn)方法的利用,對(duì)化工生產(chǎn)相關(guān)污染物進(jìn)行除塵、脫硫等處理。綠色化學(xué)工程與工藝具體實(shí)施方法主要有以下幾種。
(一)采用綠色化學(xué)原料
在化工生產(chǎn)工藝及具體流程中,化學(xué)生產(chǎn)原料是起著決定性作用的主要因素,在傳統(tǒng)化學(xué)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(shí)還導(dǎo)致污染物的排放量大大增加,加重生態(tài)環(huán)境污染程度。將綠色化學(xué)原料作為化工生產(chǎn)材料是綠色化學(xué)工程重要研發(fā)內(nèi)容之一。在化工生產(chǎn)過程中,可使用綠色化學(xué)物質(zhì)、自然物質(zhì)等無染污、可再生的化學(xué)原料。典型的綠色化學(xué)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(chǎn)過程中,可使其轉(zhuǎn)化為酮、醇、酸類等多種化學(xué)品。在整個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中,這些原料僅會(huì)產(chǎn)生一定量的氫氣,而不會(huì)有任何一種有害、有毒的物質(zhì)產(chǎn)生。
(二)提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性
在化學(xué)工程的物質(zhì)反應(yīng)中,化學(xué)反應(yīng)作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學(xué)原料的轉(zhuǎn)化均是需要化學(xué)反應(yīng)才能得以實(shí)現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過程中,合理選擇有效的化學(xué)反應(yīng)形式可有效促進(jìn)化學(xué)工程生產(chǎn)效率及質(zhì)量得到提高[2]。對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響的因素有很多種,反應(yīng)原料、環(huán)境、時(shí)間、特點(diǎn)等均會(huì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。在化學(xué)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)形式為氧化反應(yīng)。在氧化反應(yīng)過程中會(huì)有大量的熱產(chǎn)生,所有化學(xué)原料均會(huì)在熱的催化作用下發(fā)生變質(zhì),因此會(huì)大大降低化學(xué)品的生產(chǎn)質(zhì)量。在綠色化學(xué)工程中,應(yīng)用新型的反應(yīng)形式,這種新型反應(yīng)形式為烴類氧化反應(yīng)。這種反應(yīng)形式的應(yīng)用不僅可促進(jìn)催化物反應(yīng)催化能力得到提高,同時(shí)還可有效促進(jìn)生產(chǎn)物同分異構(gòu)反應(yīng)時(shí)間增加。
(三)使用無毒無害催化原料
隨著化學(xué)工業(yè)發(fā)展速度的不斷加快,將化學(xué)反應(yīng)合理的應(yīng)用于化工生產(chǎn)過程中已經(jīng)成為促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。在化學(xué)反應(yīng)過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)過程中,可有效加快反應(yīng)速度,縮短法寧時(shí)間。所以,在化工生產(chǎn)過程中使用無毒無害的催化原料成為推動(dòng)綠色化學(xué)工程與工藝不斷深入發(fā)展的重要前提條件之一。目前,我國相關(guān)部門已經(jīng)高度重視對(duì)催化原料的選擇及應(yīng)用進(jìn)行深入研究。越來越多的催化劑得到開發(fā)和研制,化學(xué)反應(yīng)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(yōu)良催化原料在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應(yīng)用可有效提高化學(xué)反應(yīng)效率,降低能源消耗量,同時(shí)也可減少環(huán)境污染。
二、綠色化學(xué)工程與工藝對(duì)化學(xué)工業(yè)節(jié)能產(chǎn)生的促進(jìn)作用
目前,在各工業(yè)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程中均已廣泛應(yīng)用到綠色化學(xué)工程與工藝。該工程中具有的應(yīng)用性能不僅可有效改善化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題,同時(shí)還可有效促進(jìn)化工生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化。綠色化學(xué)工程與工藝在化工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)。
