化工原理是環境工程專業課程體系的一門重要的專業平臺課。環境工程專業化工原理理論課教學,應以應用型地方院校工程應用型人才培養目標為依據,結合化工原理課程特點和我校學生的實際情況,調整授課重點和目標,提高學生工程意識和解決工程問題的能力。

　　工程案例教學法是在具有較強工程背景的課程教學中,在學生掌握了有關基礎知識的基礎上,引入工程實際案例,供教師與學生進行分析和討論,旨在培養學生的工程觀念,提高學生解決實際工程問題的能力,激勵學生主動參與教學活動的一種教學方法[1-2]。

　　化工原理屬于工程性課程,涉及的工程計算多,設備結構大型化,操作原理復雜以及一些枯燥乏味的概念、理論、公式等,工程性課程教學的主要目的就是培養學生的工程意識,培養他們的工程實踐能力[3]。在環境工程專業化工原理理論課教學過程中引入相關環保工程案例和采用工程案例教學法,有助于學生對基本概念、基本理論和基本方法的理解以及工程思維能力和工程觀念的培養,提高學生學習積極性和應用單元操作基本理論解決實際工程問題的能力。

　　例如,我們在課堂上利用多媒體技術的優勢,以彩色圖片或動畫的形式展示“三廢”處理過程和處理設施,如流體輸送設備中的離心泵的結構及工作原理、吸收操作中的填料吸收塔及其操作原理、非均相物系分離中的沉降與過濾設備及其分離原理等。圖片和動畫展示形象直觀,可以初步培養學生的工程意識。

　　除此之外,我們還積極在授課過程中引入環保工程案例和采用工程案例教學,例如在講授重力沉降中關于顆粒沉降速度的計算和應用時,先通過簡單的理論推導出顆粒的沉降速度公式(簡單的公式推導有助于學生理解和應用),然后引申到將顆粒沉降速度公式應用于含塵氣體除塵的設備——降塵室參數的設計和對已有降塵室操作條件和除塵性能的確定,加深了學生對于重力沉降理論及其工程價值的認識,使學生能感覺到他們正在學習的知識實用性很強,有學習的價值。另外,我們在一些重要的單元操作理論講授完畢后,會布置一些工程設計問題作為課后作業。

　　例如,在吸收單元講授完成后,學生掌握了吸收的基本理論和吸收設備的設計基礎,我們布置學生根據吸收的基礎理論設計一個處理含硫工業廢氣的填料吸收塔,同時給予學生一定的提示。學生利用約一周的時間收集和閱讀相關文獻資料,分析工程案例的主要內容,思考工程中的問題,然后用1~2個學時的時間進行以學生為主體的課堂討論。在工程案例課堂上,學生自愿上講臺發言,向大家介紹自己的設計思路、方法和結果,然后其余同學對設計的填料吸收塔的優點和不足進行討論,老師在恰當的時候對學生的討論方向進行積極引導。

　　最后,對學生在設計工程過程中出現的問題進行逐一點評,歸納總結,肯定工程案例課堂討論中取得的成績,同時對學生設計的吸收塔的不足進行補充。通過在授課過程中引入環保工程案例和實施工程案例教學法,學生學習的主動性和工程意識大大增強。

　　分析單元操作費用,培養學生工程經濟觀點

　　“三廢”處理是我國環境保護的一項重要政策,同時也是構成工業企業運營成本的重要組成部分,因此“三廢”處理的經濟核算對工業企業的可持續發展是十分重要的,我們在教學中應注意學生經濟觀點的培養。下面我們以“吸收塔的設計”教學為例,談談培養學生工程經濟觀點的一些體會。

　　我們知道,填料塔是吸收操作的重要設備,吸收塔的設計計算中需要確定的一個重要條件就是液氣比,液氣比的選擇是一個經濟上的優化問題。當吸收塔進出口氣體中溶質的含量和進口的吸收劑中溶質的含量已知時,液氣比增大,吸收塔出口的吸收劑中溶質的含量將減小,過程的平均推動力相應增大而傳質單元數相應減小,操作線遠離,吸收推動力增大,吸收速率加快,完成同等分離任務所需的氣液接觸面積減小,塔高降低,設備費用減少。但是,吸收劑消耗增加,輸送吸收劑所需功率增加,并且由于吸收液的數量大而含量低,必使吸收劑的再生費用增加,故操作費用上升。

　　反之,若液氣比減小,吸收操作線靠近平衡線,吸收速率減慢,完成同等分離任務所需的氣液接觸面積增大,塔高增加,設備費用增加,但吸收劑消耗減少,輸送吸收劑所需功率及吸收液再生費用等操作費用下降。根據生產經驗,一般情況下取吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.15~2.0倍較為適宜[4]。這里1.15~2.0倍最小吸收劑用量是以經濟效益來衡量的,即以吸收單位質量的尾氣所需的總費用,包括設備費用和操作費用來衡量。