化學工程與工藝的理解精選(九篇)
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第1篇：化學工程與工藝的理解范文
【關鍵詞】化學工藝學 教學改革 石油化工
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2012）16－0001－02
廣東石油化工學院坐落于中國南方最大的石油生產基地——廣東省茂名市，為華南地區唯一一所石油化工特色院校。學校的化學工程與工藝專業是國家級特色專業建設點，畢業生遍布全國各地的石油化工行業，就業具有很強的針對性，深受用人單位歡迎。廣東石油化工學院化學工程與工藝專業人才培養的目標是為社會輸送具備化學工程與工藝基本理論、基本知識和基本技能，具有較強工程實踐能力、良好的創新意識和較高綜合工程素質的人才。畢業生能在石油煉制、石油化工、能源、環保、材料等部門從事工程設計、技術開發、生產管理等方面的工作。化學工藝學作為該專業一門重要的專業課，是基礎化學、化工熱力學、化學反應工程、化工原理等課程的綜合應用。通過該課程的學習，要求學生掌握化工生產的基本原理、主要化工產品的生產方法、工藝流程等。在化學工藝學課程教學中，應注重強化學生的工程意識和基礎知識的實際應用能力。
一 結合石油化工特色，創建課程群
從人才培養的角度看，石油化工高校培養的畢業生應具有較強的工程實踐能力、良好的創新意識和較高的綜合工程素質，以適應石油煉制或石油化工等相關行業的人才需求。畢業生不但要懂得某一專業的基礎理論，還要具有某一崗位所需要的生產操作和組織能力，并能在現場進行技術操作和改進，解決生產實際問題。因此，廣東石油化工學院石油化工專業所培養的人才具有基層性、實用性和技術性，這是本專業區別于其他普通高校教育的一大特色。根據本專業的特點和學生的基礎及接受能力，以培養學生的綜合實踐操作能力和創新能力為主線，可將石油煉制工程、石油化工產品分析技術、石油產品應用技術與開發、石油儲運基礎等課程創建一個課程群，圍繞本專業人才培養目標，對各課程的主要內容進行精選優化，調整化學工藝學的教學內容。可從這些主干課程中選擇一些典型的石化產品，作為化學工藝學的教學案例，分析這些石化產品的生產方法、工藝流程、工藝參數、條件影響等。這種處理方式對課程群里面其他的課程教學可起到輔助和鞏固的作用。
二 優化和更新化學工藝學的教學內容
根據教學大綱對教學內容進行處理，把各章節內容按照了解、掌握、應用、設計等不同要求作詳細的定位。例如，對于工業生產中已經不采用的生產方法，只要求學生了解某種工業過程可能有多種生產方法即可；對需掌握的內容，可以要求學生對各種生產方法進行比較，分析其適用范圍、效果、操作條件、能耗等，從技術經濟的角度選擇生產方法。學生不僅要掌握教材介紹的幾種基本化工產品的生產，而且其生產--方法要會應用，能夠舉一反三，要能設計出一些簡單的生產工藝。例如，在講授合成氨時，可以先引入哈伯法合成氨工藝的歷史及哈伯本人的一些簡介，既可以提起學生對合成氨工藝的學習興趣，又可以了解一些名人的事跡。當學生有了興趣之后，可以從不同的原料角度，引入不同的生產工藝，如以煤為原料，以天然氣為原料，以重油為原料的合成氨工藝，其各自的工段均有所不同，可以在講授完后讓學生總結各不同原料合成氨工藝的異同，這樣學生學完之后印象深刻，可以吃透這部分內容。
另外，在組織化學工藝學教學內容時，應著重突出石油化工特色。在第一次化學工藝學講授過程中，讓大家認識到本門課程的針對性、重要性及實用性。在第一章“緒論”部分組織講授材料的時候，可以結合茂名煉油產業鏈，圍繞幾個關鍵詞如石油化工、石油煉制、乙烯工業、茂名乙烯、石化工業區等展開內容學習。例如，乙烯工業是指以石油餾分為原料裂解生產乙烯為主，同時生產丙烯、丁烯、芳烴等產品的生產過程。乙烯是石油化工的基本有機原料，目前約有75%的石油化工產品由乙烯生產。乙烯主要用來生產聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等多種重要的有機化工產品，乙烯產量已成為衡量一個國家石油化工工業發展水平的標志。再如，對乙烯產品結構的介紹（塑料類、合成橡膠類、液體化工類）；對長三角、珠三角、環渤海灣大型煉化一體化企業集群及沿長江產業帶分布的介紹等，這些內容可以讓學生清晰地認識未來的就業方向、就業區域和就業前景。在這種情況下，學生會充分認識到化學工藝學這門課程的針對性和重要性，在后面的時間里自然會重視這門課程的學習，因為這些內容的學習與他們未來的就業息息相關。
圍繞本專業人才培養目標，針對畢業生的就業特點，廣東石油化工學院的化學工藝學這門課應該調整教學內容，注重重點內容的凝練。其重點內容應圍繞乙烯工業展開。
如以茂名石化乙烯為例，學習乙烯生產原理、工藝技術、產品應用等基本知識；以茂名石化工業區為例，學習乙烯下游產業鏈、產品應用等基本知識。
乙烯生產原理主要包括乙烯生產過程中的化學反應規律、反應機理、熱力學及動力學分析，乙烯生產的工藝參數和操作指標（如原料性質及評價、裂解溫度、烴分壓、停留時間、裂解深度等）及乙烯生產的工藝過程等。
三 適當引入雙語教學
第2篇：化學工程與工藝的理解范文
