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經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì),我國共有100多所高校招有化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)碩士研究生,該專業(yè)研究方向過多,一個(gè)專業(yè)出現(xiàn)87個(gè)研究方向。研究方向的劃分有的甚至是跨學(xué)科的。如化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)是屬于工學(xué)的,應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是屬于理學(xué),可應(yīng)用化學(xué)居然是化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)的一個(gè)研究方向。同屬于一個(gè)研究方向,研究方向的名稱也是多樣化的,缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),如安徽大學(xué)、南昌大學(xué)的綠色化學(xué)工程,上海大學(xué)就稱為綠色化學(xué)與工藝。為了解決上述問題,我們請(qǐng)教了化工領(lǐng)域的專家,給這87個(gè)研究方向做一個(gè)歸類,分為9個(gè)大的方向(表1)。由表1可以發(fā)現(xiàn)我國化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)是存在學(xué)科集群現(xiàn)象的,表現(xiàn)在:專業(yè)的學(xué)科建設(shè),已經(jīng)不單是化學(xué)工程的問題,而涉及到了化學(xué)化工研究的所有領(lǐng)域,包括應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境化工、工業(yè)催化、資源與材料工程、新能源技術(shù)、生物工程與技術(shù)、過程系統(tǒng)工程、油氣加工及石油化工等。我國化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)學(xué)科集群的力度較大,表現(xiàn)在:各個(gè)高校的研究方向基本上都比較多,如清華大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、上海大學(xué)等高校,其研究方向都是傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存,傳統(tǒng)化學(xué)化工的研究方向所占比例較大,如化學(xué)工程,包含的研究方向較多。部分代表21世紀(jì)化學(xué)化工發(fā)展方向的研究方向,在很多學(xué)校都受到重視,如資源與材料工程,研究方向也比較多。
二、化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)學(xué)科集群的創(chuàng)新及競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)
本文選擇山西省高校做研究,分析其師資力量情況,以分析化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)集群的創(chuàng)新及競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。山西省作為我國化工3大生產(chǎn)基地,化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)是山西省的支柱產(chǎn)業(yè),化學(xué)化工專業(yè)是山西省高校、特別是工科院校的學(xué)科優(yōu)勢(shì)之一。選擇山西大學(xué)、中北大學(xué)、太原理工大學(xué)的化學(xué)化工學(xué)院為樣本(見表2),按照前文對(duì)學(xué)科集群的認(rèn)識(shí),這些學(xué)院都有9個(gè)以上相關(guān)專業(yè)和研究方向,已經(jīng)形成了一定的學(xué)科集群規(guī)模。其中論文指該學(xué)院教師被SCI、EI、ISTP3大檢索刊物收錄的論文數(shù)。中北大學(xué)的數(shù)據(jù)包含了CA論文。山西大學(xué)的數(shù)據(jù)不包括ISTP論文。專著指該學(xué)院教師出版的學(xué)術(shù)專著數(shù),不包括教材。項(xiàng)目及獎(jiǎng)項(xiàng)指該學(xué)院教師申請(qǐng)的省部級(jí)以上項(xiàng)目、經(jīng)費(fèi)及省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)。發(fā)明專利指:該學(xué)院教師申請(qǐng)并且授權(quán)的發(fā)明專利。3所高校的化學(xué)化工學(xué)院擁有一定數(shù)量的教授和博士生導(dǎo)師,博士學(xué)位的教師也占到了較大比例。3所學(xué)院教師的科研成果也較為可觀,被3大檢索刊物收錄的論文數(shù)量較多,出版了一定數(shù)量的專著,申請(qǐng)了一定數(shù)量的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金的重大攻關(guān)項(xiàng)目,以及“863”項(xiàng)目,甚至獲得了國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。中北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院承擔(dān)過“973”項(xiàng)目,獲得過國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng),三等獎(jiǎng)2項(xiàng),國防科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。中北大學(xué)和山西大學(xué)還擁有發(fā)明專利十幾項(xiàng)。從師資力量來看,應(yīng)該說學(xué)科集群讓山西省高?;瘜W(xué)化工領(lǐng)域的創(chuàng)新取得了一定的成就,使得山西省高校化學(xué)化工專業(yè)在全國具有了一定的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)和影響力。
三、化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)學(xué)科集群的協(xié)同創(chuàng)新模式
山西大學(xué)至今已與國內(nèi)20余所高校、科研院所建立了學(xué)術(shù)交流與合作關(guān)系;與日本巖手大學(xué)、香港浸會(huì)大學(xué)等國家和地區(qū)的高校及科研單位簽訂協(xié)議,開展交流。在校企合作方面,與山西三維集團(tuán)股份有限公司、太原鋼鐵(集團(tuán))公司、天脊集團(tuán)等大型企業(yè),在產(chǎn)品研發(fā)、崗位培訓(xùn)等多方面進(jìn)行了良好的合作。太原理工大學(xué)與山西化工研究所建立了山西省化學(xué)工程技術(shù)中心,還與山西焦化集團(tuán)公司等6個(gè)企業(yè)建立了長期穩(wěn)定的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系。中北大學(xué)安全工程系與航天一院、航天三院、北京理工大學(xué)、南京理工大學(xué)、第二炮兵工程學(xué)院、西安近代化學(xué)研究所等科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了卓有成效的科研項(xiàng)目合作。從產(chǎn)學(xué)研合作角度來看,三所高校都與國內(nèi)外相關(guān)院校、科研院所和企業(yè)建立了良好的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系。從企業(yè)合作的視角來看,在研發(fā)方面,與山西省的產(chǎn)業(yè)集群密切相關(guān),合作領(lǐng)域主要為新能源技術(shù)、環(huán)境化工、生物工程與技術(shù)。3所高校的化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科集群與山西省的產(chǎn)業(yè)集群具有一定的協(xié)同關(guān)系,構(gòu)建了學(xué)科集群與產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新的模式,圍繞著山西省的產(chǎn)業(yè)特色,為山西省地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)。
四、我國化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)集群的路徑
從以上3所高校的情況來看,基本上已經(jīng)完成了單個(gè)高校某個(gè)學(xué)科的集群,在3所高校內(nèi)部相關(guān)專業(yè)之間建立了學(xué)科集群,集群的方式是建立化學(xué)化工學(xué)院,統(tǒng)籌化學(xué)化工各個(gè)專業(yè),從多學(xué)科、多專業(yè)、多研究方向的角度,進(jìn)行學(xué)科集群。關(guān)于區(qū)域性學(xué)科集群,即單個(gè)高校與該高校所在地高校、研究所和企業(yè)之間的集群,3所高校都作出了一定的努力,也取得了一定的實(shí)效。集群的方式是產(chǎn)學(xué)研合作,與山西省高校、科研院所和企業(yè)建立合作關(guān)系,從而服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)。關(guān)于跨區(qū)域性學(xué)科集群,即單個(gè)高校與該高校所在地之外高校、研究所和企業(yè)之間的集群,中北大學(xué)有一定的建樹,卻沒有進(jìn)一步深入。中北大學(xué)之所以能夠有一定建樹的原因是該校原來是部屬院校,與其他部屬院校具有一定的合作關(guān)系。因此,中北大學(xué)的跨區(qū)域?qū)W科集群,僅僅局限于與兄弟院校的合作,還沒有進(jìn)一步深入到與其他省份企業(yè)的合作上。
材料化學(xué)工程是由化學(xué)工程學(xué)科和材料學(xué)科交叉滲透所形成的一門分支學(xué)科,其研究方向主要有兩個(gè):一是以新材料為基礎(chǔ),不斷發(fā)展反應(yīng)過程的反應(yīng)技術(shù),比如吸附過程、膜過程、催化過程等。該方向主要是通過材料的特征將其分離并進(jìn)行反應(yīng),其目的是揭示材料微觀結(jié)構(gòu)中物質(zhì)進(jìn)行傳遞和反應(yīng)機(jī)理,進(jìn)而總結(jié)出適用于材料設(shè)計(jì)和反應(yīng)過程優(yōu)化的理論方法和工藝技術(shù)。二是在材料制備的過程中,用化學(xué)工程的理論方法解決所遇到的關(guān)鍵問題,比如如何運(yùn)用微結(jié)構(gòu)的性能關(guān)系來實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的控制,從而完成從材料制備到定向制備的轉(zhuǎn)化。新材料的開發(fā)是材料化學(xué)工程發(fā)展的關(guān)鍵和先導(dǎo),直接可以衡量出國家的材料化學(xué)發(fā)達(dá)與否,因此,開發(fā)新材料對(duì)于材料化學(xué)工程的發(fā)展至關(guān)重要。材料化學(xué)包括陶瓷材料、聚合物材料、磁性材料、化學(xué)傳感材料、電子材料、超硬材料、無機(jī)非金屬材料、催化和吸附材料和薄膜材料等,這些材料很大程度上豐富了材料化學(xué)工程的領(lǐng)域,對(duì)其發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。
2新材料的開發(fā)
我國在新材料的開發(fā)領(lǐng)域取得了很多亮點(diǎn),這些新材料的開發(fā)成為分離和反應(yīng)過程的重要基石。一些研究所和大學(xué)正在開發(fā)一種非晶態(tài)的金催化材料,這種材料很有發(fā)展前途,因?yàn)樗哂蟹浅C黠@的催化特性,而且其催化活性還具有特殊的選擇性,具有顯著的催化活性和特殊的選擇性。對(duì)這種材料進(jìn)行流程綜合和技術(shù)集成,可以有助于我國新型石油化工技術(shù)的構(gòu)建。石油化工科學(xué)研究院也開發(fā)出一種新型的鈦硅分子篩催化材料,這種材料具有定向氧化催化作用,可以實(shí)現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)”,使“零排放”工藝成為可能,而且也具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性。而在新材料的分離技術(shù)方面,我國也取得了很大的進(jìn)步,其中南京工業(yè)大學(xué)發(fā)展了以陶瓷膜材料為原料的新單元技術(shù),同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)集成單元技術(shù)的開發(fā),這些研究不僅使我國陶瓷技術(shù)更加趨于成熟,而且還形成了陶瓷膜新產(chǎn)業(yè),為我國帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
3材料化學(xué)工程技術(shù)的進(jìn)展
材料化學(xué)主要是對(duì)產(chǎn)品微結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,其主要手段是在加工材料時(shí),將化學(xué)方法引入進(jìn)去,這樣我們就可以通過宏觀條件來調(diào)控產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu),從而為材料的加工和制備提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。因此,化學(xué)工程技術(shù)的改進(jìn)將直接促進(jìn)材料化學(xué)工程的發(fā)展。我國在化學(xué)工程技術(shù)改進(jìn)方面已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)展。清華大學(xué)在碳納米粉體材料的制備過程中,引入了傳統(tǒng)的流化床技術(shù),大大降低了生產(chǎn)成本,從而使此生產(chǎn)技術(shù)可以用于工業(yè)化生產(chǎn),帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。北京化工大學(xué)則用超重力場(chǎng)技術(shù)來放大納米材料生產(chǎn)過程中的形貌控制問題,這樣就可以通過調(diào)節(jié)超重力場(chǎng)的強(qiáng)度來調(diào)節(jié)和改變產(chǎn)品的粒徑,。通過這種方法,我國已經(jīng)成功制備出碳酸鋇、碳酸、碳酸鋰、氫氧化鋁和碳酸鍶等納米粉體,并且形成了工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)體系,為我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
