在人才培养中，遵循工程“实践、集成与创新”的特征，将工程设计贯穿整个大学四年，其内容包括:产品设计、工艺设计、单元设计、设备设计、工厂设计，即要实现从分子到产品，从烧杯到工厂的整个过程。其中产品设计是工程设计的源头，处于产品链的顶端;工艺设计是工程设计的灵魂，是产品竞争力的源泉;单元设计、设备设计是工程设计的基石，是生产实现的重要保障;工厂设计是工程设计的最终体现，是所有设计的系统集成。
2构建完善的工程设计课程体系
以强化学生的工程设计能力、实践能力与创新能力为核心，重新修订教学大纲，整合相关课程，对应工程设计内容体系，构建完善的工程设计课程体系。大一为工程设计启蒙阶段，以激发兴趣为主，课程为生物工程(化学工程)概论;大二为单元设计和工程设计技能培训阶段，包含:化工原理、化工热力学、化工制图、化工仪表自动化;大三为产品设计、工艺设计和设备设计阶段，包含:生物工程(化学工程)设备、分离工程、化工设计与模拟、工艺学课程(化工工艺学、发酵工程、制药工艺学、酿酒工艺学等);大四为工厂设计和综合实训阶段，主要进行生物工程(化学工程)工厂设计和毕业设计。为适应行业的需求和时展，在各课程教学中突出工程思维和工程方法学的同时，着力介绍行业规范、标准以及新产品、新工艺、新技术、新设备，并将计算机辅助制图、计算机仿真模拟、计算机辅助设计作为主要技能进行培养。
3构建完整的工程设计实践环节
工程设计是面向对象的综合性实践活动，只有突出实践环节才能让学生锻炼能力、积累经验、有所感悟。整个工程实践环节包括化工AutoCAD制图、化工原理课程设计、化工设计Aspen仿真模拟、生物工程(制药工程)创新综合性大实验、湖北省化工设计大赛、全国“三井杯”化工设计大赛、全国大学生制药工程设计竞赛、生产实习、工厂设计项目、毕业设计。工程设计以校企组合的校内生产性实训基地(如尿素仿真实训平台、啤酒发酵实训基地、药物制剂实训平台)和校外企业实习基地(如安琪酵母生物工程专业国家级工程实践教育中心)为依托，注重选题的针对性(面向地方企业)、设计的规范性(符合行业标准)、操作的可行性(绿色、经济与安全)，并将化工设计竞赛、制药工程设计竞赛融入人才培养的教学体系中，大力提高实践教学环节的实效性。
4构建合适的工程设计评价体系和管理模式
工程设计的系统性、协作性较强，因此在工厂设计和毕业设计中采用小组制、导师制、课题制进行管理、操作和评价，以培养学生的团队合作精神，即每小组5～7名学生和1～2名指导老师，每个学生完成每组设计项目下的一项子课题，最后采用学生答辩与互评、教师评价、企业专家点评等构成综合评价体系。另外，建立健全激励约束机制，考虑给予竞赛获奖和设计达优秀等级的学生相应的创新实践学分，代替相关选修课的学分，以此激发更多的学生参与工程设计的学习。
5结语
石油加工工艺学课程是化学工程与工艺专业的重要专业课程之一。该课程的教学中应注重培养学生的工程概念，建立工程意识，提高综合运用知识和解决实际问题的能力。完善与优化石油加工工艺学课程体系与内容，进一步提高课程教学质量与人才培养水平，是各石油高校人才培养的重要任务与研究课题，需要同行进行长期不懈的探索和努力。我校在原有教学大纲基础上，增加工程实践内容，提高学生的工程意识和分析问题解决问题的能力;教学方式多种化，板书与多媒体结合，引入相关的声像资料、图片资料，帮助学生深入理解授课内容;成绩评定中增加文献撰写部分及讨论部分成绩，提高学生查阅、加工文献及表述能力。
2教材的选定
以林世雄主编的石油炼制工程(第四版)为主，参考侯祥麟主编的中国炼油技术，沈本贤主编的石油炼制工艺学，陈绍洲主编的石油加工工艺学等优秀教材，适当增加石油资源高效利用、清洁燃料生产和石油炼制工业关键技术的新发展等新内容，形成具有自己特色的课程内容，与时俱进，扩大知识范围，为学生提供更大的学习空间。
3每章增加课后习题
为了提高学生的学习效果及自我总结能力，每章增加不同类型的课后习题与思考题。包括石油产品有哪些分类及各自用途等基础性习题;冬天柴油车挂蜡如何处理等与实际生活相关的习题;如何根据油品的特性实现油品的安全管理等与实际生产相关的习题。学生即掌握了基础知识，又可以运用所学知识来分析和解决实际问题。另外每章结束后要求学生对本章重要知识点进行总结，再相互交流，把握主线，整体思路清晰。
4教学方法改革
4．1现代教育技术的应用多媒体教学课件以它图文并茂、动静结合的表现形式，达到增强了学生对抽象概念、图形性质和学科定理的理解与感受，从而极大地提高了课堂的教学效果。石油加工工艺学课程具有专业性强，需要良好的专业知识铺垫;知识综合性强，涉及内容广泛，内容复杂，新工艺技术、新标准繁多;应用性强，理论与实际密切结合等特点，决定了该课程的授课形式必须多样化，达到最好的教学效果。所以授课中把新工艺、新标准等以多媒体的形式讲授，既直观、形象、又便于学生了解掌握，节省教师画图、画表的时间，在有限的教学时间里实现了大容量、高效率的教学。运用视频将理论与专业实验、仿真素材等紧密联系起来，如对实沸点蒸馏先进行理论介绍，再播放视频，一动一静，将枯燥的理论以实际过程表现出来，提高学生的学习效果。课外学习平台也不断完善，包括授课视频、实验视频、课件、配套习题、实际问题解决方法等，用现代技术及丰富生动的内容吸引学生的学习兴趣，提高学生自主学习的能力。
4．2启发式与对比式教学相结合为了改变大学生在中学阶段养成的被动式、机械式的学习方式，变被动为主动，增加学习的积极性，提高对知识的渴望与兴趣，本课程的讲授过程中大量采用启发式教学。如在讲授清洁燃料生产时，先通过图片了解现在全球气候变化带来的影响，并给出具体数据，再讨论导致的原因。汽车尾气的排放就是源头之一，为了改善全球气候，减少汽车尾气排放的污染物是当务之急，这就要求提高燃料的质量，即生产清洁的汽油和柴油。应用启发式教学，从我们切实能体会到的事情出发，引导学生运用所学知识去解决实际问题，既可以把问题简单化，又增加了学生的学习积极性和兴趣。除了启发式教学外，还并用对比式教学方式，两者相互补充。如把汽油和柴油进行对比讲解，找出异同点，便于学生的理解与掌握。先指出汽油机与柴油机的虽然都是活塞式发动机，工作过程都是由进气、压缩、膨胀做功、排气4个过程构成，但两者的压缩比、进入气缸的气体、着火方式等不同，所以对燃料的要求不同。汽油和柴油在发动机中燃烧不正常时都会发生爆震，且爆震现象相同，但是产生爆震的原因及时期却完全不同，两者用不同的指标来表示其抗爆性，由此得出各自的理想组分。通过对比归纳，内容清晰，层次分明，相似的知识点不易混淆，便于理解与掌握，取得了良好的教学效果。