關鍵詞：卓越工程師；創新創業；重點實驗室；仿真平臺；校企合作
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）15-0121-03
2015年6月11日，中國高校創新創業教育聯盟成立大會暨首屆全國創新創業教育論壇在清華大學舉行。教育部副部長林蕙青、中國高等教育學會會長瞿振元和清華大學校長邱勇出會并致辭。在首屆全國創新創業教育論壇上，清華大學、北京大學、浙江大學、中南大學等高校的＜已д呔汀按蔥麓匆到逃模式，創新創業人才培養”的核心問題作了主題發言，來自全國137所高校的代表交流了各高校對大學生創新創業教育模式的探索和創新創業人才培養的做法。大學生創新創業能力的培養一直都是大學教育的重要研究課題，實施好、開展好大學生創新創業項目也成為了高等學校教育教學工作的重要組成部分，通過創新創業項目提升個人創新意識，增強自身實踐能力更是廣大同學的迫切需求。
創新創業項目的開展，創新精神是靈魂，專業技術是基礎，政策、資金扶持是保障。從以上三點來看，國家教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點班（以下簡稱“卓越班”）的學生較之其他大學生有著突出的優勢。選拔進入“卓越班”的學生對工程技術有著較為濃厚的興趣和較強的創新意識，有更多的實踐機會檢驗和應用所學的專業知識，并且得到了重點培養，理應在創新創業項目中嶄露頭角，為其他同學做出示范、形成榜樣。廣西大學化學工程與工藝專業是教育部“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）入選專業，該專業從2012級學生開始選拔有志于工程技術研究、綜合能力突出的學讓組建試點班，并依托資源，利用優勢，在大學生創新創業能力的培養上有了初步探索。
一、科學選拔學生，重點配備師資
廣西大學化學化工學院制定了精密、科學的方案，從能源化工與制藥類2012級開始選拔優秀學生進入化學工程與工藝專業“卓越班”。學院采取課程成績和面試成績相結合，兼顧學生興趣方向、創新意識、動手能力和專業水平的選拔方式，成立了以王立升教授、周立亞教授、陳小鵬教授、粟海峰教授、王琳琳教授五位專家為成員的評審小組。首先依據學生的加權平均成績和專業排名確定入圍人選，再對入圍學生進行逐一面試，通過考察他們對“卓越計劃”的理解，對工程技術的興趣和化工專業基礎知識掌握的扎實程度以及實驗操作技能，最終從能源化工與制藥類200位學生中選拔出33人進入化學工程與工藝專業“卓越班”。
對于“卓越班”，學院重點配備了師資。聘請廣西教學名師、博士生導師陳小鵬教授擔任班主任，邀請童張法教授、王琳琳教授、廖丹葵教授、黎鉉海教授按照工程問題、工程案例和工程項目的教學內容為“卓越班”學生加授《化工熱力學》、《色譜分析》、《化工設計》的相關知識，培養學生們的工程意識，拓寬他們專業領域的知識面。同時邀請廣西梧州日成林產化工股份有限公司總經理、教授級高級工程師李前先生等一批工程技術應用專家擔任“卓越班”創新創業項目的校外輔導教師。
學院科學的選拔方式和師資配備確保了“卓越班”的質量，是其創新創業計劃項目得以高質、高效開展的基礎。
二、依托重點實驗室和仿真平臺助推創新創業項目開展
廣西大學化學化工學院現擁有“廣西石化資源加工及過程強化技術自治區重點實驗室”，并正積極申報國家級虛擬仿真實驗教學示范中心。重點實驗室和仿真平臺為“卓越班”學生開展創新創業項目提供了優越的實驗條件。
在重點實驗室，“卓越班”的學生更早地接觸并操作了一批高精尖的設備，利用氣相色譜分析儀、高效液相色譜儀、氣―質聯用儀分析物質的成分，利用改進的Ellis平衡釜測定氣液相平衡數據。對于如何進樣、如何檢測、如何分析以及設備的構型、構造都有了全面的了解，為日后利用精密儀器開展創新實驗進行了先行演練。
“卓越班”的學生在對專業理論知識和相關工藝流程有了全面的認識后到模擬仿真教學中心進行仿真訓練，仿真平臺有品牌機的硬件支撐和我院自行研發的“化工單元操作”的軟件支持，讓學生們在十分逼真的環境中獲得對工藝路線的深度理解和對實際操作技能的熟練掌握。學生們在學習了機械制圖、化工儀表及其自動化、化工原理、化工分離工程相關章節的課程后進行液位控制、離心泵、換熱器、精餾塔等單元仿真訓練，在學習精細有機合成及其工藝學、石油煉制工程、香料工藝學的理論課程后進行合成氨生產工藝仿真、催化裂化冶煉技術仿真、桂花浸膏提取工藝仿真等多項仿真訓練。在仿真訓練中，學生們學會了開停車規程、故障的分析與處理，強化了對單元操作、化學反應工程、傳遞工程、化工系統工程、過程動態學及控制的認識及對工藝流程的理解。由于化工行業具有易燃易爆、高溫高壓等不安全因素和連續化、高技術操作的生產特征，仿真訓練便是工科學生真正進入企業實習的預熱。通過仿真平臺的操作訓練，同學們初步樹立起生產的連續性、設備的維護等工程意識和從生產實際考慮問題的思維方式，為創新創業項目的高質量開展奠定了實踐基礎。
三、校企合作――做新、做強創新創業項目
