摘要：《化学工艺学》是以典型化工产品生产工艺为主线，介绍每个典型产品所涉及的化工过程，介绍过程中所涉及的工业催化剂。该书融入了全新的理念和教授方法，让学生更加直观地学习，更有兴趣地学习《化学工艺学》这门课程。与传统的教育思路不一样的是，在上课期间，老师可以利用现代化的电子工具，进行形象的视频教学。同时，老师根据学生的学习和工作的需要培养学生动手操作的能力，锻炼学生学以致用的思维方式，使其在以后的进一步深造和工作的过程中，能利用所学知识对催化剂在整个化工工程的重要作用有自己的独特认识，也为国家培养全能的高端人才做出应有的贡献。
关键词：工业催化；化学工艺学；教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0145-02
一、课程教学基本情况
石河子大学对化学工程与工艺专业和应用化学本科专业开设了《化学工艺学》，该课总学时36，总学分2，教材选用的是朱志庆和房鼎业编审、化学工业出版社出版的2013版《化学工艺学》。课程设置的目的是培养从事化工生产领域的设计、运行与研究开发工作的高级工程技术人才。
二、理论教学环节的改革
1.课程内容的改革。催化技术是现代化学工业的基础，80%以上的化学工业的生产需要使用催化剂。《化学工艺学》教材中几乎每一章都涉及不同类型的催化剂，然而大多数同学对工业催化剂及其应用条件还不太了解。因此本书中介绍了工业催化剂的类型、制备方法及其原理，使同学们对工业催化有直观的认识，在本书的绪论部分我们有针对性地介绍了一些不同种类催化剂的基础知识。
多相催化反应的共同特点是反应物在催化剂表面通过化学吸附生成活性中间体，在催化剂催化作用下，活性中间物进行化学反应生成产物，产物从催化剂表面脱附，催化剂得以复原。通常用“/”来区分载体与活性组分，如Ru/Al2O3表示钌负载在氧化铝载体上，Pt/SiO2则表示铂负载在氧化硅载体上。用“-”来区分各活性组分及助催化剂，如Pt-Sn/Al2O3表示铂和锡双金属催化剂负载在氧化铝载体上。通过这部分知识的学习，在教材中遇到不同催化剂时，同学们就能够自己进行判断：这种工业催化剂的活性组分是什么？载体用的是什么材料？一般来说，工业催化剂是一种多相化学反应过程，要求催化剂具有适宜的活性、高选择性和长的寿命，让同学们对工业催化剂有更加直观的了解。工业催化剂种类众多，制备方法各异，并且工业催化剂一般装填量巨大，因此给同学们介绍工业催化剂的制备方法是非常重要的。常用固体催化剂的制备方法有沉淀法、浸渍法、混合法、熔融法、沥滤法等。其中沉淀法和浸渍法是常用的制备方法，沉淀法是在含金属盐类的溶液中，加入沉淀剂，以便生成水合氧化物或碳酸盐的结晶或凝胶，再将生成的沉淀分离、洗涤、干燥和焙烧。浸渍法制备催化剂有所不同，首先制备催化剂载体，载体是一种多孔的吸附材料，再将待负载组分的可溶性化合物溶解在水或溶剂中，配制成一定浓度的浸渍液，用配置好的浸渍液与载体混合，吸附一定时间，滤去过剩溶液，固体经过干燥、煅烧和还原后制得负载型催化剂。固体催化剂最终都是以一定形态和尺寸在反应器中使用，这是为了使气体通过床层时不至于产生过大的压降，使气液在催化剂床层分布均匀。此外，工业催化剂还需承受搬运、装填和操作过程中气流冲击等破坏。这要求催化剂具有一定的机械强度，因此催化剂成型是非常重要和必要的单元操作。通常工业催化剂有柱状、球形、三叶草和空心形状等。在成型方式上，一般可分为自给造粒成型和强制造粒成型，自给造粒成型包括滚动成球、喷动床成球等。强制造粒成型有压片、挤条、破碎、滴液、喷雾干燥等。如Al2O3是最广泛使用的催化剂载体，其加入粘结剂后具有较好的塑性，可通过挤条的方法成型——类似于压面条的方法，一定粘度的Al2O3塑性体通过挤条机挤压成型，选择不同的挤出模具就可以制得各种形状的催化剂。催化剂制备完成后不能立即使用，还需经过煅烧活化才能填入反应器中使用。煅烧是通过热分解除掉易挥发组分而保留一定的化学组成，煅烧可以控制催化剂晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面积，同时提高催化剂的机械强度。为了形成催化反应所需的活性结构，催化剂一般还需进行活化处理，活化是将催化剂由钝态转变为活泼态催化剂的过程。通常可采用还原、氧化、硫化、羟基化等处理方法使催化剂活化。催化剂活化可以在反应器外进行，也可以直接在反应器中进行。
