導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關(guān)鍵詞]化學(xué)反應(yīng)；工程教學(xué)；知識(shí)框架；方法銜接

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）08-0121-03

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程的一個(gè)重要分支和組成部分，以化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)器為研究對(duì)象，旨在進(jìn)行化工反應(yīng)技術(shù)的開發(fā)、反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，屬于化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程。[1]本課程涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工傳遞過(guò)程、優(yōu)化與控制以及數(shù)學(xué)、物理等多領(lǐng)域的知識(shí)，是集綜合性、工程性和理論性于一體的交叉性很強(qiáng)的一門學(xué)科。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，普遍感到理論抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣、工程問(wèn)題多，不少學(xué)生認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)工程是大學(xué)中最難學(xué)習(xí)的課程之一。[2]甚至，很多學(xué)生在學(xué)完本課程之后，其思維仍停留在繁瑣的計(jì)算公式中，不甚清楚所學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系和具體應(yīng)用。盡管已有很多關(guān)于化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)、教改論文，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方法等方面提出很多有益的建議和措施，但是仍有必要進(jìn)一步的對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程的內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的梳理，構(gòu)建一個(gè)明確、系統(tǒng)的知識(shí)體系框架，對(duì)一些容易混淆的概念、知識(shí)點(diǎn)予以廓清，并針對(duì)部分知識(shí)難點(diǎn)的教學(xué)提出一些建設(shè)性處理方法。鑒于上述原因，筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合學(xué)生的反饋，獲得一些體會(huì)，希望能與同仁們進(jìn)行交流，提升本門課程的教學(xué)效果。

一、構(gòu)建課程知識(shí)體系框架

由于化學(xué)反應(yīng)工程具有內(nèi)容多、公式多、計(jì)算繁瑣的特點(diǎn)，很多大學(xué)生在學(xué)完本門課程后，留下的印象大多是大量、復(fù)雜的公式推導(dǎo)和計(jì)算，他們?nèi)允置曰髲倪@門課程中究竟學(xué)到了什么知識(shí)，所學(xué)知識(shí)有什么用？因此，在課堂教學(xué)時(shí)要力求避免純粹的繁瑣數(shù)學(xué)描述，著重進(jìn)行基本概念、基本理論和工程觀點(diǎn)的闡述。這就有必要構(gòu)建一個(gè)清晰、明確的化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)體系，讓學(xué)生清楚課程的核心目標(biāo)以及不同章節(jié)知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系，并不過(guò)多的糾結(jié)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，方能化繁為簡(jiǎn)，更好的掌握本課程的知識(shí)。

圖1畫出了化學(xué)反應(yīng)工程課程的知識(shí)體系框圖，涵蓋了課程的核心目標(biāo)、研究對(duì)象及其間相互關(guān)系和主要章節(jié)內(nèi)容。學(xué)習(xí)本課程的核心目標(biāo)是能對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行正確分析，設(shè)計(jì)和優(yōu)化反應(yīng)器?；诖?，還可開發(fā)新技術(shù)和設(shè)備，指導(dǎo)和解決反應(yīng)過(guò)程開發(fā)中的放大問(wèn)題，發(fā)展和完善反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。工業(yè)化學(xué)反應(yīng)總是在一定的反應(yīng)器中進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)的特性（化學(xué)過(guò)程）和反應(yīng)器的傳遞特性（物理過(guò)程）共同作用，影響到最終的反應(yīng)結(jié)果。為了便于學(xué)習(xí)和研究，將反應(yīng)特性和反應(yīng)器傳遞特性分開來(lái)進(jìn)行研究和闡述，在分別研究清楚之后，再進(jìn)行綜合。這就需要研究清楚兩方面的內(nèi)容：（1）化學(xué)反應(yīng)特性，主要研究不考慮傳遞過(guò)程的本征動(dòng)力學(xué)，屬于每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的個(gè)性，是影響反應(yīng)結(jié)果的內(nèi)因，不同的化學(xué)反應(yīng)體系具有不同的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式。按照參加反應(yīng)的物相劃分，化學(xué)反應(yīng)可分為均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)。其中，均相反應(yīng)的反應(yīng)速率主要受催化劑、溫度、濃度（壓力）和溶劑特性的影響，在反應(yīng)體系確定的情況下，其反應(yīng)速率則可表示為溫度（T）和濃度（C）的函數(shù)關(guān)系，即：-ri=f（T，C）。而非均相反應(yīng)總是發(fā)生在相界面上，其本征化學(xué)反應(yīng)過(guò)程涉及多個(gè)界面過(guò)程（如：氣-固相催化反應(yīng)包含表面吸附、表面反應(yīng)和表面脫附三個(gè)串聯(lián)過(guò)程），其反應(yīng)速率除受上述因素影響外，還受到反應(yīng)界面大小的影響，在催化劑確定的情況下，仍可表示為-ri=f（T，C）。本部分內(nèi)容主要涉及均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和非均相反應(yīng)（多相催化催化）動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)兩個(gè)章節(jié)。（2）反應(yīng)器傳遞特性，主要是指反應(yīng)器的熱量、質(zhì)量傳遞（在壓力變化不大的情況下，一般不考慮動(dòng)量傳遞）和返混特性，屬于反應(yīng)器的共性問(wèn)題，是影響反應(yīng)結(jié)果的工程因素――通過(guò)影響反應(yīng)器內(nèi)溫度與濃度分布而改變反應(yīng)結(jié)果。反應(yīng)器按操作方式可以分為間歇式操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作。其中間隙式操作的所有流體質(zhì)點(diǎn)具有同樣的停留時(shí)間，而不存在返混問(wèn)題；而連續(xù)操作的反應(yīng)器根據(jù)返混的大小程度則可以分為完全不返混的平推流反應(yīng)器（PFR）、完全返混的全混流反應(yīng)器（CSTR）以及介于二者之間的實(shí)際反應(yīng)器。PFR和CSTR中的流體流動(dòng)狀態(tài)是兩種理想的極端情況，稱為理想流動(dòng)；而偏離上述兩種理想情況的流體流動(dòng)（不管是否由返混造成）則為非理想流動(dòng)，對(duì)于非理想流動(dòng)通常通過(guò)停留時(shí)間分布函數(shù)和停留時(shí)間分布密度函數(shù)，并借助于一定的流動(dòng)模型來(lái)描述其流動(dòng)特征。本部分內(nèi)容主要分為理想流動(dòng)（部分書也稱之為均相反應(yīng)過(guò)程）和非理想流動(dòng)兩個(gè)章節(jié)。

反應(yīng)器的傳遞特性與其中發(fā)生何種反應(yīng)無(wú)關(guān)，故可以通過(guò)冷模實(shí)驗(yàn)來(lái)研究大型反應(yīng)器中的傳遞特征；而化學(xué)反應(yīng)的本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性與反應(yīng)器的尺寸、形式無(wú)關(guān)，則可以構(gòu)建小型熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究反應(yīng)特性。這樣就可以比較容易的分別研究清楚反應(yīng)器的傳遞特性和化學(xué)反應(yīng)特性。鑒于反應(yīng)器的傳遞特性會(huì)改變反應(yīng)器的溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)，從而影響反應(yīng)器內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的反應(yīng)速率，進(jìn)而又改變反應(yīng)器內(nèi)的溫度、濃度分布，二者相互作用、相互影響，影響最終的反應(yīng)結(jié)果。因此，需要綜合考慮化學(xué)反應(yīng)特性和反應(yīng)器傳遞特性，通過(guò)數(shù)學(xué)模型法，聯(lián)立物料衡算式、熱量衡算式、動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)量衡算式和參數(shù)計(jì)算式，進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程的分析（包括反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性），從而設(shè)計(jì)新的反應(yīng)器或?qū)ΜF(xiàn)有反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化。本部分內(nèi)容主要涉及均相反應(yīng)器（含反應(yīng)器熱穩(wěn)定性分析）和非均相反應(yīng)器（主要包括固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器及多相流反應(yīng)器）各章節(jié)。考慮到我校的化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)課時(shí)為48學(xué)時(shí)，關(guān)于多流體相反應(yīng)過(guò)程、聚合反應(yīng)過(guò)程以及生化反應(yīng)過(guò)程等章節(jié)的內(nèi)容則不做課堂教學(xué)要求，感興趣的同學(xué)可以自學(xué)。

二、注重方法

關(guān)于教學(xué)方法在很多教學(xué)論文[3] [4] [5]中已有較好的闡述，在這里主要針對(duì)本門課程一些難點(diǎn)拋磚引玉的介紹幾個(gè)處理方法，希望有助于大學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)內(nèi)容，學(xué)會(huì)將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行移植、融會(huì)貫通。

（三）在化學(xué)反應(yīng)工程中常常會(huì)涉及很多優(yōu)化問(wèn)題的求解問(wèn)題

化學(xué)反應(yīng)工程常常涉及串聯(lián)反應(yīng)中間產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物時(shí)的優(yōu)化操作時(shí)間，循環(huán)反應(yīng)器的最優(yōu)循環(huán)比，CSTR串聯(lián)反應(yīng)器的優(yōu)化組合，以及CSTR反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性等問(wèn)題。優(yōu)化問(wèn)題求解實(shí)際上就是求解極值，慣用的手段就是推導(dǎo)出關(guān)鍵函數(shù)與關(guān)聯(lián)操作變量的函數(shù)關(guān)系式，通過(guò)求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)等于零即可求出最優(yōu)操作條件。這是純粹的數(shù)學(xué)問(wèn)題，學(xué)生往往覺(jué)得抽象、難以理解，并容易因抽象的數(shù)學(xué)公式而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。這時(shí)，將關(guān)鍵函數(shù)與關(guān)聯(lián)操作變量在圖上示意出其變化趨勢(shì)，再結(jié)合關(guān)鍵函數(shù)的數(shù)學(xué)求導(dǎo)進(jìn)行講解就很容易被學(xué)生理解、接受了。