化學工程師的任務是把化學家在實驗室的研究成果“放大”為可以獲取經濟效益的商業化生產工藝，“放大”便是化學工程技術的核心問題。工科學生尤其是“卓越計劃”的學生只有在企業全面、系統、深入地學習“放大”過程，才會真正樹立起工程意識和工藝創新理念，才能真正提升解決實際問題的技術水平，才能真正鍛煉出創新創業能力。
廣西大學化學化工學院與柳州化工控股有限公司、廣西梧州日成林產化工股份有限公司等一批知名企業不斷拓展校企合作，為“卓越班”校企聯合培養搭建平臺，讓“卓越班”學生的創新創業能力在“學以致用、以用促學、學用相長”的培養模式下得到大幅度提升，把創新創業項目做新、做強。
（一）項目化
對于生產實習，學生到企業大都是毫無目的、走馬觀花式地觀摩見習。實習就是用手機拍下企業的技術資料和工藝路線，回校后抄過完事的過程，根本沒有達到實習的目的。針對這種現象，廣西大學化學化工學院對于“卓越班”的學生提出了“帶著項目下工廠”的要求。例如胡靜和王洋團隊的創新創業項目的課題是相平衡數據的精密測定及關聯，在到廣西農墾明陽生化集團股份有限公司實習時他們便專門就酒精精餾的相平衡問題與廠方技術人員展開深入交流，依靠學到的成熟工藝推演、創新，并依托廣西梧州日成林產化工股份有限公司的實驗室和中試車間開展創新實驗；再例如羅濤團隊的研究項目是礦物資源的開發利用，在到中國鋁業廣西分公司實習時，該團隊便具體了解了鋁礦的開采技術和氧化鋁的最新生產工藝，以期為日后項目開展提供參考；還例如王曉惠等同學積極報名參加“全國化工設計大賽”，在去南寧統一糖業明陽糖廠實習時她們便向廠方重點學習了廠區布置、管道布置和設備選型的知識，為設計大賽積累經驗。
“帶著項目下工廠”的要求讓同學們明確了課題方向，有了針對性的學習重點，讓大家基于問題去學習，基于項目去學習，基于案例去學習，敦促大家延伸企業成熟的技術工藝增加訓練計劃項目的創新點，利用企業的試驗條件把實驗室成果轉化為生產工藝，“真刀真槍”地做創新創業項目。
（二）基地化
做新、做強大學生創新創業項目必須借助一定的物質中介，必須有一個保證雙向多邊活動得以展開和深入的載體。實習基地便是這個物質中介或載體。廣西大學化學化工學院在柳州化工控股有限公司、廣西梧州日成林產化工股份有限公司、中檢集團廣西分公司、防城港海洋局、桂林集琦生化有限公司等企事業單位設立實習基地，動員和組織“卓越班”的學生在寒假和暑假去深入實習。
實習基地為學生提供了一個認識企業、參與生產的窗口，使學生所學的理論知識不再是紙上談兵，他們對于書本上知識的認識不再是枯燥的文字而是一個鮮活的生產過程；實踐基地為學生開創了一條拓展視野、培育創新精神的渠道，讓他們了解了多種化學品生產的現狀，對現行工藝的優缺點有了自己的思考，更加明晰了新工藝、新方法對于利潤提升、環境保護的重大意義；實習基地為學生們創造了一個檢驗理論知識、提升創業能力的平臺，企業的每一次技術改造、產業升級都是“二次創業”的過程，在實習基地有幸參與其中看到所學知識應用于工程實踐和商業運作是提升創業能力最快捷的方式。
（三）長期化
利用校企聯合培養的優勢做新、做強創新創業項目，充足的實踐時間是保證。只有確保企業實踐活動“長期化”開展，學生們才能把自身融入到企業產品研發、工業生產、運銷經營及行政管理的實際環境中，這才是對創新創業能力的高質量培育。只有堅持了企業實踐活動“長期化”，學生們到企業的實習效果才能避免淺嘗輒止、水過地皮濕。
與廣西大學化學化工學院建立密切合作關系的廣西梧州日成林產化工股份有限公司、中檢集團廣西分公司、桂林集琦生化有限公司等企業為“卓越班”的學生提供了時長超過一個半月的實習機會，讓大家學習在工廠，工作在工廠，生活在工廠，真正感受工業生產的氛圍，切實提高實踐能力。
（四）成果與建議
廣西大學化學化工學院化學工程與工藝專業“卓越班”的學生在卓越工程師教育培養模式下的創新創業項目得到了高質量的開展，“卓越班”現有三支團隊在“國家級大學生創新創業訓練計劃”項目中獲得立項。在“廣西高校大學生創新創業項目”的申報和立項中，化學化工學院排名前五的團隊三支來自“卓越班”。截至目前，多數項目已取得了階段性研究成果，多人在《高校化工學報》等核心期刊發表研究文章；2012級創新創業項目將于今年8月結題，研究成果將以專業論文和專利形式呈現。
教育部于2011年1月向各省、自治區、直轄市的教育行政部門和各高等學校下發了《教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見》，2013年11月又聯合中國工程院下發了《卓越工程師教育培養計劃通用標準》。《意見》和《標準》都要求入選“卓越計劃”的各高等學校“優先保證卓越計劃所需優秀生源，在工程碩士推免政策上向卓越計劃傾斜”。對于“卓越計劃”的學生，堅固樹立其創新意識，扎實培養其創新能力，貫通培養是最為有效的途徑。“本―碩”貫通培養、“碩―博”貫通培養、“本―碩―博”貫通培養能讓學生在持續性培養模式下最大限度地夯實理論基礎，提升實踐水平，培育創新能力。在貫通培養模式方面，北京理工大學等部分高水平大學已經做出了有益探索，將這種培養推廣到“卓越計劃”的其他入選高校，將整體提高“卓越計劃”的培養成效。