(一)清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用
清潔生產(chǎn)技術(shù)是一種具有較高價(jià)值的綠色技術(shù),該種技術(shù)主要是通過對(duì)化工原料進(jìn)行無害、無毒、無廢處理,實(shí)現(xiàn)原料利用率得到提高,進(jìn)而促進(jìn)化學(xué)工程的生產(chǎn)質(zhì)量得到提高。在清潔技術(shù)中,應(yīng)用最為普遍的技術(shù)分別為脫硝和脫硫兩種技術(shù)。應(yīng)用該兩種技術(shù)對(duì)存在較為嚴(yán)重的污染的化學(xué)廢物、生活垃圾等進(jìn)行綠色處理,經(jīng)過相關(guān)技術(shù)的處理后,生活垃圾可有效轉(zhuǎn)化為沼氣。應(yīng)用自然發(fā)電技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)電技術(shù)。太陽能、風(fēng)能的開發(fā)和應(yīng)用是清潔生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展的重要標(biāo)志。在生物工程中合理應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù),可有效促進(jìn)細(xì)胞及基因工程的發(fā)展效果得到顯著提高。在輻射加工中應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù),可促進(jìn)催化劑的作用得到顯著提高。
(二)與生物技術(shù)相互結(jié)合的應(yīng)用
在生物技術(shù)領(lǐng)域中,其技術(shù)范疇具體包含細(xì)胞、微生物、基因、酶等多種技術(shù)。其在各化工生產(chǎn)中的應(yīng)用主要包含有生物化工合化學(xué)仿生學(xué)兩個(gè)方面的內(nèi)容。在生物體內(nèi),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(gè)過程中均無法脫離酶的作用。在綠色化學(xué)工程與工藝中對(duì)生物技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用,通過相關(guān)技術(shù)處理,可使再生資源轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的化學(xué)品。早期所應(yīng)用的有機(jī)化合物原料大部分是直接源自動(dòng)物和植物,后來才逐漸發(fā)展為將煤炭、石油作為原材料使用。在綠色化學(xué)工程與工藝中,通常情況下均是應(yīng)用工業(yè)酶或存在于自然界中的酶作為催化劑。將酶與通常應(yīng)用的化學(xué)催化劑進(jìn)行比較,酶在應(yīng)用過程中的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為無污染、產(chǎn)物性質(zhì)好、反應(yīng)條件溫和等。例如通常情況下均是應(yīng)用丙烯腈進(jìn)行丙烯酰胺制備,當(dāng)使用酶作為催化劑后,能耗消耗量大大降低,反應(yīng)具有徹底性,并且在反應(yīng)過程中無任何副產(chǎn)物產(chǎn)生。
(三)生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品
綠色化學(xué)工程與工藝的主要發(fā)展目的之一即為為社會(huì)生產(chǎn)處環(huán)境友好型產(chǎn)品,如清潔汽油、磷洗衣粉等無毒無害產(chǎn)品。通過綠色化學(xué)工程可以生產(chǎn)出與社會(huì)、自然環(huán)境發(fā)展相符合的友好型產(chǎn)品。綠色化學(xué)工程生產(chǎn)的出現(xiàn)在很大程度上起到了保護(hù)環(huán)境的作用。在社會(huì)生產(chǎn)、生活中,人們的購買的產(chǎn)品均為綠色產(chǎn)品,不僅有效保證了人們身體健康,同時(shí)也可促進(jìn)社會(huì)健康、和諧發(fā)展。因此,在化工生產(chǎn)過程中,如能夠促進(jìn)綠色化學(xué)工程與工藝對(duì)的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮,可有效降低生態(tài)環(huán)境的染污,促進(jìn)國家自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到可持續(xù)發(fā)展,對(duì)國家的長遠(yuǎn)發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步具有重要意義。
三、結(jié)束語
在綠色化學(xué)工程與工藝中,應(yīng)用無毒、無害的物質(zhì)作為原材料,使用節(jié)能減排的生產(chǎn)工藝,應(yīng)用清潔生產(chǎn)的技術(shù),可有效降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗,減輕生態(tài)環(huán)境污染,促進(jìn)人與社會(huì)和諧發(fā)展、產(chǎn)品與生態(tài)互補(bǔ)得以實(shí)現(xiàn)。因此,對(duì)綠色化學(xué)工程與工藝進(jìn)行開發(fā)和研究是對(duì)當(dāng)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響的主要因素之一,是促進(jìn)化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提條件。