三、知識(shí)的銜接與應(yīng)用

化學(xué)反應(yīng)工程是一門集理論知識(shí)和工程應(yīng)用于一身的課程，貫穿化學(xué)工程專業(yè)的大學(xué)三年級(jí)及其以后的整個(gè)大學(xué)生涯。在化工專業(yè)的課程設(shè)置和能力培養(yǎng)上必須注重知識(shí)的銜接和應(yīng)用。我校的化學(xué)反應(yīng)工程課程安排在大學(xué)第六學(xué)期，同步開設(shè)了化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)，其中與本課程緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)主要涉及反應(yīng)器停留時(shí)間分布的測(cè)定（包括管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測(cè)定、多釜串聯(lián)返混性能測(cè)定）、多孔物質(zhì)（催化劑）孔徑分布及比表面積的測(cè)定、甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及其聚合反應(yīng)速度的測(cè)定、活性炭吸附法脫除氣體中的有機(jī)溶劑蒸汽、煤炭反應(yīng)性的測(cè)定、固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)（含流化床干燥實(shí)驗(yàn)）、超細(xì)粉體（碳酸鈣）的制備等（上述部分實(shí)驗(yàn)屬于設(shè)計(jì)性的選做實(shí)驗(yàn)）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)非理想流動(dòng)特征、反應(yīng)器停留時(shí)間分布特征及其測(cè)定方法、反應(yīng)速率測(cè)定方法、多孔介質(zhì)上氣體吸附特征及其應(yīng)用、實(shí)際反應(yīng)器等的認(rèn)識(shí)和理解，并能初步創(chuàng)造性的運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行反應(yīng)器的操控和數(shù)據(jù)的處理。第六學(xué)期期末即進(jìn)行為期3周的化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)，其中2周主要在燕山石化的煉油廠和化工廠進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)重溫各類實(shí)際化工反應(yīng)器及其操控；1周在校內(nèi)進(jìn)行，可在新建的化工仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行石油常減壓蒸餾和催化裂化工段的仿真實(shí)習(xí)，熟悉各裝置的操控、調(diào)節(jié)和事故分析、處理，增強(qiáng)工程分析和解決工程問(wèn)題的能力。每年舉辦的全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽（自2007年開始舉辦，時(shí)間為每年的5月-8月）為化工類大學(xué)生提供了一個(gè)很好的培養(yǎng)和鍛煉創(chuàng)新思維、工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐等多方面技能的實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)。近五年來(lái)，我?；I(yè)學(xué)生均組隊(duì)參賽，參賽人數(shù)比例逐年遞增，今年的參賽人數(shù)達(dá)整個(gè)化工專業(yè)學(xué)生總?cè)藬?shù)（指化工專業(yè)三年級(jí)大學(xué)生，個(gè)別二年級(jí)優(yōu)秀學(xué)生參與體驗(yàn)但不組隊(duì)參賽）的65%。從2014開始，我校開始嘗試將本年度的化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目作為化工專業(yè)的專業(yè)綜合設(shè)計(jì)題目，一改使用多年設(shè)計(jì)題目的陳舊感，緊追化工領(lǐng)域的當(dāng)前熱點(diǎn)，師生普遍反映效果良好。在化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的一大核心即是反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和模擬，有助于夯實(shí)化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科相關(guān)知識(shí)，并學(xué)以致用。課堂教學(xué)――專業(yè)實(shí)驗(yàn)――設(shè)計(jì)競(jìng)賽――專業(yè)綜合設(shè)計(jì)這一系列教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)保證了化學(xué)反應(yīng)工程知識(shí)的強(qiáng)化、吸收和從學(xué)到用的銜接。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)除了常規(guī)的教學(xué)方法的改進(jìn)外，尚需要從課程本身的特點(diǎn)出發(fā)，從第一堂課開始即要構(gòu)建一個(gè)清晰、明確的課程知識(shí)體系，避免過(guò)多的糾結(jié)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算過(guò)程。并且，在教和學(xué)的過(guò)程中巧妙的利用一些處理方法解決知識(shí)難點(diǎn)，起到融會(huì)貫通的作用。此外，教學(xué)院系在化工專業(yè)培養(yǎng)體系和課程設(shè)置上要適當(dāng)注意專業(yè)知識(shí)內(nèi)容的銜接和運(yùn)用，力爭(zhēng)做到學(xué)以致用，學(xué)以會(huì)用。

[ 注 釋 ]

[1] 李寶霞.《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)改革模式探討[J].高教研究與實(shí)踐，2012（4）：33-35.

[2] 茍建霞，解勝利，賈冬梅.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)與改革[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（S1）：264-266.

[3] 尹先清，李賡.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方法探討[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010（5）：32-33.

篇2

化學(xué)反應(yīng)工程是被教育部頒發(fā)的《目錄》確定的寬口徑化學(xué)工程與工藝專業(yè)的四門主干課程之一，也是涉及研究過(guò)程工業(yè)(即通過(guò)化學(xué)變化或物理-化學(xué)變化制造產(chǎn)品的工業(yè)，包括化工、石油、冶金、材料、輕工、醫(yī)藥、生化、食品、建材、軍工、環(huán)境等) 中生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)裝置、工藝技術(shù)規(guī)律的諸多專業(yè)重要的必修或選修的技術(shù)類或技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]。化學(xué)反應(yīng)工程既包含化學(xué)現(xiàn)象，又包含物理現(xiàn)象，是一門綜合性強(qiáng)、涉及基礎(chǔ)知識(shí)面廣、對(duì)數(shù)學(xué)要求高的專業(yè)技術(shù)學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)普遍感到理論抽象、計(jì)算繁瑣，不少學(xué)生認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)工程課程是大學(xué)中最難學(xué)習(xí)的課程之一。又加之我校為一所地方性本科院校，學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)并不扎實(shí)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)條件有限，因此，如何在較短的課時(shí)數(shù)內(nèi)使學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握本課程主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和創(chuàng)新能力，成為我?；瘜W(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革的重點(diǎn)?；诖?，我們?cè)趥鹘y(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行教學(xué)改革，引入師生互動(dòng)教學(xué)模式，并取得了一些進(jìn)展。

1 化學(xué)反應(yīng)工程的主要內(nèi)容和作用

化學(xué)反應(yīng)工程是化工類專業(yè)的一門專業(yè)主干課程、核心課程，涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工傳遞過(guò)程、優(yōu)化與控制等。主要研究工業(yè)規(guī)模化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制。該課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、強(qiáng)化工程分析能力具有十分重要的作用[2]。本課程的基本內(nèi)容包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析兩個(gè)方面，重點(diǎn)是介紹氣——固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)、氣——固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)、理想流動(dòng)反應(yīng)器、反應(yīng)器中的混合及對(duì)反應(yīng)的影響、氣液反應(yīng)及反應(yīng)器和流——固相非催化反應(yīng)等基本理論。目的是使學(xué)生掌握研究工業(yè)規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)的基本方法和基本原理，具備進(jìn)行反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)操作條件的確定和最佳工況的分析控制、過(guò)程的開發(fā)研究和模擬放大的基本能力。

2 化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的主要問(wèn)題

傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方式單一，主要是教師在講臺(tái)上講，學(xué)生臺(tái)下聽。課堂教學(xué)不具有主體性、創(chuàng)造性、全面性、發(fā)展性的行為，其不足之處有以下幾方面：灌輸式過(guò)多，參與式過(guò)少。教師的啟發(fā)式與學(xué)生的參與體現(xiàn)得不夠，學(xué)生被動(dòng)聽課，課堂氣氛大多比較沉悶。結(jié)論型過(guò)多，問(wèn)題型過(guò)少。教師教給學(xué)生的都是定論，啟發(fā)學(xué)生思考問(wèn)題、提出問(wèn)題不夠，學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和提出問(wèn)題、研究問(wèn)題的能力較弱，授課效果不佳。現(xiàn)代教學(xué)理論認(rèn)為，教學(xué)是一個(gè)雙邊互動(dòng)的過(guò)程。在這一過(guò)程中，教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體，任何一方的作用都不能忽視[3-4]。所以我們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)中，根據(jù)地方院校的特點(diǎn)引入了師生互動(dòng)教學(xué)法。

3 互動(dòng)式教學(xué)法在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中的運(yùn)用

互動(dòng)式教學(xué)是指在教師的指導(dǎo)下，利用合適的教學(xué)選材，通過(guò)教與學(xué)雙方交流、溝通，激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性，拓展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以達(dá)到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)模式[5]。這種教學(xué)模式需要營(yíng)造多邊互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境，在教學(xué)雙方平等交流探討的過(guò)程中，達(dá)到不同觀點(diǎn)碰撞交融，進(jìn)而激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性和探索性，從而提高教學(xué)效果?；?dòng)式教學(xué)常用的方式有多種，本教學(xué)改革選擇問(wèn)題教學(xué)法、案例教學(xué)法、上課提問(wèn)、課后互動(dòng)多種方法進(jìn)行教學(xué)，由傳統(tǒng)的講授式轉(zhuǎn)向講授與提問(wèn)、討論相結(jié)合的教師與學(xué)生雙向交流的啟發(fā)式教學(xué)。在教改過(guò)程中，我們充分發(fā)揮互動(dòng)式教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)，努力尋找互動(dòng)式教學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)，促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)的開展。

3.1問(wèn)題教學(xué)法與案例教學(xué)

問(wèn)題教學(xué)法是指圍繞問(wèn)題展開教學(xué)雙方互動(dòng)。一般為：提出問(wèn)題—思考討論問(wèn)題—尋找答案—歸納總結(jié)。比如，在講授多級(jí)cstr串聯(lián)的計(jì)算及優(yōu)化時(shí)采用此教學(xué)方法。首先提出兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題是分析多級(jí)cstr串聯(lián)的必要性，第二個(gè)問(wèn)題是如何求串聯(lián)體系的轉(zhuǎn)化率。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)平推流和全混流反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)和兩種理想流動(dòng)反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立方法進(jìn)行思考、討論；進(jìn)而利用已學(xué)知識(shí)點(diǎn)尋找答案，教師最后歸納總結(jié)。在講授反應(yīng)器中的混合及對(duì)反應(yīng)的影響這章時(shí)，充分利用案例教學(xué)。案例教學(xué)一般程序?yàn)榘咐庹f(shuō)—嘗試解決—設(shè)置懸念—理論學(xué)習(xí)—剖析方案。在這一章中利用案例教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)所測(cè)得的停留時(shí)間分布情況，利用非理想流動(dòng)模型解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的操作型和設(shè)計(jì)型問(wèn)題。

3.2加強(qiáng)課堂提問(wèn)

篇3

一、“以學(xué)為主”的多樣化課堂教學(xué)

龔克指出,[5]大學(xué)教育區(qū)別于基礎(chǔ)教育的標(biāo)志之一,應(yīng)是從以教為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為主。改進(jìn)以“管灌”為主的培養(yǎng)模式,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)求知欲是真正提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵。在化學(xué)反應(yīng)工程課程的雙語(yǔ)教學(xué)中,我們也在逐漸轉(zhuǎn)變觀念,采用多種多樣的課堂教學(xué)方法,改變完全以教師為中心的講授式教學(xué)為多種教學(xué)方法并用,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性為目的,著力提高課堂教學(xué)效果。下面擬對(duì)主要采用的幾種教學(xué)方法進(jìn)行介紹。

1•講授式教學(xué):即教師系統(tǒng)地向?qū)W生傳授科學(xué)知識(shí)。由于本課程采用雙語(yǔ)教學(xué),學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往花費(fèi)較大精力在理解語(yǔ)言、語(yǔ)法上,反而忽視了課程知識(shí),導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不夠理想。[6]針對(duì)這一問(wèn)題,我們?cè)诮虒W(xué)中改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué),采用多種形象、生動(dòng)的手段,如大量的圖示、動(dòng)畫,以圖文并茂的方式進(jìn)行講解,避開學(xué)生在語(yǔ)言方面的障礙,使其注意力轉(zhuǎn)移到課程知識(shí)的學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生不要過(guò)多關(guān)注語(yǔ)言、語(yǔ)法,強(qiáng)調(diào)英語(yǔ)語(yǔ)言以“用”為目的,提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受效果。課堂上經(jīng)常設(shè)問(wèn),激發(fā)學(xué)生克服語(yǔ)言障礙從課本中尋找答案的興趣。教學(xué)中重視雙語(yǔ)應(yīng)用實(shí)效,根據(jù)學(xué)生接受知識(shí)的程度,逐漸提高英文講授和表述的比例;鼓勵(lì)學(xué)生多運(yùn)用英文,從看例題、做習(xí)題開始,到逐漸習(xí)慣用英文寫作業(yè)和考試答卷。