國家實施“卓越計劃”的目的在于培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量多類型的工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。創新意識和創新能力的提升是創新人才培養的重點，“卓越計劃”和“大學生創新創業項目”都是基于這一點出發，為大學生創新創業能力培養鋪就了一條全方位、多層次的“綠色通道”。“卓越計劃”是手段，“大學生創新創業項目”是載體，兩者相互促進、相得益彰。“卓越計劃”為“大學生創新創業項目”的高質量開展匯集了優勢，“大學生創新創業項目”為“卓越計劃”的培養效果提供了檢驗平臺，并使“卓越計劃”學生的實踐技能得到了鍛煉和發揮。因此，重點在“卓越班”中開展“大學生創新創業項目”是必要選擇。
參考文獻：
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第3篇：化學工程與工藝的理解范文
關鍵詞：石油化工工藝；教學改革；實踐教學
中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0040-02
一、引言
《石油化工工藝學》是繼基礎課和專業基礎課之后，化學工程與工藝專業主干專業課程之一。其主要任務是從石油化工生產工藝角度出發，運用化工過程的基本原理，闡明石油化工工藝的基本概念和基本理論，介紹典型工藝的生產方法與工藝原理、典型流程與關鍵設備、工藝條件與節能降耗分析。與化工專業其他課程相比，該課程具有明顯的特殊性：綜合性強，知識點多；課程內容廣泛，新工藝多；應用性強，理論與實際緊密結合。所以剛剛完成基礎課和專業基礎課學習、缺乏工程概念和實踐經驗的大學生，要面對以原油蒸餾、催化裂解、催化重整等工業化裝置為研究對象的非理想的、動態的、復雜多樣的生產實際問題，以及大量的新概念、新工藝等，會感到無所適從，甚至厭煩、畏懼。目前，《石油化工工藝學》仍以課堂教學為主。雖有少學時的實踐教學，但企業從確保生產穩定、安全等方面考慮，不允許實習學生動手操作。另外，傳統的“一塊黑板，一支粉筆”的教學方法根本不能讓學生對復雜的實際工藝過程真正理解、掌握，更不要說現場實際控制操作了。所以該課程教學效果較差，急需改革。針對該課程的特點及教學現狀，為了確保教學質量，提高教學效果，我們進行了教學改革探索。
二、強化課堂教學
《石油化工工藝學》以課堂教學為主。為了提高教學質量，培養學生興趣和學習的積極性、主動性，更好地實現理論與實踐的有機結合，首先應以教學手段的改革強化課堂教學。一方面引入了多媒體教學手段，借助多媒體的聲光交互、動靜結合的特點給學生全新的視覺感受，極大地提高學生的學習興趣；以圖片、聲像資料和動畫方式展示一些設備和生產工藝流程，解釋一些抽象的原理，展現一些復雜工藝流程中單元操作的實現過程等，直觀、形象，能幫助學生深入理解、開闊視野、增加興趣，使其在有限的時間內容易接受，實現了高效且良好的教學效果[1]。另一方面應借助學校開通的網絡教學平臺，豐富課堂教學內容，在教學過程中根據需要及時地向學生介紹最新工藝、與課程相關的國內外研究動態、企業生產現狀等，并對社會行業發展和人材結構需求等信息進行傳遞。除此之外，網絡教學平臺還可以實現師生的互動，使老師及時了解學生的困惑和對課程的掌握情況，以便課堂教學中有的放矢。這些教學手段的實施都大大地提高了教學質量和教學效果。其次以教學方法的改革強化課堂教學。傳統的“滿堂灌”教學方法，已無法滿足要求，需要采用多種教學方法并用。譬如啟發引導式[2]、討論式、情境教學式[3]、工程案例式[4，5]等。該方法既能增加師生之間的教學互動，又能激發學生的好奇心、學習興趣和求知、探索精神；既培養學生將基礎理論應用到專業課中的學習方法，又提高學生對實際問題的綜合分析能力和解決能力。這些教學方法的改革活躍了課堂氛圍，實現了師生的共同參與，改善了教學效果，提高了教學質量。
三、加強實踐教學
石油加工過程錯綜復雜。雖然課堂教學中運用多種教學方法，既注重了知識的交叉和融合，又注重了知識領域的拓寬和工程案例的結合，但是學生沒有實踐經驗，缺乏綜合分析的能力和將理論知識應用到實際工程問題的意識，所以必須加強實踐教學環節。認識實習、專業綜合實驗、頂崗實習等多種實踐類教學手段，不僅僅是理論教學的補充和完善，更是學生實踐能力培養與訓練的重要教學環節。首先使學生通過認識實習對石油化工工藝主要工藝的生產有一定的概念和認識，然后通過課堂教學，在具備“必須、夠用”理論知識的基礎上，通過專業綜合實驗、頂崗實習等實踐環節，循序漸進的分層實訓，使學生逐步將石油化工工藝關鍵理論與生產實際融為一體，這不僅為操作技能的訓練和形成提供了強有力的支撐，而且建立了工程意識、理論與實踐相結合的意識，具備了在實踐中學習的能力、綜合應用知識分析和解決實際問題的能力以及人際交往與團隊協作精神[6]。
四、培養工程思維能力
盡管先修課程如《化工原理》等已引入“工程”概念，且在教學中從教學方法、手段、實踐等多個環節也引導學生建立工程意識，但還需要學生進一步在實踐中自己主動的、習慣性的去強化工程意識，培養工程思維能力。譬如，學生自編工藝[7]，讓學生自選課題，用分析與綜合的方法根據工程實際生產編制工藝并組織討論；請實習基地的外聘企業專家定期進入學校，走上講臺，開設應用技術講座、工程案例分析；學生自制剪輯并配有錄音的工廠裝置圖片、工藝圖片，以及一些現場教學錄像；老師和學生走進企業，現場教學；深入車間，頂崗實習等，這些都可以在實踐中培養并強化工程意識，使學生逐漸地學會從工程觀念的角度考慮每一個生產環節，配置合理的流程，實現生產的最優化。