1化學(xué)工程與工藝專業(yè)的煤化工特色專業(yè)建設(shè)原則
1.1以市場(chǎng)為導(dǎo)向
隨著能源需求量不斷增大,我國對(duì)開發(fā)能源的技術(shù)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(yè)列為化學(xué)工程與工藝專業(yè),促進(jìn)我國煤化這一特色專業(yè)發(fā)展。加強(qiáng)煤化工特色建設(shè),可以擴(kuò)大煤化工產(chǎn)業(yè),推廣清潔能源,這也是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的必然需求。煤化工特色建設(shè),要以市場(chǎng)為導(dǎo)向,將學(xué)生的就業(yè)與市場(chǎng)相結(jié)合,從而保證學(xué)生在面對(duì)社會(huì)選擇的時(shí)候,有足夠的自信,具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)水平,提高就業(yè)機(jī)會(huì)。
1.2發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新精神
只有發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新精神,才能夠彰顯特色。特色專業(yè)是經(jīng)過改革后被確定的內(nèi)容,它本身就具有探索和創(chuàng)新,但煤化工專業(yè)發(fā)展中,以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)仍然會(huì)對(duì)創(chuàng)新有所阻礙,因此在建設(shè)有特色的煤化工專業(yè)時(shí),要用發(fā)展的眼光看問題,創(chuàng)新教育觀念和人才培養(yǎng)機(jī)制,促進(jìn)煤化工特色建設(shè)。
1.3穩(wěn)定發(fā)展原則
化學(xué)工程與工藝專業(yè)的煤化工特色建設(shè),始終堅(jiān)持煤化工人才培養(yǎng)方向,也有著自身的特色,畢業(yè)后學(xué)生主要面對(duì)鋼鐵冶金系統(tǒng),能源方向,因此在建設(shè)特色專業(yè)是,也要立足根本,找準(zhǔn)發(fā)現(xiàn),堅(jiān)持穩(wěn)定發(fā)展的原則。煤化工建設(shè)要以市場(chǎng)為導(dǎo)向,在發(fā)展中會(huì)面臨內(nèi)部和外部的變化,因此穩(wěn)定發(fā)展,才能適應(yīng)不確定的變化,適應(yīng)社會(huì)和市場(chǎng)的要求。
2建設(shè)煤化工特色的對(duì)策
2.1創(chuàng)新教育觀念
專業(yè)建設(shè)是高校辦學(xué)理念的表現(xiàn)形式,其特色建設(shè)的發(fā)展方向、過程等都離不開一定的理念指導(dǎo)[1]。煤化工特色專業(yè)的發(fā)展與市場(chǎng)分不開,煤化工專業(yè)與能源安全與供應(yīng)、鋼鐵冶金行業(yè)發(fā)展與節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)有著很大的關(guān)系。隨著能源問題出現(xiàn),可持續(xù)發(fā)展的理念不斷攝入,煤化工專業(yè)發(fā)展也要將觀念進(jìn)行創(chuàng)新,以便適應(yīng)社會(huì)的要求?？梢酝ㄟ^實(shí)現(xiàn)教育活動(dòng),將教育觀點(diǎn)和教學(xué)理念進(jìn)行談?wù)摵蛣?chuàng)新,在實(shí)際工作中,如果出現(xiàn)了教學(xué)理念偏差,要及時(shí)用正確的思想觀念給予指導(dǎo)。創(chuàng)新教育觀念是培養(yǎng)煤化工人才的必然要求,通過定期考核,加強(qiáng)教育工作者的思想意識(shí),將這種觀念融入教育,這也是促進(jìn)我國煤化工產(chǎn)業(yè)的重要措施。
2.2創(chuàng)新課程體系
煤化工特色專業(yè)要突出特色,因此要有明確的教學(xué)目標(biāo),以便在基礎(chǔ)教學(xué)中突出特色,從而培養(yǎng)有特色的專業(yè)性人才?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的課程體系要突出煤化工特色,根據(jù)高校制定人才培養(yǎng)目標(biāo),科學(xué)設(shè)定課程體系,使本專業(yè)的教學(xué)能夠有序進(jìn)行。課程體系是特色專業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,因此要保證其合理性、科學(xué)性和可持續(xù)發(fā)展。煤化工專業(yè)是一門傳統(tǒng)的學(xué)科,但特色建設(shè)賦予了它新的生命力,因此這門學(xué)科的課程體系要與國內(nèi)外最新的教育理念相吻合,從而能夠在以往的經(jīng)驗(yàn)中,發(fā)揮教學(xué)成果的理念,整合課程資源,促進(jìn)特色專業(yè)發(fā)展。煤化工特色建設(shè)課程體系要反應(yīng)時(shí)代的特征,但也要與學(xué)校的特色向結(jié)合,建設(shè)出使用社會(huì)發(fā)展的化學(xué)工程與工藝專業(yè)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(fā)揮本專業(yè)的特色。將基礎(chǔ)必修課和輔修課程想結(jié)合,促進(jìn)煤化工特色專業(yè)發(fā)展。