4．3小组讨论形式进入课堂为了提高学生的学习积极性，我们会不定期的提出一些与石油相关的问题，鼓励学生通过各种渠道(期刊、报刊、互联网、电视等)收集资料进行了解，之后在课堂上进行分组讨论，把枯燥乏味的理论知识结合到我们的生活中，学生积极性较高，课堂气氛高涨。比如绪论讲完之后提出问题:石油与你有多大关系，你一天消耗掉多少石油?在下次课中用部分时间进行分组讨论，在激烈的讨论中，同学们各抒己见，真正了解到了我们的衣食住行确实离不开石油，但石油又是什么，它又是如何加工成我们想要的产品呢?有了疑问和好奇心，增强对本课程的兴趣。
4．4培养独立查阅并加工文献的能力在授课过程中提出几个比较热门的课题，如原油价格对国民经济的影响?炼化企业如何实现清洁燃料的生产?现代炼油工业发展趋势?中国的能源安全及战略问题等。学生根据个人兴趣，选取某一个课题，独立查阅文献并经过整理完成一份报告，提高学生查阅加工文献的能力，为以后毕业论文奠定良好的基础，又加深对某一方面的深刻理解。
4．5加强工程意识与理论的联系石油加工工艺学是一门专业课，除讲授理论内容，还引入大量工业生产和科学研究案例，提升学生工程意识与理论联系实际的能力，真正做到理论与工业生产紧密相连。如以辽阳石化加工原油－俄罗斯原油为例，根据原油性质、实沸点蒸馏数据及直馏产品性质，确定加工方案;以辽阳石化550万t/a常减压装置为例，讲授常减压装置工艺流程、主要设备、直馏产品性质等，运用实测数据进行产品实沸点切割计算，分离精确度计算等;增加解决实际问题的环节，如当某一侧线产品出现头重尾轻的时候应如何调节操作?本专业定期聘请工厂有经验的专业技术人员到学校进行讲课，介绍工厂相关装置概况、原料及产品、市场需求、主要设备及生产工艺流程、从事化工行业要注意的安全事项等事项，使学生不但有了安全意识，也对实际生产过程有所了解，有利于理论知识的理解，引起学生对自己未来工作的兴趣，提高学习动力。专业实验最能反映专业特色，是与本专业学科发展关系最密的实践性教学环节，因此我们不断对专业实验教学环节进行改善，除了开设传统的验证性实验外，又增加了设计型、研究型实验;建设炼油化工与自动化仿真培训中心，强化学生的工程实践与运行能力;鼓励学生参加“中国石化－三井化学杯”大学生化工设计竞赛，聘请设计院人员与教师共同指导，培养学生的创新思维和工程技能，培养团队协作精神，增强学生的工程设计与实践能力，实现“卓越工程师教育培养计划”。
5教师实践能力的提高
作为石油加工工艺学课程的老师，本人除了具有丰富的理论教学经验，也具有实际生产经历，曾在中石化沧州炼油厂催化裂化装置工作两年，每年参加知道学生下厂生产实习实践教学环节，并于2012年在辽阳石化炼油厂进行为期一个月的实践培训，因此对炼油加工工艺过程及主要生产设备的操作及工作原理颇为了解。在理论教学过程中，能够将实际生产与理论知识结合在一起，并对生产中遇到的问题作为实例进行分析、讲解，提高了学生的学习积极性及理论联系实际，分析问题和解决问题的能力。从事石油加工工艺学课程的教师除了担任理论教学外，还担任专业实验、毕业设计论文、生产实习及实践教学环节的指导工作。在学校、学院的推荐下，每年都有青年教师到中石油辽阳石化公司的生产一线进行实习，并派专业教师参加相应的技能培训，定期聘请工厂专业技术人员到学校进行讲座，以提高青年教师的工程实践能力。
6结束语
1化学知识体系的庞大与无机化学教学时数的限制
随着学科的发展和知识的丰富，无机化学的教学内容越来越多，书越编越厚，除了化学平衡和元素化学的知识外，还有物理化学的热力学，反应动力学，电化学及“结构化学”的原子结构等内容，知识点密集且理论性强。以我校化学工程与工艺专业为例，所用教材为天津大学杨宏孝等主编，高等教育出版社出版的无机化学第四版，550页，教学时间为54学时，在如此短的时间内学完全部内容，显然是很费力的。因此大学老师的授课方式和对学生的引导就显得至关重要。
2学生自身条件的局限
无机化学的授课对象是刚刚考入大学的大一新生，一方面他们在高中早已习惯了题海战术，习惯了中学那种死记硬背的学习方法，面对课时少，知识面广，思维跳跃性强的大学有着强烈的不适应。在实际学习过程中，他们在学习初期很容易产生眼高手低的感觉，轻视学习，随着课堂进度加快，中后期面临着信息量大﹑重复少﹑练习少，心理准备不足，普遍感到学习起来很吃力，茫然不知所措，很容易产生焦躁和厌烦的情绪，甚至越来越不喜欢学习，这样直接影响到他们后期的学习。另一个方面他们正处在由中学角色到大学角色的转型期，他们中大都是缺少锻炼的独生子女，以前在生活和学习上极大程度地依赖老师和父母，现在突然失去监督和管理，茫然不知所措。很多学生都反映大学老师上课内容多，讲课速度快，很多时候都听不懂老师讲的是什么，课后自己看书也不太明白，导致出现“教师忙于讲解，学生难以理解”的尴尬局面。其根本原因是忽视对学生学习积极性和自主学习能力的培养，不能突出学生的主体地位。面对大学授课时间少，授课内容多的情况，培养学生的自学能力，突出学生的主体地位显得尤为重要。
3课程教学内容知识陈旧，缺少灵活性
在长达三十多年的时间里，无机化学一直以化学反应原理，物质结构基础，元素化学为课程教学基础内容，知识点更新不大，而且还含有中学的内容。以元素部分为例，元素部分的知识琐碎，系统性不强，而教材中往往只是罗列材料，削弱了理论对学习元素化合物知识的指导作用，讲起来平淡乏味，不利于学生理解和掌握，难以激发学生的兴趣。
4落后的传统教学模式的限制
“以教师为中心，以课堂为中心，以教材为中心”的单一传统教学模式，使学生对无机化学的学习感到很枯燥，认为是一大堆的英文符号和没完没了的数据以及无穷无尽的计算，严重地影响了学生学习无机化学知识的积极性，从而难以为社会提供创造性人材，达不到新的教育机制对“无机化学”教学目标的要求。
