發(fā)布時(shí)間:2024-01-07 16:28:23
序言:作為思想的載體和知識(shí)的探索者,寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù),我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇化學(xué)工程與工藝的理解,期待它們能激發(fā)您的靈感。
[關(guān)鍵詞]荊芥; 一體化; 化學(xué)成分; 抗炎
[Abstract]The GC-MS method was adopted to determine the contents of β-myrcene, limonene, menthone, menthofuran, pulegone, β-caryophyllene, 1-octen-3-one and 3-octanone in volatile in Schizonepetae Herba processed by traditional processing and integration processing methods. The efficacies of Schizonepetae Herba with different processing methods were detected based on the inhibition of ear swelling induced by dimethylbenzene in mice. The rationality of the integration processing was expounded based on the comparison of chemical constituents and their pharmacological effects. The results showed that the contents of the eight chemical components in the products processed with the integrated processing method were higher than those processed with the other method. And both of the processing methods could reduce the degree of swelling and the content of TNF-α/IL-1β/IL-6 in mice serum. However, the anti-inflammatory efficacy of the products processed with the integration processing method was superior to that processed with the other method. Compared with the traditional processing method, the integration processing method ensures the quality of decoction pieces, with lower time and labor costs and higher efficiency.
[Key words]Schizonepetae Herba; integration; chemical component; anti-inflammatory
doi:10.4268/cjcmm20161117
荊芥是唇形科植物荊芥Schizonepeta tenuifolia Briq.的干燥地上部分,又名假蘇,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》[1],為臨床常用中藥,性溫、味辛,以全草入藥,具有解表散風(fēng)、透疹、消瘡之功效,主治風(fēng)寒感冒、咽喉腫痛及多種皮膚病[2-3]。現(xiàn)代藥理研究表明荊芥具有抗病毒、解熱、抗菌、抗過敏、鎮(zhèn)痛、降溫等作用[4-7],在解表藥中其地位獨(dú)特而重要[8-9]。揮發(fā)油類成分是其抗炎的主要物質(zhì)基礎(chǔ)之一,沸點(diǎn)較低,容易揮發(fā)散失,而且對日光及溫度較敏感,易于分解變質(zhì)[10]。2015年版藥典中規(guī)定荊芥的產(chǎn)地加工方法主要是除雜后干燥成藥材,需制成飲片時(shí),將荊芥藥材除去雜質(zhì)后噴淋清水,洗凈潤透,于50 ℃烘1 h,再經(jīng)切段干燥即得。綜合其加工過程,藥材加工成飲片時(shí)需水處理及重復(fù)干燥,會(huì)造成揮發(fā)油及其他水溶性成分的損失,且分段加工干燥時(shí)間長,效率低下,雨天易霉?fàn)€變質(zhì)、容易被鼠、蟲、灰塵等污染,藥材含水量、質(zhì)量難以穩(wěn)定[11]。為避免分段加工造成的有效成分的流失、降低藥材飲片加工的時(shí)間及人工成本,本實(shí)驗(yàn)室前期探索了荊芥藥材、飲片一體化加工工藝,現(xiàn)擬通過比較傳統(tǒng)加工飲片與一體化加工飲片有效成分含量與功效的異同,探討荊芥藥材、飲片一體化工藝的可行性與合理性。
1 材料
薄荷酮、胡薄荷酮對照品(中國食品藥品檢定研究院,批號(hào)分別為 111705-201205,111706-201205); 1-辛烯-3-酮、d-檸檬烯、β-石竹烯對照品均購自Tokyo Chemical Industrial公司(日本);β-香葉烯、薄荷呋喃、3-辛酮對照品均購自Sigma-Aldrich公司(奧地利),對照品純度均大于98%;萘(內(nèi)標(biāo),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,分析純);正戊烷(內(nèi)標(biāo),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,GC級(jí));乙酸乙酯為色譜純;阿司匹林購自南京白敬宇制藥有限責(zé)任公司(批號(hào)140601);二甲苯(批號(hào)20110410,江蘇永華精細(xì)化學(xué)品有限公司);羧甲基纖維素鈉(CMC-Na,批號(hào)F20101222,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);小鼠白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、Elisa試劑盒(南京森貝伽生物科技有限公司,批號(hào)分別為SBJ-R0024,SBJ-M0044,SBJ-M0010)。
荊芥于2014年10月采自河北安國,經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)吳⒛轄淌詡定為唇形科植物荊芥S.tenuifolia的地上部分。
Agilent 6890N-5975B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、Agilent ChemStation化學(xué)工作站軟件(美國 Agilent公司);B211D 電子天平(1/10萬,賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)。
ICR小鼠,SPF級(jí),雄性,體重(20±2) g。由浙江省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,合格證號(hào)SCXK(浙)2013-0016。
2 方法
2.1 荊芥揮發(fā)油含量及其所含成分的定量測定[12]
2.1.1 GC-MS條件 色譜柱: HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);進(jìn)樣口溫度200 ℃;載氣氦氣,載氣流速1.0 mL?min-1;分流比20∶1;程序升溫:初始溫度為50 ℃,以10 ℃?min-1升溫至90 ℃,保持6 min,再以8 ℃?min-1升溫至150 ℃,保持2 min;進(jìn)樣量1 μL;電轟擊電離源(EI);電子能量70 eV;四級(jí)桿度150 ℃;離子源溫度230 ℃;接口溫度280 ℃;掃描范圍m/z40~400。GC-MS圖見圖1。
2.1.2 樣品制備 一體化加工方法:鮮荊芥除雜后50 ℃干燥5 h,切段(1 cm),40 ℃干燥3 h干燥成飲片。傳統(tǒng)加工方法:除去雜質(zhì),曬干,制得藥材。取藥材噴淋清水,洗凈,潤透,于50 ℃烘1 h,切段(1 cm),40 ℃干燥3 h得飲片。揮發(fā)油的提取:取荊芥飲片適量,照《中國藥典》2015年版四部 “揮發(fā)油提取法”甲法提取揮發(fā)油,計(jì)算得率。提取的揮發(fā)油加入適量無水Na2SO4靜置保存。
2.1.3 內(nèi)標(biāo)溶液的制備 取萘和正癸烷適量,置100 mL量瓶中,加乙酸乙酯溶解并稀釋至刻度,搖勻,即得(每1 mL含萘1.73 mg,正癸烷0.29 mg)。
2.1.4 供試品溶液的制備 取加入適量無水Na2SO4靜置1 h后的荊芥揮發(fā)油約50 mg,精密稱定,置10 mL量瓶中,加乙酸乙酯溶解稀釋至刻度,搖勻,精密量取該溶液和內(nèi)標(biāo)溶液各1 mL置10 mL量瓶中,加乙酸乙酯溶解并稀釋至刻度。
2.1.5 對照品溶液的制備 精密稱取對照品3-辛酮12.47 mg、β-香葉烯10.91 mg、薄荷酮160.35 mg、1-辛烯-3-酮13.64 mg、D-檸檬烯21.18 mg、薄荷呋喃14.07 mg、胡薄荷酮270.42 mg、β-石竹烯12.95 mg,分別置10 mL量瓶中,加乙酸乙酯溶解并稀釋至刻度,搖勻,即得各待測化合物的對照品溶液。精密量取3-辛酮溶液0.5 mL、β-香葉烯0.3 mL、薄荷酮2 mL、1-辛烯-3-酮0.5 mL、D-檸檬烯1 mL、薄荷呋喃1 mL、胡薄荷酮2 mL、β-石竹烯1 mL置同一10 mL量瓶中,加乙酸乙酯稀釋至刻度,搖勻,即得對照品混合溶液。荊芥中8個(gè)化合物MS監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。