2•互動(dòng)式教學(xué):即授課過(guò)程中教學(xué)雙方經(jīng)常進(jìn)行交流互動(dòng)。例如在教學(xué)中,教師提供工業(yè)反應(yīng)器范例,由學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)并主動(dòng)質(zhì)疑,然后全班討論或小組討論,繼而選出學(xué)生代表,用英語(yǔ)表達(dá)自己對(duì)該反應(yīng)器設(shè)計(jì)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和分析原理,最后教師作總結(jié)或糾正要點(diǎn)。教師經(jīng)常選出教材中較為生動(dòng)的典型章節(jié)或例題,提出問(wèn)題,由學(xué)生自行閱讀課本,讓學(xué)生帶著興趣學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生猜讀不熟悉的單詞;以學(xué)習(xí)課程知識(shí)為重點(diǎn),讓學(xué)生自行討論閱讀的內(nèi)容,最后教師強(qiáng)調(diào)這部分內(nèi)容中的關(guān)鍵概念和原理。每次課結(jié)束,教師都布置任務(wù)給學(xué)生,要求學(xué)生總結(jié)本次課程的內(nèi)容。下次課上首先抽出幾位同學(xué)對(duì)前一次課的內(nèi)容進(jìn)行提綱挈領(lǐng)的回顧,由此督促學(xué)生課下自主復(fù)習(xí),及時(shí)回顧,保證知識(shí)的連貫性,達(dá)到溫故而知新的目的。這些互動(dòng)式教學(xué)方法促使學(xué)生自主閱讀教材,并運(yùn)用英語(yǔ)語(yǔ)言表達(dá)自己對(duì)課程內(nèi)容認(rèn)知,取得了很好的教學(xué)效果。

3•感知式教學(xué):教學(xué)中利用各種方式讓學(xué)生直接感知實(shí)際的反應(yīng)器。我們認(rèn)為,僅給學(xué)生講授理論知識(shí),往往很難達(dá)到預(yù)想的效果,而直接感知對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)具有非常重要的作用。由于反應(yīng)器是化工工藝過(guò)程的核心設(shè)備,我校有大量的科研力量投入在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中,已開發(fā)的反應(yīng)器包括催化裂化、催化裂解兩段提升管反應(yīng)器及渣油加氫裂化懸浮床反應(yīng)器等。此外,各科研組用于科學(xué)研究的反應(yīng)器多種多樣,如固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器等。在教學(xué)過(guò)程中,課程組教師創(chuàng)造各種條件,讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參觀實(shí)際反應(yīng)裝置,不能參觀實(shí)物的,則以生動(dòng)的照片、圖片來(lái)展示,將反應(yīng)器的特點(diǎn)直觀地展示給學(xué)生,讓學(xué)生將抽象的理論與實(shí)物建立起聯(lián)系,顯著提高教學(xué)的實(shí)效。

4•訓(xùn)練式教學(xué):即教學(xué)注重學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的反復(fù)實(shí)際訓(xùn)練。目前推進(jìn)的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”中,很注重培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力,在化學(xué)工程與工藝專業(yè)隨后的課程中有專門培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力的化工設(shè)計(jì)課程,其中不可避免地涉及化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。由此,在課堂教學(xué)中,我們除了讓學(xué)生就每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練,還設(shè)計(jì)題目,讓學(xué)生就多個(gè)知識(shí)點(diǎn)甚至整個(gè)知識(shí)體系進(jìn)行訓(xùn)練;并設(shè)法找到工業(yè)實(shí)際反應(yīng)器的數(shù)據(jù),例如石油化工過(guò)程中涉及的油品催化裂化流化床反應(yīng)器、乙苯脫氫制苯乙烯固定床反應(yīng)器、鄰二甲苯制苯酐反應(yīng)器等,讓學(xué)生身臨其境地進(jìn)行反應(yīng)器計(jì)算或設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。在教學(xué)中,針對(duì)具體的教學(xué)內(nèi)容,我們分別采用不同的教學(xué)方法,激勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮主動(dòng)性,并盡力使課程理論與工程實(shí)際相結(jié)合,取得了較為滿意的教學(xué)效果。

二、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)充分融合

近年來(lái)由于校院兩級(jí)投入的加大,我們的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)條件取得了較大的發(fā)展。化學(xué)反應(yīng)工程課程組教師,充分抓住各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì),將本課程中的理論融入實(shí)踐教學(xué)之中。

目前,針對(duì)本課程所設(shè)置的教學(xué)實(shí)驗(yàn)有五個(gè),包括:多釜串聯(lián)反應(yīng)器停留時(shí)間分布測(cè)定實(shí)驗(yàn)、固定床及流化床的流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)、管式反應(yīng)器內(nèi)的烴類裂解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、苯酐合成反應(yīng)過(guò)程實(shí)驗(yàn)以及乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn),以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)非理想流動(dòng)、流體流動(dòng)示蹤方法、停留時(shí)間分布、實(shí)際反應(yīng)器形式以及轉(zhuǎn)化率、選擇性、反應(yīng)器換熱方式等的認(rèn)識(shí)。這些教學(xué)實(shí)驗(yàn),為本課程的實(shí)踐性教學(xué)提供了良好的支撐。進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí),我們進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí),重溫重要的概念,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中切實(shí)認(rèn)識(shí)真正的反應(yīng)器,并運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行反應(yīng)器的操控和數(shù)據(jù)的處理。

我校擁有良好的實(shí)踐和實(shí)習(xí)教學(xué)條件?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生均要經(jīng)歷認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程組教師充分利用這些實(shí)踐環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生把課程的相關(guān)理論知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合。例如在實(shí)習(xí)中,我們給學(xué)生下達(dá)任務(wù),了解相關(guān)工業(yè)反應(yīng)器的形式,認(rèn)識(shí)其特點(diǎn),了解其中所發(fā)生反應(yīng)的類型和特點(diǎn),調(diào)研并取得反應(yīng)器進(jìn)出物料組成和流量數(shù)據(jù),以此進(jìn)行物料衡算,計(jì)算目的產(chǎn)物的收率、選擇性等,使學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程所學(xué)內(nèi)容有一個(gè)回顧,體會(huì)到本門課程所學(xué)知識(shí)在實(shí)際工作中的作用,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,實(shí)現(xiàn)理論與工程實(shí)際的緊密結(jié)合。

我校專為化工專業(yè)建成了一個(gè)仿真計(jì)算實(shí)驗(yàn)室,安裝了常減壓、催化裂化、加氫精制等典型的煉油裝置仿真軟件。在配合實(shí)習(xí)教學(xué)的同時(shí),它們可以進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)化工反應(yīng)器的認(rèn)識(shí)。仿真實(shí)驗(yàn)室還安裝了化工設(shè)計(jì)模擬軟件,為化工設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了良好條件。承擔(dān)化學(xué)反應(yīng)工程課程的教師,也參與化工設(shè)計(jì)實(shí)踐的指導(dǎo),從中進(jìn)一步強(qiáng)化有關(guān)反應(yīng)器設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用,使抽象的理論體現(xiàn)于具體的工程設(shè)計(jì)中,讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用。很多學(xué)生在化工設(shè)計(jì)總結(jié)中感慨地表示:以前學(xué)了那么多理論,不知道有什么用,通過(guò)化工設(shè)計(jì),又將以前的理論知識(shí)回顧了一遍,設(shè)計(jì)出一套實(shí)際的裝置,收獲很大,很有成就感!目前,我國(guó)推進(jìn)的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”注重提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,[5]本課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)充分融合的教學(xué)方案無(wú)疑正好吻合了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的總體思路,也是我們進(jìn)一步努力的方向。

三、教學(xué)與科研相結(jié)合

科研在高等教育中具有十分重要的地位,要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,建設(shè)一支合格的教師隊(duì)伍,必須把科學(xué)研究作為提高教師素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。教學(xué)工作是教師的天職,而科研對(duì)教師學(xué)術(shù)水平的提高有著積極的促進(jìn)作用。國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)證明,沒(méi)有高質(zhì)量的科學(xué)研究,就不可能建立一支高水平的師資隊(duì)伍。沒(méi)有高水平的師資隊(duì)伍,同樣也不可能有高水平的教學(xué)質(zhì)量和科學(xué)研究?？蒲惺翘岣呓處熅C合素質(zhì)和教學(xué)能力的第一促進(jìn)力。

我?；瘜W(xué)反應(yīng)工程課程組教師均具有較強(qiáng)的科研背景,在煉油工藝和催化領(lǐng)域取得了大量的研究成果,掌握著該領(lǐng)域的最新進(jìn)展,所承擔(dān)的科研任務(wù)大多與化學(xué)反應(yīng)工程課程知識(shí)有著緊密的聯(lián)系。例如,催化裂化兩段提升管反應(yīng)器就是利用化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)所開發(fā)出的新型反應(yīng)器。已開發(fā)的多產(chǎn)丙烯(TMP)技術(shù)的中心環(huán)節(jié)也與非均相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)直接相關(guān)。教師在科學(xué)研究中進(jìn)行自我完善與發(fā)展,通過(guò)科研工作促進(jìn)自我知識(shí)結(jié)構(gòu)的更新、知識(shí)體系的充實(shí)、對(duì)知識(shí)前沿的把握和對(duì)學(xué)科知識(shí)的理解,為教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革奠定了“能動(dòng)性”基礎(chǔ)。

有深厚的科研背景,可以保證教師授課中知識(shí)傳授的準(zhǔn)確性與知識(shí)重點(diǎn)的掌握,同時(shí)教學(xué)中教師會(huì)自然而然地把科研中獲取的生動(dòng)案例結(jié)合進(jìn)來(lái),實(shí)現(xiàn)將科研成果向教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化。將科研成果融入課堂教學(xué),一方面能有力促使學(xué)生掌握較寬的化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法與思路,了解化學(xué)反應(yīng)工程最新進(jìn)展及發(fā)展方向,另一方面也激勵(lì)學(xué)生提高創(chuàng)新思維的能力,加強(qiáng)工程觀點(diǎn)、提高分析工程問(wèn)題和解決工程問(wèn)題的能力。以下即是科研成果向教學(xué)轉(zhuǎn)化的兩個(gè)實(shí)例:

實(shí)例1,利用兩段提升管催化裂化技術(shù)的科研成果,課上給學(xué)生講授兩段提升管反應(yīng)器的設(shè)計(jì)思路,從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性、反應(yīng)器流動(dòng)特性等多角度進(jìn)行案例剖析講解,使學(xué)生在理解理論知識(shí)的同時(shí),接觸到工業(yè)實(shí)際反應(yīng)器設(shè)計(jì)案例,抓住學(xué)生的興趣點(diǎn),大大提高教學(xué)效果。

實(shí)例2,我們利用科研中對(duì)反應(yīng)器流動(dòng)行為示蹤研究的經(jīng)驗(yàn),生動(dòng)形象地將非常抽象、難懂的非理想流動(dòng)現(xiàn)象和概念介紹給學(xué)生,并利用圖片、動(dòng)畫給學(xué)生演示非理想流動(dòng)示蹤研究的過(guò)程,使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

教師們?cè)诳蒲泄ぷ髦蟹e淀的經(jīng)典案例和對(duì)學(xué)科前沿的把握,使學(xué)生感同身受地體會(huì)到知識(shí)的力量,增強(qiáng)了對(duì)工程技術(shù)科學(xué)的崇尚意識(shí),有效地激發(fā)了探索和研究的熱情。

篇4

 工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器及其行為特征是化學(xué)反應(yīng)工程所研究的對(duì)象，由于其種類多樣，因此，對(duì)其進(jìn)行合理的分類是研究的開始。   