5师生之间缺乏及时的沟通交流
从老师的角度来看，学生有点太怯于与老师沟通了。大学的老师有一个共同的特点就是与学生沟通较少，很多学生每周只能和老师见上一两面。相对于高中时同老师的见面频率而言，明显少了很多。师生间面对面交流的机会随之也就大大减少，三成大学生整年“师生零交流”。从学生的角度来看，学生们通常只有在课上或是课间时才会和老师有互动，尽管大多数学生和老师愿意相互交流，但有时候似乎缺乏有效的沟通途径。
6理论教学与实验教学的不同步性
化学工程与工艺专业理论课进度相对实验课有些滞后，导致实验环节时学生对基础理论知识不理解，对实验步骤懵懵懂懂，多数学生完全按照实验书所给的步骤来做，不加以任何思考，这样就导致实验做完原理步骤忘完，完全达不到通过实验课的学习培养学生的科研能力和科学素养的目的，还会让学生认为这是一种负担。针对以上问题，优化无机化学课程的结构和内容，改革教学方式，贯彻新的教学理念，正确引导学生建立正确的学习方法，提高学习兴趣和自学能力，培养学生的创新意识和创新能力，并使学生在有限的教学时间内，尽可能多地掌握无机化学基础知识是摆在我们面前的一项重要任务，势在必行。
二、具体改革内容、改革目标和拟解决的关键问题。
1教学内容的改革
课堂教学内容的变革决定了课程改革的效果，在教学改革过程中要探索先进的教学理念，不断提高无机化学课程教学水平，使该课程在提高学生素质和能力方面发挥更大的作用。具体内容如下：
1.1精选教材内容，突出重点，分散难点
无机化学课程以“二结构、三原理、四平衡”的基本理论和元素化合物知识为主线，主要讲述化学的基本原理和元素的性质以及相关化学反应。在教学过程中既要加强与中学化学教学内容的联系，又要协调好无机化学与物理化学、有机化学和分析化学中的部分内容的关系，把握好同一知识点在不同学科之间的衔接，避免重复，更好地精简课时，提高效率。现有的无机化学教材有很多与中学化学，基础化学，分析化学重复的内容，四大化学反应，原子分子结构是工科无机化学的重要基础理论，也是教学的难点和重点。
1.2加强无机化学教学内容的针对性
以本专业企业生产、学生就业、考研的实用性为出发点选择拟讲授的内容，形成化学与工程专业，乃至应用化学，材料和环境等专业的全方位的培养模式。工科基础化学的教学改革应在注重课程整体性的基础上，选取教学内容，在以突出知识主线的前提下，把握好知识的深度与广度的平衡，就是在讲清楚重要知识的基础上，让化学原理与专业知识有机结合。
1.3理论教学与实验同步，开放性实验辅助理论教学
对化学工程与工艺专业的学生来说，实验课的学习也在教学过程中也有着重要的作用，通过对实验课的学习能够培养学生的科研能力和科学素养，为成为高素质化工类应用人才打下坚实的基础。基础理论知识的理解对学生的实验技能有着指导性的意义，所以要保证理论教学与实验教学的同步性，这样既能保证学生掌握基础的实验技能，又能促进其对基础理论知识的理解。对于理论课进度相对滞后的实验课，在实验课环节，教师要在实验前将实验知识与理论知识相结合并给予学生系统化，详细化的讲解，不能就实验讲实验，能为学生引申的尽可能引申，这样可以使学生做到心中有数，有的放矢，这样既保证了学生掌握基本的实验技能，也有利于其对后续基础理论知识的理解和掌握，理论教学与实验教学相辅相成，更好地培养了学生的动手能力，思考问题分析问题解决问题的能力以及理论联系实际的能力，进而培养了学生的科研能力和科学素养。
1.4引入多媒体演示教学
针对工科学生结构化学基础薄弱的情况，为避免教材中单纯罗列抽象概念的情况，引入多媒体辅助课堂演示教学，制作三维多媒体课件，通过计算机直观地向学生描述原子的结构，原子轨道图形，杂化轨道形状与空间取向，化学键的形成及空间图像等，以动画形式生动逼真地模拟杂化形成的全过程，充分地利用了多媒体教学的图、形、声等特点，使课堂教学形象生动，易懂易记。教师也可以在备课过程中对多媒体课件不断地进行修改和完善，使教学内容更加完整、充实。
1.5建立一定的平台及时与学生进行沟通交流
针对师生之间缺乏及时沟通交流的情况，可以建立面对面的平台或群平台等，能够让学生遇到不懂的问题，包括学术问题题和个人烦恼等等，进行及时的沟通交流，引导学生充分利用业余时间，查阅无机化学相关的文献，拓宽其知识面，调动其学习积极性，培养其自学能力。今年我带的化工班特地建了一个群，对实验中存在的问题及时进行沟通交流，对于好的素材师生共享，加深了师生之间的互相了解，拉近了师生之间的距离，从而提高了学生学习的主动性和积极性。有时候学生会因为一个老师，而喜欢上一门课。
2教学方法的改革
教学方法的改革是课程改革的重要环节，教师应该从教和学两个方面改善教学方法，将化学基础知识融于生活，科研和生产，从而培养学生的学习兴趣。具体做法如下：
2.1做好新旧知识的衔接，引导学生利用已有的知识解决新问题
培养学生养成课前预习课后复习的习惯，在讲授过程中，教师通过设问，提问等方式，引导学生对以前所学的知识进行回忆，引导学生积极思考，用已有的知识解决新问题，这样就使得学生在学习新知识点的同时，复习巩固旧知识，从而增强学生学习的成就感和学习无机化学的信心。
2.2引入学生参与的制度，充分调动学生的积极性
对于深度不高的教学内容，鉴于学时所限，可以引入学生参与的制度，提前让学生查资料，鼓励学生用PPT形式，做几分钟的演讲，这样就由原来的只有教师讲授转为师生通讲，充分调动学生课余时间学习的积极性，课后采用互评的形式，这样不仅锻炼了学生敢于发言的勇气，也让学生更好地积累经验，为下一次的成功打好基础。
2.3以科研促进教学，让专业知识与实际生活紧密结合
无机化学知识点多，理论性很强，学生学起来普遍感到枯燥，很难产生学习兴趣。在教学过程中，教师要将课本上的理论与有关的科技研究成果和生活中的具体事例相结合，既有利于避免教学内容的空洞抽象、枯燥乏味，也有利于拓宽学生的知识面，同时还能更好地激发学生学习的兴趣。同时也可以安排不同的学术讲座，就科学领域前沿的热点问题展开交流和讨论，例如，非金属材料科学，稀土金属在人类生产生活的作用，生态环境保护等课题，以丰富学生的第二课堂，让他们觉得自己所学的知识与社会的发展息息相关，从而增强了学生对本专业学习的信心。