2.1.6 線性關(guān)系的考察 分別精密量取對照品混合溶液0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL置10 mL量瓶中,分別精密加入內(nèi)標(biāo)溶液 1 mL,加乙酸乙酯溶解并稀釋至刻度,搖勻。分別吸取上述6份溶液各1 μL,進(jìn)樣,按內(nèi)標(biāo)法以峰面積計(jì)算。以各待測化合物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值(y)為縱坐標(biāo),各待測化合物質(zhì)量濃度(x,mg?L-1)為橫坐標(biāo),進(jìn)行線性回歸,得回歸方程。各化合物線性關(guān)系考察結(jié)果見表2。
2.1.7 精密度試驗(yàn) 精密量取對照品混合溶液1 mL置10 mL量瓶中,精密加入內(nèi)標(biāo)溶液1 mL,加乙酸乙酯稀釋至刻度,搖勻,即得精密度試驗(yàn)溶液。連續(xù)進(jìn)樣6次,計(jì)算各待測化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值,計(jì)算RSD,結(jié)果為8種化合物的RSD為1.4%~2.4%,表明本方法精密度良好,具體結(jié)果見表3。
2.1.8 重復(fù)性試驗(yàn) 取同一荊芥飲片所得揮發(fā)油6份,分別按2.1.4項(xiàng)下方法制備供試品溶液,照上述試驗(yàn)條件進(jìn)樣測定,計(jì)算各待測化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值,按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算含量,計(jì)算RSD,結(jié)果為8種化合物的RSD為2.3%~2.9%,表明本方法重復(fù)性良好,具體結(jié)果見表3。
2.1.9 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取同一份荊芥揮發(fā)油供試品溶液,照上述試驗(yàn)條件分別在0,2,4,6,8,12 h進(jìn)樣測定,計(jì)算各待測化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值,計(jì)算RSD,結(jié)果為8種化合物的RSD為1.5%~2.3%,表明供試品溶液在12 h內(nèi)穩(wěn)定,具體結(jié)果見表3。
2.1.10 加樣回收試驗(yàn) 取已知待測化合物含量的同一荊芥揮發(fā)油約50 mg,共6份,精密稱定,置10 mL量瓶中,分別加入薄荷酮對照品溶液和胡薄荷酮對照品溶液各1 mL,加入3-辛酮對照品溶液、β-香葉烯對照品溶液和d-檸檬烯對照品溶液各0.1 mL,加入1-辛烯-3-酮對照品溶液和β-石竹烯對照品溶液各0.3 mL,加入薄荷呋喃對照品溶液0.5 mL,用乙酸乙酯溶解稀釋至刻度,搖勻,精密量取該溶液和內(nèi)標(biāo)溶液各1 mL置10 mL量瓶中,加乙酸乙酯溶解并稀釋至刻度。照上述試驗(yàn)條件進(jìn)樣測定,以各待測化合物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算樣品含量,再計(jì)算加樣回收率,結(jié)果見表3。
2.1.11 樣品測定 分別取3個(gè)批次的鮮荊芥,每個(gè)批次分為2份,分別按2.1.2項(xiàng)下制備2個(gè)加工工藝的樣品。取每份樣品適量,按2.1.4項(xiàng)下制備供試品溶液。照上述實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測定,以各待測化合物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算待測成分含量,再以含油量換算飲片中各待測成分的含量,取平均值,結(jié)果見表4。
2.2 2種工藝產(chǎn)品抗炎作用的比較
2.2.1 分組與給藥 取ICR小鼠90只,隨機(jī)分為空白組、模型組、陽性組、一體化高、中、低劑量組(1.5,3.0,6.0 g?kg-1)、傳統(tǒng)高、中、低劑量組(1.5,3.0,6.0 g?kg-1),每組10只。二甲苯致炎前每天上午9:00和下午4:00灌胃給藥,連續(xù)給藥3 d。陽性組給予阿司匹林混懸液,一體化高、中、低劑量組分別給予不同濃度的荊芥一體化工藝產(chǎn)品粉末混懸液,傳統(tǒng)高、中、低劑量組分別給予不同濃度的荊芥?zhèn)鹘y(tǒng)工藝產(chǎn)品粉末混懸液,空白組和模型組給予等體積的0.5% CMC-Na溶液,各組小鼠每次灌胃給藥體積均為15 mL?kg-1(體重)。
2.2.2 模型制備與耳腫脹度檢測 末次給藥1 h后,除空白組外,各組小鼠于左耳正反兩面涂抹0.04 mL二甲苯致炎,右耳做對照。1 h后將小鼠脫頸處死,沿耳廓基線剪下兩耳,用直徑7 mm的打孔器分別在同一部位打下圓耳片,稱重,以左右耳片重量之差與右耳的比值為腫脹度。
2.2.3 ELISA法檢測荊芥對耳腫脹小鼠血清TNF-α,IL-1β和IL-6含量的影響 二甲苯致炎1 h后眼框取血,血樣靜置30 min后3 000 r?min-1離心10 min,取上清,ELISA法檢測血清中TNF-α, IL-1β和IL-6含量。
2.2.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)用±s表示,采用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,以P
3 結(jié)果
3.1 一體化工藝與傳統(tǒng)工藝加工產(chǎn)品化學(xué)成分的比較
相比傳統(tǒng)加工工藝產(chǎn)品,一體化加工工藝產(chǎn)品中揮發(fā)油與8個(gè)待測成分的含量均有所增加,見表4。
3.2 對二甲苯致耳廓腫脹小鼠腫脹度的影響
與模型組比較,陽性藥抑制腫脹作用明顯,荊芥一體化工藝和傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品各劑量均能降低小鼠耳廓腫脹度,高、中劑量作用尤其顯著(P
3.3 對二甲苯致耳廓腫脹小鼠的血清中TNF-α,IL-1β,IL-6含量的影響
與空白組比較,模型組小鼠血清中TNF-α,IL-1β,IL-6的含量顯著增加(P
4 討論
現(xiàn)代中醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為,表證癥狀與炎癥這一基本病理過程緊密相連,解表藥的抗炎作用是其發(fā)揮解表功效的重要藥理基礎(chǔ)之一,因而研究荊芥抗炎作用及作用機(jī)制是研究荊芥的解表作用的重要途徑[13]。本實(shí)驗(yàn)通過比較小鼠的腫脹度以及血清中TNF-α,IL-1β和IL-6含量,來考察荊芥一體化工藝和傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品高、中、低3種劑量飲片粉末的抗炎作用。TNF-α作為炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì),通過增高微血管壁通透性和趨化、增強(qiáng)中性粒細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性激活炎性細(xì)胞。IL-1β和IL-6介導(dǎo)中性粒細(xì)胞等炎性細(xì)胞到局部病灶,是炎癥性疾病中的重要因素[14]。在本實(shí)驗(yàn)中,荊芥一體化工藝產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品均能降低小鼠血清中TNF-α,IL-1β和IL-6炎癥細(xì)胞因子的含量,降低小鼠耳廓腫脹度,發(fā)揮抗炎作用。
研究表明,揮發(fā)油是荊芥的主要藥效成分,其藥效作用可能是幾種成分的加和或協(xié)同作用,不同成分組成或主要成分比例有較大差異的荊芥揮發(fā)油,藥效和急性毒性相差很大[15-16]。前期研究發(fā)現(xiàn),胡薄荷酮、薄荷酮、檸檬烯、3-辛酮、1-辛烯-3-酮、β-香葉烯、β-石竹烯、薄荷呋喃在荊芥揮發(fā)油中占有很高的比例,其中胡薄荷酮、薄荷酮和檸檬烯的含量最高,為揮發(fā)油的主要藥效成分,故本實(shí)驗(yàn)選取荊芥揮發(fā)油中主要的8種成分作為指標(biāo),考察一體化工藝與傳統(tǒng)工藝的揮發(fā)性成分差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn),荊芥一體化工藝產(chǎn)品折干后揮發(fā)油含油量為1.08%,傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品折干后揮發(fā)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55%,明顯低于一體化工藝產(chǎn)品,所以其胡薄荷酮等8個(gè)成分的含量遠(yuǎn)低于一體化工藝產(chǎn)品。
本課題前期已采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化荊芥一體化加工工藝參數(shù)(本部分正在申報(bào)專利),一體化工藝產(chǎn)品含油量較高是因?yàn)橹唤?jīng)過一次干燥加工過程,避免了揮發(fā)油的流失。揮發(fā)油乃熱不穩(wěn)定性成分,重復(fù)干燥過程勢必會(huì)造成其含量的降低。荊芥采收后經(jīng)產(chǎn)地加工為干燥藥材,此時(shí)的荊芥葉、穗質(zhì)地較脆,在包裝、運(yùn)輸及飲片加工過程中易脫落造成損失,以致?lián)]發(fā)油含量降低。而一體化工藝產(chǎn)品是由荊芥采收后直接切段干燥成飲片,減少荊芥葉、穗在長途運(yùn)輸過程中的脫落損失,保證了飲片質(zhì)量。此外,傳統(tǒng)加工還經(jīng)過水處理,兩個(gè)工藝產(chǎn)品的水溶性成分及其他成分是否存在差異還需進(jìn)一步的研究與探索。
