[摘要]工程教育背景下，要求強化化學工程與工藝專業學生的工程意識及解決復雜工程問題的能力?！痘瘜W反應工程》作為高?；I本科生一門重要的專業基礎必修課程，對該目標的實現有重要支撐作用。因此在課堂教學中，引入大型化工工業過程案例教學，可讓學生深入理解理論知識，培養工程思維，提高解決工程問題的能力。

[關鍵詞]工程教育；化學反應工程；教學改革

1工程教育背景下對《化學反應工程》課程的要求

《化學反應工程》主要面對三年級化工相關專業本科生，建立在物理化學、化工原理等專業基礎課之上，是化學工程與工藝專業的核心課程。本課程主要探究化工生產過程中化學反應的宏觀反應過程，建立數學模型，并據此進行不同類型反應器的設計與分析。工程教育認證背景下，要求每個專業都要有明確、公開的畢業要求，而且畢業要求能支撐培養目標的達成；還要將畢業要求分解為若干個可衡量的指標點，畢業要求和指標點，要明確教學活動(課程、實習或設計等)。因此，很多專業課程都根據畢業要求指標點重組教學內容，改革教學方法，以支撐畢業要求的達成[1-2]。我國工程教育專業認證協會頒布的《工程教育認證標準(2015)》中給出了評價培養質量的12條畢業要求，在畢業要求達成度評價中《化學反應工程》課程對其中6條均有支撐，對工程知識、問題分析及設計/開發解決方案這3條具有強支撐[3]。因此，為培養與強化化工相關專業學生的工程意識、具有分析工程問題以及解決實際工程問題的能力，開展《化學反應工程》課程課堂教學改革是對工程教育強有力的支持。

2當前《化學反應工程》課堂教學的現狀

常規教學過程中，多采用內容驅動式的教學方法，在計劃學時內根據教學大綱的要求講授課程，雖然教師在授課階段也關注學生綜合素質、優化理論知識和建模求解能力的提升，但沒有以學習成果為導向來反向設計和實施教學，也沒有關注學生核心能力和畢業要求的達成。近年來，針對《化學反應工程》的教學改革研究較多，主要集中在以下幾個方面：(1)將“互聯網+”引入教學，提高課程的實時性和互動性；(2)提倡“開放式”“研討式”教學，以促進學生自主學習、提高創新能力；(3)采用“案例教學”并結合科研實踐，主要針對不同知識點選擇不同案例；(4)增加實踐環節，包括課程設計、仿真訓練、專業實驗及企業實習；(5)軟件輔助，如將AspenPlus、AutoCAD、ChemCAD軟件應用于教學環節。以上改革措施都對教學質量的提高起到一定推進作用，但針對工程教育背景下的新要求，不僅需要在輔助教學方面與時俱進，更應該在理論教學的內容上進行更新。因此，探索將大型工業過程作為案例，引入課堂教學的整個環節，從理論學習上加強學生工程意識和提高分析工程問題的能力。

3改革內容與途徑

摘要：隨著中國科學技術的不斷發展，工業化進程不斷的推進，我國的化學工程技術也在不斷的發展，起著不小的作用。不斷加大化學工程建設，是當今社會發展的應有之義，是工業化進程的必然趨勢。目前化學工程技術的熱點問題有綠色化學技術、分離技術和超臨界化學反應技術等，雖然我國的化學工程技術相較于以往已經取得極大的進入，但是與西方國家相比仍處于落后地位，本文針對化學工程技術的熱點問題進行分析，結合國內化學工程技術的現狀提出改善意見。

關鍵詞：化學工程技術；熱點；發展趨勢

化學工程技術是研究以化學工業為代表的，以及其他過程中與化學過程有關的原理和規律的學科，最終目的是利用探究出來的原理和規律解決或者優化過程中的相關問題?；瘜W工程與計算機、生物、能源等諸多高新技術領域息息相關，對于推動國家的工業化進程有著基礎性的作用。因此，對化學工程技術的不斷探究，不斷了解和掌握國內外的最新研究內容和成果，都是很有必要，值得鼓舞的。