2.3理論與實(shí)踐相結(jié)合
化學(xué)工程與藝術(shù)是實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè),在建設(shè)特色煤化工專業(yè)時(shí),要將理論與實(shí)踐向結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力[2]。教師在教學(xué)時(shí),可以結(jié)合計(jì)算機(jī)開展輔助教學(xué),將最前沿的煤化工專業(yè)知識(shí)傳授給學(xué)生,讓學(xué)生形成較強(qiáng)的專業(yè)意識(shí)。高校還應(yīng)加強(qiáng)與企業(yè)的合作,為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì),讓學(xué)生參與到企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,在實(shí)踐中,學(xué)生能夠更好地解決問題。將理論與實(shí)踐向結(jié)合,才能夠促進(jìn)煤化工特色專業(yè)建設(shè),學(xué)生在實(shí)踐中,專業(yè)能力得到鍛煉,整體的素質(zhì)也會(huì)不斷提高。
2.4建立健全質(zhì)量保障體系
完善的質(zhì)量體系建設(shè)是有特色的化學(xué)工程與工藝專業(yè)的保障,在科學(xué)的監(jiān)督機(jī)制中,促進(jìn)煤化工專業(yè)發(fā)展。高校要保證特色專業(yè)有效進(jìn)行,就要對(duì)其投入更多的科研、資金及教學(xué)條件,這些物質(zhì)保障是實(shí)施特色專業(yè)的前提?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的煤化工特色建設(shè)中,會(huì)面臨很多問題,如課程實(shí)施不佳,教師專業(yè)能力不強(qiáng)等,這些因素都會(huì)阻礙課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。做好特色專業(yè),離不開完善的質(zhì)量保障體系。為了保證教學(xué)質(zhì)量,因此要制定質(zhì)量責(zé)任制,包括學(xué)生評(píng)價(jià)、教學(xué)反饋、教務(wù)系統(tǒng)質(zhì)量檢測(cè)等,確保教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
3結(jié)語
化學(xué)工程與工藝專業(yè)的煤化工是高校的特色專業(yè),因此要堅(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向和創(chuàng)新性原則,在穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)上,促進(jìn)本專業(yè)特色發(fā)展。煤化工特色建設(shè)要?jiǎng)?chuàng)新教育觀念,將理論與實(shí)踐相結(jié)合,健全教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)制,突出特色,促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),為社會(huì)培養(yǎng)更多的煤化工專業(yè)人才。
1 結(jié)構(gòu)的定義及其時(shí)空多尺度特征
“結(jié)構(gòu)”在《辭源》中有如下定義:1)連接構(gòu)架;2)物體構(gòu)造的式樣;3)詩文書畫各部分的組織與布局。
結(jié)構(gòu)具有多尺度和隨時(shí)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(gòu)成,它們?cè)谌f有引力的相互作用下處于有序而不停的運(yùn)動(dòng)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?jǐn)?shù)維的規(guī)律連接形成一個(gè)有機(jī)整體。化學(xué)工程同樣具有多層次、多尺度并隨時(shí)空變化的結(jié)構(gòu),一般可分為從分子到顆粒的小尺度區(qū)、從顆粒到單元設(shè)備的中尺度區(qū)和從單元設(shè)備到系統(tǒng)流程的大尺度區(qū)。各區(qū)中均有各自不同的結(jié)構(gòu)。小尺度區(qū)中的結(jié)構(gòu),如超分子和離子液體結(jié)構(gòu)。
2 多相流結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)