2.4以提高教学质量为核心，培养学生的学习兴趣和自主学习能力
针对大一学生要完成从高中到大学过渡的特点，实现从以教师讲授为主向以学生自学为主的转变，教师在课堂教学中要采取有效方法(例如，把化学基础知识融入生活，将化学基础知识融入生产，将化学基础知识融入科研等)，激发学生的学习兴趣，保证学生的主体性和创造性的发挥，以实现学生智力和非智力因素和谐发展，使学生由“不想学、不会学”转变为”我要学、我会学”。这对于培养学生终生的学习习惯，促进学生学习能力的发展，帮助学生积极思考等具有非常重要的意义。
3考核方式的改革
考核是检查教师教学效果和评价学生学习成效的必要方法，也是教学的重要环节。能够督促学生平日的学习和客观的评价学生的学习情况，调整如下：
3.1多元化考核评价体系的构建是检查教学效果的重要举措
在高校中普遍存在部分学生平时不学习，考前临时突击的现象。为了避免这种不良学习风气的滋生，应构建多元化的考核体系，以学生的平时考核(占30%)和期末考核(占70%)进行综合评定。考试进行的载体是试卷，试卷要以能力测试为主导，考查学生对所学基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力作为命题的指导思想。在考试题型多样化的前提下，要将基础知识与综合能力相结合，注重对分析问题和解决问题能力的考查。因此命题教师应在期末考试中增加一定比例的综合素质题，以考察学生综合运用所学知识、原理来分析和解决实际问题的能力，从而实现通过考试来检查教学效果的目的。
3.2严格平时考核是巩固课堂教学效果的一个重要环节
在构建的多元化考核评价体系中，学生的平时考核(共计30分)共分为三个部分：出勤情况和课堂表现(占5分)；作业及随堂阶段性考试(占10分)；专业小论文或小报告(占15分)。布置每个学生根据所学的知识点及试题规范化要求出一份自己认为有质量的试题及答案上交，老师从学生所出的题中择优选取，考试结束后指导学生互相批改并作出评价，这样不仅提高了学生的学习兴趣同时有力地促进了学生解题能力及综合运用知识的能力。通过大量阅读文献，撰写小论文，做小报告，从而拓宽学生的知识面，也把平时成绩真正的落到实处。最后一次课，我对三个班的学生做了一个调查，在讲台上做报告，撰写论文，出一套试卷，让学生任选一样去做，会怎么选？最后参与的学生65人，做报告，46%，论文：35%，出试卷，19%。选择做报告的主要原因是具有挑战性，可以很好锻炼自己的语言表达能力，并在此过程中体会到了老师工作的不易，培养其在以后的学习和工作中学会尊重别人的劳动；撰写论文有利于拓宽自己的知识面，发现有很多东西值得进一步学习；通过出试卷发现了自己在学习中存在的问题，加深了对书本知识的理解和掌握。
3.3明确的考核制度可以促进学生端正学习态度
明确的考核制度可以促进学生端正学习态度，促使学生养成一个良好的学习习惯。而且这种针对学习过程的每个环节的量化记录，有利于教师掌握学生的学习动态，根据平时记录反馈的信息，及时调整教学方法、优化教学管理，使教学效果进一步提高。
三、结语
所谓多场分布，就是指发酵生物反应器中受到的多种物理因素影响，导致反应器内基质、产物等在浓度和温度上发生改变，从而对反应速率产生极大的影响，这些物理因素即为温度分布、速度分布和浓度分布。以发酵液中的反应为例，其反应的最终结果都与这些多场分布因素有关，如氧的传质速率、菌丝团以及菌体的内反应组分传质，还有固定化酶等等，都是主要的影响因素。在很多情况下，这些影响因素在影响反应过程的同时，还会起到主导反应的作用，即为发酵罐内反应的控制环节。所以，在发酵罐中的各项反应中，传递特性的作用十分关键，它的研究对于发酵罐内化学工程的研究来说具有良好的现实意义，并且为以后的发酵过程控制理论的完善奠定了基础。
2乙醇提纯工艺中所涉及的化学工程问题
乙醇提纯的主要工艺方法在进行乙醇的发酵工艺时，水是反应中必须要产生的物质之一，于是乙醇的提纯工艺就落到了水与乙醇的分离工艺上。基于化学原理上分析，这种提纯工艺可以采用精馏法，可以采用吸附法、共沸精馏、萃取精馏，也可以采用渗透气化膜分离法等等。一般来说，乙醇在发酵液中的质量分数在5%到12%之间，但是工业用乙醇的质量分数却在90%以上，那么这就给乙醇的提纯工艺提出了一定的挑战，采用传统的精馏方法已经无法满足工业的要求。由此，可以将发酵液中的乙醇混合物分两步进行提纯，首先，利用普通的精馏提纯方法得到质量分数为92.4%的乙醇，然后再利用萃取、共沸、吸附等精馏方法得到高纯度的工业乙醇。精馏这种乙醇提纯方法已经发展多年，其工艺与流程也比较成熟，然而在这种精馏过程中由于产生很高的热量，造成的能耗很高，并且在此过程中对于回流的要求也越来越高，大大增加了精馏成本。综上，在传统的乙醇提纯工艺上还具有很大的发展与创新空间，可以从设备配置、生产效率以及工程理论上进一步研究，得出更适合现代工业发展的有效方法。目前，这种工艺方法已经有所突破，如分类与反应过程耦合的方法，就是创新的代表。在燃料乙醇方面，乙醇的纯化可以采用的方法为多塔精馏，同时结合向乙醇混合液中增加原有体系分离因子的萃取精馏等，也可以利用膜蒸发分离的办法，其优点是降低能耗，避免污染环境。此外，吸附的办法在燃料乙醇纯化工艺中还没有很成熟的使用，需要进一步的探讨。现阶段，燃料乙醇生产工艺的研究，主要集中于单一操作过程，如吸附脱水共沸物、渗透蒸发、萃取精馏等，将这些单一过程组合研究的文章不多。实际的燃料乙醇纯化研究中，计算机仿真的应用开始不断增多，它在进行不同单元组合的反应规律研究上十分有利。此外人工智能方面在乙醇纯化工程模拟中也有很多的应用，对于条件限定后的每个单元操作以及分离流程耦合的筛选等都是工程模拟中的主要内容。由此可见，流程组合的研究已经上升到计算机时代，不再需要传统的凭经验进行流程与工艺的确定了。
3生物发酵反应与分离耦合反应