藥效研究結(jié)果表明,一體化工藝產(chǎn)品的抗炎作用整體上優(yōu)于傳統(tǒng)工藝,結(jié)合化學(xué)成分比較分析的結(jié)果,一體化工藝產(chǎn)品揮發(fā)油及其中各個(gè)組分的含量均高于傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品,故推斷一體化工藝產(chǎn)品揮發(fā)油成分較高與其抗炎效果優(yōu)于傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品之間有密切相關(guān)性。此外,工業(yè)化生產(chǎn)中一體化工藝不僅能夠保證飲片質(zhì)量,更能夠提高加工效率,節(jié)約時(shí)間及人工成本。因此荊芥藥材、飲片一體化加工有其一定的可行性及合理性。
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【關(guān)鍵詞】綠色化工工程;化工工業(yè);節(jié)能;促進(jìn)作用
引言:對于化工來說,其是促進(jìn)社會(huì)和物質(zhì)文明發(fā)展的關(guān)鍵,并且為人類做出了非常大的貢獻(xiàn)。與此同時(shí),環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重,這樣就需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。而綠色化學(xué)工程與工藝是利用科學(xué)有效的方法和材料等進(jìn)行處理,不僅大大提升了生產(chǎn)的利用效率,還很好的解決了存在的污染問題,因此,其對化工節(jié)能就有很大的促進(jìn)意義。
1.綠色化學(xué)工程與工藝概述
1.1 綠色化學(xué)工程與工藝的重要性
目前很多我們生活中需要用到的物品都有賴化工生產(chǎn)流程,傳統(tǒng)的化學(xué)工程與工藝中往往對于綠色化學(xué)不重視,生產(chǎn)過程中只是注重結(jié)果,短期內(nèi)或許能收獲相應(yīng)的產(chǎn)品及利益,但從長遠(yuǎn)來看,很多化工生產(chǎn)工藝流程在生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成很多污染,有的污染對環(huán)境的破壞是不可逆的,后果可想而知。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),近年來綠色化學(xué)工程與工藝越來越被人們提倡,這樣的方式采用一種更科學(xué)更自然的方式實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn),仍然能通過有效途徑得到最后的目標(biāo)產(chǎn)品,但大大降低了生產(chǎn)工藝對于環(huán)境的污染與破壞,同時(shí)很好的促進(jìn)了化學(xué)工藝的節(jié)能,也實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的要義。
1.2 綠色化學(xué)工程與工藝的基本原則
綠色化學(xué)化工在世界范圍內(nèi)的原則相對一體,主要涵蓋下列幾方面。(1)在反應(yīng)過程的源頭上減少甚至根除廢棄物的產(chǎn)生,而不是在廢棄物產(chǎn)生之后再對其進(jìn)行凈化處理。(2)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),盡量做到原料利用率最大化。(3)產(chǎn)品進(jìn)行分析時(shí),在考慮生產(chǎn)效率的同時(shí)使原料和產(chǎn)品的毒性降低。(4)對于析出劑和溶劑等輔助物,盡量少用或選擇使用無害產(chǎn)品。(5)減少生產(chǎn)過程中能量的損耗及其對環(huán)境的影響。(6)除了考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的因素,生產(chǎn)原料盡量選擇可回收的加工原料。(7)盡量避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生不必要的化學(xué)衍生物。
2.化工企業(yè)節(jié)能減排的措施
通常情況下,大型化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中往往會(huì)消耗大量的煤炭、石油和一些化工原材料,最終排放出大量的“三廢”,也只有通過不斷循環(huán)市場經(jīng)濟(jì),才能夠促進(jìn)化工企業(yè)在國內(nèi)市場的發(fā)展,并取得一定的市場優(yōu)勢。而目前化工企業(yè)應(yīng)該在節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,其方法主要有以下幾點(diǎn):(1)加大化工污染這方面的技術(shù)、資金投入力度,對污染問題進(jìn)行全面的控制。(2)針對化工生產(chǎn)項(xiàng)目使用先進(jìn)的節(jié)能減排生產(chǎn)工藝,控制好化工原料,進(jìn)而從源頭上對污染問題進(jìn)行防控。(3)創(chuàng)建綠色的化工生產(chǎn)鏈條,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排技術(shù)集中化處理。(4)全面提高企業(yè)職工的綠色減排意識(shí),從自身出發(fā)做好環(huán)境保護(hù)工作。
3.綠色化學(xué)工程與工藝的合理開發(fā)
3.1 綠色化學(xué)原料的合理運(yùn)用
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。
3.2 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。
3.3 使用無毒無害催化原料
從目前的現(xiàn)狀來看,伴隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展,合理運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)成為了化工行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵,而在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候,催化劑的使用是非常關(guān)鍵的,既可以對反應(yīng)速度進(jìn)行加快,也可以對反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行縮短,那么在進(jìn)行化工生產(chǎn)中,要想確保綠色化工工程和工藝得到快速的發(fā)展,就要使用沒有毒害的催化原材料。同時(shí)現(xiàn)在我國有關(guān)部門對催化原材料的選擇和應(yīng)用已經(jīng)給予了高度重視,并且催化劑的開發(fā)、研究和制作在不斷增多,從而就促使在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候,催化原材料有了很大的改善。此外,使用沒有毒害的催化原材料還能夠大大提高化學(xué)反應(yīng)的效率,對能源消耗含量進(jìn)行降低,也能夠很大程度減少環(huán)境的污染。
4.綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能的促進(jìn)作用
加強(qiáng)對綠色化學(xué)工程與工藝的研究是化學(xué)工程的一次全新探索與實(shí)踐創(chuàng)新,綠色化學(xué)工程工藝研究能夠?qū)U棄物的科滋控制在合理的范圍之內(nèi),實(shí)現(xiàn)化學(xué)工程的規(guī)劃化發(fā)展,與此同時(shí)也可以改善人民群眾生活環(huán)境,對構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
4.1 清潔生產(chǎn)技術(shù)的合理應(yīng)用
清潔生產(chǎn)技術(shù)的合理應(yīng)用具有超高的價(jià)值,對化學(xué)原料進(jìn)行無公害化的處理,以期最終達(dá)到合格生產(chǎn)的目的。清潔生產(chǎn)技術(shù)的使用可促使原料等到有效的利用,提升原料的使用效率,清潔生產(chǎn)技術(shù)最為常見技術(shù)例如脫硫技術(shù)等,化學(xué)生產(chǎn)加工不可避免將會(huì)產(chǎn)生一定廢氣,為了進(jìn)一步降低廢氣對于空氣質(zhì)量的污染,就需要進(jìn)行脫硫處理。此外,除了清潔生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)外,當(dāng)前自然發(fā)電技術(shù)也被賦予了更多的重視,在環(huán)境污染日趨惡劣下,自然發(fā)電技術(shù)受到的關(guān)注,利用風(fēng)能等自然資源發(fā)電,可在生物工程中降低污染,并提高環(huán)境質(zhì)量,以期實(shí)現(xiàn)資源有效利用。
4.2 生物技術(shù)的有機(jī)結(jié)合