1化學工程技術的熱點分析

1.1綠色化學技術

中國在工業發展初期有著先污染后治理的錯誤理念，導致現金社會對綠色生態、保護環境的重視，而綠色化學技術則是通過化學技術和方法去消除或者減少生產中的污染，從而達到減少環境污染，保護環境的目的。綠色化學通常會選用無毒無害的物料或者可再生的物料作為化學反應的原料，在反應過程不產生有毒有害品，從源頭上就杜絕了對環境的污染。當今社會不僅在環境污染上加大整理力度，在新能源的挖掘和使用上也在不斷加大投入和研究。綠色化學技術將是新能源使用過程中必然應用得到的技術。在已經生成的化學污染方面，對能產生綠色化學反應的廢料進行化學反應，可以達到消除難以降解或者污染極大的廢料，或者產生新的可利用化學品，達到廢物利用的效果。綠色化學技術是綠色環保研究的重要內容，是我國化學家們研究的熱點。

1.2分離技術

摘要：目前，隨著現代工業的不斷發展，對石油天然氣的依賴越來越強烈，而石油天然氣是不可再生資源，在巨大的消耗背景之下，急需尋找接替能源,確保中國能源安全。提出一種新的方法，利用鉆井技術手段把水和催化劑注入地下煤層，并采用核能技術加熱煤層，通過物理以及化學反應，使地下煤層生成石油和天然氣，從而增加石油天然氣的資源儲備，對于我國的能源安全將具有重大的意義。

關鍵詞：煤炭；石油；天然氣

中國石油天然氣逐漸減少，進口國外的依賴性越來越大。如果沒有大的發現，對我國的能源安全十分不利。而中國的煤炭資源非常豐富，儲量在4×1012t以上，是很理想的轉型接替能源。目前把地下煤炭資源變成石油或天然氣資源的方法成本非常高，經濟性不強。本文大膽設想，轉變思路，應用核能加熱煤層的方式，并配合催化劑，促其發生化學反應從而生成石油和天然氣，實現低成本把地層煤層轉換成石油或天然氣。

1原理

通過對目標井井身結構設計技術，優選深度和厚度適宜的煤層，鉆井施工后，隨鉆注入適量水和催化劑，再把核反應原料送至井底指定深度，表層封固，地面通過電磁波或有線電纜控制，實現井下核裂變，加熱煤層，在催化劑的作用下，煤和水化學反應，生成氫氣和一氧化碳以及二氧化碳，氫氣在一定溫度壓力下，和煤繼續反應生成甲烷，一氧化碳和氫氣反應，從而生成石油天然氣。待充分反應后，部分煤層就轉換成了石油天然氣資源，從而實現石油天然氣開采。

1.1核變生熱反應

235U+n→236U→135Xe+95Sr+2n235U+n→236U→144Ba+89Kr+3n31H+21H→42He+10n+1.76×107eV（氘+氚→氦+中子+能量）

［摘要］在國家“雙一流”高校建設背景下，實施化學工程學科教學改革對于提高教學質量和學科影響力具有重要作用。以化學反應工程課程教學為例，將多層次過程分析與計算機模擬有機結合，開展項目驅動式教學，可以讓學生不斷提高綜合分析能力，增強工程意識，做到從理論知識到實際應用的有序轉變。

［關鍵詞］化學工程；多層次；計算機模擬

近年來，隨著化工企業數量不斷增加，技術含量不斷上升，企業對高校化工類畢業生的數量需求不斷增加，質量要求不斷提高［1］。但一項針對高?；ゎ惍厴I生的調查顯示，46％的畢業生在校時希望轉到其他專業進行學習，只有半數畢業生將興趣作為當初報考化學化工類專業的首要因素，另有很多畢業生認為化學化工企業危險、有害，工作環境差。化工類畢業生對于擇業就業的憂慮，體現出高等教育專業人才培養的不合理性?；瘜W工程是一門系統、復雜的交叉學科，包含化學分子動力學、流體力學、反應器設計與選擇、傳熱傳質等基本理論，涉及內容多、范圍廣，對于學生各方面能力均有較高的要求［2］。傳統的“老師講課，學生考試”的單一教學模式難以激發學生的學習興趣，更難以培養社會需要的化工綜合人才，已不再適應課程教學的需要。針對不少學生對該學科望而生畏，“不會學、不會用”的現象，如何通過優化教學模式提高學生的學習興趣，使他們能將相關理論知識應用到實際工作中，對于綜合性化工人才培養及化工企業的發展至關重要。