4展望
材料化學(xué)工程作為一門交叉學(xué)科,不僅促進(jìn)了材料工業(yè)的發(fā)展,而且也豐富了傳統(tǒng)化學(xué)工程學(xué)科的內(nèi)容,因此,具有非常重大的研究意義。我國材料化學(xué)工程的研究已經(jīng)取得很多可喜的成就,很多成果在世界上都位于領(lǐng)先水平。但是,材料化學(xué)工程中仍然有很多問題需要我們解決,因此,我們需要再接再厲,爭取使材料化學(xué)工程的研究更加深入,使其更好地為人類服務(wù)。
5結(jié)語
關(guān)鍵詞:化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn);數(shù)據(jù)處理;MATLAB軟件;化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);化學(xué)實(shí)驗(yàn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類號(hào):O652 文章編號(hào):1009-2374(2015)09-0059-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0785
1 MATLAB軟件
MATLAB軟件最早由美國的Mathworks公司提出,其主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中,為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言的編輯模式,代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。近年來MATLAB軟件逐漸被用于化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中,極大地提高了數(shù)據(jù)處理的效率。
2 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)不同于普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)只重視一個(gè)原理的求證,它的目的是為了解決工業(yè)中的化工問題,其特點(diǎn)主要有實(shí)驗(yàn)時(shí)間長、實(shí)驗(yàn)規(guī)模大和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理繁雜等。在整個(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)里數(shù)據(jù)處理是必不可少的階段,也是印證化學(xué)實(shí)驗(yàn)成果是否行之有效的必要手段,但是由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過于龐大,實(shí)驗(yàn)當(dāng)中相關(guān)的參數(shù)關(guān)系大多是非線性的,單單依靠傳統(tǒng)的手工計(jì)算不僅速度慢,還容易出現(xiàn)計(jì)算失誤的情況,根本無法滿足實(shí)際的需求,因此,將MATLAB軟件融入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理中刻不容緩,它能有效地將繁瑣的計(jì)算步驟化解成簡單的計(jì)算,提高工作效率,讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性達(dá)到最高值,避免誤差的產(chǎn)生。以下通過研究兩個(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn),分析MATLAB軟件在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)與傳統(tǒng)的手工計(jì)算有什么優(yōu)勢(shì)和便利。
3 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)
3.1 數(shù)據(jù)處理的程序框架
因?yàn)槊恳粋€(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的目的都不相同,因此其處理的步驟以及涉及的化學(xué)公式也不盡相同,不可能以一個(gè)程序來概括,但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié),發(fā)現(xiàn)不同的化工實(shí)驗(yàn)中都會(huì)有其相似之處,它們都可以由圖1來概述:
圖1
3.2 數(shù)據(jù)處理的程序編制
3.2.1 數(shù)據(jù)輸入。化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)輸入主要依靠提示的函數(shù)input實(shí)現(xiàn),比如以溫度為例子,則其輸入函數(shù)為:t=input(‘請(qǐng)輸入實(shí)驗(yàn)的溫度(攝氏度):’),其中輸入函數(shù)大多是以矩陣的輸入形式為主。
3.2.2 處理和作圖?;瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)存在離散的情況,必須經(jīng)由多種擬合的方法將它們結(jié)合成一條或多條連合的曲線,而其中最常用的擬合方式是最小二乘法,因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的擬合方式也采用最小二乘法的方式。
設(shè)實(shí)驗(yàn)的離散數(shù)據(jù)(x1,y1)通過最小二乘法將其擬合成因變量y,自變量x,輸入的函數(shù)關(guān)系為y=f(x),函數(shù)關(guān)系的主要思路是讓離散數(shù)據(jù)中的x1的殘差平方以及Σ(f(x1)-y1)2達(dá)到最小值。因?yàn)樵诘贸龌?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中多少會(huì)因?yàn)橥饨绲囊蛩卮嬖谥恍┱`差,因此最小二乘法可以無需使輸入函數(shù)y=f(x)必須經(jīng)過全部的離散數(shù)據(jù)(x1,y1),但是殘差平方和必須達(dá)到最小值。根據(jù)最小二乘法的擬合方法可知,最小二乘法可以滿足化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的擬合應(yīng)用需求。
在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中會(huì)涉及到流體的流動(dòng)阻力研究,研究主要是通過測(cè)試流體的流動(dòng)阻力,在經(jīng)過特定的計(jì)算之后得出摩擦系數(shù)(λ)和雷諾準(zhǔn)數(shù)(Re)的離散數(shù)據(jù),再同理,經(jīng)過最小二乘法擬合出連續(xù)的曲線,并根據(jù)其畫出相對(duì)應(yīng)的圖形。因?yàn)槟Σ料禂?shù)(λ)和雷諾準(zhǔn)數(shù)(Re)屬于成雙對(duì)數(shù)函數(shù),則:
λ=aReb+c (1)
當(dāng)a,b,c是常數(shù)時(shí),則可以設(shè)c=0:
λ=aReb (2)
因?yàn)棣伺cRe屬于成雙對(duì)數(shù)函數(shù),則:
Logλ=blogRe+loga (3)
得出上述式子之后可以將MATLAB里的函數(shù)polyfit()進(jìn)行線性的擬合,以作為化工數(shù)據(jù)處理的程序
原理。
3.2.3 建立數(shù)據(jù)庫。因?yàn)榻?jīng)過上述的設(shè)計(jì),化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理只能得知在特定的溫度下(比如10℃、20℃以及30℃等)實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù),但
是在實(shí)際的生產(chǎn)中,工業(yè)生產(chǎn)所涉及的溫度多變,不單單只停留在設(shè)計(jì)好的溫度當(dāng)中,因此,這就需要我們?cè)跀?shù)據(jù)中選擇最相近的數(shù)據(jù),假設(shè)它們屬于線性的關(guān)系,再利用內(nèi)插或者外推的方式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù)常數(shù)。在本文的化工實(shí)驗(yàn)中,編寫的程序已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)溫度和密度以及實(shí)驗(yàn)的溫度與黏度進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)擬合,建立出了一個(gè)相對(duì)完整的數(shù)據(jù)庫,在工作中只需將溫度輸入進(jìn)系統(tǒng),則程序可以自動(dòng)跳出在特定溫度下的物性數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)處理效率。
3.3 程序的運(yùn)行
在編制完成化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序,且建立數(shù)據(jù)庫之后,便應(yīng)該輸入數(shù)據(jù)以驗(yàn)證程序是否能有效地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中,MATLAB軟件的應(yīng)用是十分重要的,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可知,在化工實(shí)驗(yàn)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大量的離散數(shù)據(jù),必須經(jīng)過擬合的方式進(jìn)行處理,其處理過程中不僅工作量大,而且十分繁瑣,一旦出現(xiàn)差錯(cuò)則必須重新重來,浪費(fèi)大量的人力物力資源,而且在處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后,在查看實(shí)驗(yàn)當(dāng)中還要將化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算一次,看結(jié)果是否與原先的計(jì)算結(jié)果相同,工作量十分重,但是如果運(yùn)用MATLAB軟件則大大降低了數(shù)據(jù)處理難度,只要在MATLAB軟件中輸入相應(yīng)的化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),就可以得到結(jié)果,節(jié)省了時(shí)間,提高了工作效率。
4 結(jié)語
在實(shí)際的應(yīng)用中,化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)所要處理的數(shù)據(jù)十分龐大,而且涉及的計(jì)算公式也十分多,甚至很多時(shí)候?yàn)榱藢?shù)據(jù)的計(jì)算公式導(dǎo)出來還要建立復(fù)雜的模型,一旦有一個(gè)步驟出現(xiàn)差錯(cuò)則會(huì)直接影響到實(shí)驗(yàn)的成果,如果使用傳統(tǒng)的手工計(jì)算方式,為了避免差錯(cuò)則必須對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算,降低了工作效率,因此MATLAB軟件的應(yīng)用對(duì)于化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理十分重要,它不僅將復(fù)雜的計(jì)算變得簡單,也讓事后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效率得到提高,促進(jìn)了化工實(shí)驗(yàn)的
發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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所謂多場(chǎng)分布,就是指發(fā)酵生物反應(yīng)器中受到的多種物理因素影響,導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)、產(chǎn)物等在濃度和溫度上發(fā)生改變,從而對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生極大的影響,這些物理因素即為溫度分布、速度分布和濃度分布。以發(fā)酵液中的反應(yīng)為例,其反應(yīng)的最終結(jié)果都與這些多場(chǎng)分布因素有關(guān),如氧的傳質(zhì)速率、菌絲團(tuán)以及菌體的內(nèi)反應(yīng)組分傳質(zhì),還有固定化酶等等,都是主要的影響因素。在很多情況下,這些影響因素在影響反應(yīng)過程的同時(shí),還會(huì)起到主導(dǎo)反應(yīng)的作用,即為發(fā)酵罐內(nèi)反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)。所以,在發(fā)酵罐中的各項(xiàng)反應(yīng)中,傳遞特性的作用十分關(guān)鍵,它的研究對(duì)于發(fā)酵罐內(nèi)化學(xué)工程的研究來說具有良好的現(xiàn)實(shí)意義,并且為以后的發(fā)酵過程控制理論的完善奠定了基礎(chǔ)。
2乙醇提純工藝中所涉及的化學(xué)工程問題