五、改革教學模塊
根據專業、課程特點和教學目標，整個教學過程由原來的“滿堂灌”和專業實驗兩個模塊改為五個模塊：認識實習模塊、理論教學模塊、專業綜合實驗模塊、現場教學模塊和頂崗實習模塊。認識實習模塊使學生近距離接觸生產流程、設備等，建立感官認識和概念，并產生好奇、興趣和探索的欲望；理論教學模塊是指學生學習理論知識，并在老師的引導下應用理論知識去分析工程中的實際問題，結合企業的裝置圖片、講解和現場教學錄像等建立工程觀念、分析并解決實際問題；專業綜合實驗模塊是指學生可以自由選題，根據認識實習和理論教學所掌握的知識，通過分析和綜合考慮自編工藝，在指導教師的指導下獨立完成。這不僅使學生獲得了學有所用的成就感，而且培養了學生綜合思維能力、動手能力和分析解決實際問題的能力；現場教學模塊既使學生鞏固了理論知識，又系統化的深入認識了工藝流程、設備等，還強化了學生的工程觀念及綜合分析能力；頂崗實習模塊則是針對生產實際中的某個工段或車間進行更深入和細致的學習與研究，包括流程、設備、操作條件的調試、簡單故障的排除等，最終實現理論和實踐的統一，并使學生能應用工程觀念、理論知識去綜合分析和解決實際生產問題，具備一定的動手操作技能和排除故障的能力。
通過這些模塊的訓練和學習，畢業后的學生不僅具有扎實的專業理論知識，且具有一定的現場操作技能和水準，縮短了工作后的“再教育”過程，基本可以實現“零距離”上崗。
六、結語
總之，改革后的《石油化工工藝學》課程，在五大教學模塊中通過分層教學、強化課堂教學、加強實踐教學訓練、培養工程思維能力，不僅確保了教學質量，取得了良好的教學效果，而且還有效地提高了學生綜合運用理論知識分析、解決實際問題的能力，基本實現“零距離”上崗。
參考文獻：
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第4篇：化學工程與工藝的理解范文
Abstract： Based on the characteristics of Coal Chemical Technology course， and combined with the author's teaching experience， this article discusses on how to make students understand， recognize and apply the professional course. The author's teaching experience is stated in this article in hope of getting more improvements and support in the future teaching.
關鍵詞： 煤化工工藝學；教學；體會
Key words： coal chemical technology；teaching；experience
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）02-0238-02
0 引言
《煤化工工藝學》是煤化工專業的專業必修課，煤化工專業在我校是屬于化學工程與工藝專業的一個方向。為了順應國家大力發展煤化工產業的大戰略，培養煤化工專業的應用型人才迫在眉睫。而只有學懂《煤化工工藝學》，才能基本了解煤化工專業的實質內涵。《煤化工工藝學》課程的主要內容包含：煤的低溫干餾、煉焦、煉焦化學產品的回收與精制、煤的氣化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生產的污染與防治，內容涉獵了煤的絕大部分轉化原理、工藝及其方法。通過本書的學習，可以使學生獲得專業基本知識，具備在專業生產第一線工作的基本能力。所以教授好這門課程，并且使學生獲得必要的收效顯得尤為重要。
《煤化工工藝學》是一門以應用為主的專業技術課，學生學起來比較抽象難懂，因此比較科學而易懂的講授方法，才能夠與學生引起共鳴，達到較好的收效。這門課程的基礎課是《煤化學》、《有機化學》、《化工原理》、《物理化學》等，作者本人講授《化工原理》和《煤化學》課程多年，同時結合自己多年的生產實踐經驗，在駕馭這門課程方面談一下自己的教學體會。
1 合理分配課時，順應人才需求
我校引用的《煤化工工藝學》教材是大連理工大學郭樹才老師編寫的，建議課時80學時。而我校在教學計劃中規定課時是128學時，大三下80學時，大四上48學時，因此在分配教學內容時，筆者將煤的低溫干餾、煉焦、焦化產品回收與精制三大部分放在大三下的80學時里，把煤的氣化、煤的液化、煤的碳素化、煤化工生產的污染與防治放在大四上。這樣分配的優點在于：大三下的內容主要是傳統煤化工的精髓，學生利用較多的學時理解、消化、吸收；大四上的內容主要是新型煤化工的知識，并且是傳統煤化工與石油化工的交匯。從我校的特色辦學里可知，我校的煤化工專業既保留了煤化工專業的特色，又吸收了石油加工專業的營養，具有大化工的優勢。同時，由于國內現在煤化工的開發利用重點在煤氣化、煤液化以及煤制天然氣等方面，所以把新型煤化工知識放在這個學期學習，可以使參加應聘的同學很容易回憶起所學過的東西，面試時更有自信。