 一般在第一層次上是按反應(yīng)系統(tǒng)的“相態(tài)”進(jìn)行劃分的，通常分為均相和多相反應(yīng)器兩大類。大部分的教材也是按照該特征進(jìn)行內(nèi)容編排的，如浙江大學(xué)陳甘棠所編的《化學(xué)反應(yīng)工程》、北京化工大學(xué)郭錯(cuò)等所編的《化學(xué)反應(yīng)工程》等，都是遵循這一模式。而多相反應(yīng)器又可分為兩相和三相反應(yīng)器，其中兩相反應(yīng)器包括氣固相和氣液相兩類，三相主要是氣液固三相反應(yīng)器。   

 第二層次上的劃分標(biāo)準(zhǔn)則有多種，例如可以按“固體存在狀態(tài)”對(duì)兩相反應(yīng)器進(jìn)行劃分，如對(duì)氣固兩相反應(yīng)器可分為氣固相固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器;可以按“反應(yīng)性質(zhì)的不同”分為氣固相催化反應(yīng)器和非催化反應(yīng)器;也可以按“反應(yīng)器形狀的不同”分為管式、塔式和釜式反應(yīng)器等，諸如此類，不一而定。又如對(duì)氣液固三相反應(yīng)器，可以按固體在床層中的形態(tài)分為固體固定型和固體懸浮型，前者有氣液并流向下的涓流床反應(yīng)器，液相向下的逆流涓流床反應(yīng)器和氣液并流向上的填料鼓泡塔反應(yīng)器;后者則有淤漿床反應(yīng)器和三相流化床反應(yīng)器。   

通常第一級(jí)按相劃分標(biāo)準(zhǔn)在化工業(yè)界是有共識(shí)的，而次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)則諸多不一了。圖2粗略地對(duì)不同反應(yīng)器根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃分。

篇5

關(guān)鍵詞:化學(xué)工程工藝;綠色化工;分離技術(shù);超臨界流體

1概述

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種化學(xué)制品已經(jīng)充斥在我們周圍，成為我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中不可或缺的基本物品。然而，這些物品的原材料生產(chǎn)，都是來(lái)自于化學(xué)工程與工藝。化學(xué)工程與工藝是通過(guò)對(duì)化學(xué)材料的處理，從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)生產(chǎn)的環(huán)保資源的高效優(yōu)化，生產(chǎn)過(guò)程也變得非常完善。尤其是當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也隨之帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，化學(xué)工程與工藝更是要朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展，尤其是與化學(xué)工程工藝相關(guān)而且環(huán)境問(wèn)題息息相關(guān)的行業(yè)，例如石油化工行業(yè)、材料化工行業(yè)、生物化工行業(yè)等，這些都是利用化學(xué)工程與工藝的技術(shù)來(lái)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的行業(yè)，對(duì)于我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以利用高新科技實(shí)現(xiàn)的化學(xué)工程與工藝，不僅有利于科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，而且對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)意義重大。尤其是目前化學(xué)工程與工藝正朝著高精化、自動(dòng)化、數(shù)字信息化的方向發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)化學(xué)工程工藝的研究是非常有必要的。

2化學(xué)工程工藝

化學(xué)工程與工藝是涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)一門科學(xué)，其實(shí)現(xiàn)是以化學(xué)的基本理論知識(shí)為基礎(chǔ)的，具有工業(yè)特色的技術(shù)。化學(xué)工程工藝涵蓋了原有化學(xué)的理論知識(shí)，結(jié)合了現(xiàn)代最新的環(huán)保思想和理念，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展、人類的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)化來(lái)說(shuō)意義重大。目前環(huán)境保護(hù)越來(lái)越被人們所看重，也是人們?cè)谖镔|(zhì)經(jīng)濟(jì)條件逐漸優(yōu)越的前提下追求更高質(zhì)量生活的體現(xiàn)。而化學(xué)工程工藝的相關(guān)研究，這實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑，它的出現(xiàn)，能夠使人們?cè)跍p能節(jié)排的前提下使其經(jīng)濟(jì)利益最大化，也是目前更多企業(yè)愿意嘗試和追求的環(huán)保生產(chǎn)途徑?？萍嫉陌l(fā)展帶動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的提升勢(shì)必會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞，在綠色環(huán)保、減能節(jié)排的前提下，化學(xué)工程工藝勢(shì)必為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)，這對(duì)于社會(huì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。新型的化學(xué)工程工藝與傳統(tǒng)的化工相比，更加注重環(huán)境保護(hù)，更加看重生產(chǎn)效率，例如綠色化工技術(shù)、最新的分離技術(shù)以及超臨界流體萃取技術(shù)等，都是當(dāng)前化學(xué)工程工藝最新興的生產(chǎn)技術(shù)。

3綠色化工技術(shù)

綠色環(huán)保、節(jié)能減排是當(dāng)前企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)一直看重和強(qiáng)調(diào)的生產(chǎn)方式，化學(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù)，則是對(duì)綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)的最好的詮釋，綠色化學(xué)工程又被人成為環(huán)境優(yōu)化化學(xué)工程，核心理念就是注重環(huán)境保護(hù)、降低環(huán)境污染、節(jié)能減排，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染與企業(yè)生產(chǎn)利益最大化之間的最佳平衡，對(duì)人類的健康和發(fā)展具有非常積極的意義。所以綠色化學(xué)工程工藝就是在化學(xué)工程過(guò)程中原材料選取、催化劑選用以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中都在強(qiáng)調(diào)綠色化工的理念，從而從化學(xué)工程生產(chǎn)的源頭阻止環(huán)境污染，促進(jìn)廢物利用。

3．1選用綠色化學(xué)原料

綠色化工源頭做起就需要對(duì)化學(xué)工程的原材料入手，通過(guò)選擇綠色環(huán)保的、無(wú)害的化學(xué)化學(xué)物質(zhì)作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料，在根本上減少或消除化工生產(chǎn)的污染物的排放，進(jìn)而將對(duì)環(huán)境污染源消滅在萌芽之中。當(dāng)前，在企業(yè)生產(chǎn)中原材料的選取非常重要，尤其是在各種高新科技的快速發(fā)展下，各種化工原材料、催化劑、溶劑等都已經(jīng)能夠加工成無(wú)毒無(wú)害或低毒少害的化學(xué)材料，所以在針對(duì)化學(xué)工程原材料選取時(shí)，盡量選擇使用高新技術(shù)生產(chǎn)的無(wú)毒無(wú)公害的原材料，或者采用天然的植物、農(nóng)作物或其他很多自然生物作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料，從而有效地促進(jìn)化學(xué)工程原材料綠色化，從根本上消除自然環(huán)境污染源。

3．2選用綠色化學(xué)催化劑

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，很多都需要催化劑來(lái)加速整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，從而節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間成本，提升經(jīng)濟(jì)收益。然而，在傳統(tǒng)的化學(xué)工程生產(chǎn)過(guò)程中，很多催化劑雖然加速了化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，但是在污染物生產(chǎn)和排放量等方面，都對(duì)環(huán)境造成了很嚴(yán)重的污染。目前在綠色化工技術(shù)中，大都采用天然無(wú)公害的催化劑的開發(fā)和使用，在化學(xué)工程中，盡量選擇無(wú)污染公害或少污染的催化劑替代傳統(tǒng)的污染重的催化劑，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)工程的綠色無(wú)公害。目前，部分化學(xué)工程工藝研究人員發(fā)現(xiàn)一種烷基化固相催化劑，其在促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中基本上能夠做到無(wú)污染物排放，同時(shí)能夠加大廢棄物的使用率，這對(duì)于企業(yè)綠色化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)很大的福音。

3．3選擇綠色的化學(xué)反應(yīng)

在企業(yè)化工成產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有很多化學(xué)反應(yīng)，而對(duì)于這些化學(xué)反應(yīng)的選擇，盡量提升化學(xué)反應(yīng)的選擇性，從而將化工過(guò)程中減少污染排放和能源消耗，使生產(chǎn)物更加純凈化、提取更加便捷。以石油化工生產(chǎn)為例，對(duì)于烴類的處理常常選擇氧化處理，這個(gè)操作會(huì)對(duì)生產(chǎn)物造成污染和破壞，所以在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，要盡量避免此種反應(yīng)，通過(guò)優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性，選擇綠色生產(chǎn)，從而提升整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的綠色生產(chǎn)過(guò)程。

4化工分離技術(shù)

在化學(xué)工程工藝中，有很多物質(zhì)都是混合的，對(duì)于化工企業(yè)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能符合生產(chǎn)所需的，那么在化學(xué)工程工藝的物質(zhì)分離技術(shù)，則是將物質(zhì)進(jìn)行凈化、提純的重要過(guò)程，是使物質(zhì)從雜亂無(wú)章、無(wú)規(guī)律的變化，通過(guò)外在作用力，如壓力、重力、溫度、電磁場(chǎng)等作用下能夠有序的轉(zhuǎn)變的過(guò)程，而過(guò)程中是需要消耗能量的，而這種過(guò)程這是化學(xué)工程工藝中的物質(zhì)分離技術(shù)。在化工分離技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的是蒸餾法，這種方法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)外在的燃料燃燒對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加熱，通過(guò)混合物中不同物質(zhì)的氣化溫度點(diǎn)，來(lái)充分掌握加熱溫度的變化，使得混合物的溫度在預(yù)期溫度點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)物質(zhì)氣化分離。在我國(guó)，對(duì)于蒸餾分離的技術(shù)和工程實(shí)現(xiàn)，都已經(jīng)積累了深厚的理論知識(shí)和豐富的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)的化工也生產(chǎn)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是，蒸餾法整體來(lái)說(shuō)速度比較慢，效率相對(duì)較低，所以在化學(xué)工程分離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，目前推出了各種熱門的物質(zhì)分離方法和技術(shù)，無(wú)論是在時(shí)間效率上、還是在生產(chǎn)成本上，都能很好地應(yīng)用在企業(yè)化工生產(chǎn)過(guò)程中。

4．1膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是當(dāng)前化學(xué)工程工藝領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離技術(shù)中比較流行的分離方法，在環(huán)保節(jié)能、低污染、高效率等諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。膜分離技術(shù)是以各種材質(zhì)的膜作為基本的分離介質(zhì)，膜的介質(zhì)可以采用氣體材質(zhì)、固體材質(zhì)、液體材質(zhì)或混合材質(zhì)，最終構(gòu)成一個(gè)膜兩邊互不連通的界面，根據(jù)其自身的滲透特性，在不同的外在作用力(例如重力、壓力、電磁場(chǎng)、滲透壓差)下，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。按照膜不同材質(zhì)劃分，常見的膜有包括支撐液膜、乳化液膜的液體材質(zhì)膜以及無(wú)機(jī)材料膜、聚合物膜的固體材質(zhì)膜，這些膜的材質(zhì)、特性不同，最終實(shí)現(xiàn)的分離過(guò)程也不盡相同，有滲透、電滲析、微濾、液膜分離等，這些分離技術(shù)和過(guò)程在氣體干燥、廢水處理等方面廣泛應(yīng)用，正式因?yàn)槟し蛛x技術(shù)效率高、耗能少、工作條件需求低，也逐漸化學(xué)工程工藝中分離技術(shù)的主體。

4．2吸附技術(shù)

在分離技術(shù)發(fā)展迅速的今天，新型吸附技術(shù)也逐漸進(jìn)入了物質(zhì)分離工程中，通過(guò)變壓吸附、層析、模擬移動(dòng)長(zhǎng)等分離方法，新型的吸附技術(shù)也成為了分離技術(shù)中的新型技術(shù)，在工業(yè)制造和化工生產(chǎn)中起到非常重要的作用。

4．3反應(yīng)分離耦合技術(shù)

