化工專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)實踐

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摘要:通過分析化工專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力在培養(yǎng)過程中存在的主要問題，從專業(yè)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，列舉了近年來我們在學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)中實施的一些具體實踐措施，總結(jié)了在課程設(shè)計，仿真實訓(xùn)，生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新項目和學(xué)科競賽等方面對學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)的改革與實踐經(jīng)驗。這些經(jīng)驗對培養(yǎng)和提高化工專業(yè)學(xué)生的工程設(shè)計能力具有積極的意義。

關(guān)鍵詞:化工專業(yè);工程設(shè)計;能力培養(yǎng);實踐

工程教育在當(dāng)今世界的高等教育改革中，已成為各國研究的熱點。2010年教育部正式啟動卓越工程師教育培養(yǎng)計劃(簡稱卓越計劃)，工程教育專業(yè)認(rèn)證也在各高校中迅速開展。按照專業(yè)認(rèn)證的要求，化工專業(yè)的學(xué)生需要就工程設(shè)計的基本理論和實踐技能接受系統(tǒng)的能力培養(yǎng)和訓(xùn)練［1－2］。

1化工專業(yè)工程設(shè)計能力培養(yǎng)中存在的主要問題

工程技術(shù)人才的創(chuàng)新能力集中體現(xiàn)在工程實踐活動中創(chuàng)造新的技術(shù)成果的能力，包括新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)，新流程和新裝置的設(shè)計，新的工廠生產(chǎn)過程操作運(yùn)行方案等。反映在教學(xué)過程中就是工程實踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。化工工程設(shè)計是一項綜合能力，它是工藝和設(shè)備設(shè)計、管道、車間和廠區(qū)布置、可行性研究、能量綜合利用、環(huán)境保護(hù)以及公用工程設(shè)計等的集成。但我國目前還存在工程教育不適應(yīng)工程實踐需求，課程教學(xué)內(nèi)容較陳舊，實習(xí)多以參觀形式為主，教師教學(xué)理念陳舊且缺乏工程實踐經(jīng)驗等諸多問題［3－4］。為適應(yīng)工程技術(shù)的迅速發(fā)展，迫切需要我們對化工專業(yè)工程設(shè)計能力培養(yǎng)與訓(xùn)練進(jìn)行改革。

2工程設(shè)計能力培養(yǎng)的實施

近年來我們對化工專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力的培養(yǎng)遵循“理論系統(tǒng)夠用，突出實踐動手，營造工程背景，重視過程培養(yǎng)與評價，提倡自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)化創(chuàng)新訓(xùn)練”的原則。在具體實施的過程中主要涉及的內(nèi)容包括:理論知識體系的調(diào)整、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新項目和學(xué)科競賽等［5］。

2.1理論知識體系的調(diào)整

首先打破化工各門專業(yè)課的界限，將理論知識點進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，如在《化工工藝學(xué)》課程的教學(xué)中根據(jù)課程特點首先將知識內(nèi)容按照現(xiàn)代大型化工生產(chǎn)分割成典型單元，分別從熱力學(xué)、動力學(xué)、催化反應(yīng)、工藝條件優(yōu)化、各工段工藝流程的匹配及實現(xiàn)工藝過程的載體－典型設(shè)備的工藝要求等為主線，將化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理、分離工程、化工設(shè)計、化工設(shè)備設(shè)計等課程的核心串聯(lián)起來，將內(nèi)容融會貫通。

2.2課程設(shè)計

在化工原理課程設(shè)計的教學(xué)中兼顧化工工藝設(shè)計的內(nèi)容，課程設(shè)計題目的選擇主要來自于現(xiàn)代化工生產(chǎn)的實際流程，設(shè)計內(nèi)容不只局限于單元操作，尤其對于工藝的理解要擴(kuò)展到工段，了解核心設(shè)計的工藝和設(shè)備在整個工段中的作用，并初步掌握工藝參數(shù)優(yōu)化的意義和方法，鍛煉學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)、熱量傳遞、動量傳遞和質(zhì)量傳遞的實踐應(yīng)用，為畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

2.3仿真實訓(xùn)