乙醇提純的主要工藝方法在進(jìn)行乙醇的發(fā)酵工藝時(shí),水是反應(yīng)中必須要產(chǎn)生的物質(zhì)之一,于是乙醇的提純工藝就落到了水與乙醇的分離工藝上?;诨瘜W(xué)原理上分析,這種提純工藝可以采用精餾法,可以采用吸附法、共沸精餾、萃取精餾,也可以采用滲透氣化膜分離法等等。一般來說,乙醇在發(fā)酵液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%到12%之間,但是工業(yè)用乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻在90%以上,那么這就給乙醇的提純工藝提出了一定的挑戰(zhàn),采用傳統(tǒng)的精餾方法已經(jīng)無法滿足工業(yè)的要求。由此,可以將發(fā)酵液中的乙醇混合物分兩步進(jìn)行提純,首先,利用普通的精餾提純方法得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.4%的乙醇,然后再利用萃取、共沸、吸附等精餾方法得到高純度的工業(yè)乙醇。精餾這種乙醇提純方法已經(jīng)發(fā)展多年,其工藝與流程也比較成熟,然而在這種精餾過程中由于產(chǎn)生很高的熱量,造成的能耗很高,并且在此過程中對(duì)于回流的要求也越來越高,大大增加了精餾成本。綜上,在傳統(tǒng)的乙醇提純工藝上還具有很大的發(fā)展與創(chuàng)新空間,可以從設(shè)備配置、生產(chǎn)效率以及工程理論上進(jìn)一步研究,得出更適合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的有效方法。目前,這種工藝方法已經(jīng)有所突破,如分類與反應(yīng)過程耦合的方法,就是創(chuàng)新的代表。在燃料乙醇方面,乙醇的純化可以采用的方法為多塔精餾,同時(shí)結(jié)合向乙醇混合液中增加原有體系分離因子的萃取精餾等,也可以利用膜蒸發(fā)分離的辦法,其優(yōu)點(diǎn)是降低能耗,避免污染環(huán)境。此外,吸附的辦法在燃料乙醇純化工藝中還沒有很成熟的使用,需要進(jìn)一步的探討?,F(xiàn)階段,燃料乙醇生產(chǎn)工藝的研究,主要集中于單一操作過程,如吸附脫水共沸物、滲透蒸發(fā)、萃取精餾等,將這些單一過程組合研究的文章不多。實(shí)際的燃料乙醇純化研究中,計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用開始不斷增多,它在進(jìn)行不同單元組合的反應(yīng)規(guī)律研究上十分有利。此外人工智能方面在乙醇純化工程模擬中也有很多的應(yīng)用,對(duì)于條件限定后的每個(gè)單元操作以及分離流程耦合的篩選等都是工程模擬中的主要內(nèi)容。由此可見,流程組合的研究已經(jīng)上升到計(jì)算機(jī)時(shí)代,不再需要傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行流程與工藝的確定了。
3生物發(fā)酵反應(yīng)與分離耦合反應(yīng)
就目前的燃料乙醇工藝研究而言,主要為基礎(chǔ)研究工作,如過程放大、生物反應(yīng)與分析過程耦合、流程創(chuàng)新、工藝流程創(chuàng)新等。生物發(fā)酵反應(yīng)與分離耦合。不是兩者的簡單結(jié)合,而是一種流程耦合,屬于一種創(chuàng)新的技術(shù)和理論。如果化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后就可以直接得到產(chǎn)品,那么反應(yīng)過程就是相應(yīng)的過程,而在工程上所說的反應(yīng)過程則是綜合性的過程,包括方法、設(shè)備以及問題處理的過程。這其中形成了分離工程,利用能量與物質(zhì)的傳遞、化學(xué)反應(yīng)以及流體力學(xué)等相關(guān)知識(shí),由此說明耦合問題可以進(jìn)行,并且能夠完成相關(guān)問題的解決,并且可以將生物發(fā)酵看作是耦合過程,用于提高發(fā)酵與分離效率,這種方法大大促進(jìn)了燃料乙醇工藝的發(fā)展。它利用了工藝改善,采用了創(chuàng)新的方法,實(shí)現(xiàn)了工藝過程最優(yōu)化,這是化學(xué)工程發(fā)展的最新契機(jī),多場(chǎng)耦合的研究意義重大,為未來的發(fā)展與進(jìn)步指明了方向。
4結(jié)語
關(guān)鍵字:化學(xué)工藝與工程;安全性;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
中圖分類號(hào) :G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
前言:隨著我國的國民經(jīng)濟(jì)的不斷地發(fā)展,化學(xué)工業(yè)在這個(gè)發(fā)展的過程中起著越來越重要的作用。這幾年來,我國的經(jīng)濟(jì)不斷地快速發(fā)展,工業(yè)化的進(jìn)程也不斷地加快,隨著生產(chǎn)規(guī)模跟生產(chǎn)設(shè)備的不斷地?cái)U(kuò)大化,一些化學(xué)工藝跟工程的流程也在不斷的變得復(fù)雜化,如果對(duì)某一項(xiàng)工藝監(jiān)管的力度不夠,很有可能造成事故的發(fā)生。
隨著社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)安全越來越重視,逐漸意識(shí)到人的安全性是十分重要的,所以在化學(xué)工藝與工程項(xiàng)目開始進(jìn)行之前,需要相關(guān)的部門給予一定的可行性研究,進(jìn)而把風(fēng)險(xiǎn)控制在可以接受的范圍內(nèi),保證化學(xué)工藝與工程項(xiàng)目安全可靠地進(jìn)行。
1化學(xué)工藝與工程可行性研究時(shí)存在的問題
我國的化學(xué)工藝與工程在進(jìn)行可行性研究的時(shí)候,往往采取一些比較傳統(tǒng)有關(guān)事故的預(yù)防措施跟事故發(fā)生以后相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,而沒有從事故的根本上出發(fā),所以,在化學(xué)工藝跟工程進(jìn)行可行性研究的時(shí)候,需要從安全的本質(zhì)出發(fā)。但是現(xiàn)在的化學(xué)工藝跟工程的科研并沒有從本質(zhì)安全出發(fā),指標(biāo)不治本,在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的時(shí)候,也僅僅是對(duì)于出現(xiàn)的某些暫時(shí)可以預(yù)見性的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,或者對(duì)于一些已經(jīng)出現(xiàn)了的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避。實(shí)際上,應(yīng)該從安全的本質(zhì)上出發(fā),這樣就可以徹底地從根源上減少風(fēng)險(xiǎn),從源頭上消除風(fēng)險(xiǎn)。在化學(xué)工藝與工程研究的過程中可以考慮從本質(zhì)上進(jìn)行安全的評(píng)估,這樣就可以有效的在工程設(shè)計(jì)實(shí)施的初期減少跟消除危險(xiǎn),避免進(jìn)一步造成更大的損失[1]。然而有些時(shí)候,這一觀點(diǎn)往往被大家所忽略,人們總是在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生以后才想辦法去規(guī)避,而不去從一開始就把危害扼殺在搖籃之中。
2可行性研究在化學(xué)工藝與工程中的重要性
可行性研究就是在一個(gè)工程還沒有開始之前,就把這個(gè)工程可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行全方位的預(yù)測(cè),來觀測(cè)投資效果??梢詮募夹g(shù)上經(jīng)濟(jì)上管理上綜合考慮,可行性研究的基本任務(wù)就是,在考慮了所有的可能性之后,如何把風(fēng)險(xiǎn)降到最低,并且還需要達(dá)到追求的經(jīng)濟(jì)利益,以最少的投入獲得最大的產(chǎn)出,并且把工程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)降到可以規(guī)避的范圍中。而且合理的利用資源,選擇最優(yōu)的方案,達(dá)到預(yù)期的社會(huì)效益跟經(jīng)濟(jì)效益。
可行性研究對(duì)于化學(xué)工藝跟工程的重要性從本質(zhì)安全上可以體現(xiàn)出來,,[]首先需要知道什么是本質(zhì)安全,本質(zhì)安全需要從根本上考慮施工工藝跟設(shè)備可能出現(xiàn)的潛在的危險(xiǎn),這也是做可行性研究的時(shí)候事先需要注意的問題。對(duì)于本質(zhì)安全來說,需要通過工藝跟設(shè)備的本身的設(shè)計(jì)來減少系統(tǒng)中出現(xiàn)的危險(xiǎn)。通過研究具體的施工工藝的過程,對(duì)于在工藝的過程可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行防范[2]?;诒举|(zhì)安全,對(duì)化學(xué)工藝跟工程進(jìn)行可行性研究有著非常重要的作用,可以從本質(zhì)上有效的遏制了風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。
在化學(xué)工藝與工程還沒有開始之前,對(duì)將要進(jìn)行的項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究,提前對(duì)這個(gè)項(xiàng)目有一個(gè)宏觀上的把握,指出其中出現(xiàn)的問題,以及可能發(fā)生的問題,及時(shí)地給予相關(guān)的解決辦法,列出相應(yīng)的解決方案。通過可行性研究給了化學(xué)工程與工藝一個(gè)具體的研究方向,通過對(duì)成本跟受益的確定,能夠明確這個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)多大是否可以投資,這樣就給相應(yīng)的管理者提供了一個(gè)投資的參考,確定可研幾率的高低,也就是確定了投資回報(bào)率的高低跟項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)收益的高低??尚行匝芯恳步o相關(guān)的監(jiān)督部門一個(gè)依據(jù),更好的對(duì)化學(xué)工程與工藝項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)管和控制。
3如何提高化學(xué)工藝與工程可行性
在本質(zhì)安全的前提條件下,想要提高化學(xué)工藝與工程項(xiàng)目進(jìn)行可行性可以細(xì)化為幾個(gè)基本的策略。首先在對(duì)化學(xué)工程與工藝項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究的時(shí)候,可以考慮把影響系統(tǒng)安全性的一些危險(xiǎn)物質(zhì)減少到最低,在系統(tǒng)中危險(xiǎn)物質(zhì)的數(shù)量越少那么事故發(fā)生的可能性就越小,影響事故的嚴(yán)重程度就越小。在可行性研究的過程中,也可以考慮用一些危險(xiǎn)性較小或者最好沒有危險(xiǎn)的工藝過程來替代有危險(xiǎn)或者是危險(xiǎn)性較高的工藝,通過替代使化學(xué)工程與工藝的可行性大大的提高了。在可行性研究的過程中,為了提高化學(xué)工程與工藝的可操作性,也可以在選擇工藝條件的時(shí)候,考慮一些危險(xiǎn)物質(zhì)最小或者是危害形態(tài)最小的條件。這樣在進(jìn)行具體施工的過程中,提供相對(duì)安全的工藝條件,可以提高系統(tǒng)的可行性,減少對(duì)于系統(tǒng)造成的危害。在化學(xué)工藝與工程具體實(shí)施的過程中,可以把危險(xiǎn)控制在一個(gè)能夠接受的范圍內(nèi)。在具體實(shí)施的過程中,也可以通過簡化操作來進(jìn)行可行性研究的控制,俗話說,做得越少錯(cuò)得越少,在實(shí)際操作的過程中可以減少操作,減少使用的安全防護(hù)裝置,這樣就減少了人為的失誤。在化學(xué)工藝與工程的過程中,越是簡單的設(shè)備跟系統(tǒng)就越能增加安全,簡單的工藝相對(duì)來說,包含的部件都比較少,這樣就可以減少一些不必要的失誤[3]。
以上的一些安全性的原理,都是提高系統(tǒng)的可行性的具體辦法,在具體實(shí)施的過程中需要按照一定的先后順序,依次進(jìn)行選擇,在前者達(dá)不到的情況下,再采取后者。通過這些有效的措施,可以大大的提高系統(tǒng)的可行性,有效合理的把系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降到最低,增加了投資商對(duì)項(xiàng)目投資的可能性。
4化學(xué)工藝與工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
要想對(duì)化學(xué)工藝與工程進(jìn)行可行性研究,還需要對(duì)化學(xué)工藝與工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。由于化學(xué)工藝經(jīng)常涉及一些危險(xiǎn)易燃易爆的物品,而且在生產(chǎn)的 也會(huì)發(fā)生一些物理的或者是化學(xué)的反應(yīng)。在化學(xué)工藝跟工程的具體實(shí)施的過程中,一些化學(xué)工藝一旦選用在以后的操作過程中就很難進(jìn)行更改,所以需要對(duì)工藝的過程進(jìn)行可靠性跟風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)估,進(jìn)而為科學(xué)的決策做一個(gè)有效的依據(jù)。評(píng)估的過程如下,首先進(jìn)行一系列的前期的準(zhǔn)備,然后進(jìn)行化學(xué)工藝的設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)計(jì)的工藝進(jìn)行分析,通過本質(zhì)安全的定量評(píng)價(jià)的模型或者是本質(zhì)安全的指標(biāo)體系,建立具體的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)于得出的評(píng)估結(jié)果在經(jīng)濟(jì)或者技術(shù)的限制條件下,進(jìn)行分析,看是否符合風(fēng)險(xiǎn)的接受的準(zhǔn)則,如果符合的話就可以確定設(shè)計(jì)方案了,如果不符合的話則需要重新對(duì)工藝進(jìn)行分析。
通過對(duì)化學(xué)工藝與工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行相關(guān)的評(píng)價(jià),確定項(xiàng)目是否可靠進(jìn)而確定是否進(jìn)行可行性研究也是十分有必要的。為后期的可研提供了一個(gè)有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),也為相關(guān)的管理部門跟人員提供了一個(gè)可靠的投資依據(jù)。所以說在化學(xué)工藝與工程開始實(shí)施之前,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也是確定可研性的一個(gè)有效的措施。
5、結(jié)語
通過對(duì)化學(xué)工藝與工程的可行性研究,可以確定具體的實(shí)施方案,在本質(zhì)安全的前提條件下,降低事故發(fā)生的概率以及影響人員的風(fēng)險(xiǎn)。
化學(xué)工藝與工程是一個(gè)比較具有危險(xiǎn)性的工作,需要在實(shí)施的過程中給予足夠的重視,事先考慮到所能考慮的各種情況,把危險(xiǎn)扼殺在搖籃之中。對(duì)化學(xué)工藝與工程項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究也是十分有必要的,需要統(tǒng)籌兼顧。先做好可研報(bào)告,再具體實(shí)施,從而給了監(jiān)管部門一個(gè)有效的依據(jù),也可以確定風(fēng)險(xiǎn)投資的大小,進(jìn)而確定項(xiàng)目是否可行。
參考文獻(xiàn):
[1]謝若曦,趙陽.化學(xué)工程與工藝[J].民營科技,2012,(8):22-22.