反應(yīng)分離耦合技術(shù)是提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化化學(xué)工程生產(chǎn)過(guò)程、降低生產(chǎn)成本中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。反應(yīng)分離耦合技術(shù)是通過(guò)利用物質(zhì)分離來(lái)促進(jìn)反應(yīng)或通過(guò)物質(zhì)反應(yīng)來(lái)促進(jìn)分離的一種化工分離技術(shù)，整個(gè)技術(shù)的應(yīng)用效率非常高，操作費(fèi)用也很低。以醋化反應(yīng)為例，該反應(yīng)過(guò)程就是在精餾塔中進(jìn)行可逆的醋化反應(yīng)，利用精餾的反應(yīng)來(lái)分離醋和水，同時(shí)逆向反應(yīng)也能夠加強(qiáng)醋化過(guò)程，從而在原料成本等多方面節(jié)約成本。

5超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體又稱為SCF，是SupercriticalFluid的縮寫，一般的氣體或液體在溫度或者壓力的持續(xù)變化下，達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)就會(huì)發(fā)生氣體到液體的變化或者液體向氣體的變化，但是，超臨界流體是某種流體物質(zhì)在達(dá)到臨界壓力點(diǎn)或溫度點(diǎn)時(shí)，如果持續(xù)提升外界條件，該流體密度不斷增加，但是并沒(méi)有真正發(fā)生液化或氣化的現(xiàn)象，此時(shí)的物體就成為超臨界流體，該流體既具有氣體的特性，又具有也提到特質(zhì)，利用超臨界流體來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的技術(shù)，則被稱為SCFE超臨界流體萃取技術(shù)，該技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用在食品加工、化學(xué)工程和企業(yè)生產(chǎn)、生物制藥等諸多領(lǐng)域。SCFE的超臨界流體萃取技術(shù)，是對(duì)混合物進(jìn)行施加溫度或壓力的條件，從而使其進(jìn)入超臨界狀態(tài)，進(jìn)而使萃取物從其中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。流體物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下，融合了氣體和液體的綜合特性，密度上比氣體大得多，一般與液體比較接近，但是粘性度方面則與氣體接近，比液體小得多，而且超臨界流體自身的溶解度非常高、而且很容易流動(dòng)和擴(kuò)散，而且在壓力或溫度的臨界點(diǎn)，能隨著外加條件的微小變化，密度則發(fā)生顯著變化，極易實(shí)現(xiàn)混合物中萃取物的提取和分離。利用超臨界流體萃取技術(shù)，一般是使用流體作為萃取物的溶劑，使其進(jìn)入超臨界狀態(tài)，然后與物料進(jìn)行接觸，使其中的萃取物溶于流體中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)萃取物與物料的分離，而后降低外在施加條件，如降低壓力或溫度，流體密度發(fā)生變化，溶解度降低，萃取物則很容易從流體溶劑中解析出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)萃取物的分離。利用SCFE的超臨界流體萃取技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)物料萃取物的分離，在提取速率、萃取物兼容范圍等方面都非常優(yōu)異，而且外在條件是通過(guò)溫度或者壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體密度、溶解度的控制，從而能夠有效地實(shí)現(xiàn)萃取物的分離，而且提取萃取物的純度非常高，對(duì)于化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)非常重要。其次，流體溶劑的選擇一般選擇二氧化碳流體，這種低溫、無(wú)氧環(huán)境的操作可以有效地分離熱敏或容易氧化的物質(zhì)，此外，SCFE技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以從固體或中液體中快速提取有效地萃取物成分，整個(gè)過(guò)程無(wú)污染、耗能少，而且對(duì)于有機(jī)物的分離提取和精致都有非常顯著的功效。

6總結(jié)

化學(xué)工程工藝是目前涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)的專業(yè)學(xué)科，其實(shí)現(xiàn)的專業(yè)技術(shù)對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在化學(xué)工程工藝中，常見的技術(shù)有綠色化工技術(shù)，該技術(shù)是從原材料、催化劑以及化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中選取綠色無(wú)毒無(wú)公害的物質(zhì)和反應(yīng)選擇性來(lái)提升化工的低污染率，分離技術(shù)則是通過(guò)蒸餾分離、膜分離等分流技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的化工材料的分離，超臨界流體萃取技術(shù)則是采用超臨界流體對(duì)物料中萃取物的提取，通過(guò)改變外在條件來(lái)實(shí)現(xiàn)萃取物的提取，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。這些化學(xué)工程工藝都在為企業(yè)的生產(chǎn)、化工過(guò)程等起到非常重要的作用，為促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

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篇6

超臨界流體技術(shù)一般是控制溫度和壓力的條件下，或者加入其他物資的情況下改變體系的傳質(zhì)系數(shù)、傳熱系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)特征的，這能更加高效清潔地進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)，有的在超臨界的狀態(tài)下能節(jié)省能耗，所以超臨界流體技術(shù)也被稱為超級(jí)綠色化學(xué)技術(shù)。超臨界液體技術(shù)（SCF）現(xiàn)在廣泛應(yīng)用到了材料制備中。早在上世紀(jì)九十年代該技術(shù)就已經(jīng)開始應(yīng)用，把二氧化碳制備成超臨界的狀態(tài)，以它為介質(zhì)來(lái)制取特氟龍；還有聚丙烯工藝中也應(yīng)用了SCF技術(shù)，利用丙烷的特點(diǎn)來(lái)做稀釋劑，該技術(shù)也是做PE的升級(jí)版。當(dāng)下，超臨界流體技術(shù)則更多地應(yīng)用在了高分子材料，復(fù)合材料，不易粉碎的無(wú)機(jī)物材料，以及提取不太容易溶解在單一超臨界液體中的有機(jī)物?，F(xiàn)在應(yīng)用的超臨界流體技術(shù)的方法主要有一下幾種：

1、快速膨脹法，該方法主要用于固體顆粒狀的物質(zhì)的制備；

2、壓縮抗溶劑發(fā)，主要用于制備微孔、微球類的物質(zhì)，所以在藥物分子及聚合物共沉上應(yīng)用較多，也較成熟；

3、抗溶劑法，通常該方法會(huì)應(yīng)用在制備爆炸性物質(zhì)和不溶于單一超臨界流體的有機(jī)物上等。除了以上在制備材料方面的突出貢獻(xiàn)，超臨界流體技術(shù)還在分析化學(xué)中大展拳腳。它與色譜技術(shù)相結(jié)合，能在色譜研究中得到比氣象色譜更高效，比液相色譜更精準(zhǔn)的超臨界流體色譜。更由于它的高效和低成本使得超臨界流體技術(shù)在石油化工、環(huán)境保護(hù)還有醫(yī)藥化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛使用。

2綠色化學(xué)工程技術(shù)的應(yīng)用

綠色化學(xué)指用化學(xué)的技術(shù)和方法，再結(jié)合其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)減少或者消除化學(xué)對(duì)于人類的危害、社會(huì)的危害以及環(huán)境的危害。從源頭的原材料開始，到生產(chǎn)過(guò)程中的試劑和介質(zhì)還有催化劑，到最后的產(chǎn)物及副產(chǎn)物都要求綠色、環(huán)保、無(wú)毒害，還有就是“原子經(jīng)濟(jì)性”的“零排放”。像在綠色無(wú)毒原料控制方面，石油化工原料就可以改變成生物原料的。制作尼龍可以不用含苯的石油化工原料，改成生物原料，生物原料的淀粉及纖維素等在酶催化反映下也能形成己二酸，這樣一樣可以制作尼龍，而且對(duì)人體和環(huán)境都危害極小。再比如在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)介質(zhì)、溶劑等的控制，也要求無(wú)毒無(wú)害，在有機(jī)反應(yīng)中水就是很好的溶劑，不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害還能節(jié)省到有機(jī)反應(yīng)中的官能團(tuán)的保護(hù)還有去保護(hù)等環(huán)節(jié)，所以也省工藝省時(shí)間了。還有反應(yīng)中用的綠色催化劑，綠色催化劑能更加正對(duì)性，更加高效地參與化學(xué)反應(yīng)，并且得到的副產(chǎn)物少。在有機(jī)合成反應(yīng)中，綠色催化劑的應(yīng)用顯得尤為重要。像不對(duì)稱合成反應(yīng)中，催化劑不僅為化學(xué)農(nóng)藥和精細(xì)化工提供反應(yīng)需要的中間體，有的還能為反應(yīng)提供綠色的合成技術(shù)。比如酶催化反應(yīng)、氫酯化反應(yīng)、還有不對(duì)稱酮反應(yīng)等。

3化學(xué)工程技術(shù)中的傳熱研究

化學(xué)反應(yīng)中傳熱的研究是化學(xué)工程的重要內(nèi)容，因?yàn)樗鼑?yán)重影響著一個(gè)反應(yīng)的能耗，反應(yīng)的進(jìn)程等。在微細(xì)尺度傳熱研究中，由于尺度微細(xì)，原有的傳熱假設(shè)及會(huì)發(fā)生變化，其流動(dòng)還有傳入的規(guī)律也會(huì)發(fā)生變化。目前在納米、微米、集成電子設(shè)備還有微型熱管領(lǐng)域中該傳熱研究交深入，取得了較不錯(cuò)的成果。而我們?cè)诟倪M(jìn)傳熱工藝和設(shè)備上也做足了研究，為了提高傳熱效率，我們可以改進(jìn)設(shè)備的性能，使其持續(xù)對(duì)外傳熱的能力提高，改變里面的傳熱材料和工藝的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的效率。然而我們現(xiàn)在投入很多精力的滴狀冷凝技術(shù)的研究還沒(méi)能取得很好的成果。由于我們不能在維持物質(zhì)在滴狀的時(shí)候冷凝，同時(shí)冷凝表面壽命延長(zhǎng),所以目前這個(gè)難題還很難突破。還有就是我們?cè)谟?jì)算沸騰時(shí)的傳熱存在很多弊端，復(fù)雜的沸騰狀態(tài)不適用目前所有的傳熱計(jì)算方式，就研究沸騰傳熱的計(jì)算方法也是一大塊難題的，所以就滴狀傳熱技術(shù)的研究也將會(huì)是我們傳熱研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，如果該研究獲得進(jìn)展必將改變現(xiàn)在很多的化學(xué)生產(chǎn)工藝形式，將會(huì)帶領(lǐng)化學(xué)生產(chǎn)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。

4結(jié)語(yǔ)

篇7

殷金玲 景曉燕 王君 哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院

基金項(xiàng)目：哈爾濱工程大學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目002100020632。

摘要：針對(duì)面向非化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生開設(shè)的普通化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)重點(diǎn)利用學(xué)生所學(xué)專業(yè)與普通化學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，配合

一定的其他的課堂教學(xué)方式來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)普通化學(xué)的積極性。

關(guān)鍵詞：普通化學(xué)；專業(yè)；交叉性

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)

一、普通化學(xué)教學(xué)中存在的最大問(wèn)題的分析

目前許多大學(xué)里的普通化學(xué)基本上都是面向非化學(xué)化工專

業(yè)的學(xué)生開設(shè)的，大部分學(xué)生認(rèn)為化學(xué)與自己將來(lái)的專業(yè)和就業(yè)

沒(méi)有什么關(guān)系，在某種程度上致使很多學(xué)生是在被動(dòng)的學(xué)習(xí)普通

化學(xué)，主要就是為了考試能夠通過(guò)或者取得高分為自己的獎(jiǎng)學(xué)金

的獲得做個(gè)準(zhǔn)備而已，而這種被動(dòng)就造成了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大

大降低。那么如何提高非化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)普通化學(xué)的學(xué)習(xí)