結(jié)構(gòu)需要若干參數(shù)來定量表達(dá),以工業(yè)快速流化床提升管中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)為例,需要 8 個(gè)參數(shù)來描述,分別為密相表觀氣速、密相顆粒表觀速度、聚團(tuán)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(tài)化床的局部結(jié)構(gòu)時(shí),提出了能量最小多尺度作用模型。
(Energy-Minimization Multi-Scale Model,EMMS)。該模型認(rèn)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(tǒng)的穩(wěn)定性條件,與稀密兩相的動(dòng)量守恒方程、等壓降方程、氣固兩相的質(zhì)量守恒方程、聚團(tuán)尺寸方程一起求解,成功預(yù)測(cè)了反映快速床局部結(jié)構(gòu)的 8 個(gè)參數(shù)。借鑒 EMMS 模型的方法,結(jié)合研究不同床型、內(nèi)構(gòu)件、外力場(chǎng)對(duì)多相流動(dòng)的影響規(guī)律,可望建立各種類型流態(tài)化床結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)模型。
3 結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系
眾所周知,物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與其熱力學(xué)特性密切相關(guān);材料的微觀結(jié)構(gòu)、介觀結(jié)構(gòu)與其宏觀的物化和力學(xué)性能密切相關(guān),如金剛石與石墨同樣都是由碳元素組成的物質(zhì),由于碳原子排列的方式不同,金剛石堅(jiān)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(tuán)組成的化工多相流的局部結(jié)構(gòu)與其流動(dòng)、傳遞、反應(yīng)行為密切相關(guān)。
圖 1 為離子液體的結(jié)構(gòu)圖。各離子之間通過氫鍵形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),因此具有較高的黏度。圖 2為微乳液中的膠團(tuán)(水包油)和反膠團(tuán)(油包水)的結(jié)構(gòu)示意圖,雖然其尺度微小,僅 10~100 nm,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以反膠團(tuán)為例,其核心為自由水,核心周圍是結(jié)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(jié)構(gòu)與微乳液的萃取分離和反應(yīng)性能密切相關(guān)。圖 3 是由微觀像探頭(鏡頭直徑 3 mm)拍攝到的快速循環(huán)流化床中的局部結(jié)構(gòu)的照片,從中可見快速流化床中存在顆粒的聚集相(聚團(tuán))和顆粒的分散相(稀相)兩相結(jié)構(gòu),聚團(tuán)的形狀不規(guī)則,大小不相同,這種結(jié)構(gòu)對(duì)快速流化床中的傳遞與反應(yīng)具有直接的影響。圖 4 是納微顆粒鼓泡流化床層流化時(shí)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(tuán)的特性。從圖 4 可見,床下部是大尺度聚團(tuán),床中部是中等尺度聚團(tuán),床上部是小尺度聚團(tuán)。顆粒聚團(tuán)內(nèi)部的顆粒與氣流接觸很差,嚴(yán)重影響傳遞和反應(yīng)速率。圖 5 為氣固鼓泡流化床的照片。其中,圖 5a 的床中無內(nèi)構(gòu)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(huì)形成氣體短路,嚴(yán)重降低氣固接觸效率。圖 6為工業(yè)流化床中設(shè)置的組合式橫向斜片擋板,可以有效破碎氣泡和顆粒聚團(tuán),斜片導(dǎo)向可進(jìn)一步強(qiáng)化氣固接觸。圖 7 為工業(yè)萘氧化制苯酐流化床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)構(gòu)件可強(qiáng)化氣固接觸,減少放大效應(yīng)。由于這種多相流結(jié)構(gòu)的難以預(yù)測(cè)性和構(gòu)效關(guān)系的復(fù)雜性,傳統(tǒng)的化學(xué)工程采取平均的方法,必然造成預(yù)測(cè)的偏差,成為化學(xué)工程放大的瓶頸問題。
4 多相流結(jié)構(gòu)的調(diào)控——散式化方法過程