就目前的燃料乙醇工艺研究而言，主要为基础研究工作，如过程放大、生物反应与分析过程耦合、流程创新、工艺流程创新等。生物发酵反应与分离耦合。不是两者的简单结合，而是一种流程耦合，属于一种创新的技术和理论。如果化学反应结束后就可以直接得到产品，那么反应过程就是相应的过程，而在工程上所说的反应过程则是综合性的过程，包括方法、设备以及问题处理的过程。这其中形成了分离工程，利用能量与物质的传递、化学反应以及流体力学等相关知识，由此说明耦合问题可以进行，并且能够完成相关问题的解决，并且可以将生物发酵看作是耦合过程，用于提高发酵与分离效率，这种方法大大促进了燃料乙醇工艺的发展。它利用了工艺改善，采用了创新的方法，实现了工艺过程最优化，这是化学工程发展的最新契机，多场耦合的研究意义重大，为未来的发展与进步指明了方向。
4结语
【关键词】:化学工程;系统;和谐;辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生态系统是和谐的,动植物群落是和谐的,人类社会体系是和谐的,健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律,具体可以归纳出三条:1.统一律;2.层次律;3.进化律;所有和谐系统具有同样的性质:1.开放性;2.自组织性;3.非线性;4.无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时,其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大,面对物理学的系统和谐,理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢?
在化学工程作为学科开始被重视之前,化学工业已具有了相当的规模,各种具体的工程与工艺都被独立开来,在认识上是被分为各门特殊的知识,因此,当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时,开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学,"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的,在理论上充其量是化学与机械的一种混合(amalgam)。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的,即使在今天,他们也避免专论"化学工程",而是称之为"过程工程"(ProcessEngineering),这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广,甚至更为准确,凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始,化学工业迅猛发展,在社会经济中占的比重越来越大,客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展,人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化,愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步,人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表,初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始,以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现,如1913年,德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化,星火燎原的,化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代,美MIT的一些学者提出:不管化工生产的工艺如何千差万别,它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年,美MIT成立了第一个严格意义上的化工系,时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解,引出了"单元操作"(UnitOperation)的概念,这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等,以这些单元操作作为研究和学习的主要内容,是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心,其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映,是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括,是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学,体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定,另一方面,化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发,又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产,化学工业上发展的高峰持续不绝,1940年美国FCC炼油开发成功,成为石油化工的起点。