在可持m發(fā)展理念推進(jìn)下,生物技術(shù)也不斷得以升級(jí),生物技術(shù)也可理解成為生物工程,其中包括生物化工以及仿生學(xué)兩部分。生物技術(shù)利用生物科技進(jìn)行生產(chǎn)與加工,如常見的生物酶技術(shù),生物酶是一種具有催化作用的有機(jī)物,該種有機(jī)物可具有超高應(yīng)用價(jià)值,加之其污染系數(shù)較小,故此被廣泛的應(yīng)用到各領(lǐng)域之中。例如紡織領(lǐng)域,通過氧化還原酶的作用促使衣物處于仿舊狀態(tài)等。生物技術(shù)的使用符合綠色化學(xué)工程工藝的要求,因此將生物技術(shù)與綠色化學(xué)工程工藝相互結(jié)合,可進(jìn)一步的深人落實(shí)化學(xué)工程節(jié)能理念,并改變傳統(tǒng)化學(xué)生產(chǎn)工藝模式,共同打造綠色環(huán)保社會(huì)。
4.3 環(huán)境友好型產(chǎn)品的加工生產(chǎn)
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)工程與工藝對的優(yōu)勢得到充分發(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,對國家的長遠(yuǎn)發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步具有重要意義。
結(jié)語
通過上文對綠色化學(xué)工程和工藝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析可知,綠色化學(xué)工程對促進(jìn)化學(xué)工業(yè)節(jié)能發(fā)展起到了重要助推作用,是實(shí)現(xiàn)化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排發(fā)展目標(biāo)的重要手段。現(xiàn)階段,開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)工藝,已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù),是建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
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[2]劉冠辰.淺析綠色化學(xué)工程與工藝對化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排的促進(jìn)作用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,34:107-108.
【關(guān)鍵詞】化學(xué)工藝學(xué) 教學(xué)改革 石油化工
【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810(2012)16-0001-02
廣東石油化工學(xué)院坐落于中國南方最大的石油生產(chǎn)基地——廣東省茂名市,為華南地區(qū)唯一一所石油化工特色院校。學(xué)校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)是國家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn),畢業(yè)生遍布全國各地的石油化工行業(yè),就業(yè)具有很強(qiáng)的針對性,深受用人單位歡迎。廣東石油化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)是為社會(huì)輸送具備化學(xué)工程與工藝基本理論、基本知識(shí)和基本技能,具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、良好的創(chuàng)新意識(shí)和較高綜合工程素質(zhì)的人才。畢業(yè)生能在石油煉制、石油化工、能源、環(huán)保、材料等部門從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)管理等方面的工作。化學(xué)工藝學(xué)作為該專業(yè)一門重要的專業(yè)課,是基礎(chǔ)化學(xué)、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理等課程的綜合應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生掌握化工生產(chǎn)的基本原理、主要化工產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程等。在化學(xué)工藝學(xué)課程教學(xué)中,應(yīng)注重強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。
一 結(jié)合石油化工特色,創(chuàng)建課程群
從人才培養(yǎng)的角度看,石油化工高校培養(yǎng)的畢業(yè)生應(yīng)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、良好的創(chuàng)新意識(shí)和較高的綜合工程素質(zhì),以適應(yīng)石油煉制或石油化工等相關(guān)行業(yè)的人才需求。畢業(yè)生不但要懂得某一專業(yè)的基礎(chǔ)理論,還要具有某一崗位所需要的生產(chǎn)操作和組織能力,并能在現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)操作和改進(jìn),解決生產(chǎn)實(shí)際問題。因此,廣東石油化工學(xué)院石油化工專業(yè)所培養(yǎng)的人才具有基層性、實(shí)用性和技術(shù)性,這是本專業(yè)區(qū)別于其他普通高校教育的一大特色。根據(jù)本專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生的基礎(chǔ)及接受能力,以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力為主線,可將石油煉制工程、石油化工產(chǎn)品分析技術(shù)、石油產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)與開發(fā)、石油儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)等課程創(chuàng)建一個(gè)課程群,圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),對各課程的主要內(nèi)容進(jìn)行精選優(yōu)化,調(diào)整化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。可從這些主干課程中選擇一些典型的石化產(chǎn)品,作為化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)案例,分析這些石化產(chǎn)品的生產(chǎn)方法、工藝流程、工藝參數(shù)、條件影響等。這種處理方式對課程群里面其他的課程教學(xué)可起到輔助和鞏固的作用。
二 優(yōu)化和更新化學(xué)工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)容
根據(jù)教學(xué)大綱對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行處理,把各章節(jié)內(nèi)容按照了解、掌握、應(yīng)用、設(shè)計(jì)等不同要求作詳細(xì)的定位。例如,對于工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)不采用的生產(chǎn)方法,只要求學(xué)生了解某種工業(yè)過程可能有多種生產(chǎn)方法即可;對需掌握的內(nèi)容,可以要求學(xué)生對各種生產(chǎn)方法進(jìn)行比較,分析其適用范圍、效果、操作條件、能耗等,從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度選擇生產(chǎn)方法。學(xué)生不僅要掌握教材介紹的幾種基本化工產(chǎn)品的生產(chǎn),而且其生產(chǎn)--方法要會(huì)應(yīng)用,能夠舉一反三,要能設(shè)計(jì)出一些簡單的生產(chǎn)工藝。例如,在講授合成氨時(shí),可以先引入哈伯法合成氨工藝的歷史及哈伯本人的一些簡介,既可以提起學(xué)生對合成氨工藝的學(xué)習(xí)興趣,又可以了解一些名人的事跡。當(dāng)學(xué)生有了興趣之后,可以從不同的原料角度,引入不同的生產(chǎn)工藝,如以煤為原料,以天然氣為原料,以重油為原料的合成氨工藝,其各自的工段均有所不同,可以在講授完后讓學(xué)生總結(jié)各不同原料合成氨工藝的異同,這樣學(xué)生學(xué)完之后印象深刻,可以吃透這部分內(nèi)容。