一、教學改革內容

（一）建立多層次教學模式

化學反應工程作為化工學科中集合微觀、介觀和宏觀變化的一門綜合性課程，涉及分子層面、反應器層面和化工流程層面［3］。目前該課程主要采用老師講課、期末考試的授課和考核方式，教學效果不佳［4－5］。此外，大多數高校的化學反應工程教學仍停留在傳授書本理論階段，沒有設置實踐應用環節，學生難以將所學理論知識熟練地運用到工程實踐中去，這門課的教學意義自然也大打折扣?，F有的教學模式難以使學生真正理解和消化相關專業知識，改革迫在眉睫?；瘜W反應工程教學應該有層次地遞進，針對具體的工程應用案例，進行多層次的過程分解，并分析不同層次間的關聯，最終達到提高學生分析和綜合應用能力的目的。因此，教學中可將化工過程分為分子化學反應、反應器及流程系統等多個層次，從微觀到介觀再到宏觀分別進行分析，以充分激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率和分析、解決實際問題的能力，實現理論最終服務于實踐的目標。

（二）基于模擬軟件強化學科各課程間的關聯

摘要：隨著我國經濟的發展、社會的進步，化工工藝設計的相關問題也漸漸引起了人們的重視。因為在全球范圍內，化工工藝都受到重點關注，提升化工工藝水平可以較好地滿足世界經濟發展的需求。想要發展化工工藝就必須要對相關的技術進行利用，從而提升化工材料的使用效率，讓傳統的化工行業能夠進行合理的升級，轉變為科技化工的形式，生產性能更好的產品。但是從現實情況來看，很多化工企業應用的原材料都存在一些毒性因素，這一點以人類目前掌握的技術來看，還無法避免，所以，必須要在化工工藝設計過程中對安全管理的危險因素進行識別，提升管理水平。據此，對相關問題進行分析，希望能夠對現實有所裨益。

關鍵詞：化工；工藝設計；安全管理；識別

在我國國民經濟持續提升的背景下，人們開始加強對生活品質的關注。經濟的發展帶動人們生活水平的提升，使得化工類產品漸漸成為人們日常生活中不可缺少的部分，這也要求相關人員加強對工藝生產水平的重視，因為從某種意義上來看，工藝生產水平的提升將關系到人們日常生活的質量，所以，必須要結合實際情況強化對化工工藝設計的重視。在化工工藝設計的過程中對安全管理危險因素進行合理的識別，只有如此才能將化工產品發生危險的可能性降低，為化工產品生產人員提供安全保障，同時，加強安全管理也能夠提升化工生產的效率，為國民水平的持續提升貢獻力量。據此，對相關問題進行分析，具有較強的現實意義。

1化工工藝設計的概述

想要對整體問題進行分析，就必須要在一定程度上明確化工工藝設計的相關概念。化工工藝設計就是以具備化學性質的原材料為基礎，開展具體工藝設計的行為，由于化工工藝設計涉及很多原材料以及產品，這些產品的物理性質與化學性質在某種條件下會發生帶有毒性的化學反應，如果不能對其加強重視，后果將十分嚴重。根據我國《建設設計防火規范》，將物品的危險等級分成5個部分，無論是在原料方面還是在中間品方面，亦或是在成品方面，都具有不同程度的危險因素，部分產品甚至存在引起火災、爆炸的隱患。根據不同的危害等級，需要設置相對應的措施，包括防火、防爆等，在得出具體的信息之后，就可以以此為依據制定安全保護措施，明確合理的操作方式，對設備進行選擇?；すに囋O計涉及的相關因素包括儀表、設備等[1]。

2化工工藝設計的內容和特征

2.1化工工藝設計的內容

摘要：化學工程是研究化學工業生產中化學過程和物理過程的共同規律，涉及化工制造、生物工程、納米技術等。首先介紹了化學工程的研究內容，然后分析了化工生產工藝流程、存在的問題和優化措施，最后指出未來發展趨勢。

關鍵詞：化學工程；化工生產；工藝流程；優化措施；發展趨勢

隨著科學技術進步，我國化學工程發展迅猛，化工生產行業具有良好的發展機遇。而在實際生產中，不僅會帶來環境污染，還會危害工作人員的健康。針對這種情況，必須采用科學有效的措施改進生產工藝，既滿足市場需求，又能提高企業競爭力，推動化工行業可持續發展。