在之后的章节中，当工艺过程中有催化剂参与时，我们都会简单介绍所涉及的催化剂的特点及其制备方法，如第二章化工原料及其初步加工中。在介绍费托合成时，我们会简单介绍一下沉淀铁催化剂的制备方法，介绍近年来国内外对提高铁基催化剂的活性和选择性做的一些研究工作。在介绍合成气制甲醇的MTG工艺时，我们会介绍分子筛的特点，分子筛的几种重要的合成方法及其影响因素，以及分子筛择形选择性在工业催化上的重要应用。第三章无机化工产品典型生产工艺中，我们会介绍工业上甲烷水蒸气催化转化制合成气催化剂的制备，包括载体的选择、Ni担载量的选择、助剂的选择、担体表面改性的影响等。在氨的合成章节中，我们将详细介绍典型熔铁催化剂的制备方法：将一定量的精选磁铁矿粉、还原剂与适量的助剂混合，放入特殊的钢制炉内，通电后依靠物质的导电性及自身电阻，使混合物通电发热熔融，随后把高温熔浆迅速置入冷却槽内，冷却至室温后凝结成黑色坚硬固体，经粉碎、筛取一定粒度的催化剂，就可以得到合成氨熔铁催化剂。第四章基本有机化工产品典型生产工艺第4.3节，我们介绍了NiW/γ-Al2O3加氧催化剂的制备方法：将20～40目的γ-Al2O3载体于120℃干燥4 h，测试单位质量载体的吸水量，以活性组分担载量为依据，配制一定浓度的硝酸镍和偏钨酸铵盐的混合溶液作为浸渍液，将干燥后的氧化铝载体浸渍在此浸渍液中3 h，过滤出催化剂，在120℃下干燥3 h，然后在500℃下培烧4 h，得到不同Ni/W原子比的加氧催化剂。
2.理论教学方法的改革。化学工艺学中涉及的工艺流程图众多，典型的工艺包括合成氨工艺、氯乙烯制备工艺等，若采用传统的用粉笔板书的形式在黑板上画工艺流程度，不仅费时费力，而且授课过程枯燥，不利于学生理解。因此在教学中，我们采用多媒体教学，画出工艺流程图，并且在课件中制作了大量的生动的工厂现场照片、二维动画、三维动话等多种教学形式的改进。教学手段的多样化是提高教学效果的重要途径，采用该教学方式扩大了教学信息量，使学生对化工典型产品工艺流程有总体的、深刻的认识，激发学生学习的兴趣和热情。
三、实践教学环节的探索
虽然石河子大学化学工艺学这门课没有安排实践教学内容，但本校有多台大型专业实验设备，在理论课教学结束后，我们组织学生参观专业实验室，通过教师现场演示，使同学们了解小装置工艺流程和主要设备。我校目前现有的相关专业实验装置有：乙苯脱氢制苯乙烯，催化裂化装置，原油实沸点蒸馏仪，固定床催化加氢装置等。如在讲授催化裂化设备时，我们以流化床催化裂化装置为例，介绍装置的主要设备：流化床反应器，再生器，加热炉，分馏塔。通过运行装置，使同学们加深对催化裂化工艺流程及参数的理解。在讲授乙苯脱氢制苯乙烯时，我们会结合乙苯脱氢实验装置，给同学们介绍反应温度、压力对苯乙烯转化率的影响。教材中虽然没有介绍苯乙烯转化率的计算，但我们将根据装置自带的气相色谱分析仪，讲述苯乙烯转化率的计算方法。通过一系列实践教学改革，培养同学们对所学专业知识综合理解能力和应用实践能力，培养学生运用所学的化工专业知识，独立分析和解决化工生产中实际问题的能力。
四、结语
综上所述，改革后的《化学工艺学》课程在理论教学中引入了工业催化知识，以典型化工产品生产工艺为主线，课程以讲授为主，同时综合运用多媒体教学手段和“启发与互动式”等教学方法，将专业实验仪器作为实践性教学的重要组成部分引入到理论课教学中，使同学们深入理解化学加工过程的基本原理、工艺参数、流程组织、环境影响等，充分调动化工专业学生学习的积极性，培养学生运用化学工程与工艺基本原理解决实际生产问题的能力，收获了可观的教学效果。
参考文献：
[1]汪俊锋，常杰，阴秀丽，付严.改进共沉淀法制备Cu基甲醇催化剂[J].煤炭转化，2004，（02）.
[2]马新起.多媒体课件化工工艺学的设计与开发[J].实验室研究与探索，2003，（03）.
[3]童淮荣.苯乙烯及乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的现状和发展[J].化学反应工程与工艺，2005，（05）.