另外,在組織化學(xué)工藝學(xué)教學(xué)內(nèi)容時(shí),應(yīng)著重突出石油化工特色。在第一次化學(xué)工藝學(xué)講授過程中,讓大家認(rèn)識(shí)到本門課程的針對性、重要性及實(shí)用性。在第一章“緒論”部分組織講授材料的時(shí)候,可以結(jié)合茂名煉油產(chǎn)業(yè)鏈,圍繞幾個(gè)關(guān)鍵詞如石油化工、石油煉制、乙烯工業(yè)、茂名乙烯、石化工業(yè)區(qū)等展開內(nèi)容學(xué)習(xí)。例如,乙烯工業(yè)是指以石油餾分為原料裂解生產(chǎn)乙烯為主,同時(shí)生產(chǎn)丙烯、丁烯、芳烴等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。乙烯是石油化工的基本有機(jī)原料,目前約有75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn)。乙烯主要用來生產(chǎn)聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品,乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個(gè)國家石油化工工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。再如,對乙烯產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的介紹(塑料類、合成橡膠類、液體化工類);對長三角、珠三角、環(huán)渤海灣大型煉化一體化企業(yè)集群及沿長江產(chǎn)業(yè)帶分布的介紹等,這些內(nèi)容可以讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)未來的就業(yè)方向、就業(yè)區(qū)域和就業(yè)前景。在這種情況下,學(xué)生會(huì)充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)工藝學(xué)這門課程的針對性和重要性,在后面的時(shí)間里自然會(huì)重視這門課程的學(xué)習(xí),因?yàn)檫@些內(nèi)容的學(xué)習(xí)與他們未來的就業(yè)息息相關(guān)。
圍繞本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),針對畢業(yè)生的就業(yè)特點(diǎn),廣東石油化工學(xué)院的化學(xué)工藝學(xué)這門課應(yīng)該調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,注重重點(diǎn)內(nèi)容的凝練。其重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)圍繞乙烯工業(yè)展開。
如以茂名石化乙烯為例,學(xué)習(xí)乙烯生產(chǎn)原理、工藝技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識(shí);以茂名石化工業(yè)區(qū)為例,學(xué)習(xí)乙烯下游產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品應(yīng)用等基本知識(shí)。
乙烯生產(chǎn)原理主要包括乙烯生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律、反應(yīng)機(jī)理、熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析,乙烯生產(chǎn)的工藝參數(shù)和操作指標(biāo)(如原料性質(zhì)及評(píng)價(jià)、裂解溫度、烴分壓、停留時(shí)間、裂解深度等)及乙烯生產(chǎn)的工藝過程等。
三 適當(dāng)引入雙語教學(xué)
[關(guān)鍵詞]工程教育;專業(yè)認(rèn)證;分離工程;教學(xué)改革
1工程教育專業(yè)認(rèn)證背景
我國的工程教育專業(yè)認(rèn)證由中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)組織實(shí)施,始于1993年土建類專業(yè)評(píng)估,2006年正式在多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤窦鹤哌^9年的發(fā)展歷程,其目的是:構(gòu)建工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系,推進(jìn)工程教育改革,進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量;建立與工程師制度相銜接的工程教育專業(yè)認(rèn)證體系,促進(jìn)工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系,增強(qiáng)工程教育人才培養(yǎng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性;促進(jìn)中國工程教育的國際互認(rèn),提升我國工程技術(shù)人才的國際競爭力。
2結(jié)合畢業(yè)生十項(xiàng)畢業(yè)要求中的主要三項(xiàng),提出課堂教學(xué)改革具體措施
結(jié)合專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案中明確規(guī)定了本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到十項(xiàng)畢業(yè)要求。《分離工程》課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程,在化工熱力學(xué)和化工傳遞過程知識(shí)的基礎(chǔ)上,采用理論與實(shí)踐密切結(jié)合的方式,詳細(xì)闡述各類分離過程(精餾、吸收、解吸、萃取、膜分離、吸附、浸取、結(jié)晶和干燥等)的物理化學(xué)原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、工業(yè)應(yīng)用、主要設(shè)備、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,并展示分離過程學(xué)科的發(fā)展歷史和主要進(jìn)展。本文針對《分離工程》課程貢獻(xiàn)于畢業(yè)生十項(xiàng)畢業(yè)要求中的主要三項(xiàng),分別展開討論。
2.1掌握扎實(shí)的化學(xué)工程基礎(chǔ)知識(shí)和本專業(yè)的基本理論知識(shí),具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)經(jīng)歷,了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
按照該項(xiàng)要求,我們在授課中,一方面強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),對復(fù)雜及多樣性的分離技術(shù)按原理進(jìn)行分類,如:通過加入分離媒介生成兩相的分離為平衡分離,如精餾、吸收等;不需要加入分離媒介,以壓差、濃度差、電位差等為推動(dòng)力的分離過程為速率分離,如膜分離;對多組分精餾計(jì)算由淺入深展開,由假定理想情況下的簡捷法計(jì)算入手,建模用MESH方程開展嚴(yán)格法計(jì)算,為解決實(shí)際工業(yè)應(yīng)用問題奠定了理論基礎(chǔ)。并強(qiáng)調(diào)本專業(yè)知識(shí)和化工原理、化工熱力學(xué)、化工設(shè)備等其他專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的對立統(tǒng)一,如在介紹最小回流比知識(shí)點(diǎn)時(shí),要注意比較多元精餾與化工原理中介紹的二元精餾中最小回流比的異同點(diǎn),二元精餾中最小回流比下,進(jìn)料板上下出現(xiàn)一個(gè)恒濃區(qū),可通過作圖法求解;而多元精餾體系中最小回流比下出現(xiàn)了兩個(gè)恒濃區(qū),且恒濃區(qū)出現(xiàn)的位置視待分離組分性質(zhì)的不同而不同,通常利用Under-wood(恩德伍德)方程求解;再比如在介紹相平衡常數(shù)的求解時(shí),要結(jié)合化工熱力學(xué)課程中活度系數(shù)法及逸度系數(shù)法,進(jìn)一步鞏固兩種求解方法的優(yōu)缺點(diǎn)。另一方面結(jié)合行業(yè)發(fā)展前沿趨勢,介紹新興分離技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。如泡沫分離技術(shù),它根據(jù)表面吸附的原理,借鼓泡使溶液內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面(氣泡的表面)上浮至溶液主體上方形成泡沫層,將泡沫層和液相主體分開,就可達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)和凈化液相主體的目的。近年來,在染料、皮革、石油化工工業(yè)污水中降低化學(xué)耗氧量、色素、有機(jī)化合物等,在濃度為ppm級(jí)的大量稀溶液中回收貴金屬、稀有金屬或除去有害物質(zhì)等工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。還有近年來崛起的一種新興膜分離技術(shù):液膜分離,即以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力的一種膜分離過程。由于其分離選擇性高、通量大而受到關(guān)注,在烴類混合物的分離、廢水的處理及生物醫(yī)學(xué)上如液膜人工肝、人工肺、人工腎等領(lǐng)域得到應(yīng)用。在工程實(shí)踐方面,我們分別組織學(xué)生參觀了中國石化集團(tuán)安慶石油化工總廠及中鹽安徽紅四方股份有限公司,并結(jié)合課程內(nèi)容,重點(diǎn)介紹煉油工藝中的常減壓蒸餾裝置及原料氣凈化處理過程中的吸收裝置。如吸收設(shè)備中噴霧塔、調(diào)料塔、板式塔的選擇,填料塔中各種填料如鮑爾環(huán)、脈沖填料、網(wǎng)孔柵格的選擇,塔高的計(jì)算等,在實(shí)踐中強(qiáng)化理論知識(shí)的學(xué)習(xí),并將課本中的公式及知識(shí)應(yīng)用到工廠案例中去。