工業(yè)多相反應(yīng)和分離設(shè)備中局部結(jié)構(gòu)由氣泡、液滴、顆粒和聚團(tuán)等尺度不同的分散相和氣、液介質(zhì)連續(xù)相組成。這種分散相的尺寸越小,它們?cè)谶B續(xù)相介質(zhì)中分散得越均勻,相間接觸界面就越大,越有利于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng);同時(shí)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(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)。影響結(jié)構(gòu)的最主要因素是系統(tǒng)或設(shè)備條件(包括顆粒和流體的性質(zhì)、設(shè)備與內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與形狀、外力場(chǎng)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(wěn)態(tài)操作與動(dòng)態(tài)操作等)。當(dāng)前引人注目的微通道與膜反應(yīng)和分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也在于可有效調(diào)控結(jié)構(gòu),得到尺度均勻而微小的氣泡或液滴,強(qiáng)化相間接觸。
5 多相流結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)模擬
20 世紀(jì) 80 年代以來,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算流體力學(xué)和過程的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬應(yīng)運(yùn)而生,人們可以通過實(shí)驗(yàn)和理論分析建立數(shù)學(xué)模型,并采用高效計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,進(jìn)一步通過多種實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量對(duì)模擬結(jié)果加以驗(yàn)證。這方面的工作已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。流化床結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)控以及規(guī)模放大的最終解決,無疑應(yīng)當(dāng)寄托于計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬和仿真技術(shù)。當(dāng)前用于氣固流化床數(shù)值模擬的數(shù)學(xué)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(jì)算量使 PTM 模型和 PPM 模型的應(yīng)用受到限制,應(yīng)用 PTM 模型和 PPM 模型對(duì)含有大量顆粒的工業(yè)系統(tǒng)的模擬目前還不現(xiàn)實(shí)。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(dòng)力學(xué)方程組來描述,其間通過相間作用項(xiàng)來封閉,兩相同在 Euler 坐標(biāo)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(jìn)行平均化,這使得這些微元適于在衡系統(tǒng)獲得簡單的本構(gòu)方程,從而可以通過數(shù)值的手段預(yù)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)空變換。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和局部非均勻結(jié)構(gòu)的存在,真正能滿足這種要求的微元尺度與反應(yīng)器宏觀尺度相比往往過于微小,目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)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(nèi)部含有豐富而顯著的非均勻結(jié)構(gòu),這時(shí)現(xiàn)有的本構(gòu)方程已經(jīng)不再適用。目前多數(shù)具有應(yīng)用價(jià)值的模擬成果都是應(yīng)用雙流體模型得到的。FLUNT、CFX 等以雙流體模型為內(nèi)核的商業(yè)軟件被廣泛采用。
結(jié)束語
化工多相流反應(yīng)與分離設(shè)備中存在顆粒、氣泡、液滴、聚團(tuán),且其尺寸大小不同、空間分布不均勻。該局部不均勻結(jié)構(gòu)與流動(dòng)、傳遞、反應(yīng)行為密切相關(guān)。傳統(tǒng)的化學(xué)工程忽視局部多尺度不均勻結(jié)構(gòu)而采取平均的方法,造成對(duì)“三傳一反”行為預(yù)測(cè)的偏差,成為化學(xué)工程放大的瓶頸問題,應(yīng)引起學(xué)術(shù)界關(guān)注。近年來在結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)理論研究、結(jié)構(gòu)與傳遞和反應(yīng)的關(guān)系理論研究、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)控理論與方法研究以及結(jié)構(gòu)參數(shù)與兩流體模型相結(jié)合的多相流計(jì)算機(jī)模擬研究等方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展。但面對(duì)復(fù)雜得多尺度結(jié)構(gòu)問題,需要付出更多的努力。