2 內容詳略有當，緊跟學科前沿
郭樹才老師的《煤化工工藝學》是按照80學時的課程來設計的，我們拆開來講解，如果只理解課本上的知識遠遠不能滿足教學需求，因此，必須依托課本，適度引進《煉焦工藝學》、《煤化學產品工藝學》、《煤炭氣化工程》、《煤炭直接液化》、《煤炭間接液化》、《煤基醇醚燃料》、《煤化工過程中的污染與控制》等相關教學內容，才能達到既使課堂內容飽滿，又使學生了解學科前沿，了解新裝置、新技術、新工藝的發展動態，具有對新裝備、新技術、新工藝、新方法理解、運用和掌握的初步能力。
比如在第一章，煤炭的低溫干餾內容里，實質重點是煤的低溫干餾和中溫干餾的基本原理、工藝過程、主要設備以及主要技術，為第二章煤的高溫干餾做足了鋪墊。在講解的過程中，筆者就結合國內的央企大唐國際比較成熟的“褐煤提質工藝”，以及《煤化學》教材中講到的相關煤的基本性質與工藝性質來做適當重點講解，這樣，既使學生回顧起來《煤化學》課本上的基本重點知識，又使學生了解了煤低溫干餾工藝的風向標，既滿足了學生的專業好奇，又為未來就業打下良好基礎。在第二章煉焦內容里，大量引進《煉焦工藝學》的基本原理、工藝過程、國內外主要焦爐類型、焦化工藝等的主要內容，同時也結合國內鞍山焦耐院與化六院開發并且使用的各類大型焦爐，展開評價，既使學生把握了煤的高溫干餾的基本知識，也使學生認識到了煤焦化的瓶頸以及突破的入口，為未來煤高溫干餾的技術研發打下深厚的基礎。在第三章煉焦化學產品回收與精制一章，除了詳細講解煤氣凈化過程中如何提取并且回收重要的化學產品，同時也就目前比較看好的苯加氫工藝，以及煤焦油加氫工藝做了必要的闡述。使學生了解了課本知識的同時，也較好的把握了國內煤化工專業動態，為自己選擇專業方向做好了準備。在第四章以后的煤炭氣化、煤炭液化等新型煤化工知識方面，更是結合國內現在的煤化工產業動態，在講解氣化原理、氣化設備、氣化工藝的同時，結合本人對歐洲煤化工技術的考察，把學生引進以煤氣化為基礎的碳一化工領域，使學生對未來煤化工發展的大戰略有了初步的思考，并對就業有了更深刻的認識。在煤化工產業的背后，實質是大量的能耗、大量的污染，如何解決，必須要使學生了解污染產生的主要環節，污染物的主要類型，針對不同性質的污染如何在生產的初、中、末，采用必要的技術消除。因此，學生在學習知識的同時，也知道了自己的專業不僅可以去煤化工行業去就業，也可以去環保、能源動力方面去就業，拓展了思維，開闊了眼界。
3 教學方法靈活，學科聯系緊密，學生互動加強
在《煤化工工藝學》的教學過程中，如果僅僅是循規蹈矩地一味去講解，學生會覺得枯燥、晦澀、難以進入模型。因此，教學方法的靈活多變可以促進學生的理解。
首先采用比擬的授課方式，為學生建立立體的圖形，使學生對設備及工藝加深認識。比如在講解煤加工的設備時，我們習慣稱“爐子”，使學生與家庭里常見的火爐聯系起來，建立形象化的模型，然后，把模型拆開來，逐一再理順，大家就對設備有了直觀的認識。然后又把“爐子”與化工生產中的“反應器”聯系起來，大家就知道了在不同的領域，設備的叫法有所不同，但是原理基本相似；再就是在焦爐的認識過程中，我把學生坐的桌子和椅子分別形象地比擬成“炭化室”和“燃燒室”，使大家直觀地對焦爐建立起了立體的印象，然后再把成焦過程中模型分解開來畫在黑板上，大家就很直觀地對“單向供熱”、“成層結焦”有了更深刻的體會。其次采用相關專業課的知識關聯，強化了專業理論的理解，同時也強化了相關專業課的應用。比如在學習《煤化工工藝學》之初，先復習《煤化學》相關知識重點，使大家為不同煤化度和不同性質、不同產地的煤種如何應用，對號入座；在講到焦爐燃燒系統及煙囪的流體流動時，我們及時地與《化工原理》課程的精髓之流體流動和傳熱對接，把各個環節流體流動的性質分析到位，同時把如何廢氣循環和節能關鍵點拋給學生，使學生帶著問題去思考，培養大學生分析問題和解決問題的能力；還有在講解煉焦化學產品的回收與精制過程中，及時與《化工原理》里吸收及萃取的單元操作聯系起來，使學生在學習本專業課的同時，把握了專業基礎課如何應用的方法，既促進了本專業的理解，也促進了其他課程的學習，一舉兩得。再次，利用復雜的工藝流程路線圖，強化訓練，啟發學生快速識別并分解工藝路線。教會學生如何去理清復雜的化產回收工藝流程圖，然后再自己去設計工藝加工步驟，既可以快速地理清工藝，又可以把機械制圖及AUT CAD用到實處。在工藝學的學習過程中，不僅僅是學會原理、工藝，認識設備，識別流程，更重要的還有如何去設計、開發，因此，組織學生討論，帶著問題去學習思考，利用相關知識去引導學生自己動手，寫專業小論文，進行相關工藝設計，工藝計算以及工藝設想，掌握專業領域內工藝與設備的基本設計能力，很值得去推廣。
參考文獻：
[1]趙振新.《煤化工工藝學》的教學法思考[J].化工時刊，2012（07）.