2.2具備設(shè)計(jì)和實(shí)施工程試驗(yàn)的能力,并能夠?qū)υ囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行分析;具有綜合運(yùn)用所學(xué)化工專業(yè)理論和技術(shù)手段分析
并解決化學(xué)工程問題的基本能力主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、能正確地操作實(shí)驗(yàn)裝置,安全地開展實(shí)驗(yàn)、能正確地采集、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析、解釋,并且掌握工程實(shí)踐、科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)的基本方法,能夠?qū)⑺鶎W(xué)課程有機(jī)聯(lián)系起來,對化學(xué)工程基本問題,加以分析并予以解決。針對該項(xiàng)要求,我們在課程教學(xué)中,將課程和專業(yè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。如在介紹反應(yīng)精餾章節(jié)時(shí),以催化反應(yīng)精餾制甲縮醛為例,該實(shí)驗(yàn)為典型的工程與工藝結(jié)合的專業(yè)實(shí)驗(yàn),以甲醇和甲醛為反應(yīng)原料,濃硫酸為催化劑,在常壓下通過反應(yīng)精餾法制備甲縮醛。教學(xué)過程中,我們引導(dǎo)學(xué)生先思考傳統(tǒng)合成、分離工藝,找出問題,尋求改進(jìn)后的工藝流程。傳統(tǒng)工藝采用先反應(yīng)再利用精餾技術(shù)分離,存在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、未反應(yīng)的稀甲醛回收困難、稀甲醛的濃縮產(chǎn)生甲酸嚴(yán)重腐蝕設(shè)備等問題。為解決傳統(tǒng)工藝存在的問題,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容,采用反應(yīng)精餾工藝。新工藝的優(yōu)點(diǎn):1.甲縮醛氧化所得甲醛與水的摩爾比為:醛/水=3,可直接作為三聚甲醛的原料,不必濃縮。2.甲縮醛的合成可在較低溫度(44~80℃)下進(jìn)行,避免了甲酸生成,解決了設(shè)備腐蝕問題。新工藝的關(guān)鍵技術(shù):甲縮醛的合成與分離。實(shí)驗(yàn)過程中既需要考察反應(yīng)工程影響因素如溫度效應(yīng)、濃度效應(yīng)及其他工程因素,同時(shí)要考察精餾技術(shù)影響因素如回流比、塔頂采出率及塔釜加熱量等。綜合考慮后,結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置,確定擬考察的工藝參數(shù),且采用正交設(shè)計(jì)來制定本實(shí)驗(yàn)的方案,則根據(jù)實(shí)驗(yàn)涉及的影響因子,并假設(shè)每個(gè)因子取兩個(gè)水平,可得到如下實(shí)驗(yàn)條件表,如表1所示。最后整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),規(guī)范作圖。
2.3掌握基本的創(chuàng)新方法,具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí);具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)和過程的能力
該項(xiàng)要求可分解為以下指標(biāo)點(diǎn):運(yùn)用所學(xué)知識(shí),初步設(shè)計(jì)化工操作單元、設(shè)備及工藝過程;在各化工設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)。結(jié)合該指標(biāo)點(diǎn),我們鼓勵(lì)學(xué)生利用課余和節(jié)假日時(shí)間開展大學(xué)生科研實(shí)踐訓(xùn)練、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、學(xué)科競賽等課外實(shí)踐與創(chuàng)新活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生“在學(xué)習(xí)中研究、在研究中學(xué)習(xí)”,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí),提升本科生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。我們將課程教學(xué)與本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合,并利用課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn),統(tǒng)籌分離工程課程與其他專業(yè)基礎(chǔ)課程,并在分離工程的課程教學(xué)中以往年畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容為案例加以剖析。如結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題“乙烯裂解氣脫甲烷系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)”,涉及到脫甲烷精餾塔的計(jì)算,這是典型多組分精餾塔計(jì)算的一個(gè)案例。首先確定關(guān)鍵組分是甲烷和乙烯,其中輕關(guān)鍵組分是甲烷,重關(guān)鍵組分是乙烯。塔頂分離出來的甲烷輕餾分應(yīng)使其中的乙烯含量盡可能的低,以保證乙烯的回收率。而塔釜產(chǎn)品則應(yīng)是甲烷含量盡可能低,以確保乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量。我們利用AspenPlus過程模擬軟件高效地完成了工藝計(jì)算及參數(shù)的優(yōu)化。采用DSTWU模塊開展簡捷法物料衡算、能量衡算,所得回流比與理論板數(shù)關(guān)系曲線如下圖1所示;并將簡捷法計(jì)算結(jié)果作為初值代入RadFrac模塊進(jìn)行嚴(yán)格法計(jì)算,并進(jìn)行靈敏度分析,橫坐標(biāo)為混合進(jìn)料位置,縱坐標(biāo)為塔頂甲烷的純度(摩爾分率),得到關(guān)系曲線如圖2所示。通過該設(shè)計(jì)案例的開展,一方面使得學(xué)生們統(tǒng)籌所學(xué)多組分精餾知識(shí)點(diǎn)去思索如何解決工業(yè)上的實(shí)際問題,另一方面在分析實(shí)際工業(yè)案例時(shí),又強(qiáng)化了同學(xué)們對多組分精餾簡捷法計(jì)算及嚴(yán)格法計(jì)算的理解和綜合應(yīng)用。
3結(jié)束語
分離工程課程在教學(xué)過程中,我們以化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向,在對“工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上,以工程實(shí)際為切入口,把分離技術(shù)的理論與方法融入應(yīng)用實(shí)例,將分離工程基礎(chǔ)理論與化工工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合,進(jìn)一步突出了分離工程的課程特點(diǎn)及實(shí)用性,而且根據(jù)現(xiàn)代化工的發(fā)展方向及時(shí)調(diào)整、更新課程內(nèi)容,加強(qiáng)化工新型分離技術(shù)分析,讓學(xué)生更堅(jiān)實(shí)地掌握分離工程的基本理論,進(jìn)一步提高教學(xué)效果。
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關(guān)鍵詞:工程認(rèn)證;精細(xì)化工;教學(xué)改革;實(shí)踐能力;教學(xué)理念
一、我國工程教育認(rèn)證的發(fā)展歷程