本期雜志,小編邀請(qǐng)了三位就讀于天津大學(xué)工學(xué)院的同學(xué),為大家現(xiàn)身說法。
化學(xué)工程與工藝專業(yè) 王文毅
上了大學(xué)之后,每當(dāng)我和高中同學(xué)說起自己專業(yè)是化工時(shí),幾乎都被誤解為化學(xué),這時(shí),我常常會(huì)用做菜的例子來解釋兩者的差別。如果把做菜比作做實(shí)驗(yàn),那么化學(xué)專業(yè)研究的是什么食材搭配什么食材才好吃,或者說多少食材A搭配多少食材B才好吃,它研究的是“為什么”(Why)。而化工專業(yè)研究的是這次做的是這個(gè)味道,下次如何能做出相同的味道。這次在家用小鍋?zhàn)鰞扇齻€(gè)人量味道很好,下次在食堂用大鍋?zhàn)鰩资畟€(gè)人的分量如何能夠保持同樣的味道??傊ぱ芯康氖恰霸趺崔k”(How)。從一個(gè)角度來說,化學(xué)是在實(shí)驗(yàn)室中用試管做實(shí)驗(yàn)探索。化工則是用比一間屋子還大的容器來實(shí)驗(yàn)。它研究的是在安全、環(huán)保、穩(wěn)定和節(jié)能的條件下得到最大產(chǎn)量。
我們專業(yè)課程十分繁重,除了必修的化學(xué)類課程外,化工流體流動(dòng)與傳熱、化工傳質(zhì)與分離過程、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工設(shè)計(jì)等成了我們的專業(yè)課,這些課都是在推導(dǎo)公式,要求數(shù)學(xué)和物理知識(shí)。為實(shí)驗(yàn)課打下基礎(chǔ)。
對(duì)我影響最大的是化工設(shè)計(jì)這堂課,課堂上老師不僅傳授知識(shí),同時(shí)也給我們講解許多實(shí)際問題。如今,國內(nèi)許多化工廠的工藝要么是國外已經(jīng)淘汰的,要么是花了重金從國外買的新工藝,自己的技術(shù)很少。比如,我國每年用于從國外進(jìn)口芯片的外匯甚至高于石油進(jìn)口。但我國的汽車工業(yè)發(fā)展并未達(dá)到預(yù)期。化學(xué)工程師的匱乏就是原因之一。
老師提到,我們的化工廠之所以常常伴隨著污染,一部分原因是有的地方只圖眼前的經(jīng)濟(jì)利益忽視長遠(yuǎn)的環(huán)境利益,不注重或者根本就不治理污染造成的,另一部分原因就在技術(shù)上。這也是我們化工人應(yīng)當(dāng)注意的地方,治理污染常常需要花很多錢,我們?nèi)绻苎邪l(fā)出成本很低的治污技術(shù),或者說研發(fā)出整個(gè)生產(chǎn)過程中,只產(chǎn)生一點(diǎn)或者根本不產(chǎn)生污染物的生產(chǎn)工藝,那么人類的生存環(huán)境將會(huì)好很多?;るm然會(huì)產(chǎn)生污染,但處理污染,還是得靠化工。老師的講課讓我情緒高漲,也找到了自己的奮斗方向。國內(nèi)的化工存在技術(shù)落后、污染重的情況,因此我們化工人任重而道遠(yuǎn),國內(nèi)哪兒有不足,我們今后就朝改進(jìn)它的方向奮斗。
我們的專業(yè)最有趣的,是實(shí)驗(yàn)課。我們的實(shí)驗(yàn)課程很多,能夠給同學(xué)們提供足夠的機(jī)會(huì)鍛煉自己的動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)過程中我們看到了有趣的化學(xué)現(xiàn)象,進(jìn)一步提升了對(duì)化學(xué)的興趣。學(xué)院有許多優(yōu)秀的導(dǎo)師,我們可以在大二之后進(jìn)入課題組,參與科研。這些都調(diào)動(dòng)了我的積極性。
大三、大四學(xué)年,我們分別設(shè)計(jì)了換熱器和精餾塔,之前學(xué)習(xí)的那些枯燥的公式和規(guī)則,此刻突然變得有用起來。同時(shí),理論課也遠(yuǎn)比前兩學(xué)年少,我們有時(shí)間做自己感興趣的事了。在大三學(xué)年末,我與同學(xué)組隊(duì)參加了全國化工設(shè)計(jì)大賽,比賽中,我們要設(shè)計(jì)從生產(chǎn)到防污的全套工藝流程。設(shè)計(jì)常見的設(shè)備同時(shí)考慮它們的布置,同時(shí)設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制方案,還得為工廠選址以及做經(jīng)濟(jì)核算。我們不僅運(yùn)用了所學(xué)的知識(shí),還學(xué)習(xí)了有趣的三維畫圖軟件。大大豐富了知識(shí)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中,我們請(qǐng)到了學(xué)校里有工程經(jīng)驗(yàn)的教授做指導(dǎo)老師,并且,我們還得到了國內(nèi)最好的精餾技術(shù)老師的指導(dǎo)。這次比賽收獲很大,我們綜合運(yùn)用了所學(xué)的課本上的知識(shí),還從老師那兒學(xué)到了實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)。更讓人難忘的是,幾個(gè)志同道合的同學(xué)聚在一起為同一個(gè)目標(biāo)奮斗的歷程。同時(shí),可喜的是,這個(gè)比賽中我們的指導(dǎo)老師,現(xiàn)在成了我的研究生導(dǎo)師。
現(xiàn)在我們已經(jīng)大四,我的同學(xué)中有的簽約了寶潔之類的日化行業(yè),有的選擇進(jìn)石化等企業(yè),還有的選擇出國深造,而我保送了本校本專業(yè)的研究生。我希望繼續(xù)深造,豐富自己的理論知識(shí),努力從老師那兒學(xué)得實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
過程裝備與控制工程專業(yè) 劉芃宏
經(jīng)歷了驚心動(dòng)魄萬分緊張的高考之后,根據(jù)估計(jì)的分?jǐn)?shù)和我的興趣愛好,我決定填報(bào)工科專業(yè)為自己的第一志愿。可是當(dāng)我拿起填報(bào)志愿指導(dǎo)書時(shí),各式各樣的專業(yè)名稱讓我眼花繚亂。在基本了解各專業(yè)的概要介紹后,我填寫了六個(gè)志愿專業(yè),最后又因?yàn)檎{(diào)劑的原因,我誤打誤撞成為一名過程裝備與控制工程的學(xué)子。
一踏入校門,系主任和老師們就為我們進(jìn)行了詳盡的專業(yè)介紹。廣為人知的是,工程科學(xué)分為機(jī)械工程、化學(xué)工程、材料工程、信息工程、控制工程、能源工程、建筑與土木工程、水利工程、電氣工程幾大下屬分支學(xué)科。過程裝備與控制工程是工程科學(xué)的一個(gè)分支,但嚴(yán)格地講,它又不能完全歸屬于傳統(tǒng)意義上對(duì)工程科學(xué)的分支。它是在多個(gè)大學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上交叉、融合而出現(xiàn)的新興學(xué)科分支,也是生產(chǎn)需求牽引、工程科技發(fā)展的必然產(chǎn)物。因此,過程裝備與控制工程具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。
過控專業(yè)的前身叫做化工機(jī)械,顧名思義,它是化工和機(jī)械的結(jié)合產(chǎn)物。天津大學(xué)等一些化工比較強(qiáng)勢(shì)的高校將過控專業(yè)劃歸在化工學(xué)院,而山東大學(xué)、東北石油大學(xué)等則將過控專業(yè)劃歸在機(jī)械學(xué)院,這和學(xué)校的定位有關(guān)。1998年開始,教育部根據(jù)發(fā)展要求將專業(yè)更名為過程裝備與控制工程,是充分考慮到自動(dòng)化控制在化工過程中的應(yīng)用而更名的。
至此,過控專業(yè)主要研究加工制造流程性材料的由過程單元設(shè)備和機(jī)泵群通過管路、閥等連成的機(jī)電儀監(jiān)控一體化的連續(xù)性復(fù)雜系統(tǒng)的定位進(jìn)一步明確。
作為一個(gè)綜合性的交叉專業(yè),這些特點(diǎn)決定了過控專業(yè)的課業(yè)負(fù)擔(dān)也是比較重的,比如我們要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、普通物理、普通化學(xué),有專業(yè)基礎(chǔ)的理論力學(xué)、材料力學(xué)、化工原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制工程基礎(chǔ)等,也有專業(yè)核心的工程材料、過程裝備控制工程、化工流體機(jī)械、化工設(shè)備設(shè)計(jì)、現(xiàn)代化工設(shè)備制造技術(shù)和壓力容器安全管理以及許許多多的基礎(chǔ)課和專業(yè)實(shí)驗(yàn)。
剛開始學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論課程時(shí),是比較枯燥的,我也覺得毫無目的性,只是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)??墒请S著年級(jí)的增長和專業(yè)課程的學(xué)習(xí),我發(fā)現(xiàn)大多數(shù)公式的推導(dǎo)和應(yīng)用條件都與基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)和物理有關(guān),所以按部就班的學(xué)習(xí)是有必要的??偠灾?,我們既要學(xué)習(xí)機(jī)械工程類專業(yè)的知識(shí),也要學(xué)習(xí)化學(xué)工程類專業(yè)的知識(shí),還要學(xué)習(xí)本專業(yè)獨(dú)特的知識(shí)內(nèi)容。在這一過程中還要不自覺地學(xué)習(xí)和應(yīng)用自動(dòng)化控制、焊接和防腐等專業(yè)的內(nèi)容。我們的確是走在一條交叉學(xué)科的康莊大道上。
學(xué)即有所用,正是因?yàn)檫^控專業(yè)的同學(xué)們掌握了許多方面的知識(shí),所以我們有很多的用武之地。
許多年前。剛從蘇聯(lián)引進(jìn)這一專業(yè)時(shí),本專業(yè)畢業(yè)生們被企業(yè)戲稱為“萬金油”。這也從另一個(gè)側(cè)面說明了我們的應(yīng)用范圍之廣。在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中。不論發(fā)生什么條件的反應(yīng),設(shè)備都是首先要考慮的問題,沒有設(shè)備的支持,再好的工藝都是紙上談兵。
近些年來。實(shí)現(xiàn)大型煉油設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造成為關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)是一國之本。而化肥的生產(chǎn)過程與設(shè)備也是過控專業(yè)的重要研究方向。傳統(tǒng)的煤化工,新興的生物質(zhì)能、核能都對(duì)過程裝備與控制工程提出了更高的要求。
廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域決定了過控專業(yè)的良好就業(yè)情況。在最新出爐的《麥可思2012大學(xué)生就業(yè)藍(lán)皮書》中,我們過控專業(yè)的就業(yè)率高居前列。常見的石油、化工、冶金、重工、發(fā)電(火力發(fā)電/核電)、制藥、食品、橡膠制品等企業(yè),自然是一部分同學(xué)的好去處。而一些地區(qū)的特種設(shè)備檢驗(yàn)所,管道運(yùn)輸部門,設(shè)計(jì)院也需要過控專業(yè)的學(xué)生。在一些航天、海船等方面的科研院所也有我們過控學(xué)長學(xué)姐們的身影。就這樣,一批批的過控學(xué)子們斗志昂揚(yáng)。去擁抱屬于他們自己也屬于過控專業(yè)的美好未來。
制藥工程專業(yè) 譚清杰
經(jīng)過了高考的洗禮,我們的人生又面臨著一個(gè)新的起點(diǎn)。我想,得知自己的高考成績后,大家會(huì)紛紛對(duì)報(bào)什么專業(yè),哪個(gè)專業(yè)好和學(xué)的專業(yè)畢業(yè)后如何就業(yè)等問題感到迷茫。接到錄取通知書后,我才得知自己被化工學(xué)院的制藥工程專業(yè)錄取。我當(dāng)時(shí)對(duì)制藥工程這個(gè)專業(yè)完全不知道。非常擔(dān)心以后學(xué)了這個(gè)專業(yè)怎么就業(yè),我自己能學(xué)會(huì)這些東西嗎。就這樣懷揣著這些疑問我上了大學(xué)。
我現(xiàn)在是一名大四學(xué)生。經(jīng)過這三年專業(yè)課的培養(yǎng),我從一個(gè)門外漢到變得非常喜愛我的專業(yè),以身為一名制藥人而驕傲。制藥工程專業(yè)是一個(gè)新型交叉學(xué)科,作為化工學(xué)院的制藥工程,我們專業(yè)偏向于工程,它是奠定在化學(xué)、藥學(xué)、生物技術(shù)和工程學(xué)基礎(chǔ)上的一門工程技術(shù)學(xué)科。制藥業(yè)并不是大家所理解的那樣研究藥物的藥理藥效,而是致力于解決藥品生產(chǎn)過程中的工程技術(shù)問題和實(shí)施藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP),實(shí)現(xiàn)藥品的規(guī)?;a(chǎn)和規(guī)范化管理。