第5篇：化學工程與工藝的理解范文
李伏虎
(安徽理工大學化學工程學院，安徽淮南232001)
【摘要】針對目前煉焦工藝學課程教學過程中的問題，對如何上好煉焦工藝學進行簡單的討論，提出多媒體教學、典型工藝教學、實驗教學和畢業實習教學等多種教學手段相結合的方法，調動學生學習的積極性和自主性，引導學生主動發現問題、分析問題、解決問題，為學生進一步深造或工作打下堅實的基礎。
關鍵詞 煉焦工藝學；教學研究；典型煉焦工藝
煉焦工藝學是煤化工專業必修的一門專業課程，具有較強的實踐性和綜合性，在日常教學過程中，由于其內容覆蓋面廣，牽涉專業知識較深，學生普遍感覺學習時有一定的難度，課程內容枯燥，學習完課程過后印象不深，很難抓住重點難點。針對上述問題，教師應該根據煉焦領域的發展，調整教學方法，使學生獲得系統化、專業化的煉焦知識，能利用所學的知識解釋專業現象，具有解決生產問題的能力。下面就如何上好煉焦工藝學進行簡單的討論。
1合理設計課程內容
要教好一門課程首先教師就要合理設計課程內容，明確課程培養目標。煉焦工藝學課程主要向學生傳授煤化工產品生產、科研、設計所需的基本理論和知識。課程內容應根據國內外煉焦與化產回收工業的最新發展，結合當前社會重大需求和所面臨的問題，對課程內容進行結構調整，刪減陳舊過時內容，尤其對課本中的一些低效老式焦爐煉焦工藝等知識點，學生感覺內容枯燥乏味，這就要求教師上課時發揮自己的能動性，將一些新型煉焦技術引入到課堂教學當中。
同時，教師還應明確教學重點如煉焦基礎理論部分、焦爐基本原理部分、典型煉焦工藝等，這些知識點涉及到許多基礎課程如煤化學、化工工藝學、化工原理、燃燒工程等課程的內容，講授課程內容時，既要說明各章節內容、新老知識點的相互聯系，又要避免或減少課程內容的重復。使學生清楚所學知識的來龍去脈，讓學生明白學什么、如何學，合理分配重點講解內容和自學內容。授課時要突出重點，探討煉焦基本問題如煉焦用煤的特點、煤粘結成焦的機理、碳化室內成層結焦、煉焦化學品以及化產回收工藝等；介紹煉焦新技術及其基本原理、焦爐加熱系統設計等；分析典型煉焦工藝，培養學生專業知識的實際應用能力；同時密切關注國內外相關領域發展前沿動態，使學生了解關于此學科的前沿進展。
2利用多媒體教學
合理有效地利用多媒體技術進行教學具有很多優點，可以擴大課堂講授的信息量，拓寬學生的專業視野，使所要傳授的知識直觀生動形象，吸引學生的注意力，激發學生學習興趣，從而調動學生的學習積極性和學習熱情，同時，多媒體還可使課堂教學更靈活，克服了課本、教師語言、板書、掛圖等傳統教學方式的局限性。這些優勢都有利于提高了教學的質量和效率，例如在教授焦爐結構課程內容時，可以先期播放一些大型焦爐生產的視頻，為學生提供了直觀具體的感性認識資料，使學生可以身臨其境的感受到焦爐的生產過程。由于學生事先通過視聽等學習較為抽象的教學內容，并且能夠直觀地認識到了焦爐的科學性和復雜性，從而能使后期教學內容的效果明顯。多媒體教學能讓學生在短時間內，對所學的知識理解，記憶的更加深刻。過去給講授焦爐熱工課程時，只是一味枯燥的講解一些理論知識如焦爐熱工效率、物料平衡和熱平衡等等，學生學習后，效果不佳，印象不深，很多同學過段時間后就不清楚如何進行焦爐的熱工評定，而現在利用多媒體教學，可以結合課本理論內容，播放一些焦爐加熱、煤氣燃燒和熄焦等過程的視頻資料，使學生對所學內容認識更加深刻，并且在實際工作中能夠運用基礎知識進行分析，提高學生專業能力。
3典型工藝講解
課堂教學時，可以將一些典型煉焦工藝引入課堂，讓學生了解這些工藝的特點，并且讓學生對不同工藝進行總結評價，激發學生積極性，主動參與課堂討論，參與學習，從而不僅能活躍課堂氣氛，提高教學效果和效率，同時讓學生能夠對所學的理論靈活應用，培養學生運用專業知識分析、解決實際問題的能力。例如在講解搗固煉焦工藝時，先將搗固煉焦的基本原理介紹給學生，然后讓學生們列表對比搗固煉焦與其他煉焦工藝的區別，如比較焦爐結構、裝煤方式、煉焦煤的質量等。同學們看過對比結果后，會進行思考，帶著問題來學習，在學習完本節課程后，鼓勵學生相互討論，大膽發言，激發學生學習積極性。對于一個典型工藝的講解分析并不只是局限在某一個堂課內容的知識點上，而是要貫徹整個教學過程中。在講授有關典型焦爐結構知識點的時候，同樣可以搗固煉焦工藝繼續進行探討，讓學生分析焦爐應該如何設計碳化室結構，如何最大限度的提高焦炭產量，又不會影響推焦操作。通過學習，學生就能對新型焦爐的發展等有較深的理解，掌握分析其它煉焦爐結構的特點，能夠舉一反三，這種講解方式比教師照本宣科的教學更能引起學生的學習興趣，有效地解決課堂中的教與學，并且最大限度地調動學生的學習積極性，以學生為中心，最終有助于達到教學目的。
4利用實驗教學
