烃类管式炉裂解教学实验方法改革与实践

南国枝　范维玉　王延铸　齐选良

[摘 要]实验教学向学生传授的是认识世界的方法，实验学习是学生接受知识、培养能力、进行创新素质教育的重要途径。将传统的固定实验条件教学模式改为选择实验条件的教学模式，改革后的实验方法为：将教学实验中的影响因素按照正交实验方法列表，学生3-4人一组，每组学生按照正交实验表中的一组条件进行实验，实验结束后写出实验报告，学生将各组的实验结果进行汇总并分析讨论，避免过去所有学生都做相同条件实验的弊端。实践表明，改革后的教学实验方法，提高了学生们的实验兴趣，在实验操作、结果汇总、数据分析讨论的过程中，学生们既学到了科学的实验方法，又锻炼了分析问题、解决问题的能力。

[关键词]烃类管式炉裂解 教学实验 实验方法改革 实践

[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）10-0103-03

实验教学向学生传授的是认识世界的方法，实验学习是学生接受知识、培养能力、进行创新素质教育的重要途径。[1]实验教学也是高等教育中非常重要的一个必修环节，是人才培养的基本条件。[2]石油烃类的管式炉裂解是目前生产乙烯的主要方法[3]，许多工科类高校都开设了石油烃类管式炉裂解的教学实验。[4] [5]随着时间的推移，教学实验设备都有了不同程度的更新，但是教学实验方法多年来基本都是固定模式，即学生们根据实验讲义的要求，按照固定方法和固定实验条件进行实验，最后整理数据写出实验报告，因为数据单一，无法进行横向和纵向的比较分析，达不到开发学生创新性思维的目的。随着高校教育理念的转变，在教学手段、教学方法及教学内容等方面也应与时俱进，要向研究型、创新性思维的人才培养模式迈进，要跟上石油化工发展的趋势。因此，我们针对石油烃类管式炉裂解教学实验，进行了教学实验方法的改革探索与实践。

一、教学实验方法的改革

针对传统的烃类管式炉裂解教学实验方法的固定模式，进行了如下改革：根据实验原料的不同，进行实验条件的选择实验，即将每个班的学生按3-4人一组分成9组，选定实验的影响因素和水平，按照正交实验的方法列成L9表，每组学生做L9表中的一组实验，实验结束后各组分别写出本组的实验报告，然后学生们将九组的实验结果进行汇总并分析讨论，找出最重要的影响因素，找出最佳的工艺条件。在实验过程、结果汇总、分析讨论的过程中，学生们既学到了科学的实验方法，又开动脑筋对实验结果进行了分析，找出了最佳工艺条件，避免了过去所有学生都做相同条件实验的弊端，既锻炼了学生动手动脑的能力，又锻炼了学生分析问题、解决问题的能力。

二、改革后教学实验方法的实践

教学实验以90℃～120℃石油醚为原料，测得其密度=0.695g / mL，选定反应温度、停留时间、蒸汽稀释比为影响因素，正交实验安排见表1。

2012-2013年，我们将改革后的烃类管式炉裂解教学实验方法在化学工程与工艺专业2010级11个班的学生中进行了应用，每个班按3-4人一组分成9组，每组按表1的实验条件做一组实验。

以2010级1班第5组为例，实验报告中的数据处理结果如下：

（一）裂解气色谱分析结果

谱图分析中，裂解气中乙烯、丙烯的含量由归一法计算所得。实验的裂解气谱图及分析结果如下：

数据处理见表2。

由表2中的数据可以看出：在裂解气中乙烯的体积含量为31.10%，丙烯的体积含量为16.63%。

（二）计算乙烯、丙烯的质量收率[7]

乙烯的质量收率按下式计算，同理可计算出丙烯的质量收率。式中乙烯和丙烯含量分别为乙烯和丙烯在裂解气中的体积百分数。

第五组的实验数据如表3所示：

全班9组的乙烯、丙烯质量收率的数据处理结果见表4。

对表4中9组实验数据进行统计分析，分别求出在三个因素中每个水平所对应的乙烯、丙烯收率实验结果的平均值，结果见表5和表6。

由表5可以看出：停留时间对乙烯质量收率的影响最大，其次是温度，油水质量比的影响较小；因为停留时间和温度的影响是紧密相关的，从极差来看二者的影响也相差不大。由表中数据的分析得出，在所考察范围内，乙烯质量收率较好的工艺条件为：温度在800℃，停留时间0.7s，油水质量比1∶1.4。

由表6可以看出：温度对乙烯质量收率的影响最大，其次是油水质量比，停留时间的影响较小；在所考察范围内，丙烯质量收率较好的工艺条件为：温度在750℃，停留时间0.5s，油水质量比1∶1.4。

四、结语

通过对教学实验方法的改革，将教学实验中的影响因素按照正交实验方法列表，每组学生按照正交实验表中的一组条件进行实验，实验结束后写出实验报告，然后全班学生将各组的实验结果进行汇总并分析讨论，避免了过去所有学生都做相同条件实验的弊端。实践表明，改革后的教学实验方法，将过去的固定条件模式改革为变换条件模式，把学生引入“设境—探究—分析—发现—解决”的学习模式中去，从而使学生的主体作用得到发挥，创造性思维得到培养，实验兴趣大大提高。在实验操作、结果汇总、数据分析讨论的过程中，学生们既学到了科学的实验方法及动手动脑的能力，又锻炼了分析问题、解决问题的能力。经过11个班的教学实验实践，学生们反映良好。

[ 注 释 ]

[1] 陈语林，童键，刘卫国.改革实验教学方法培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2003（4）：30-31.

[2] 王明绪.实验教学是人才培养的条件[J].实验室研究与探索，2002（8）：25-28.

[3] 曾清泉，许士兴.制乙烯的管式裂解炉技术的发展[J].石油化工，1998（27）：287-292.

[4] 孙煜东.化学工程与工艺专业实验[M].北京：石油工业出版社，2013：117-122.

[5] 梁克中.化学工程与工艺专业实验[M].重庆：重庆大学出版社，2011.

[6] 徐仲安，王天保，李常英，等.正交试验设计法简介[J].科技情报开发与经济，2002（5）：148-150.

[7] 郝红，熊国华，张少锋，等.烃类热裂解的丙烯产率计算[J].化学工程，1999（2）：54-59.

[责任编辑：覃侣冰]