直到1957年,欧洲第一届反应工程会议,明确提出"反应工程"的概念,成为化学工程学科的重要组成部分,是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立,乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题,及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展,并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时,"单元操作"得到了更加深刻的认识,人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理,"过滤只是流体传动的一个特例;蒸发不过是传热的一种形式;吸收和萃取都包含着质量的传递;干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止,人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始,人们综合了以往的成果,开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年,美威斯康辛大学(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一书,系统地采用统一的方法来处理三种传递现象,从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现,使化学工程学达到了一个新的整体性高度,这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识,并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质,其影响力是普遍性的,是跨学科的,不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础,同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义,并日益成为工程专业共有的一门技术基础课,只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展,并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度,涵括了众多的生产和应用领域,如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等,每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品,是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础,为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的,从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程,地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面,这之中,化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一,化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年,"生态化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出来了,相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念,因时应势,化学工程学开始了系统科学的自组织过程,这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来,自组织是和谐系统的基本性质之一,只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合,在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地,化学工程学吸收了自组织的理论,不断在广度和深度上充实、完善和发展。随着新世纪的到来,世界正发生着全球性的变化,经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制,不断有新的概念提出来,如化学工程应是伺机而待的专业(aprofessioninwaiting);化学工程师必须"besteepedintechnology",能够创新、开发、变换、调控和适应取代;化学工程学科要从"ProcessEngineering"达到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。进一步的综合认为,化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象,必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4,5]:
①Nanoscale(纳观尺度):研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
②Microscale(微观尺度):研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③Mesoscale(介观尺度):研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④Macroscale(宏观尺度):研究生产装置和生产过程等。