剛開始步入大學(xué),我很不適應(yīng)大學(xué)的學(xué)習(xí)模式,大學(xué)里很隨意,學(xué)習(xí)完全靠自己,我對(duì)要學(xué)習(xí)的專業(yè)也是一頭霧水,由于我們專業(yè)的特殊性,我們從大一開始就接觸雙語教學(xué)。我們所上的物理化學(xué)、化工流體流動(dòng)與傳熱、化工傳質(zhì)與分離工程、藥物化學(xué)等課程都是雙語教學(xué),老師的PPT都是英文,這就要求我們學(xué)生課下多花時(shí)間復(fù)習(xí)老師課上所講的內(nèi)容。我們經(jīng)常是既買中文教材又買英文教材。兩份教材同時(shí)看有助于我們理解。
對(duì)所要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程。我在開始的時(shí)候也很頭疼,特別是高等數(shù)學(xué),它里面的概念和高中時(shí)所接觸的概念大相徑庭。我記得當(dāng)時(shí)我除了上課認(rèn)真聽老師所講的課,記好筆記,課下還經(jīng)常和老師、同學(xué)探討問題??傊?,對(duì)于大學(xué)的學(xué)習(xí)我們要有一顆不斷進(jìn)取的心。對(duì)于自己不懂的問題,一定要自己積極主動(dòng)去問老師、同學(xué),不要像高中那樣指望著老師主動(dòng)給你講,畢竟大學(xué)里的老師都比較忙,還有自己的科研項(xiàng)目。
大一、大二階段,我們主要學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)課程,學(xué)習(xí)了許多關(guān)于化學(xué)方面的知識(shí),如有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)等,大三的時(shí)候我們開始涉及專業(yè)課。我們是一個(gè)以工程為主的專業(yè)。制藥工程設(shè)立在化工學(xué)院的目的就是要解決工程實(shí)際問題,不在于探究藥物在體內(nèi)的作用,而是要研究如何將藥品生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,因此我們接觸到的專業(yè)課程是化工流體流動(dòng)與傳熱、化工傳質(zhì)與分離工程、藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理工程、制藥分離工程、制藥工藝學(xué)、制藥設(shè)備與工程設(shè)計(jì),這些課程都是與工程實(shí)際密切結(jié)合的。而我們知道實(shí)際藥廠的生產(chǎn)都是由一個(gè)個(gè)化工單元操作有機(jī)地結(jié)合在一起的,我們制藥工程是在傳統(tǒng)化工單元操作的基礎(chǔ)上發(fā)展深化的學(xué)科。
我們學(xué)校的制藥工程專業(yè)在本科生階段并不區(qū)分方向,在研究生階段分為化學(xué)制藥、生物制藥、中藥制藥以及藥物制劑方向。專業(yè)的就業(yè)情況也很樂觀。對(duì)于本科生而言,可以從事藥品檢測(cè)與分析方面的工作,也可以從事醫(yī)藥代表的工作。但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,對(duì)于人才的要求不斷提高,以至于制藥專業(yè)在本科就業(yè)的人數(shù)并不多,大部分都選擇讀研繼續(xù)深造,還有少部分人選擇出國深造。以我們系為例,全系一共58人,每年大約能保研11人,而這58人中大約有4-5名同學(xué)選擇出國,工作同學(xué)大約有10個(gè)左右,剩下的同學(xué)就是考研。研究生畢業(yè)后是可以進(jìn)入藥物研發(fā)部門、進(jìn)入工程設(shè)計(jì)公司、從事藥品質(zhì)量保證等工作。
從茫然不知到投身制藥工程專業(yè),我覺得自己是一個(gè)幸運(yùn)兒,從對(duì)制藥專業(yè)的一無所知到愛上這個(gè)專業(yè),我以身為一名制藥人而自豪!
問題1:報(bào)考化工類專業(yè)對(duì)身體有沒有要求?
答案:化工類專業(yè)對(duì)眼睛有一定的要求,色弱和色盲不能報(bào)考。因?yàn)榛瘜W(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)要經(jīng)常分辨試劑的顏色,以鑒定成分和純度。
問題2:化工類專業(yè)是否適合女生報(bào)考?
回答:一般的化工院系,男女比例差不多在2:1。當(dāng)然,在就業(yè)的時(shí)候,由于某些崗位的特殊要求,使男生的需求量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高于女生,導(dǎo)致女生在就業(yè)中產(chǎn)生一定的壓力,但也并不是太大的難題。
問題3:化工行業(yè)的就業(yè)環(huán)境據(jù)說比較差。而且不安全?
回答:近幾年化工行業(yè)的工作環(huán)境已經(jīng)得到了很大的改善。一方面是國家對(duì)企業(yè)的嚴(yán)格要求,凡是不達(dá)標(biāo)的企業(yè)實(shí)行一票否決:另外目前絕大多數(shù)企業(yè)從經(jīng)營的角度選擇新工藝,嚴(yán)格管理與控制。以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益和降低成本的目的。事實(shí)上,人們聽到的化工廠的危險(xiǎn)事故,往往是由于違章操作導(dǎo)致的,如果完全按照規(guī)章制度來實(shí)施,事故發(fā)生的幾率很小。
研究生培養(yǎng)體系及課程內(nèi)容國際化全球經(jīng)濟(jì)的一體化發(fā)展使各領(lǐng)域?qū)τ诟邔哟稳瞬诺囊蕾嚦潭仍絹碓礁?,人才的?jìng)爭是各國競(jìng)爭最激烈的焦點(diǎn)。我們必須使我們的課程國際化,不僅包括數(shù)學(xué)和科學(xué)的學(xué)習(xí),還有包括跨文化交流。我們必須把我們的學(xué)生塑造成創(chuàng)業(yè)者,以及具有國際精神的冒險(xiǎn)家。面對(duì)這樣的趨勢(shì),培養(yǎng)體系及課程內(nèi)容若不能做到緊跟科技前沿盡快與國際接軌,國際化高級(jí)人才的培養(yǎng)將是空談。
研究生教育主體的國際化加入世貿(mào)后,國家在留學(xué)生派出方面也在不斷加大推動(dòng)力度。但在國外留學(xué)生方面,相對(duì)忽略質(zhì)量的保證,近年來在一些學(xué)科專業(yè)也開始招收并擴(kuò)大外國留學(xué)研究生的規(guī)模,但基本來自亞非地區(qū),生源總體情況不太理想,其規(guī)模及輻射的領(lǐng)域有待提高。師資方面,師資力量的國際化成為了各高校研究生培養(yǎng)國際化的制約難題之一。如何以更優(yōu)厚的條件,吸引那些有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的、在國外擔(dān)任教師的人才回來,吸引那些在國外跨國公司、商業(yè)銀行、保險(xiǎn)公司、政府及其他社會(huì)部門有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才來做兼職教授,是高校國際化發(fā)展進(jìn)程中十分關(guān)鍵的一環(huán)。
研究生教育方法的國際化西方大學(xué)育人模式的核心是“LiberalArtsEducation”。這種教育是學(xué)生在導(dǎo)師指導(dǎo)下,自己主動(dòng)建構(gòu)適合自己的課程體系的過程,是拓展人心智的教育,它特別注重學(xué)術(shù)自由,以學(xué)生興趣為導(dǎo)向,培養(yǎng)學(xué)生好奇心和批判精神,使學(xué)生逐步做到觸類旁通。研究生階段如何克服學(xué)生通識(shí)教育方面的缺陷,如何鼓勵(lì)各課題組、各研究方向、各學(xué)科的多維度碰撞,拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力,是研究生教育需重視的問題。
“本土國際化教育”的改革實(shí)踐與探索如何在目前的有限的條件下,為學(xué)生創(chuàng)造國際化的教育氛圍,同時(shí)借鑒德國、美國、俄羅斯及日本的國際化教育之路,在吸取歐洲及世界經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上與本國情況緊密結(jié)合,讓學(xué)生未出國門就能得到國際化的培養(yǎng),相對(duì)而言更具有現(xiàn)實(shí)的意義。
教學(xué)培養(yǎng)方案的國際化改革我院在2000年實(shí)行了化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科管理與培養(yǎng)模式,2010年參照國外高水平大學(xué)的課程體系,結(jié)合自身特色,制定了國際化研究生培養(yǎng)方案。新方案培養(yǎng)目標(biāo)明確,知識(shí)體系結(jié)構(gòu)合理,并重點(diǎn)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。相關(guān)學(xué)位課、專業(yè)課也盡量參照國外高水平學(xué)科的課程體系。如:由學(xué)院統(tǒng)一規(guī)劃,在化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科中開設(shè)《化工進(jìn)展》(學(xué)位課),由每位導(dǎo)師輪流開講座;學(xué)院統(tǒng)一討論每個(gè)專業(yè)的學(xué)位課后,對(duì)每個(gè)專業(yè)的選修課,不分專業(yè)設(shè)置;建立研究生課程體系,經(jīng)過學(xué)院討論通過的課程都進(jìn)入學(xué)院研究生課程庫,選修課在該庫內(nèi)選擇都有效。同時(shí)積極開展研究生課程雙語和英語教學(xué)。我院具有海外經(jīng)歷的教師比例逐年上升,2000年至2011年間新引進(jìn)的教師中有52名教師具有海外留學(xué)或研究生經(jīng)歷。這些新引進(jìn)的教師在研究生國際化培養(yǎng)中承擔(dān)了57門課程,雙語教學(xué)目前占有30%學(xué)時(shí),不僅提高了研究生的專業(yè)外語水平,同時(shí)把國際上的最新科研成果及時(shí)地融入到教學(xué)內(nèi)容中。實(shí)踐證明,開展研究生雙語教學(xué)更有利于培養(yǎng)出高素質(zhì)的復(fù)合型人才。
專業(yè)課程的國際化調(diào)整我院注重重點(diǎn)課程內(nèi)容的國際化建設(shè)與實(shí)踐。如《化學(xué)反應(yīng)工程(二)》作為化學(xué)工程學(xué)科的經(jīng)典課程,隨著相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的日新月異,目前還缺乏一本能夠完整體現(xiàn)課程所涵蓋內(nèi)容并與國際相關(guān)技術(shù)接軌的講義或教材。我院結(jié)合國內(nèi)外最新技術(shù),改革課程內(nèi)容,通過的講義已經(jīng)作為第5章《工業(yè)催化的過程工程》,出版于“研究生教育創(chuàng)新工程”化工類研究生教學(xué)用書《工業(yè)催化劑設(shè)計(jì)與開發(fā)》中。聘請(qǐng)境外大學(xué)教授講授課程,如聘請(qǐng)香港科技大學(xué)化學(xué)工程系余寶樂教授全英文講授《環(huán)境功能材料及其表征技術(shù)》等。一方面以多元文化開闊學(xué)生國際化視野,培養(yǎng)批判分析能力。同時(shí)以國際領(lǐng)先的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法作為學(xué)院青年教師觀摩學(xué)習(xí)的對(duì)象,提升我院教師教學(xué)能力。目前我院共有在學(xué)術(shù)領(lǐng)域享有盛譽(yù)的客座教授13名,不僅為我院師生帶來了國際上的先進(jìn)知識(shí),也為我院的發(fā)展提供了建設(shè)性意見。與跨國企業(yè)合作,共同開發(fā)課程。“有國際視野和國際交往能力的專門人才”培養(yǎng)離不開社會(huì)企業(yè)的密切聯(lián)系,這幾年來通過努力,與法國道達(dá)爾集團(tuán)等6家世界500百強(qiáng)企業(yè)建立不同類型的合作關(guān)系。并不斷深化,共同開發(fā)“道達(dá)爾國際化課程”,邀請(qǐng)其工程師、總裁、銷售總監(jiān)等來學(xué)院講課,采用全英文授課形式,為學(xué)生開設(shè)了《供應(yīng)鏈優(yōu)化》、《安全生產(chǎn)管理》、《公司價(jià)值文化管理》、《銷售與渠道管理》等為期5~50學(xué)時(shí)不等的課程。目前已擬訂了5年授課計(jì)劃,每學(xué)期開辦一期。目前我院正積極拓展與跨國公司及其他社會(huì)部門實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的人才聯(lián)系,準(zhǔn)備聘請(qǐng)他們?yōu)榧媛毥淌?,以校企?lián)合開發(fā)課程作為推動(dòng)高校教育國際化、實(shí)踐化的另一動(dòng)力。