興趣就成了許多普通化學(xué)教師面臨的最大問(wèn)題。

二、針對(duì)學(xué)生專業(yè)與普通化學(xué)的交叉性方面采取的措施

1.了解學(xué)生所學(xué)專業(yè)

每位普通化學(xué)教師在接到教學(xué)任務(wù)后都需要首先整體了解

一下授課對(duì)象是那個(gè)系的？學(xué)哪個(gè)專業(yè)的？這樣才能有的放矢，

為下一步工作做好準(zhǔn)備。

2.深入調(diào)查收集整理學(xué)生所學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)及往年

就業(yè)去向

在了解了授課對(duì)象的所在院系和所學(xué)專業(yè)后就需要針對(duì)其

專業(yè)等信息開始進(jìn)行下一步的調(diào)查工作，以我校學(xué)生所學(xué)專業(yè)為

例，比如船舶與海洋工程專業(yè)，其專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)船舶與海

洋工程結(jié)構(gòu)物研發(fā)、設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)、管理、教育等高層次專

門人才。該專業(yè)畢業(yè)生主要就業(yè)去向是到與船舶和海洋工程有關(guān)

的公司及國(guó)家各部委機(jī)關(guān)，以及沿海、沿江各船舶設(shè)計(jì)院、研究

所和造船骨干企業(yè)工作。再比如：核工程與核技術(shù)專業(yè)的專業(yè)培

養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)能在相關(guān)領(lǐng)域從事核工程與核技術(shù)研究、設(shè)計(jì)、生

產(chǎn)、運(yùn)行和管理的專門人才。就業(yè)去向主要是一些國(guó)內(nèi)的核電站

和核工業(yè)的研究院。還比如：環(huán)境專業(yè)的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)能

從事廢水、廢氣、固體廢棄物等污染物的防治技術(shù)研究、設(shè)計(jì)、

應(yīng)用和開發(fā)工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)面較

廣，對(duì)于我校畢業(yè)生相對(duì)集中的就業(yè)單位有各大船廠，沿海各大

型企業(yè)的水處理公司，建筑設(shè)計(jì)院等。

3.針對(duì)收集的信息尋找與普通化學(xué)授課內(nèi)容相關(guān)的交叉點(diǎn)，

并靈活應(yīng)用于課堂教學(xué)中

針對(duì)船舶與海洋工程專業(yè)的學(xué)生我們?cè)谥v電化學(xué)基礎(chǔ)這一

章節(jié)的內(nèi)容時(shí)首先就提出一個(gè)問(wèn)題：大家的專業(yè)都與船舶有關(guān)，

而我們知道船體相當(dāng)一部分與海水接觸，海水對(duì)船體的鋼鐵具有

較強(qiáng)的腐蝕性。那么這種腐蝕在化學(xué)上屬于哪種腐蝕呢？如何在

實(shí)際中采用什么樣的方法來(lái)防止或降低這種腐蝕呢？這個(gè)問(wèn)題

直接與他們的專業(yè)相關(guān)了，學(xué)生自然興趣就提上來(lái)了。然后在講

金屬的腐蝕時(shí)，讓學(xué)生們知道這種腐蝕是電化學(xué)腐蝕，而針對(duì)這

種腐蝕常采用的方法有：陰極保護(hù)法（又包括犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和

外加電流陰極保護(hù)法），陽(yáng)極保護(hù)法，緩蝕劑法，金屬表面覆蓋

層等方法。有時(shí)大家去船廠會(huì)發(fā)現(xiàn)在船下面掛著一個(gè)鋁塊或者鋅

塊之類的東西，這是應(yīng)用了哪種方法呢？還有時(shí)會(huì)看到許多工人

在船體表面進(jìn)行涂裝，這又是應(yīng)用了哪種方法？在這些學(xué)生感興

趣的問(wèn)題的引導(dǎo)下讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。

針對(duì)核工程與核技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在第一堂緒論課中就可以

給他們舉一個(gè)和他們專業(yè)密切相關(guān)也是他們這個(gè)專業(yè)非常在意

的一件事：切爾諾貝利核事故。他們可能在選擇這個(gè)專業(yè)時(shí)已有

耳聞這個(gè)核泄漏事故，但是對(duì)于這起事故的真正起因未必知道。

而這起事故的真正原因不是核爆炸，而是一種化學(xué)反應(yīng)釀成了重

大的損失。然后給學(xué)生介紹這次事故的前因后果：在進(jìn)行4 號(hào)反

應(yīng)堆電能功率安全測(cè)試的過(guò)程中，操作人員有意切斷了通向核心

區(qū)域的冷卻水流，當(dāng)然這個(gè)操作是測(cè)試的一部分，而且操作人員

在反應(yīng)堆中留下的控制棒數(shù)目不夠，蒸汽壓很低又難以提供冷卻

劑。這一系列的操作致使整個(gè)反應(yīng)堆功率劇增，產(chǎn)生巨大的熱量，

燒塌了燃料芯堆，而釋放出的灼熱的放射性核燃料顆粒與用作冷

卻劑的水接觸發(fā)生爆炸。這個(gè)過(guò)程中反應(yīng)堆中用來(lái)使中子減速的

石墨起火燃燒，流到著火的石墨上的水又與石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)

生氫氣，氫氣和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而爆炸。這個(gè)化學(xué)反

應(yīng)的爆炸卻掀翻了覆蓋在反應(yīng)堆上的鋼板。可見對(duì)于核工程與核

技術(shù)人員掌握化學(xué)知識(shí)是必須的。

針對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)生而言，同樣在緒論課中就可以讓他們知

道化學(xué)與他們的專業(yè)是密不可分的，比如為了將普通化學(xué)主要內(nèi)

容串接起來(lái)，可以給他們舉個(gè)環(huán)境問(wèn)題的例子：汽車因大部分使

用汽油內(nèi)燃機(jī)，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和一氧化氮等有害物質(zhì)污染環(huán)

境。如果我們能夠讓NO 和CO 在排放到大氣前就反應(yīng)生成N2 和

CO2，就可以大大降低對(duì)環(huán)境的污染。那么：①這個(gè)反應(yīng)能夠發(fā)

生嗎？（即化學(xué)反應(yīng)方向問(wèn)題）②如果該反應(yīng)能發(fā)生，那么會(huì)有

多少的NO 和CO 轉(zhuǎn)化為N2 和CO2 呢？（即化學(xué)反應(yīng)限度問(wèn)題）

③同時(shí)我們知道對(duì)于每一個(gè)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)都會(huì)伴隨著吸

收和放出熱量的現(xiàn)象，那么該反應(yīng)過(guò)程中能量是如何變化的呢？

（即化學(xué)反應(yīng)能量變化問(wèn)題）④這個(gè)反應(yīng)若能發(fā)生，這個(gè)反應(yīng)是

進(jìn)行的快呢還是慢呢？（即化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題）⑤這個(gè)反應(yīng)的反

應(yīng)機(jī)理如何？而對(duì)于機(jī)理的分析比較復(fù)雜，首先我們需要了解物

質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。（即物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)問(wèn)題）。這樣既可以

將普通化學(xué)的整體內(nèi)容安排與實(shí)際問(wèn)題的解決聯(lián)系起來(lái)，更讓學(xué)

生了解要解決這樣的一個(gè)環(huán)境問(wèn)題必須要應(yīng)用化學(xué)的知識(shí)。同時(shí)

針對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)生授課時(shí)更應(yīng)該增加一些綠色化學(xué)知識(shí)的介

紹。

三、其他課堂教學(xué)措施的配合

除了抓住學(xué)生所學(xué)專業(yè)與普通化學(xué)的結(jié)合點(diǎn)外，還要注意其

他的一些課堂教學(xué)方式，如：將化學(xué)與學(xué)生日常生活中遇到的一

些具體事例聯(lián)系起來(lái)，即用普通化學(xué)學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)解釋一些實(shí)例

和現(xiàn)象；在課堂上引入一些著名化學(xué)家的人物介紹和相關(guān)一些理

論的發(fā)展史，像故事一樣介紹給學(xué)生，既吸引了學(xué)生的注意力，

又加深了對(duì)基本理論知識(shí)的理解；課堂上適當(dāng)設(shè)有部分課堂演示

實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)錄像的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出化學(xué)的基本

理論和規(guī)律，同時(shí)也讓學(xué)生深刻了解化學(xué)這門學(xué)科的特點(diǎn)；注意

利用問(wèn)題的引入來(lái)啟發(fā)學(xué)生的思維空間，并且加強(qiáng)訓(xùn)練學(xué)生的歸

納總結(jié)能力，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果等。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程工藝 綠色化工技術(shù) 應(yīng)用

前言

隨著我國(guó)工業(yè)科技的進(jìn)步，人們對(duì)化工材料的要求越來(lái)越高，例如節(jié)能性、環(huán)保性等方面的要求不斷提高，近年來(lái)，我的能源及環(huán)境因?yàn)楣I(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，特別是近幾年，我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題及能源消耗問(wèn)成為備受關(guān)注的領(lǐng)域，我國(guó)化工研究人員也在重點(diǎn)研究關(guān)于不可再生能源的保護(hù)問(wèn)題、生活垃圾的處理問(wèn)題及工業(yè)污染物的合理排放問(wèn)題。眾所周知，在化工工程工藝中，很多有害、有毒的物質(zhì)會(huì)被產(chǎn)生，如果這些物質(zhì)處理不當(dāng)，便會(huì)排放到大自然中，久而久之會(huì)對(duì)生產(chǎn)平衡起到嚴(yán)重的影響，綠色化工技術(shù)是提高化學(xué)工程工藝的先進(jìn)技術(shù)，化工材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染問(wèn)題可以有效解決，提高化學(xué)工業(yè)的能源利用效率。本文將重點(diǎn)對(duì)綠色化工技術(shù)在化學(xué)工程工藝中的應(yīng)用展開深入研究。

一、綠色化學(xué)技術(shù)的發(fā)展

在傳統(tǒng)化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中，很多有害、有毒的物質(zhì)會(huì)被產(chǎn)生，嚴(yán)重的滯后性使得化學(xué)工程工藝長(zhǎng)期處于被動(dòng)的生產(chǎn)狀態(tài)下，因此，這種傳統(tǒng)的化學(xué)工程工藝無(wú)法得到資源優(yōu)化的目的，對(duì)于污染物的處理工程效果較差，污染物處理效率低下，同時(shí)提高了對(duì)化學(xué)污染物處理的成本。而綠色化學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，可以有效解決傳統(tǒng)化學(xué)工程工藝中對(duì)污染物處理的問(wèn)題，可以通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)污染物進(jìn)行脫硫、除塵等方面的處理，具體實(shí)施方法如下：

1.采用綠色化學(xué)原料

在化學(xué)工程生產(chǎn)過(guò)程中，其流程及工藝直接由化學(xué)生產(chǎn)原料決定。在傳統(tǒng)化學(xué)工程中，大多數(shù)采取的生產(chǎn)原料是不可再生的能源，選擇這種化學(xué)材料增加了污染物質(zhì)的排放量，同時(shí)增加了我國(guó)對(duì)不可再生能源的消耗量，因此，化學(xué)工程工藝中，選擇綠色的化學(xué)原料是重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域，例如使用苞米桿、蘆葦?shù)绒r(nóng)副產(chǎn)品廢棄物，便是典型的綠色化學(xué)原料，這些物質(zhì)無(wú)污染，直接投入化學(xué)生產(chǎn)中，可以直接轉(zhuǎn)化成醇、 酮、 酸類的化學(xué)品，不會(huì)產(chǎn)生任何有毒或有害其物質(zhì)，只會(huì)產(chǎn)生氫氣等物質(zhì)。