⑤Megascale(兆观尺度):研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念,化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度,进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化",然而这还远未结束,人们对世界的认识还在不断探索不断深入,一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经,触到了化学工程学的认识本质,并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理",相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具,"非线性"则是客观世界的本质特征,是"线性"反映的目的,是从科学角度看待世界的一种和谐统一;而在对"混沌发展"的研究表明,"混沌运动的普遍存在,揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为,混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构,而且以其不同空间尺度上的相似性,揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题,只有在长时间范围(因为混沌运动是一种长时间行为)和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6,7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域,具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言:"自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面,正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样:它们将成为一个科学。"从这一角度上,"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上,化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力,并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中,始终交织着学科的"分化"与"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化;另一方面,作为近代工程技术,它又是自然科学(化学、物理等)和技术科学(机械、材料等)的融合。正如物理学家普朗克(Planck)所指出的:"科学是内在的整体,它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性,实际上存在着从物理到化学,通过生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上,当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时,实现科学的融合已是其客观系统性的需要,它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络(ArtificialNeuralNetworks)技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景,它具有如下特点[9,10]:
①学习:神经网络可以根据外界环境修改自身行为,这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
②概括:经过学习训练后,神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感,反映了神经网络的健壮性(鲁棒性),即工程上说的"容错"能力。
③抽取:神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能,在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④模拟:神经网络由众多的神经元组成,以并行的方式处理信息,大大加快了运行速度,可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然,神经网络并非十全十美,其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程,但是,人工神经网络(ANNs)特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统,适应性、稳定性和智能性均较好,能处理复杂工艺过程的控制问题,也使得化学工程师不但也是机械工程师,还首先是系统工程师,并能从最一般的非线性原理出发,解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展,科学技术的持续进步,人类认识自然和改造自然的不断深化,化学工程学科必将不断"分化"和"融合",体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
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[7]苗东升.系统科学精要[M].中国人民大学出版社,1998,5:20.
[8]成思危.试论科学的融合[J].自然辩证法研究,1998,14(1):2.
1.学生学习目的不明确。包装工程专业大学化学课程安排在大学第一学期开课，学生刚刚独立外出学习，心理上仍处于不完全成熟阶段，对未来工作学习目标不明确[3]，对自己的专业没有很多的了解，有的甚至对于包装工程专业所具有的学科综合性更是一无所知，因此，有很多学生认为大学化学与自己的专业离得太远，认为学习化学用处不大，学习的积极性不高，学习效果自然也不理想。这就提醒我们，在化学教学过程中不仅要传授知识，还要告知学生学学化学的必要性和重要性，提高学生学习的效果和学习的积极性。
