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摘要：化学工程与技术学科是一门工科性较强的学科。很多本科是化学类方向的本科生进入化学工程与技术硕士点学习的时候，由于本科阶段是理科化学，比如应用化学专业、化学专业、有机化学专业、物理化学专业等，这些专业的学习以四大化学为主，较少涉及化工三大传递和反应工程的理论学习。这些学生缺乏化工类工程计算知识体系的培训，很难从本质上了解化学工程的三传一反知识。因此，本文对本科是理科化学的化工研究生的三传一反理论的学习问题，浅谈化工过程模拟课程开设的必要性，同时谈谈关于此课程的内容框架设计心得和授课心得。
化学工程与技术学科是以化学过程为主体的，研究各种化工过程的工艺参数优化、工程计算和过程开发的一门学科。这对硕士生的化工三传一反知识体系要求较高。但是一些高校化工硕士点的生源大部分是理科化学专业，比如应用化学专业、化学专业、有机化学专业、物理化学专业等。这些专业学生的化工知识体系较为薄弱，因此作者所在的单位为化工硕士生开设了化工传递过程数值模拟课。开设这样的课程的目的是在较短的时间内，为缺乏工程素养的研究生建立化学工程传递守恒和工程计算的知识体系[1]。
化工传递过程数值模拟课程主要包括流体力学计算、化工过程模拟和过程数值计算等，主要是对化工过程中的三大传递进行数值计算，该课程属于学位专业课[2]。国内重点高校也开设了相关课程，要求学生需选修两门数学课。数学基础课主要涉及工程领域内的数学计算，数值统计以及数学物理方程。研究生根据自己课题的方向选择相应的数学课程。数学基础课对学生的数学功底要求较高，硕士阶段的数学课程的学习难度较大，学生掌握的程度和学习的效果和本科阶段数学功底有较大的关系。学生普遍反映难度较高，难以跟上老师的教学进度。对于作者所在的高校这样的地方大学，研究生生源无法保证，这导致本校研究生更难学好这些数学基础课。
化学工程与技术学科的工科性较强，以工艺开发和工程优化为主，以“三传一反”的核心理论为主导。在化工过程的研究中，对化工过程进行模型化是研究化工过程中传递问题、反应速率问题和机理问题的重要工具。过程模拟课程在国内众多高校化工研究生课程中占有重要的位置。化工过程的过程模拟包括的领域方向较多，微观计算有量子化学计算、统计热力学计算和分子模拟等，宏观尺度过程计算有流体力学、传质模拟和反应模拟等。国内重点高校（如天津大学、南京工业大学、华东理工大学等）大多开设这里面的3-5门课程让研究生选择一门课程[1，2]。但是学好这些过程模拟课程的前期条件是，学生需要有数值分析和数理方程的基础。
笔者在该课程的内容安排和框架体系进行了优化设计，主要思路是，在讲授一部分浅显的数值分析的基础上讲授过程模拟专业知识，设计浅显易懂的化工过程让学生在较短的时间内对数值分析和过程模拟有较深入的理解。笔者在结合了学院目前情况的前提下，将研究生数学课程和过程模拟结合到一起，以简化的数学理论讲解的先导，结合过程模拟为应用案例，互补的讲解化工过程的过程模拟课程。在讲解数学模型的模拟和求解之前，有選择性的讲解数值分析的基础知识。一方面这能使得本专业研究生在学习数值分析知识的时候不至于失去宝贵的学习兴趣；其次通过过程模拟课程的学习，学生能通过建立虚拟的原型来理解工艺工程中的内部机制，通过对数学模型的建立和求解来掌握过程中物质传递机理和反应工程机理[3]。以典型化工过程模拟案例为主体，逐步引入数值分析知识，让学生带着兴趣去学习数值分析，而不是没有目的性的学习数值分析。
化工过程模拟是化学工程与技术学科硕士研究生的必修课。针对目前国内化学工程与技术类研究生的本科是理科的问题，我们将复杂的数值分析用浅显易懂的本科阶段高数微积分知识讲解给学生，选择一些具有代表性的化工案例，比如管式反应器中的质量传递、热量传递、动量传递、停留时间分布模型等[4]，比如NOX的催化吸附反应器的质量传递和热量传递，比如氢空燃料电池中气体在流道中的传质和动量传递等[4]。在讲解数学模型的模拟和求解之前，有选择性的用浅显易懂的高数微积分知识讲解数值分析的基础知识，比如用简单的扩散问题来讲解一维和二维的离散化算法。一方面这能使得本专业研究生在学习数值分析知识的时候不至于失去宝贵的学习兴趣；其次通过过程模拟课程的学习，学生能通过建立虚拟的原型来理解工艺工程中的内部机制，通过对数学模型的建立和求解来掌握过程中物质传递机理和反应工程机理。