為了進(jìn)一步貼近工程實踐，解決實習(xí)難的問題，在學(xué)校大力支持下我們進(jìn)行煤制甲醇仿真工廠的建設(shè)并已列入化工專業(yè)的必修實踐課程。煤制甲醇的工藝流程包括煤氣化、原料氣凈化，甲醇合成、甲醇精制等工段。教學(xué)分為離線仿真和在線仿真實操兩個環(huán)節(jié)，離線仿真主要通過仿真軟件訓(xùn)練學(xué)生的實踐操作能力，在線仿真實訓(xùn)主要包括內(nèi)部操作人員在中央控制室中與外部操作人員在總高為8米的3層實訓(xùn)框架平臺上協(xié)同操作，通過DCS控制和現(xiàn)場閥門、按鈕的操作，共同模擬完成煤制甲醇各工段的開車、停車和故障排除等操作過程。通過實訓(xùn)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生了解煤制甲醇生產(chǎn)的全貌，工藝設(shè)計的結(jié)果和工藝條件的控制如何在現(xiàn)實生產(chǎn)流程中實現(xiàn)，并通過學(xué)習(xí)進(jìn)一步了解節(jié)能降耗、環(huán)保和安全的現(xiàn)實意義及實施的方案。在完成實訓(xùn)的現(xiàn)場，學(xué)生能近距離觀察設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)，掌握設(shè)備布置、管路布置和工段布置的相關(guān)規(guī)定，理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

2.4生產(chǎn)實習(xí)

在校外生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)中，我們建立了對現(xiàn)代化工具有代表性的實習(xí)基地，如寧夏寧東能源基地的煤制甲醇廠、寧夏寶塔石化集團(tuán)的煉油廠、川化集團(tuán)的化肥廠、揚(yáng)子石化集團(tuán)的大型乙烯廠和南化集團(tuán)化工機(jī)械廠等。這些實習(xí)基地的現(xiàn)場教學(xué)可以開闊學(xué)生專業(yè)視角，了解更多大型化工廠的典型流程，與化工仿真實訓(xùn)相結(jié)合，通過現(xiàn)實的工藝案例的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對工程實踐的認(rèn)知和能力。

2.5畢業(yè)設(shè)計

在實習(xí)和實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生將著手進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計。以現(xiàn)實大型化工企業(yè)的典型流程為背景，選擇其中的一個工段為設(shè)計對象，從物性參數(shù)、工藝流程、反應(yīng)催化劑和工藝條件的確定，到物料衡算、熱量衡算，再到典型設(shè)備設(shè)計和選型。通過進(jìn)行具體工段的工藝和設(shè)備設(shè)計、設(shè)備和車間布置，使學(xué)生在老師和工程技術(shù)人員的指導(dǎo)下，系統(tǒng)的完成一個實際工段工程設(shè)計的全過程，使學(xué)生的工程設(shè)計能力在實踐中不斷的學(xué)習(xí)和提高。

2.6創(chuàng)新項目和學(xué)科競賽

對學(xué)生更高層次的工程設(shè)計能力的培養(yǎng)，還可以通過創(chuàng)新項目和學(xué)科競賽進(jìn)行。如指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽，這是一個鍛煉學(xué)生提高工程設(shè)計能力有效途徑?；ぴO(shè)計競賽聚焦化工生產(chǎn)前沿和熱點，要求對需求量大、附加值高的化工產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)或資源化利用，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計軟件(aspenplus、autoCAD、HAZOP等)對化工工藝流程、設(shè)備、儀表控制、車間布置和廠區(qū)布置的進(jìn)行設(shè)計。完成項目可行性報告、初步設(shè)計說明書、典型設(shè)備工藝設(shè)計計算說明書、設(shè)計圖集(PFD和PID圖;車間設(shè)備平面和立面布置圖;裝置平面布置總圖;主要設(shè)備工藝條件圖)、工藝流程的模擬及流程優(yōu)化及三維工廠設(shè)計等內(nèi)容。在工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上還要充分考慮能耗、安全和環(huán)保的相關(guān)問題。這些工程設(shè)計內(nèi)容完全與工程實踐對接，從簡到繁、從易到難、從理論到實踐，實現(xiàn)了對學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)的全面提升。在學(xué)生和教師的共同努力下，我們每年積極參賽，共獲得全國一等獎4項，多次獲得全國二等獎和三等獎。對提高化工專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力的培養(yǎng)具有積極的意義。

3結(jié)語

在實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中化工設(shè)計能力的培養(yǎng)是高校工科專業(yè)人才培養(yǎng)的重要組成部分，是化工專業(yè)理論知識與工業(yè)化大生產(chǎn)的橋梁，通過工程實踐教育訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和工程設(shè)計能力，是化工專業(yè)教學(xué)改革和探索的必由之路。加強(qiáng)化工設(shè)計實踐教學(xué)的融合，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程技能，對學(xué)生化工專業(yè)知識的全面掌握和未來化工領(lǐng)域的工作發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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作者：續(xù)京 單位：北方民族大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院