2.提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性

化學(xué)原料通過(guò)化學(xué)工程工藝，產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)品，因此，在化學(xué)工程中物質(zhì)反應(yīng)的重要組成部分便是化學(xué)反應(yīng)，在提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量時(shí)，利用合理、有效的化學(xué)反應(yīng)途徑意義重大。反應(yīng)環(huán)境、原料、時(shí)間、特點(diǎn)等因素都會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)工程中，氧化反應(yīng)是最常用的反應(yīng)形式之一，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱，很多化學(xué)原料會(huì)因?yàn)闊岽呋a(chǎn)生變質(zhì)現(xiàn)象，這也是直接導(dǎo)致化學(xué)品生產(chǎn)質(zhì)量低下的主要原因。而新型反應(yīng)形式―烴類氧化反應(yīng)可以增加生產(chǎn)物的同分異構(gòu)反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)提高催化物反應(yīng)催化能力。

二、綠色化工技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用

1.清潔生產(chǎn)技術(shù)

輻射熱加工技術(shù)、臨界流體技術(shù)、綠色催化技術(shù)等無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染的綠色化工技術(shù)統(tǒng)稱為清潔生產(chǎn)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于冶金、印染、垃圾處理等各個(gè)行業(yè)。此外還有很多先進(jìn)的脫硝脫硫技術(shù)、煤氣化技術(shù)及利用風(fēng)能太陽(yáng)能燈自然發(fā)電技術(shù)也都利用清潔生產(chǎn)技術(shù)。例如，在海水淡化技術(shù)的應(yīng)用中，有效利用了我國(guó)海水資源，將海水中的鹽與水的成分分離，在處理過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生任何不利影響，還能有效解決我國(guó)淡水資源匱乏的現(xiàn)狀。此外，海水淡化處理工藝所產(chǎn)生的氫氧化鎂等物質(zhì)的處理工藝成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，并且 不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此此項(xiàng)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的前景非常廣泛。

2.生物技術(shù)

生物技術(shù)主要應(yīng)用于化學(xué)仿生學(xué)及生物化工兩個(gè)方面，其中技術(shù)范疇主要包括細(xì)胞、基因、微生物等。作為一種高效、轉(zhuǎn)移性強(qiáng)的生物體內(nèi)催化劑――生物酶，可以廣泛參與到各個(gè)生物化工的合成過(guò)程中。另外，膜化學(xué)技術(shù)也是化學(xué)仿生學(xué)中被廣泛應(yīng)用的生物技術(shù)。通過(guò)生物技術(shù)可以使再生資源合成化學(xué)品，這是綠色化工技術(shù)經(jīng)常沿用的方式。動(dòng)植物中提取的有機(jī)化合物原料或石油、煤炭等作為原料都是綠色化工技術(shù)的原料。例如，在綠色化學(xué)工程工藝中，制備丙烯酰胺，可以利用自然界中的酶替代丙烯腈催化合成丙烯酰胺后，這樣可以將能耗大大降低，并且沒(méi)有污染環(huán)境的物質(zhì)產(chǎn)生。與化學(xué)催化劑中的工業(yè)酶相比，自然界中的酶做催化劑更加環(huán)保，無(wú)污染，其反應(yīng)條件相對(duì)較為溫和，產(chǎn)物的性質(zhì)也優(yōu)良。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在傳統(tǒng)的化學(xué)工程工藝為人類創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)和能源，但是其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的殘留物給環(huán)境污染產(chǎn)生了眾多問(wèn)題。綠色化工技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)我國(guó)化學(xué)工程工藝產(chǎn)生了積極的影響，大大減少了化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的有毒、有害物質(zhì)，對(duì)我國(guó)整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)及環(huán)保事業(yè)意義重大，能夠真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的目的，是當(dāng)今化學(xué)工業(yè)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)。

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篇9

摘要：

對(duì)用做鈍頭體高超聲速飛行器熱防護(hù)的碳/酚醛復(fù)合材料在典型服役環(huán)境下的燒蝕機(jī)制進(jìn)行了研究，建立了燒蝕過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。利用有限元方法實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的求解，預(yù)報(bào)了冷壁熱流4002kWm、焓值51MJkg的氣動(dòng)熱環(huán)境下碳/酚醛材料的燒蝕行為。對(duì)于20mm厚度的碳/酚醛材料，受熱過(guò)程中碳化層深度持續(xù)增加，100s時(shí)刻表面溫度達(dá)到1405K，背壁溫度為497K，孔隙熱解氣體壓力達(dá)18.1atm。本研究為具有長(zhǎng)時(shí)間大面積熱防護(hù)需求的高超聲速飛行器的熱護(hù)設(shè)計(jì)提供了有力支持。

關(guān)鍵詞：

碳/酚醛；熱防護(hù)；多物理場(chǎng)；燒蝕；有限元

碳/酚醛復(fù)合材料作為一種輕質(zhì)強(qiáng)韌化防熱材料，具有防熱效率高、防隔熱一體、抗剪切能力強(qiáng)、燒蝕后退量小等特點(diǎn)，主要用于鈍頭體熱防護(hù)[1]。由于占飛行器較大比重，其冗余設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)飛行器的質(zhì)量控制有關(guān)鍵作用[2]。準(zhǔn)確的掌握碳/酚醛復(fù)合材料燒蝕特性能夠解決過(guò)度冗余或防熱設(shè)計(jì)可靠性不足的問(wèn)題[3,4]。熱防護(hù)材料在燒蝕過(guò)程中通過(guò)自身溫升、表面材料相變、化學(xué)反應(yīng)等吸收能量以達(dá)到防隔熱的效果。Beacher,S.J.等[5]建立了普遍的熱化學(xué)燒蝕模型。J.B.Henderson等[6]研究了聚酯基防熱材料服役環(huán)境下的基體熱解與熱變形過(guò)程，并采用一維模型計(jì)算材料燒蝕過(guò)程中的溫度、熱解氣體壓強(qiáng)等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。Hogan等[7]利用控制容積法解算了軸對(duì)稱模型的能量傳遞方程，并利用非結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格模型獲得了材料燒蝕過(guò)程中的表面后退率。

陳海龍等[8]基于體積燒蝕條件下的三維多物理場(chǎng)耦合控制方程預(yù)報(bào)了高硅氧/酚醛復(fù)合材料在酚醛樹脂熱解反應(yīng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)、位移場(chǎng)、孔隙壓力以及樹脂殘留率等熱力學(xué)響應(yīng)。李瑋潔等[9,10]研究了發(fā)生表面后退的碳化燒蝕體的非線性熱解層模型。由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)和分析工具的飛速發(fā)展，如ProEngineer等工程軟件允許可建立復(fù)雜的幾何模型，NASTRAN和PATRAN等分析工具使復(fù)雜結(jié)構(gòu)體的熱分析更容易實(shí)現(xiàn)[11,12]。但是，目前尚無(wú)能進(jìn)行高精度燒蝕熱響應(yīng)分析的工程軟件。有一些可用于燒蝕分析的計(jì)算代碼如CMA[13]和FIAT[14]等，但他們都是基于一維有限差分法，并不兼容現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具。本文研究了中低熱流密度下碳/酚醛材料的防熱機(jī)制，建立了其燒蝕模型，并借助于有限元軟件預(yù)報(bào)了其燒蝕行為。

1碳/酚醛復(fù)合材料的防熱機(jī)制

碳/酚醛主要用于鈍頭體的大面積熱防護(hù)，其典型服役環(huán)境為：以對(duì)流換熱為主的中低熱流環(huán)境(0.1~1.5MW/m2)、中等焓值(5~15MJ/kg)。在此服役環(huán)境下，假設(shè)增強(qiáng)相在高溫下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即固體材料表面不發(fā)生后退。則碳/酚醛防熱材料的能量耗散機(jī)制包括：（1）材料表面熱輻射；（2）固體相的溫升吸熱；（3）孔隙內(nèi)熱解氣體的溫升和膨脹吸熱；（4）基體熱解反應(yīng)吸熱；（5）材料表面高溫?zé)峤鈿怏w引射；（6）質(zhì)量引射引起“熱阻塞”效應(yīng)。碳/酚醛燒蝕材料的燒蝕過(guò)程是極為復(fù)雜的，是一個(gè)固體傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等多物理場(chǎng)同時(shí)變化而且相互耦合影響的過(guò)程。各場(chǎng)之間的耦合關(guān)系具體如下：固體熱傳導(dǎo)決定的固體溫度影響樹脂材料的高溫化學(xué)反應(yīng)速率，反之，熱解反應(yīng)產(chǎn)生熱效應(yīng)以及伴隨的酚醛樹脂的熱物理性質(zhì)變化影響固體熱傳導(dǎo)過(guò)程。固體溫度分布的變化影響孔隙內(nèi)熱解氣體的溫度壓力等參數(shù)變化，反之，熱解氣體的在固體孔隙內(nèi)的對(duì)流換熱以及材料表面的引射作用影響固體內(nèi)部分布以及表面熱載荷的阻塞效應(yīng)。熱解氣體的溫度壓力對(duì)于反應(yīng)速率有直接影響，反之酚醛樹脂高溫化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱解氣體是質(zhì)量傳遞過(guò)程的質(zhì)量源。

2燒蝕過(guò)程的數(shù)學(xué)模型

分別從能量和質(zhì)量傳遞的角度對(duì)燒蝕模型進(jìn)行分析。研究材料的表面能量平衡關(guān)系、熱解氣體傳質(zhì)過(guò)程、熱化學(xué)反應(yīng)速率、能量傳遞過(guò)程。全面建立描述燒蝕過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。

2.1表面能量平衡根據(jù)表面能量平衡關(guān)系，建立材料的表面能量平衡方程。

2.2熱解氣體傳質(zhì)過(guò)程材料燒蝕過(guò)程中，基體高溫反應(yīng)生成了熱解氣體，熱解氣體在固體相的孔隙中擴(kuò)散，這里從質(zhì)量守恒原理出發(fā)，推導(dǎo)氣體相的擴(kuò)散控制方程。

2.3熱化學(xué)反應(yīng)速率樹脂基體在高溫下發(fā)生熱解反應(yīng)，假設(shè)基體由多種組分組成，而任一組分的熱解反應(yīng)速率可由Arrhenius動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程表示，若第k種組分的反應(yīng)級(jí)數(shù)為。

2.4能量傳遞過(guò)程與非燒蝕材料不同，燒蝕材料內(nèi)部的能量傳輸通過(guò)兩種方式進(jìn)行—傳導(dǎo)傳熱和傳質(zhì)傳熱。同時(shí)，由于熱解反應(yīng)過(guò)程中伴隨著化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)發(fā)生前后物系焓值不守恒?？紤]化學(xué)反應(yīng)的焓變效應(yīng)，微元體的能量平衡方程。

3碳/酚醛復(fù)合材料的熱物理性質(zhì)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段和調(diào)研資料可以獲得原始材料和完全碳化材料的密度、孔隙率、滲透率、熱導(dǎo)率、熱容等參數(shù)隨溫度變化的熱物性參數(shù)[15]。燒蝕材料固體相的熱物理性能是隨溫度、碳化程度不同而實(shí)時(shí)變化的，而我們難以測(cè)量這些參數(shù)的實(shí)時(shí)變化特性，因此需要采用合理的熱物理性能變化模型。