1化學工程的研究內容

化學工程的研究內容如下：①單元操作。化工生產的基本過程，主要有換熱、吸收、整流、結晶、干燥、萃取等，這些基本過程被稱為單元操作，可以指導設備設計、產品生產、操作控制。②化學反應工程。化工生產的核心就是化學反應，直接影響產品收率、生產成本等要素。20世紀中葉后，隨著氧化、還原、硝化、反應器穩定性、反應相內傳質傳熱等研究的開展，充實了化學工程的內容[1]。③傳遞過程。該過程是單元操作、化學反應的基礎，主要分為熱量傳遞、質量傳遞、動量傳遞三種類型。此外，以氣體的增濕減濕為例，同時存在兩種或多種傳遞現象。④化工熱力學。主要研究傳遞過程的方向、極限，為過程分析提供數據支持，實現了理論研究和實際應用的緊密結合。⑤其他問題。以化工系統工程、過程動態學及控制為代表，隨著生產規模擴大，資源能源消耗量增加，此時能量利用問題凸顯出來，必須對生產設計和工藝操作進行優化。

2化工生產工藝流程和存在的問題

2.1工藝流程

摘要:大學無機化學的教學內容較為抽象，難以被學生所接受，尤其是物質結構等方面的內容。當前學生的學習方式與傳統模式相比發生了翻天覆地的變化，傳統教學模式也難以激發學生對無機化學的學習興趣。因此，尋找一種更為科學合理的無機化學教學方法對于大學無機化學教學工作來說至關重要。本文通過查閱大量相關文獻資料，分析了量子化學軟件在物質結構、化學反應等方面的重要作用，總結了Gaussian軟件可以有效解決無機化學教學工作中分子結構難理解的問題，將抽象的化學知識宏觀地表現出來，以提升大學無機化學的教學質量，提高學生的學習效率。

關鍵詞:量子化學軟件;Gaussian;無機化學;教學

1量子化學軟件與大學無機化學教學

化學學科的教學模式以實驗實踐為主，該門學科至今已經有幾千年的歷史。大學化學主要分為無機化學、有機化學、生物化學、精細化學、分析化學、理論化學、實驗化學、應用化學以及材料化學、高分子化學等幾個分支。其中，無機化學主要研究無機物質，無機物相對于有機化合物來說是獨立存在的，通常情況下，其結構中不含有碳氫鍵。常見的無機化合物主要有金屬氧化物、碳氧化物、硫氧化物、水、硫酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽以及鹽酸、氫氧化鈉等物質。在大學無機化學的基礎理論教學工作中可能會涉及許多抽象的概念、知識和公理。例如分子、原子以及各個分子的空間結構，這些都是通過人肉眼不能直接觀察到的，且分子結構、晶體結構等微觀知識很難用具體的模型展示出來。所以說，在大學無機化學教學工作中亟需引入更為先進和科學的教育手段。20世紀初期，一門以“量子科學”為基礎的量子化學分支逐漸發展起來，并被廣泛應用到化學領域。量子化學主要是根據量子力學的原理來對物質分子、原子、晶體結構、分子空間結構、分子間作用力、化學鍵、化學反應機理以及電子能譜、波譜和光譜進行研究。因此，量子化學的應用范圍也逐漸普及到大學無機化學教學工作中。常見量子化學軟件主要有Gaussian、MS、Q-Chem等。本文以Gaussian軟件為例，結合實際教學經驗，將抽象、深奧且枯燥的大學無機化學知識、定理轉化成一種更為立體的、直觀的、形象生動的方式展現出來，更容易被學生所接受。