推動(dòng)國際合作與交流我院積極與國外高校及科研機(jī)構(gòu)實(shí)行多種形式的聯(lián)合培養(yǎng)。作為國家公派研究生項(xiàng)目的補(bǔ)充,我院以國際合作項(xiàng)目、在讀研究生赴外合作院校攻讀雙碩士學(xué)位、暑期學(xué)習(xí)、出國留學(xué)及聯(lián)合培養(yǎng)積極拓展海外大學(xué)的合作,如芬蘭Lap-peenranta理工大學(xué)、瑞典Malardalen大學(xué)等,2006年后每年都有交換生派出。多次舉辦國際性學(xué)術(shù)研討會(huì),如第一屆綠色化工產(chǎn)品和過程工程國際研討會(huì),大會(huì)邀請(qǐng)多位院士做大會(huì)報(bào)告,并有來自美國、加拿大、英國、德國、日本等國家和地區(qū)的專家和代表約400人參加,探討開展本領(lǐng)域國際合作的機(jī)會(huì)和前景。還有首屆中法綠色化學(xué)研討會(huì),第四屆海峽兩岸化學(xué)工程暨產(chǎn)品工程學(xué)術(shù)合作座談會(huì)等,同時(shí)鼓勵(lì)教師、學(xué)生參加國際學(xué)術(shù)會(huì)議,提高了我院教師的科研及教學(xué)能力,給研究生培養(yǎng)帶來了新鮮的氣息。邀請(qǐng)國際學(xué)術(shù)界知名人士來校做報(bào)告會(huì),開展合作研究。近兩年來自英國利茲大學(xué)、法國國家太陽能研究院、英國皇家化學(xué)會(huì)、伯明翰大學(xué)、加拿大滑鐵盧大學(xué)、牛津大學(xué)等專家舉辦的學(xué)科前沿講座已成為我院的例行活動(dòng),平均兩周不到就有一位境外專家的報(bào)告,已形成了制度化的工作安排,使我院研究生不出國門也可以接觸到國外學(xué)術(shù)前沿信息。
改革教學(xué)方法,引入國外的教學(xué)模式為了培養(yǎng)學(xué)生好奇心和科學(xué)探索精神,提升研究生綜合素質(zhì),我院構(gòu)建了課內(nèi)與課外、校內(nèi)與校外、國內(nèi)與國外“三結(jié)合”的實(shí)踐教育平臺(tái)。在課內(nèi)教學(xué)方法方面,鼓勵(lì)教師的教學(xué)方式由傳統(tǒng)的知識(shí)傳授型轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)、能力和人格聯(lián)合發(fā)展的綜合素質(zhì)能力教學(xué),如通過專題調(diào)研環(huán)節(jié)增加學(xué)生的主動(dòng)性,將課程部分內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪W(xué)生講述,教師進(jìn)行評(píng)述的師生互動(dòng)方式。目前課堂討論教學(xué)已達(dá)到30%的學(xué)時(shí),以學(xué)生為主體的課堂,學(xué)習(xí)氣氛十分活躍。還有借助學(xué)生喜歡的形式來開展教學(xué),如開發(fā)完成了10個(gè)現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)仿真課件,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。#p#分頁標(biāo)題#e#
配套教學(xué)設(shè)施,參考國外高校,以化工創(chuàng)新平臺(tái)開放共享教學(xué)環(huán)節(jié)。一方面開設(shè)“現(xiàn)代化學(xué)化工分析方法與實(shí)驗(yàn)技術(shù)”公共實(shí)驗(yàn)課程,讓學(xué)生掌握現(xiàn)代先進(jìn)的分析儀器和大型設(shè)備的使用與操作,提高學(xué)生的科研實(shí)驗(yàn)技能。管理上則由研究生制定相關(guān)制度,負(fù)責(zé)管理。對(duì)研究生全天候開放,以面向課題、面向問題學(xué)習(xí)的方式開展實(shí)驗(yàn),提高了實(shí)踐管理能力。以全國高校環(huán)??萍紕?chuàng)意設(shè)計(jì)大賽提高學(xué)生創(chuàng)新能力。大賽由中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)、廣東省環(huán)境保護(hù)廳、華南理工大學(xué)、廣東省吳小蘭慈善基金會(huì)共同主辦,目前已開展兩屆,最近一屆比賽共吸引來自全國49所“985”、“211”高校、473支隊(duì)伍3898人報(bào)名參賽,各參賽隊(duì)圍繞“環(huán)保”和“節(jié)能”兩大主題,開展了一系列的科研探索及創(chuàng)意發(fā)明設(shè)計(jì)。大賽為廣大研究生提供了一個(gè)拓展國際化眼光的競(jìng)技平臺(tái),他們結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí),開展在建筑、交通、環(huán)境、化學(xué)、化工、礦業(yè)、物流等各領(lǐng)域提高能效,推動(dòng)節(jié)能減排、低碳生活的科研探索、創(chuàng)意發(fā)明設(shè)計(jì)等有實(shí)成果的實(shí)踐活動(dòng),加上來自UniversityofWisconsin-Madison等境外高校的學(xué)生代表的分享,學(xué)生們通過論壇了解了國內(nèi)外相關(guān)的新技術(shù)和新方法。各參賽隊(duì)伍大膽新奇的創(chuàng)意和在環(huán)境保護(hù)科技道路上的求索精神讓人們看到了傳播綠色文明、網(wǎng)聚綠色科技的與國際環(huán)保趨勢(shì)相一致的精神。
關(guān)鍵詞:稀土化學(xué);進(jìn)展
面對(duì)將我國稀土資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)這一重大挑戰(zhàn)稀土化學(xué)以其豐碩成果迎來了共和國50年華誕。本文重點(diǎn)介紹稀土化學(xué)近20年的概況。
1 稀土固體化學(xué)
稀土元素被譽(yù)為新材料的寶庫。我國稀土材料研究取得了重大進(jìn)展并促進(jìn)了稀土固體化學(xué)向高層次發(fā)展。
1.1稀土固體發(fā)光
在固體發(fā)光化合物制備上除采用一般的高溫固相反應(yīng)法外許多新的方法如沉淀法、水熱法、水解法、燃燒法、微波法也開始應(yīng)用。特別是能在溫和條件下合成發(fā)光化合物的溶膠-凝膠法、低溫固相反應(yīng)法得到深入研究與廣泛的應(yīng)用。采用不等價(jià)取代法利用帶電子的缺陷作還原劑在空氣中合成了低價(jià)稀土摻雜的硼酸鹽如摻入Eu2+、Sm2+和Yb2+的SrB4O7等并總結(jié)出某些重要的規(guī)律。
1.2稀土磁性材料
稀土材料的另一個(gè)突出領(lǐng)域是稀土磁性材料。稀土永磁材料已從第一代SmCo5經(jīng)過第二代Sm2Co17發(fā)展到第三代NdFeB。目前我國NdFeB的產(chǎn)量已達(dá)數(shù)千噸居世界前列其質(zhì)量正在進(jìn)一步提高。值得重視的是在大量仿制的基礎(chǔ)上已有一些具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新材料。在對(duì)第四代稀土永磁材料Sm2Fe17Nx的研究中成功地將N引入到ThMn12型結(jié)構(gòu)的稀土-鐵金屬間化合物中制得高永磁性能的新化合物并獲得專利。在此基礎(chǔ)上又發(fā)現(xiàn)新組份化合物如RE2Fe17Ti等。采用軟化學(xué)合成一系列稀土-過渡金屬間化合物制備出結(jié)構(gòu)和形態(tài)適宜的合金粉末。采用新的共沉淀-還原-擴(kuò)散的方法制備出NdFeB永磁合金突破NdFeB制備領(lǐng)域中的專利限制可能成為我國NdFeB生產(chǎn)的新工藝。
1.3稀土電性
在高溫超導(dǎo)體研究中我國科學(xué)家也作出過重要的貢獻(xiàn)。稀土高溫超導(dǎo)體的出現(xiàn)不僅是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要突破而且推動(dòng)了無機(jī)固體化學(xué)的發(fā)展。合成了300多種不同組成的稀土與Ti、In、Sn和過渡金屬的復(fù)合氧化物、復(fù)合硫化物、復(fù)合氟化物和稀土磷化物??偨Y(jié)了電子輸運(yùn)通道、電子構(gòu)型、自旋狀態(tài)與原子簇對(duì)稀土化合物電性的影響。并在此規(guī)律的指導(dǎo)下成功地設(shè)計(jì)合成了大量的金屬性導(dǎo)電的化合物、半導(dǎo)體化合物和絕緣體。合成了具有光生伏特效應(yīng)的新型稀土光電材料。在稀土貯氫合金LaNi5等方面開展了大量的工作稀土貯氫材料年生產(chǎn)能力已達(dá)2000噸左右并已用于高性能電池。
2 稀土生物無機(jī)化學(xué)
我國稀土生物無機(jī)化學(xué)的研究具有明確的應(yīng)用背景?,F(xiàn)僅擇其主要進(jìn)展簡述如下。
2.1稀土與動(dòng)物體內(nèi)配體的作用
報(bào)道較多的是稀土與各種氨基酸的絡(luò)合行為相平衡及其晶體結(jié)構(gòu)曾總結(jié)了這類配合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。稀土與維生素、多肽及檸檬酸等配合物亦已有報(bào)道。關(guān)于稀土與體內(nèi)大分子的作用已證明稀土能與血紅蛋白結(jié)合引起血紅蛋白氧親和力改變。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到稀土可使血紅素Fe(II)氧化成Fe(III)。稀土與牛血清白蛋白及人血清白蛋白作用的研究亦已有報(bào)道。銪(III)與脫鐵鐵蛋白的作用的研究指出銪(III)通過占據(jù)馬脾脫鐵鐵蛋白(II)結(jié)合部位而使其對(duì)鐵(II)吸收的初始階段受到抑制。還研究了稀土離子與人血清脫鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白及伴清蛋白等的作用。
2.2稀土對(duì)細(xì)胞的跨膜行為
稀土能否通過細(xì)胞膜的問題長期以來存在著不同的認(rèn)識(shí)。有報(bào)道認(rèn)為稀土進(jìn)入肝細(xì)胞是以胞吞小泡方式攝入的。對(duì)紅細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)證明稀土絡(luò)陰離子經(jīng)陰離子通道進(jìn)入稀土陽離子通過打洞增加膜通透性實(shí)現(xiàn)自推動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。用激光共聚集顯微法加光切技術(shù)等推定了跨膜過程中的動(dòng)態(tài)變化提出稀土在各個(gè)部位的不同結(jié)合態(tài)間的分布。低劑量長時(shí)間經(jīng)消化道給予稀土稀土能進(jìn)入血流和血細(xì)胞。稀土對(duì)Myeloma的跨膜行為研究指出當(dāng)濃度低于1mmolPL時(shí)并不能通過細(xì)胞膜而稀土濃度增大細(xì)胞膜受到損壞。Y3+對(duì)大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞的跨膜行為特點(diǎn)是在靜息條件下Y3+不能跨越細(xì)胞膜但可經(jīng)Na+/Y3+交換機(jī)制過膜而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。給兔注射不同劑量的稀土后經(jīng)不同時(shí)間取血用ICP-MS及NMR均未發(fā)現(xiàn)稀土進(jìn)入紅細(xì)胞膜??傊⊥岭x子及其化合物的跨膜行為復(fù)雜由于實(shí)驗(yàn)條件、方法及細(xì)胞種類的不同而具有一定的差異因而其跨膜行為及其機(jī)理仍需要深入研究。
2.3稀土對(duì)不同生物效應(yīng)的影響
稀土元素進(jìn)入體內(nèi)后隨劑量變化對(duì)許多生物效應(yīng)均產(chǎn)生影響。早在1990年我國科學(xué)工作者已報(bào)道了稀土對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響。最近又報(bào)道了稀土對(duì)肝細(xì)胞環(huán)核苷酸的影響、大白鼠心肌動(dòng)作電位以及對(duì)大鼠內(nèi)臟組織、大腦、肌肉NO及NOS活性的影響等。
3 稀土萃取化學(xué)
50年來我國萃取化學(xué)取得了重大進(jìn)展。稀土分離技術(shù)具有國際先進(jìn)水平有的處于國際領(lǐng)先行列。
3.1萃取劑及其結(jié)構(gòu)與萃取性能關(guān)系
合成了大量具有我國資源特點(diǎn)的萃取劑其中有一些已用于稀土分離工藝。提出了分離稀土常用的萃取劑其烷基膦酸單烷基酯的烷基結(jié)構(gòu)對(duì)其萃取稀土的行為有顯著影響通常在磷原子C位具有取代基烷基的萃取劑分離稀土的性能良好。開展了HMO法對(duì)各種萃取劑的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究并采用分子力學(xué)及量化方法研究了一系列酸性磷(膦)酸萃取劑的空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)特征。
3.2萃取動(dòng)力學(xué)
稀土萃取動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)機(jī)理研究表明P507從不同無機(jī)酸介質(zhì)中萃取稀土(?)的平衡時(shí)間按下列次序增加:HNO3
3.3串級(jí)萃取理論