1.以过程模拟的案例来引导学生学习数值分析的知识，尽量避免较复杂的难懂的数学理论使得学生失去学习兴趣。因此整理出数值分析课程中用到的过程过程模拟的基础数学理论，在过程过程模拟的讲解前期就介绍给学生。具体包括数理方程、应用数值统计和数值分析的部分内容。
2.化工过程的模拟案例的选择。选择一些能分别体现“三传一反”（质量传递、动量传递、热量传递和反应工程）理论的经典化工过程作为过程模拟的案例。化工过程分类较多，较复杂的化工过程以及单元操作不适合本校研究生，我们需要寻找一些既让学生能很快深入又能激发学生研究兴趣的化工过程典型案例[5]。我们从化工过程的三大原理（质量传递、动量传递和热量传递）出发，从揭示三大原理的角度来选择经典的化工过程作为过程模拟的案例[6]。
3.根据三大传递，列出数学模型中的质量传递、热量传递和动量传递偏微分方程，若是一维模型，即给出解析解或积分方程的推导过程，若是二维或三维模型，给出模拟软件认可的简化偏微分方程。根据上述确定的偏微分方程确定数值分析部分需要讲解的知识，将模型中的偏微分方程按照数值分析的分类分为双曲线型、抛物线型和椭圆型等，从数值分析的角度对这些偏微分方程进行推导和讲授。对主要的偏微分方程进行数学离散，从数值分析的角度进行讲授离散方法和离散过程。
参考文献：
[1]余国琮等，化工类专业创新型人才的培养——“化工类专业创新人才培养模式、教学内容、教学方法和教学技术改革的研究与实施”项目成果简介， 化工高等教育，2006（1）：8-12
[2]邹丽霞等，“化学工程与工艺专业”复合式应用型人才培养模式的研究，化工高等教育，2008（1）：15-18
[3]肖国民等，通用化工模拟软件在《化工传递过程原理》教学中的应用，化工时刊，2012（10）：53-59
[4]葛蔚等，从多尺度到介尺度——复杂化工过程模拟的新挑战，化工学报，2010（7）：1613-1620
[5]阎建民，化工原理教学中对传递过程的类比，化工高等教育，2004（4）：82-83
[6]孙志仁等，传递过程导论教学中培养学生工程观的探索，化工高等教育，2010（1）：52-55.
化学工程与技术学科是以化学过程为主体的，研究各种化工过程的工艺参数优化、工程计算和过程开发的一门学科。这对硕士生的化工三传一反知识体系要求较高。但是一些高校化工硕士点的生源大部分是理科化学专业，比如应用化学专业、化学专业、有机化学专业、物理化学专业等。这些专业学生的化工知识体系较为薄弱，因此作者所在的单位为化工硕士生开设了化工传递过程数值模拟课。开设这样的课程的目的是在较短的时间内，为缺乏工程素养的研究生建立化学工程传递守恒和工程计算的知识体系[1]。
化工传递过程数值模拟课程主要包括流体力学计算、化工过程模拟和过程数值计算等，主要是对化工过程中的三大传递进行数值计算，该课程属于学位专业课[2]。国内重点高校也开设了相关课程，要求学生需选修两门数学课。数学基础课主要涉及工程领域内的数学计算，数值统计以及数学物理方程。研究生根据自己课题的方向选择相应的数学课程。数学基础课对学生的数学功底要求较高，硕士阶段的数学课程的学习难度较大，学生掌握的程度和学习的效果和本科阶段数学功底有较大的关系。学生普遍反映难度较高，难以跟上老师的教学进度。对于作者所在的高校这样的地方大学，研究生生源无法保证，这导致本校研究生更难学好这些数学基础课。
化学工程与技术学科的工科性较强，以工艺开发和工程优化为主，以“三传一反”的核心理论为主导。在化工过程的研究中，对化工过程进行模型化是研究化工过程中传递问题、反应速率问题和机理问题的重要工具。过程模拟课程在国内众多高校化工研究生课程中占有重要的位置。化工过程的过程模拟包括的领域方向较多，微观计算有量子化学计算、统计热力学计算和分子模拟等，宏观尺度过程计算有流体力学、传质模拟和反应模拟等。国内重点高校（如天津大学、南京工业大学、华东理工大学等）大多开设这里面的3-5门课程让研究生选择一门课程[1，2]。但是学好这些过程模拟课程的前期条件是，学生需要有数值分析和数理方程的基础。