為了提高我國高等工程教育質(zhì)量,構(gòu)建我國高等工程教育質(zhì)量保障體系,進(jìn)一步深化高等工程教育改革,建立高校工程專業(yè)與社會(huì)企業(yè)所需人才培養(yǎng)的雙贏機(jī)制,規(guī)范與注冊工程師制度相銜接的高等工程教育專業(yè)認(rèn)證體系,促進(jìn)工程教育國際化,實(shí)現(xiàn)國際互認(rèn),提升我國高等工程教育國際競爭力,教育部于2006年正式啟動(dòng)高等工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作。10年來,我國工程教育專業(yè)認(rèn)證工作逐漸在全國相關(guān)高校中得到了重視和積極開展。2013年6月,國際工程聯(lián)盟大會(huì)在韓國召開,大會(huì)表決通過中國為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員,成為該協(xié)議組織第21個(gè)成員。《華盛頓協(xié)議》是世界上最具影響力的國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議,1989年由美國、英國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞、新西蘭6個(gè)國家的工程專業(yè)團(tuán)體發(fā)起成立,旨在建立共同認(rèn)可的工程教育認(rèn)證體系。該協(xié)議提出的工程專業(yè)教育標(biāo)準(zhǔn)和工程師職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn),是國際工程界對工科畢業(yè)生和工程師職業(yè)能力公認(rèn)的權(quán)威要求。截至2013年8月,中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)已對我國高校的373個(gè)專業(yè)點(diǎn)開展了認(rèn)證工作,之后經(jīng)過3年的不懈努力,我國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)分別受理了137個(gè)專業(yè)的2014年認(rèn)證申請(其中105個(gè)專業(yè)通過認(rèn)證)、156個(gè)專業(yè)的2015年認(rèn)證申請和200個(gè)專業(yè)的2016年認(rèn)證申請,我國工程教育水平得到了長足而顯著的提高,其質(zhì)量獲得國際社會(huì)的一致認(rèn)可。可喜的是,2016年6月,《華盛頓協(xié)議》全票通過中國科協(xié)代表我國由《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員轉(zhuǎn)正,成為該協(xié)議第18個(gè)正式成員,表明我國工程教育專業(yè)認(rèn)證與國際實(shí)質(zhì)等效,標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了國際化互認(rèn)。
二、工程教育認(rèn)證背景下我校精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革的必要性
華僑大學(xué)地處海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的心臟地帶,為了更好地服務(wù)于地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,為企業(yè)人才市場輸送合格的工程類專業(yè)人才,工程教育專業(yè)認(rèn)證已列為我校提高辦學(xué)質(zhì)量的主要舉措之一,校領(lǐng)導(dǎo)高度重視。與此同時(shí),隨著福建省沿海四大石化基地和重大項(xiàng)目的加速推進(jìn),帶動(dòng)了合成材料、有機(jī)化工和精細(xì)化工等配套開發(fā),石化產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)顯現(xiàn),化工類專業(yè)人才需求增大[1]。為了培養(yǎng)合格的化工工程師,我校化工學(xué)院積極申請化學(xué)工程與工藝專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證。2016年2月,中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)正式受理了我校化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程教育認(rèn)證的申請,這是我校第一個(gè)被受理的工科專業(yè),得到了校、院兩級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視和全系教師及其他相關(guān)院系的大力支持和配合。中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是基于產(chǎn)出的教育評(píng)價(jià),滿足華盛頓協(xié)議互認(rèn)要求。基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式(OBE)最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革,是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)教育的結(jié)構(gòu)模式[2,3]。國內(nèi)部分高校實(shí)施基于OBE教育理念的人才培養(yǎng)模式的綜合改革,規(guī)范教學(xué)活動(dòng),樹立教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí),建立教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),最終取得了顯著的效果,并順利通過我國工程教育認(rèn)證。眾所周知,《精細(xì)化工工藝》是化學(xué)工程與工藝(精細(xì)化工方向)專業(yè)的主干專業(yè)課之一,該課程具有工程性、應(yīng)用性和綜合性等特點(diǎn)。在我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)開展工程教育認(rèn)證的背景下,基于“以學(xué)生為本,以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念和思路開展精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革勢在必行。
三、工程教育認(rèn)證背景下精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果,它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工科專業(yè)畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、認(rèn)識(shí)團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[4,5]。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)精細(xì)化工工藝課程過程中達(dá)成這個(gè)目標(biāo),必須同時(shí)從教學(xué)的兩個(gè)主體———學(xué)生和教師入手,轉(zhuǎn)變教育理念,改革教學(xué)方式方法,以符合我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
(一)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)
精細(xì)化工工藝是一門實(shí)踐和理論并重的課程,在培養(yǎng)高素質(zhì)的精細(xì)化工工程技術(shù)人才過程中,精細(xì)化學(xué)品開發(fā)、設(shè)計(jì)及合成的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐起著重要作用。對于學(xué)生而言,借鑒CDIO成功的教育經(jīng)驗(yàn),在工程教育認(rèn)證背景下精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革過程,一定要特別注重和加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
1.加強(qiáng)校企合作。根據(jù)《中國工程教育質(zhì)量報(bào)告》的調(diào)查,工業(yè)界認(rèn)為高校培養(yǎng)工程專業(yè)人才過程中存在通用能力評(píng)價(jià)高,工程能力培養(yǎng)不足;傳統(tǒng)優(yōu)勢明顯,緊跟時(shí)代需求不足;工業(yè)界參與深度和規(guī)范化不足等問題。因此,在精細(xì)化工工藝課堂教學(xué)過程中積極邀請精細(xì)化工相關(guān)企業(yè)高級(jí)工程師走入課堂參與教學(xué),有利于學(xué)生深入了解所學(xué)知識(shí)在將來所要從事的精細(xì)化工行業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用。
2.搭建校內(nèi)精細(xì)化工實(shí)踐平臺(tái)。實(shí)踐平臺(tái)是大學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)的陣地,校內(nèi)可以通過設(shè)立實(shí)驗(yàn)示范中心、學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科研成果轉(zhuǎn)化平臺(tái)以及本科生課外科創(chuàng)活動(dòng)平臺(tái)等舉措,不斷提高學(xué)生的精細(xì)化學(xué)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造力。