我國學(xué)者在串級(jí)萃取理論研究中作出了較大的貢獻(xiàn)。在單組份串級(jí)萃取動(dòng)態(tài)平衡的數(shù)學(xué)模擬和計(jì)算程序的基礎(chǔ)上研究了兩組份和多組份串級(jí)萃取體系的動(dòng)態(tài)過程。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)和編制了一系列兩組份和多組份串級(jí)萃取分離體系靜態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)計(jì)算程序一步放大到實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模。借鑒同位素分離中的回流萃取操作概念對(duì)回流萃取技術(shù)在稀土分離生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了理論研究和計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證提出了適合稀土萃取分離的全回流y單回流y大回流y正常操作的新啟動(dòng)模式。針對(duì)稀土分離工業(yè)中廣泛采用的串級(jí)萃取體系提出了新的稀土串級(jí)萃取動(dòng)態(tài)仿真模型。串級(jí)萃取理論的研究成果已用于稀土萃取分離。
參考文獻(xiàn):
[1]倪嘉纘洪廣言.稀土新材料及新流程進(jìn)展.北京:科學(xué)出版社1998.
[2]倪嘉纘.稀土生物無機(jī)化學(xué).北京:科學(xué)出版社1995.
追夢(mèng)――各具魅力的研究院校
幾十年來,為了人類醫(yī)療水平的提高,生物醫(yī)學(xué)工程的追夢(mèng)人堅(jiān)定地做項(xiàng)目、搞科研,研發(fā)出一個(gè)個(gè)新的醫(yī)療技術(shù),更培養(yǎng)了一代代的生物醫(yī)學(xué)人才。國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程院校就是這樣一個(gè)群體,從最初建立院系學(xué)科到分專業(yè)發(fā)展科研,再到如今培育人才做實(shí)際項(xiàng)目,每一步都走得精彩。
重點(diǎn)名校
清華大學(xué)
作為國內(nèi)首屈一指的理工科高校,清華大學(xué)的教學(xué)科研資源得天獨(dú)厚,生物醫(yī)學(xué)工程系也不例外。該系強(qiáng)大的師資力量不可小覷,教授就包括院士、“長江學(xué)者”特聘教授、美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)院士、美國醫(yī)學(xué)和生物工程研究院院士。另一方面,清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系硬件設(shè)施優(yōu)越。院系所在的醫(yī)學(xué)科學(xué)樓擁有7個(gè)科研實(shí)驗(yàn)室和4個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,各實(shí)驗(yàn)室設(shè)施齊全,更引進(jìn)了世界最先進(jìn)的設(shè)備供師生研究所用。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科自創(chuàng)立以來,在醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、生理系統(tǒng)建模仿真、超聲成像等領(lǐng)域進(jìn)行了長期系統(tǒng)地研究,在生物芯片、生物信息學(xué)、神經(jīng)工程、分子影像等新興方向有明顯特色。畢業(yè)生中既有國際知名大學(xué)的教授,也有國內(nèi)醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍人物,更多的是國內(nèi)教學(xué)、科研、國防及產(chǎn)業(yè)方面的優(yōu)秀人才。
清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)每年的碩士研究生總數(shù)在30人以內(nèi),具體到校內(nèi)校外是1∶1的比例,考研招生的人數(shù)大概在15人左右。
上海交通大學(xué)
上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)創(chuàng)建于1979 年,同樣是我國最早建立生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的院校之一。正如“早起的鳥兒有蟲吃”,上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程起步早,發(fā)展也較為成熟。2011年,上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院成立,旨在對(duì)接國家重大需求及臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展需要,重點(diǎn)建設(shè)生物醫(yī)學(xué)儀器、神經(jīng)科學(xué)工程、醫(yī)學(xué)影像信息、生物納米材料4個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,致力于培養(yǎng)具有國際競(jìng)爭力的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域高端研發(fā)人才。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院實(shí)施精英式教育,從一年級(jí)開始就實(shí)行導(dǎo)師制,進(jìn)行全方位的導(dǎo)航。學(xué)生入校后,一、二年級(jí)夯實(shí)數(shù)理生基礎(chǔ)及專業(yè)基礎(chǔ);三、四年級(jí)根據(jù)領(lǐng)域方向興趣,在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,拓展知識(shí),提升創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。這一教育方式讓該學(xué)科的畢業(yè)生更出類拔萃。
2010年上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程各專業(yè)研究生報(bào)考錄取表
專業(yè)名稱 報(bào)名
人數(shù) 錄取人數(shù) 報(bào)錄比
生物學(xué) 319 53 6.18∶1
化學(xué)工程與技術(shù) 43 9 4.78∶1
生物醫(yī)學(xué)工程(83100) 95 30 3.17∶1
生物醫(yī)學(xué)工程(430131) 8 21(含推免) 未知
生物工程 7 4 1.75∶1
西安交通大學(xué)
西安交通大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程在業(yè)內(nèi)聲名遠(yuǎn)揚(yáng)。2000年,在原西安交通大學(xué)、西安醫(yī)科大學(xué)、陜西財(cái)經(jīng)學(xué)院三校合并及學(xué)科交叉融合的基礎(chǔ)上,生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院成立。該院下設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程系、生物科學(xué)與工程系兩個(gè)系,設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程研究所、生物醫(yī)學(xué)分析技術(shù)與儀器研究所、分子遺傳學(xué)研究所、癌癥研究所、生物醫(yī)學(xué)工程與儀器研究所、線粒體生物醫(yī)學(xué)研究所六個(gè)研究所。依托學(xué)校的整體實(shí)力,學(xué)院還設(shè)有現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子技術(shù)及儀器國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)學(xué)工程陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室三個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。2011年西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程招收學(xué)術(shù)型碩士研究生50人,全日制專業(yè)學(xué)位研究生20人。
復(fù)旦大學(xué)
復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院創(chuàng)立于1986年,是我國最早在大學(xué)中成立的生命科學(xué)學(xué)院,也是國家生命科學(xué)和生物技術(shù)人才培養(yǎng)基地。生命科學(xué)學(xué)院由生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系、微生物學(xué)和微生物工程系、遺傳學(xué)和遺傳工程系、生理學(xué)和生物物理學(xué)系、生物化學(xué)系五個(gè)系級(jí)單位組成,擁有遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物多樣性與生態(tài)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)代人類學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室三個(gè)國家和教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,以及遺傳學(xué)研究所、發(fā)育生物學(xué)研究所、植物科學(xué)研究所、生物多樣性科學(xué)研究所、進(jìn)化生物學(xué)研究中心等七個(gè)研究機(jī)構(gòu)。學(xué)院以科學(xué)研究為主導(dǎo),以爭取國家級(jí)重大項(xiàng)目為抓手,力爭在科研成果、科技產(chǎn)業(yè)化等方面實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。
2010年復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程各專業(yè)研究生報(bào)考錄取表
專業(yè)名稱 報(bào)名人數(shù) 錄取人數(shù) 報(bào)錄比
生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué) 18 6 3∶1
微生物學(xué)和微生物工程 49 11 4.45∶1
遺傳學(xué) 90 42 2.14∶1
生理學(xué)和生物物理 8 5 1.6∶1
生物化學(xué) 128 48 2.67∶1
實(shí)力院校
浙江大學(xué)
1977年浙江大學(xué)科儀系設(shè)立國內(nèi)第一個(gè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè),并相繼建成我國生物醫(yī)學(xué)工程第一個(gè)碩士學(xué)位授予點(diǎn)、第一個(gè)博士學(xué)位授予點(diǎn)和第一個(gè)博士后科研流動(dòng)站,現(xiàn)隸屬浙江大學(xué)信息學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院。其生物工程系在我國生物醫(yī)學(xué)工程業(yè)內(nèi)享有“黃埔軍?!钡拿雷u(yù)。學(xué)院建有生物傳感技術(shù)國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、生物醫(yī)學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)。學(xué)院與國際一流大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)的交流和合作廣泛,多次舉辦高質(zhì)量的國際學(xué)術(shù)會(huì)議。作為實(shí)力派院校之一,學(xué)院辦學(xué)條件優(yōu)越,科研實(shí)力強(qiáng)勁,現(xiàn)有科研實(shí)驗(yàn)用房6千多平方米,歷年來先后獲得國家級(jí)和省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)30余項(xiàng),多項(xiàng)科研成果居國內(nèi)外領(lǐng)先地位。
學(xué)院碩士招生按生物醫(yī)學(xué)信息處理、醫(yī)學(xué)成像與圖像處理、醫(yī)學(xué)儀器、生物傳感技術(shù)、定量與系統(tǒng)生理等方向進(jìn)行,按下表中的小專業(yè)錄取。其中免試研究生比例約50%。
2010年浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程各專業(yè)研究生報(bào)考錄取表
專業(yè)名稱 報(bào)名
人數(shù) 錄取
人數(shù) 推免人數(shù)
電子信息技術(shù)及儀器 110 24 未知
生物醫(yī)學(xué)工程(083100) 86 46 未知