2.教学重点不突出。培养应用型人才是地方工科院校打造特色教育的着眼点。化学与材料、生物、金属、能源、机电、电子技术等学科相互渗透[4]。包装工程是一个综合性的科学与技术，数学、物理学、化学、材料科学与工程、计算机科学与技术、生命科学等学科对包装工程学科的发展具有重要影响。而目前大学化学的教学内容还是遵循非化学研究类、非化学生产类的学生普遍的教学内容进行授课，并没有很好的跟包装工程专业要求挂钩。
3.教学方法陈旧。传统的教学方法不能提高学生学习的积极性，学生的主观能动性得不到充分发挥。根据现在大学生的培养目标，要求教学内容涉及面要广，而且教学内容要新，要能解决一些实际生产生活中的问题，这就要求教师突破传统，建立现代教学理念，应用现代教育手段实现人才培养目标。
4.成绩考核方式单一，考后总结不到位。考试是教学中经常采用的一种手段，各类各级考试的目的都是为了对学生所学知识和能力进行评价，考试应对学生的学习起到积极的推动作用。对于大学化学课程，考核方法还没有发生根本性变化，现在很多高校的考核方法还是采取期末卷面考试的传统考核方式，这种考试方法虽然能够检查学生对所学知识的掌握情况，但是也导致学生为应付考试而对相关的理论知识死记硬背，出现“高分低能”现象，不利于提高学生学习兴趣、发展学生创造能力，这与培养应用型人才的目标是相悖的。同时，学生考试完后，教师只根据卷面成绩对考试结果进行分析，考试情况分析显示学生的成绩符合正态分布，就说明该方式能够有效地考察学生的学习情况[5]。而考后并没有根据考试情况具体分析为什么会出现这样的考试结果，考试只是为了考试，分析只是为了分析，并没有对下次的教学起指导作用。
二、教学新方法探索
1.从专业学习角度让学生意识到课程学习的重要性。大学化学课程是包装工程专业一门重要的专业基础课程，教师必须在第一堂课就跟学生强调大学化学课程与包装工程后续专业课的联系。例如，大学化学课程与包装材料学、包装防护原理、涂料学等专业必修课有密切联系。让学生在明白大学化学在该专业中的重要性的同时也让大一新生了解了一些自己专业的相关信息（部分学生对于包装工程到底学些什么并不太清楚，高考填志愿也是比较盲目的）。这样会提高学生学习的主动性。
2.立足本专业，突出教学重点。我校包装工程专业大学化学课程是在2007年培养方案调整时，将无机及分析化学和有机化学合并而成的。但因为国家教委对大学生四年的总学时有严格的规定，包装工程专业大学化学课程的课时并不是以前两门化学课课时的总和，而是相当于以前一门课的课时量。大学化学理论教学40学时，实验课16学时。针对大学化学存在内容多学时少的问题，根据包装工程专业特点、培养目标和为后续课程服务的原则，我们在《大学化学》课程的教学内容上做了相应调整。
3.教学方法改进。（1）了解学生知识背景，突出以学生为中心的教学。由于包装工程专业的学生来自五湖四海，高中阶段化学教育背景存在较大差异，学生的知识水平参差不齐，因此有必要在开课前对学生的知识背景进行摸底调查。就此，我们以问卷的形式调查学生对化学基础知识的认知程度、对化学学习的兴趣、对本课程学习后获得知识能力的期望等。通过分析总结调查问卷的结果，从而对学生的化学基础知识和学习心理有了明确清晰的认识，将教学设计和学生实际情况与需求结合进行课程教学。以充分利用有限的课堂教学时间引导学生有效学习、掌握教学内容。（2）充分调动学生学习兴趣。爱因斯坦说过：“我自己并没有特别的天赋，只有强烈的好奇心。”兴趣才是学习的本质动机。讲课时注意理论联系实际，这样学生就由原来的被动学习变为主动要求学习。（3）理论与实验相互促进的教学方式。大学化学是实践性很强的一门课程，教学中不仅需要注重学生对理论知识的掌握，还注重学生理论联系实际能力的培养。例如，理论课上讲述沉淀平衡时可要求学生根据所学的理论知识解答下面的问题：某溶液中含有0.01mol•L-1的Cl-和CrO42-，当逐滴加入Ag+时哪种离子先沉淀？同时，可以安排类似的实验，通过动手操作，让同学们对沉淀平衡理论有更深刻的认识。在金属防腐部分，理论学习后，可以安排综合型实验，自己选择一种金属防护方法处理金属表面，测定其耐腐蚀性。该实验的安排既加强了学生对理论知识的掌握，提高了学生的动手能力，同时也跟包装工程专业后续的学习密切相关。
1.1建立数学模型
工程上的计算是以函数，尤其是数值函数为基础的。所谓数值函数就是说在函数的定义域中每一点x就可得位移的f{x}值，此值成为f在x处的值。例如，如何表示空气的cp{T,P}函数？我们可以利用计算机，输入程序，就会得到很精确的结果。除了上述问题，还有很多化学工程的数据处理的过程模拟，如：非线性方程求解、线性方程组的迭代求解、常微分方程数值解、偏微分方程数值解等等，都是先建立一个数学模型，然后带入计算机，最终得出一系列结果的。
1.2Office软件在化学工程中的应用
随着计算机的普及，越来越多的人把原本纸上的工作转移到计算机中去了。化学工程学科需要处理大批文档工作。譬如，化工论文的书写、化工文献的编辑、化工产品的说明，这些文档中常常会有大量的图表、公式、特殊符号，会话费人们大量的精力和时间，进而影响新信息的及时传播。有了Office中的Word软件，处理上述问题就方便多了。Word软件能够比较轻松地输入各种文档，还可以对文档进行多种编辑处理。编辑化工论文时经常用到的功能如：
（1）改变字体大小。
（2）随意设定版面。
（3）利绘图工具绘制实验流程图，并修改。
（4）利用公式编辑器编辑数学公式及化学反应式。
（5）可插入表格及页码。
（6）复制和删除方便。Excel工具的强大的分析数据功能可以将数据进行统计，然后将其规律性地展示出来。在处理化工数据时，我们可以利用Excel工具进行求平均值、自编公式计算等。
1.3Origin在化学工程数据处理中的应用
Origin是具有较强功能的实验数据处理软件。可利用Origin进行图形生成，我们可以在软件中输入实验后得到的数据，通过软件得到实验数据曲线图。为利用Origin工具绘制的实验数据图。通过图形或曲线，可以清晰明了地把大数据展示给他人，并从中发现数据之间的规律，以便更好地进行实验。
2结语