2Gaussian軟件

無機化學是由元素化學和基礎理論化學兩大部分組成，主要側重于無機化合物的性質、結構以及化學反應三者之間的關系。然而基于無機化學涵蓋了許多類型的物質結構和較為復雜多變的化學鍵，且無機化學反應類型眾多，因此，無機化學教學任務十分繁重，難度很高。當前有許多包括Authorware、Flash、ChemOffice以及PowerPoint等軟件由于多樣化的教學手段，有助于無機化學教學任務，但此類軟件不能有效解決無機化學教學任務中的許多難題?；诖耍孔踊瘜W計算程序軟件Gaussian被研發出來，不僅能夠為教學手段提供更為豐富的資源，還有助于解決許多教學疑點和難點，增強教學效果，提升教學質量。Gaussian最原始的版本是G70，誕生于1970年，當前應用最多的版本是G03，G09是最全新的版本。Gaussian軟件可以計算無機化學中許多類型的密度泛函、半經驗以及從頭算，通常和Gaussview顯示軟件互相搭配使用。Gaus-sian軟件在無機化學教學工作中的主要任務是完成計算和優化過渡態結構、過渡態能量、分子結構、分子能量，計算無機物質的熱化學性質、拉曼光譜、NMR、IR、振動分析以及振動頻率等，計算反應途徑、反應能量、化學鍵能量以及計算離子化勢、電子親和能、多極矩、原子電荷以及分子軌道。無機化學的基礎理論主要有包括配位理論、結構理論、元素周期律在內的基礎結構理論，包括酸堿性、沉淀溶解以及氧化還原性質在內的無機物性能，電化學、化學平衡、動力學以及化學熱力學等無機化學反應等，這些都是化學元素及其化合物組成的基礎。Gaussian軟件是當前最為常見，也是應用范圍最為普遍的量子化學軟件，該軟件能在Windows，Linux，Unix等多種操作系統中正常運行。Gaussian軟件的主要作用是實現分子結構、分子能量、化學反應能量、原子核電勢、分子振動頻率、拉曼光譜、紅外光譜、分子運動軌跡、核磁振動以及化學反應機理、物質熱力學性質等的計算和推測。Gaussian軟件可以實現對物質基態、激發態的量子化計算，也可以直接預測一個運動周期內物質的結構、分子運動軌跡以及分子能量。所以說，Gaussian軟件可以應用在許多大學無機化學研究課題中，包括取代基對物質結構的影響、無機化學反應的機理預測、物質激發能量的計算以及物質的勢能曲面等。

3量子化學Gaussian軟件在大學無機化學教學中的實例應用

摘要：廢水是社會經濟發展、生產生活進步的產物，其對生態環境造成了嚴重的破壞。廢水中的病原體污染、耗氧污染物、有毒污染物都會對生產生活造成威脅。利用化學工藝進行廢水處理可以高效地降低污染廢水的排放量，保護生態環境?；瘜W工藝處理廢水的技術類型多樣，電化學技術、聲化學技術、微波化學技術都能夠對廢水進行高效處理，且不容易形成二次污染。主要針對化學工藝在廢水處理中的應用進行研究。

關鍵詞：化學工藝；廢水處理；低碳環保

生產廢水、生產污水是廢水的主要種類，廢水對生態環境的危害十分嚴重，需要選擇科學高效的方式對廢水進行處理，降低廢水對生態環境的危害。其中，化學工藝就是處理廢水的主要技術之一。在進行廢水處理時根據廢水不同的狀態與性質選擇合適的化學工藝處理技術。

1廢水的種類與危害

廢水主要是指人們在生活生產中排水的水體以及徑流雨水的總稱，廢水包括生活污水、工業廢水與流入排水管渠等其他無用水。通常是指經過一定技術處理后無法再次循環利用的水體。生活污水是人們生活中使用過并且被生活廢料所污染的水質，生活污水通常不具有有毒物質，但是卻十分適合微生物的繁殖，帶有一定的病原體，對人體有一定的危害；工業廢水是在經濟生產行為中所形成的廢水，包括生產廢水、生產污水，其中生產廢水是在工業生產過程中沒有直接參與生產工藝，沒有被生產原料、半成品等原料污染的水體。生產污水是指在工業生產中直接參與形成，并且被生產原料、半成品等原料污染的水體。廢水對生態環境有著嚴重的威脅，主要表現在以下幾個方面。

1.1病原體污染

生活污水、屠宰場、醫院等場所排出的廢水往往帶有大量的病原體，例如病毒、寄生蟲等。水體在遭受病原體的污染后則會傳播疾病，霍亂、病毒性肝炎等都是病原體傳染的常見疾病。病原體污染物在水體中數量龐大、存活時間長、繁殖速度快、容易產生抗藥性，難以徹底滅絕。