笔者在该课程的内容安排和框架体系进行了优化设计，主要思路是，在讲授一部分浅显的数值分析的基础上讲授过程模拟专业知识，设计浅显易懂的化工过程让学生在较短的时间内对数值分析和过程模拟有较深入的理解。笔者在结合了学院目前情况的前提下，将研究生数学课程和过程模拟结合到一起，以简化的数学理论讲解的先导，结合过程模拟为应用案例，互补的讲解化工过程的过程模拟课程。在讲解数学模型的模拟和求解之前，有選择性的讲解数值分析的基础知识。一方面这能使得本专业研究生在学习数值分析知识的时候不至于失去宝贵的学习兴趣；其次通过过程模拟课程的学习，学生能通过建立虚拟的原型来理解工艺工程中的内部机制，通过对数学模型的建立和求解来掌握过程中物质传递机理和反应工程机理[3]。以典型化工过程模拟案例为主体，逐步引入数值分析知识，让学生带着兴趣去学习数值分析，而不是没有目的性的学习数值分析。
化工过程模拟是化学工程与技术学科硕士研究生的必修课。针对目前国内化学工程与技术类研究生的本科是理科的问题，我们将复杂的数值分析用浅显易懂的本科阶段高数微积分知识讲解给学生，选择一些具有代表性的化工案例，比如管式反应器中的质量传递、热量传递、动量传递、停留时间分布模型等[4]，比如NOX的催化吸附反应器的质量传递和热量传递，比如氢空燃料电池中气体在流道中的传质和动量传递等[4]。在讲解数学模型的模拟和求解之前，有选择性的用浅显易懂的高数微积分知识讲解数值分析的基础知识，比如用简单的扩散问题来讲解一维和二维的离散化算法。一方面这能使得本专业研究生在学习数值分析知识的时候不至于失去宝贵的学习兴趣；其次通过过程模拟课程的学习，学生能通过建立虚拟的原型来理解工艺工程中的内部机制，通过对数学模型的建立和求解来掌握过程中物质传递机理和反应工程机理。
1.以过程模拟的案例来引导学生学习数值分析的知识，尽量避免较复杂的难懂的数学理论使得学生失去学习兴趣。因此整理出数值分析课程中用到的过程过程模拟的基础数学理论，在过程过程模拟的讲解前期就介绍给学生。具体包括数理方程、应用数值统计和数值分析的部分内容。
2.化工过程的模拟案例的选择。选择一些能分别体现“三传一反”（质量传递、动量传递、热量传递和反应工程）理论的经典化工过程作为过程模拟的案例。化工过程分类较多，较复杂的化工过程以及单元操作不适合本校研究生，我们需要寻找一些既让学生能很快深入又能激发学生研究兴趣的化工过程典型案例[5]。我们从化工过程的三大原理（质量传递、动量传递和热量传递）出发，从揭示三大原理的角度来选择经典的化工过程作为过程模拟的案例[6]。
3.根据三大传递，列出数学模型中的质量传递、热量传递和动量传递偏微分方程，若是一维模型，即给出解析解或积分方程的推导过程，若是二维或三维模型，给出模拟软件认可的简化偏微分方程。根据上述确定的偏微分方程确定数值分析部分需要讲解的知识，将模型中的偏微分方程按照数值分析的分类分为双曲线型、抛物线型和椭圆型等，从数值分析的角度对这些偏微分方程进行推导和讲授。对主要的偏微分方程进行数学离散，从数值分析的角度进行讲授离散方法和离散过程。
参考文献：
[1]余国琮等，化工类专业创新型人才的培养——“化工类专业创新人才培养模式、教学内容、教学方法和教学技术改革的研究与实施”项目成果简介， 化工高等教育，2006（1）：8-12
[2]邹丽霞等，“化学工程与工艺专业”复合式应用型人才培养模式的研究，化工高等教育，2008（1）：15-18
[3]肖国民等，通用化工模拟软件在《化工传递过程原理》教学中的应用，化工时刊，2012（10）：53-59
[4]葛蔚等，从多尺度到介尺度——复杂化工过程模拟的新挑战，化工学报，2010（7）：1613-1620
[5]阎建民，化工原理教学中对传递过程的类比，化工高等教育，2004（4）：82-83
[6]孙志仁等，传递过程导论教学中培养学生工程观的探索，化工高等教育，2010（1）：52-55.