儀器儀表工程 1 6 5
生物醫(yī)學(xué)工程(430131) 6 14 8
東南大學(xué)
作為國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)行業(yè)的佼佼者,東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院以強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度見長。該學(xué)科設(shè)有生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。另外,在蘇州、無錫等地開設(shè)科研基地,給學(xué)生提供了優(yōu)良的實(shí)踐平臺(tái),更方便學(xué)院與校外公司合作。在教學(xué)治學(xué)方面,全院師生在韋鈺院士的帶領(lǐng)下,在追求知識(shí)和理想中求實(shí)進(jìn)取,勇于創(chuàng)新,創(chuàng)造了很多卓越的科研成果。
依托強(qiáng)大的學(xué)科優(yōu)勢(shì),生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院學(xué)生學(xué)術(shù)思想活躍,專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí),具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí),大受用人單位歡迎。畢業(yè)生可到生物醫(yī)學(xué)工程和電子信息工程領(lǐng)域的企業(yè)、高校、科研院所、醫(yī)院等單位從事研究、設(shè)計(jì)、管理等方面的工作。
在考研招生時(shí),學(xué)科分兩個(gè)方向來錄取。對(duì)于初試,考卷一般都不會(huì)設(shè)置太難,主要是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)部分的考查。
2010年東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程各專業(yè)研究生報(bào)考錄取表
專業(yè)名稱 報(bào)名人數(shù) 錄取人數(shù) 推免人數(shù)
生物物理學(xué) 15 4 0
生物醫(yī)學(xué)工程 106 61 13
華中科技大學(xué)
華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院擁有生物醫(yī)學(xué)工程和生物物理學(xué)兩個(gè)國家重點(diǎn)學(xué)科。學(xué)院科研實(shí)力雄厚,依托學(xué)院建立的科研基地包括:國家納米藥物工程技術(shù)中心、科技部基因工程“國際科技合作基地”、武漢國家生物產(chǎn)業(yè)基地、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中英基因工程和基因組學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中德馬普生物物理與生物化學(xué)合作實(shí)驗(yàn)室等。近三年承擔(dān)國家和?。ㄊ校┭芯空n題234 項(xiàng),其中國家自然科學(xué)基金108項(xiàng),獲得省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng),獲得授權(quán)發(fā)明專利23 項(xiàng),發(fā)表SCI收錄論文418篇。
學(xué)院研究方向包括醫(yī)學(xué)圖像處理與分析、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與應(yīng)用、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與處理、納米生物光子學(xué)與生物傳感技術(shù)、人工器官等。近兩年的考研報(bào)錄情況未公開,但歷年報(bào)考人數(shù)一直在全國高校內(nèi)居多。
逐夢(mèng)――與時(shí)俱進(jìn)的研究分支
近年來,隨著生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展,生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)也日趨成熟,各分支方向的發(fā)展也日益明晰。那么,經(jīng)過幾十年的科學(xué)探索與研究,生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展現(xiàn)狀如何?生物醫(yī)學(xué)工程研究包括生物力學(xué)、人工器官、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)處理、生物醫(yī)學(xué)儀器、生物醫(yī)學(xué)成像、生物醫(yī)學(xué)超聲、生物材料與微納米生物技術(shù)、分子電子學(xué)以及遠(yuǎn)程醫(yī)療與社區(qū)保健工程等分支。現(xiàn)今,各分支的發(fā)展與研究進(jìn)行得如火如荼,研制出一系列輔助醫(yī)療儀器與關(guān)鍵技術(shù),并在人類醫(yī)療診斷中發(fā)揮了很大作用。一般來說,我們可以將這些分支簡分為四個(gè)方向:醫(yī)學(xué)影像學(xué)、醫(yī)學(xué)信息工程、醫(yī)學(xué)儀器和分子生物學(xué)。
那么,對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程懷有憧憬的你,應(yīng)該如何選擇自己的努力方向呢?古人云:“知己知彼,百戰(zhàn)不殆。”我們需要了解生物醫(yī)學(xué)工程,明白自己對(duì)哪方面感興趣。
醫(yī)學(xué)影像學(xué)
影像學(xué)診斷是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)診斷最重要、發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。20世紀(jì)50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學(xué)診斷方法,而由于X線、CT技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用,影像學(xué)診斷水平發(fā)生了飛躍,極大提高了臨床診斷水平。核磁共振計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng),不僅可分辨病理解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化,還能做到早期識(shí)別組織生化功能變化的信息,有利于臨床早期診斷。醫(yī)學(xué)影像學(xué)由此而生。
不同于醫(yī)學(xué)專業(yè)的影像學(xué)注重使用影像來診斷病情,生物醫(yī)學(xué)工程醫(yī)學(xué)影像學(xué)注重研究如何給醫(yī)生提供更好的圖像信息,如何將人體成像的信息更加可視化。近年來,各相關(guān)研究機(jī)構(gòu)研發(fā)了許多新型的醫(yī)學(xué)影像技術(shù),包括人體各大臟器、血液乃至皮膚的成像技術(shù),提取出更加有效的醫(yī)學(xué)特征輔助醫(yī)生治療。
醫(yī)學(xué)影像的研究對(duì)于研究人員的計(jì)算機(jī)水平有很高的要求,如在本科階段學(xué)習(xí)的matlab/c++等軟件是較為常用的編程軟件。該方向研究生階段的學(xué)習(xí)科目有《醫(yī)學(xué)影像學(xué)》《多維信號(hào)處理與分析》《信號(hào)處理的小波變換》等,主要介紹醫(yī)學(xué)成像的基本原理與關(guān)鍵技術(shù),是本科階段《大學(xué)物理》《高等數(shù)學(xué)》《數(shù)字信號(hào)處理》等課程的深度延續(xù)。
這一方向的研究在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)中較為普遍,很多大學(xué)都開設(shè)相應(yīng)的課程或?qū)嶒?yàn)室。由于各院校發(fā)展情況不同,研究方向的名稱也略有不同,感興趣的考生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源加深了解。典型的院校有:清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、東南大學(xué)等。
醫(yī)學(xué)信息工程
醫(yī)學(xué)信息工程研究方向包括神經(jīng)功能工程、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與處理、生物信息獲取以及傳感生物信息系統(tǒng)和應(yīng)用等分支。其主要工作目標(biāo)一方面是為神經(jīng)科學(xué)研究建立交叉的技術(shù)平臺(tái),另一方面是為臨床神經(jīng)疾病的診斷和治療提供新的解決方案。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是人體生命信息的集中體現(xiàn),是窺視生命現(xiàn)象的一個(gè)窗口。通過檢測(cè)心電、腦電、肌電和細(xì)胞電活動(dòng)、體溫、血壓、呼吸、心音、肌肉收縮等生物信號(hào),提供給醫(yī)生最好的診療信息。
該方向研究生階段的課程設(shè)置主要包括《電路》《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字信號(hào)處理》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《生物系統(tǒng)及建模》《生物醫(yī)學(xué)模式識(shí)別》等。各院校的課程設(shè)置基本相同,或者是相關(guān)課程的拓展。同樣,該方向?qū)W(xué)生的計(jì)算機(jī)編程能力有一定要求,在學(xué)習(xí)或?qū)嶒?yàn)中需要熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。畢業(yè)生的就業(yè)去向主要是電子信息和醫(yī)學(xué)信息類的科研院所、醫(yī)藥衛(wèi)生單位、生物醫(yī)學(xué)電子信息企業(yè)等,從事科研、開發(fā)、應(yīng)用設(shè)計(jì)制造及設(shè)備管理等方面的工作。國內(nèi)開設(shè)該方向的院校有:四川大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)等。
醫(yī)學(xué)儀器
醫(yī)學(xué)電子儀器是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的一個(gè)重要分支。19世紀(jì)末20世紀(jì)初,人類研制成功的各種治療儀器大量進(jìn)入臨床,最具代表意義的有可植入式心臟起搏器、高頻電刀、激光刀等。伴隨微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,各種物理治療類儀器發(fā)揮了越來越顯著的作用。目前的研究課題包括:面向腫瘤診斷治療的新型設(shè)備的研究開發(fā)、基于物理方法的熱治療技術(shù)、大功率驅(qū)動(dòng)技術(shù)及醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)與制造、面向家庭和社區(qū)醫(yī)療的數(shù)字化儀器的研發(fā)等方面。
該方向研究生階段的課程主要有《智能儀器設(shè)計(jì)》《高級(jí)醫(yī)療儀器》《醫(yī)學(xué)儀器原理》等,是本科階段《微機(jī)原理與接口技術(shù)》《傳感器技術(shù)》《信號(hào)處理技術(shù)》等課程的延續(xù)。國內(nèi)開設(shè)該方向的院校有:上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、四川大學(xué)等。
分子生物學(xué)
分子生物學(xué)是以分子水平研究生命本質(zhì)的一門新興邊緣學(xué)科,它以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對(duì)象,是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快,并正在與其他學(xué)科廣泛交叉和滲透的重要前沿領(lǐng)域。由于分子生物學(xué)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程中人工關(guān)節(jié)、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床上得到應(yīng)用,使千千萬萬的患者恢復(fù)了健康。隨著社會(huì)多樣性發(fā)展,市場(chǎng)需求的不斷變化,該方向也會(huì)研發(fā)出新的生物能源、保健、護(hù)理產(chǎn)品,甚至是化妝品相關(guān)的技術(shù)。
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)
級(jí)別:SCI期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