3.設(shè)立精細(xì)化學(xué)品制作工坊。根據(jù)精細(xì)化工工藝課程需求開設(shè)特色實(shí)驗(yàn)室,對課程中所學(xué)主要精細(xì)化學(xué)品種類及其典型產(chǎn)品的制備工藝開展實(shí)驗(yàn),比如手工肥皂、洗滌劑和膠黏劑等常規(guī)精細(xì)化學(xué)品的制作。與此同時(shí),增加綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的比例和深度,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對精細(xì)化工工藝的學(xué)習(xí)積極性。比如在手工肥皂制作過程中設(shè)計(jì)透明多彩的新型多功能肥皂,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)合作精神,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造力,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)精細(xì)化工工藝這門專業(yè)主干課程。另外,精細(xì)化工工藝特色實(shí)驗(yàn)室在全校范圍內(nèi)也可以共享實(shí)驗(yàn)資源和設(shè)備,這不僅可以增加學(xué)校對實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)投入,而且可以顯著提高精細(xì)化工專業(yè)的知名度,大大增加學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)可度和歸屬感。
4.建立多元化考核標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)工科教學(xué)的突出問題是理論知識(shí)學(xué)習(xí)比重遠(yuǎn)大于工程能力培養(yǎng)比重,這是單一筆試考核模式導(dǎo)致的必然結(jié)果。基于工程教育認(rèn)證中所要求的學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式,將學(xué)生在精細(xì)化工工藝課程學(xué)習(xí)過程中參加課外精細(xì)化工實(shí)踐平臺(tái)和精細(xì)化學(xué)品制作工坊等活動(dòng)的表現(xiàn)形成可量化的考核標(biāo)準(zhǔn),與傳統(tǒng)考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,建立以加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的多元化課程考核標(biāo)準(zhǔn)。
(二)教師課程教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變
基于OBE工程教育模式,工程教育認(rèn)證將推動(dòng)工科教學(xué)由“經(jīng)驗(yàn)型”轉(zhuǎn)向“科學(xué)型”、由“內(nèi)容為本型”轉(zhuǎn)向“學(xué)生為本型”。這就要求高校教師徹底擯棄傳統(tǒng)的“教無定法”的教學(xué)理念,而是基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教育模式,形成一種規(guī)范、團(tuán)隊(duì)、持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)教學(xué)行為及活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化,從而達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),持續(xù)為工業(yè)界輸送合格的化工工程師人才。
1.建立課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系,規(guī)范和細(xì)化教學(xué)大綱及內(nèi)容。《精細(xì)化工工藝》是一門介紹精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)原理與工藝的專業(yè)課程,其課程知識(shí)體系非常零散且龐大,規(guī)范地組織教學(xué)內(nèi)容和選擇教學(xué)方法對于有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果至關(guān)重要。精細(xì)化工工藝課程的教學(xué)目標(biāo):一是讓學(xué)生能夠根據(jù)市場需求的不斷變化,設(shè)計(jì)新型精細(xì)化工產(chǎn)品;二是讓學(xué)生運(yùn)用精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)及工藝學(xué)理論,根據(jù)精細(xì)化學(xué)品的功能特點(diǎn)及研究目的,選擇適宜的研究路線,設(shè)計(jì)可行的有機(jī)合成單元反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案;三是讓學(xué)生熟悉與精細(xì)化工行業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、法律法規(guī)、產(chǎn)業(yè)政策及發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,能識(shí)別、分析精細(xì)化工新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用對社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的潛在影響,深刻理解精細(xì)化工在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和作用。以上課程目標(biāo)分別對應(yīng)于我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生應(yīng)達(dá)到的十二條畢業(yè)要求中“設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案”、“研究”和“工程與社會(huì)”等方面的能力要求。在對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果有了清晰的認(rèn)識(shí)后,教師通過細(xì)化教學(xué)大綱來規(guī)范教學(xué)內(nèi)容和控制教學(xué)進(jìn)度,從而保證課程目標(biāo)的達(dá)成。
2.整合教學(xué)資源,避免課程間教學(xué)內(nèi)容的低水平重復(fù)。對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)(精細(xì)化工方向)的學(xué)生而言,在開設(shè)《精細(xì)化工工藝》課程的同時(shí),還開設(shè)了《精細(xì)化學(xué)品》和《高分子化工工藝》等相關(guān)課程。過去,這些課程在教學(xué)內(nèi)容上存在部分重復(fù),比如有機(jī)合成反應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹,學(xué)生對此也提出了意見和看法。OBE工程教育模式客觀上要求整合各類教學(xué)資源,明確不同課程對達(dá)成畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)(預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果)的貢獻(xiàn)及程度。這就需要各專業(yè)教師之間進(jìn)行有效地交流與合作,協(xié)調(diào)相關(guān)課程的教學(xué)大綱及內(nèi)容,避免教學(xué)資源的浪費(fèi)。
3.建立課程教學(xué)質(zhì)量跟蹤調(diào)查及反饋機(jī)制,形成持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)理念。工程教育認(rèn)證要求建立畢業(yè)生質(zhì)量跟蹤調(diào)查機(jī)制,形成科學(xué)有效的畢業(yè)生評(píng)價(jià)體系,為學(xué)校更好地培養(yǎng)工程人才提供重要依據(jù)。顯而易見,畢業(yè)生質(zhì)量與課程教學(xué)質(zhì)量緊密相關(guān),只有建立后者的跟蹤調(diào)查及反饋機(jī)制,才能保障前者的水平。除了校院兩級(jí)對精細(xì)化工工藝課程教學(xué)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控外,教師一方面于課程教學(xué)結(jié)束后在所授班級(jí)召開座談會(huì),聽取學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容及授課方式、進(jìn)度等方面的看法和意見,教師對所提問題與學(xué)生進(jìn)行交流并提供合理化建議;另一方面,針對從事精細(xì)化工行業(yè)的畢業(yè)生進(jìn)行跟蹤調(diào)查,靈活運(yùn)用現(xiàn)代通訊及聯(lián)絡(luò)工具、調(diào)查問卷等多種形式,開展關(guān)于學(xué)生在校期間所學(xué)精細(xì)化工工藝課程對其職業(yè)發(fā)展的影響以及其對該門課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容及方法等方面的建議和意見的調(diào)查,另外還可以展開畢業(yè)生所在單位對所需精細(xì)化工工程人才知識(shí)架構(gòu)要求的調(diào)研。授課教師對以上信息收集整理后進(jìn)行歸納總結(jié),形成反饋整改意見,并在下一次的課程教學(xué)過程中有效體現(xiàn),形成良性互動(dòng)循環(huán),促進(jìn)精細(xì)化工工藝課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。
作者:甘林火 單位:華僑大學(xué)
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