4算例

本文借助于COMSOLMultiphysics軟件，利用有限元法對(duì)描述燒蝕過(guò)程的控制方程進(jìn)行求解。預(yù)報(bào)厚度為20mm的碳/酚醛材料在模擬熱環(huán)境下的燒蝕過(guò)程，熱環(huán)境參數(shù)與模型的初始條件和邊界條件如表1所示。圖1~圖3分別給出了碳/酚醛材料不同時(shí)刻的溫度分布、熱解氣體壓力分布和熱解程度分布云圖。由圖1可知，碳/酚醛材料表面溫度隨著加熱時(shí)間持續(xù)升高，但表面溫升速率降低，100s時(shí)刻表面溫度為1405K。背壁溫度在加熱前期緩慢升高，而后溫升速率逐步加快，100s時(shí)刻背壁溫度達(dá)到497K。根據(jù)圖2，材料的基體相發(fā)生熱解反應(yīng)生成大量的熱解氣體，雖然熱解氣體通過(guò)表面不斷逸出，但由于熱解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行和材料內(nèi)部的溫度的升高，材料孔隙中的熱解氣體壓力仍然持續(xù)增大。100s時(shí)刻熱解氣體的最大壓力達(dá)到18.1atm。由圖3可知，靠近受熱面的碳/酚醛材料溫度較高，很快發(fā)生完全熱解形成碳化層（熱解程度=0），背壁附近的材料溫度較低，幾乎未發(fā)生熱解反應(yīng)，為原始材料層（熱解程度=1）。碳/酚醛材料受熱過(guò)程中，碳化層深度持續(xù)增加，原始材料層厚度持續(xù)減小。

5結(jié)論

篇10

在材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科教學(xué)工作中，本科學(xué)生在高年級(jí)就開始學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。其中在材料科學(xué)與工程專業(yè)課程教學(xué)中，在講述材料的制備工藝方法中講述過(guò)原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料。原位反應(yīng)自生法是制備金屬基復(fù)合材料，金屬陶瓷復(fù)合材料，以及金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料的主要方法。原位反應(yīng)自生法是在一定條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在基體內(nèi)原位生成一種或幾種增強(qiáng)相從而達(dá)到強(qiáng)化的目的。這種方法可得到增強(qiáng)體顆粒尺寸細(xì)小，熱力學(xué)性能穩(wěn)定，界面結(jié)合強(qiáng)度高的復(fù)合材料，是一種很有前途的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制造工藝。原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料由于具有可以達(dá)到凈近尺寸成形的優(yōu)勢(shì)，所以能夠廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域中。在材料科學(xué)與工程專業(yè)的本科課程教學(xué)中，在材料加工工程和材料制備方法中都講述過(guò)原位反應(yīng)合成技術(shù)。此外還可以將原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的工藝過(guò)程。所以原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料在材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。本文首先講述原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的原理和制備工藝過(guò)程，并講述原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料在材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中的研究和討論。并對(duì)原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

二、原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的原理和制備工藝過(guò)程

為了克服傳統(tǒng)方法制備的復(fù)合材料存在增強(qiáng)體顆粒尺寸粗大，熱力學(xué)不穩(wěn)定以及界面結(jié)合強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，出現(xiàn)了原位合成技術(shù)，即在一定條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在基體內(nèi)原位生成一種或幾種增強(qiáng)相從而達(dá)到強(qiáng)化的目的。原位自生法是通過(guò)原料粉末中的某些化學(xué)反應(yīng)生成所需要的反應(yīng)產(chǎn)物并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝制備出復(fù)合材料試樣。原位反應(yīng)自生法可得到增強(qiáng)體顆粒尺寸細(xì)小，熱力學(xué)性能穩(wěn)定，界面結(jié)合強(qiáng)度高的復(fù)合材料，是一種很有前途的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料制造工藝。目前報(bào)道的原位合成技術(shù)主要有原位反應(yīng)熱壓燒結(jié)技術(shù)，原位復(fù)合技術(shù)，定向氧化技術(shù)，熔體浸漬技術(shù)，反應(yīng)結(jié)合技術(shù)及自蔓延高溫合成技術(shù)等。定向氧化合成技術(shù)是利用放熱反應(yīng)在金屬或金屬間化合物基體中原位分散金屬間化合物或陶瓷顆?；蚓ы毜脑粡?fù)合技術(shù)。原位自生法是通過(guò)反應(yīng)物之間的反應(yīng)生成所需要的反應(yīng)產(chǎn)物并通過(guò)熱壓燒結(jié)工藝實(shí)現(xiàn)致密化。原位合成法是利用化學(xué)反應(yīng)在原位生成補(bǔ)強(qiáng)組元-晶須或長(zhǎng)徑比較大的晶粒來(lái)補(bǔ)強(qiáng)基體材料的制備工藝。原位合成法主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化工藝，降低材料成本，實(shí)現(xiàn)特殊顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和獲得特殊材料性能，具有很好的熱力學(xué)穩(wěn)定性。金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料的制備方法主要有原位復(fù)合技術(shù)和定向氧化技術(shù)以及原位反應(yīng)熱壓燒結(jié)工藝?？梢圆捎迷环磻?yīng)熱壓燒結(jié)工藝制備金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料。原位復(fù)合技術(shù)是由于金屬間化合物反應(yīng)的形成熱相對(duì)較低，因而采用自蔓延燃燒時(shí)系統(tǒng)不易達(dá)到較高的絕熱溫度，故一般采用原位復(fù)合技術(shù)制備和合成復(fù)合材料。原位復(fù)合技術(shù)是利用放熱反應(yīng)在金屬或金屬間化合物基體中原位分散金屬間化合物或陶瓷顆?；蚓ы毜脑粡?fù)合技術(shù)。傳統(tǒng)的方法是將粉末壓坯在恒定速率下加熱到可使反應(yīng)自發(fā)的產(chǎn)生并在整個(gè)混合物中處處發(fā)生反應(yīng)。定向氧化技術(shù)是定向金屬氧化工藝可用于制備金屬基復(fù)合材料。原位反應(yīng)熱壓燒結(jié)工藝是將原位反應(yīng)和熱壓燒結(jié)工藝相結(jié)合制備致密的復(fù)合材料。

三、原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料在材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究和應(yīng)用

原位反應(yīng)自生法主要用于制備金屬陶瓷，金屬間化合物，金屬間化合物/陶瓷復(fù)合材料等。在材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)課程中，其中材料加工工程和材料制備與合成方法講述過(guò)原位反應(yīng)自生法。原位反應(yīng)自生法同粉末冶金技術(shù)和液相燒結(jié)技術(shù)一樣都是材料制備技術(shù)。原位反應(yīng)自生法同樣是熱加工工藝，原位反應(yīng)自生法涉及到反應(yīng)物高溫化學(xué)反應(yīng)制備產(chǎn)物的過(guò)程。在材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的課堂教學(xué)中，在有些專業(yè)課程中原位反應(yīng)自生法只是作為了解，對(duì)于原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的具體內(nèi)容和制備工藝步驟的研究和應(yīng)用了解很少。所以就需要在材料科學(xué)與工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)課程中增加一些關(guān)于原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)課程。通過(guò)原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的原理，制備工藝過(guò)程以及對(duì)經(jīng)過(guò)原位反應(yīng)自生工藝后得到的金屬基復(fù)合材料燒結(jié)制品的物相組成，顯微結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究，使學(xué)生通過(guò)對(duì)復(fù)合材料的制備與研究過(guò)程可以加深學(xué)生對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)課程學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)和了解。對(duì)于本科學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐課程，可以在本科學(xué)生的本科專業(yè)課程設(shè)計(jì)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中安排采用原位反應(yīng)自生工藝制備金屬基復(fù)合材料和金屬陶瓷復(fù)合材料的教學(xué)內(nèi)容。例如采用原位反應(yīng)自生工藝可以制備金屬陶瓷復(fù)合材料，先將金屬陶瓷粉末通過(guò)壓力成型工藝制成坯體，并通過(guò)原位反應(yīng)自生工藝和高溫?zé)Y(jié)工藝制備金屬陶瓷復(fù)合材料。高溫?zé)Y(jié)工藝可采用常壓燒結(jié)工藝，熱壓燒結(jié)工藝和放電等離子燒結(jié)工藝以及熱等靜壓燒結(jié)工藝。采用原位反應(yīng)合成工藝可以制備金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料，通常先將金屬間化合物粉末和陶瓷粉末通過(guò)壓力成型過(guò)程在一定壓力下壓制成具有一定形狀和致密度的預(yù)制件，通過(guò)原位反應(yīng)自生法和高溫?zé)Y(jié)工藝形成金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料。高溫?zé)Y(jié)工藝可采用常壓燒結(jié)工藝，熱壓燒結(jié)工藝和放電等離子燒結(jié)工藝以及熱等靜壓燒結(jié)工藝。有時(shí)將原位反應(yīng)自生法和熱壓燒結(jié)工藝相結(jié)合制備致密的復(fù)合材料燒結(jié)塊材。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程使學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解到原位反應(yīng)自生法制備金屬陶瓷復(fù)合材料的制備工藝過(guò)程，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)和了解。使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)和了解了原位反應(yīng)自生工藝制備復(fù)合材料的制備工藝原理，使用方法和制備過(guò)程，以及對(duì)得到產(chǎn)物的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和測(cè)試。原位自生法可以制備金屬基復(fù)合材料，金屬陶瓷復(fù)合材料等。采用原位反應(yīng)自生法可以制備顆粒增強(qiáng)的金屬基或陶瓷基復(fù)合材料。

原位反應(yīng)自生工藝制備復(fù)合材料涉及到反應(yīng)物在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成反應(yīng)產(chǎn)物的過(guò)程，原位反應(yīng)合成技術(shù)操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求較低，只需要高溫?zé)Y(jié)爐，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，因此可以作為本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容，可作為材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可以作為本科專業(yè)課程設(shè)計(jì)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐教學(xué)來(lái)加深對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)課程的認(rèn)識(shí)和掌握。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到金屬基復(fù)合材料的制備過(guò)程以及金屬陶瓷復(fù)合材料的制備過(guò)程等，并使得學(xué)生對(duì)原位反應(yīng)自生法得到的燒結(jié)制品進(jìn)行分析和測(cè)試，使學(xué)生對(duì)材料的分析和檢測(cè)水平有較大的提高。對(duì)于拓展學(xué)生的知識(shí)面有很大的幫助。為本科學(xué)生以后的本科專業(yè)課程設(shè)計(jì)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

四、原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用

原位反應(yīng)自生法制備復(fù)合材料在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域有著廣泛的研究和應(yīng)用。原位反應(yīng)自生技術(shù)由于制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，對(duì)設(shè)備要求較低，只需要高溫?zé)Y(jié)爐，所以被廣泛的應(yīng)用到金屬基復(fù)合材料，金屬陶瓷復(fù)合材料，金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料等的合成與制備中。利用原位反應(yīng)自生法可以開發(fā)新型的金屬基復(fù)合材料和金屬陶瓷復(fù)合材料以及金屬間化合物/陶瓷基復(fù)合材料。采用原位反應(yīng)自生技術(shù)可以開發(fā)出很多種類型的金屬基復(fù)合材料和金屬陶瓷復(fù)合材料。所研究和開發(fā)的材料種類也逐漸增多，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。原位反應(yīng)自生技術(shù)在材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)與實(shí)踐中也得到廣泛的推廣和應(yīng)用，原位合成技術(shù)已經(jīng)成為材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。所以本文作者認(rèn)為應(yīng)該在材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中增加一些采用原位反應(yīng)自生技術(shù)制備復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)課程。