實驗教學是教學工作的重要組成部分，可以培養學生的觀察力、動手能力和專業素質，使學生初步學會學科做科學研究的基本方法，是理論聯系實際的一個重要環節。對于煉焦工藝學中的很多內容，僅僅是靠教師板書，甚至是多媒體也遠遠達不到教學效果的，必須要讓學生親體體驗操作，例如學生學完了煉焦工藝學課程過后，熟悉和掌握了煤炭結焦的基本原理，然而不少學生卻不知道焦炭反應性的測試，這就說明教學過程中，實驗教學的部分的嚴重缺乏，在煉焦工藝學教授過程中，在介紹相關章節內容時，需安排相應的實驗部分，并且同時教會學生做科學研究的基本方法與注意事項，讓學生明白做實驗前的注意事項，如何去查找實驗標準，如何紀錄、分析試驗數據，使學生養成一個良好的科研習慣。
5利用畢業實習進行教學
煤化工專業畢業實習是一次重要的實踐教學環節，是對專業課課堂教學的一個完善和補充，通過畢業實習對學生進行專業知識的深化，把理論知識和實際應用有機地結合起來，加深學生對課堂教學內容的消化、理解和掌握，提高學生對所學知識的實際應用的能力。畢業實習教學過程中，應鼓勵學生多動腦、勤思考，不能走馬觀花的看一遍，讓學生靈活運用所學理論知識，這樣使他們在畢業實習的過程中，能將自己在課堂中所學的知識應用的實際生產當中，并且引導學生查找資料解決一些復雜問題。例如在參觀焦炭的加熱系統時，要求學生描述焦爐加熱系統運行，采用何種加熱方式以及這種方式的主要特點等，并要求學生根據課本所學內容和實地學習經驗，學習焦爐加熱系統，通過此種辦法畢業實習，可以使學生不僅思考一些表面現象，還啟發同學們思考深層次的問題，能收到很好的實習效果，為學生日后的進一步深造或工作打下堅實的基礎。
總之，要上好煉焦工藝學課程，首先教師對課程內容進行合理設計，然后采用多媒體教學、典型煉焦工藝教學、實驗教學、畢業實習教學等多種教學方法和手段，調動學生學習的積極性、自主性，引導學生主動發現問題、分析問題和解決問題，對學生進行專業技術能力和科學方法研究的培養，為學生日后的進一步深造或工作打下堅實的基礎，最終將學生培養成一名合格的煤化工專業技術人員。
參考文獻
［1］姚昭章,鄭明東.煉焦學[M].3版.北京:冶金工業出版社,2005:1-5.
第6篇：化學工程與工藝的理解范文
一、《制藥工程制圖》課程改革的必要性
1.新形勢下高校應用型人才培養發展的需要。當前，隨著社會經濟的深入發展，國家和用人單位對于應用型人才的需求量逐步增大。高校是國家需求人才的輸送口，在這樣的背景下，更要適應國家大勢的發展需求，為國家培養出所需的應用型人才，滿足國家以及社會發展對于技能型人才的需求。在這樣的大環境下，《制藥工程制圖》的課程教學改革順應新形勢下高校應用型人才的培養需求就顯得尤為重要了。
2.提高高校畢業生就業競爭力的必然要求。隨著高等教育大眾化趨勢的進一步發展，社會上大部分的高校畢業生面臨就業難的局面。一方面，許多制藥工程專業的高校畢業生在尋找工作時只具備理論知識，缺乏一定的實踐經驗，使得他們不能滿足用人單位的需求，導致工作難覓；另一方面，就是許多高校畢業生盡管課程中開設過實踐、實驗課，但其實踐知識往往不能緊隨時展的步伐，多是一些被時代淘汰的實踐、實驗課程。
3.社會對高校畢業生技能要求提高的必然要求。當前，高校在進行《制藥工程制圖》的授課時，教師多是以理論教學為主，涉及到實踐的環節較少，導致制藥工程專業的學生雖然具備了豐富的理論知識，但還是很難滿足社會上用人單位的需求。當前，社會用人單位在進行社會招聘時傾向于選擇那些具備一定實踐經驗的求職者，因為這種求職者工作上手快，在一定程度上節省了企業的培訓成本。因此，應用型、技能型的人才能受到社會、單位的極大青睞。在這樣的背景下，高校在進行教學時要迎合時展的需求，將高校大學生打造成符合時展、用人單位青睞的應用型、技能型人才。
二、《制藥工程制圖》課程教學現狀
1.《制藥工程制圖》教學內容存在的問題。大多數高校的教案中實際上還是以畫法幾何、制圖基礎、機械制圖為主，由于課時短，計算機繪圖講授的時間基本沒有，更別提與制藥工程制圖有關的制藥設備與工藝的繪制；目前的教案內容陳舊，不能緊隨時展的步伐，基本上還是之前的教授內容，講述的內容以機械零件為主，與制藥有關的設備和工藝基本不涉及。沒有能夠很好地將《制藥工程制圖》講授內容與社會、企業對人才的需求相結合；與課程內容相對應的配套習題缺乏。配套習題研究也不夠深入，主要體現在配套習題題量少，設計的習題無法體現課程的重難點，無法很好地幫助學生理解教材的相關內容。
2.《制藥工程制圖》教學方法存在的問題。受現在各個學校重科研、輕教學思路的影響，工程制圖課程所需要的立體模型基本缺乏或者即便有也可能是多年前的，損壞很多；對于計算機繪圖這塊，需要做到學生人手一臺電腦，教師在多媒體上講授相關內容，而學生需要像自己大一學計算機基礎時那樣，一步步隨著教師的講授而操作。然而目前很多高校沒有制圖課程相對應的機房，教師教學過程中經常碰到的問題，如學生無法正確安裝CAD軟件到自己的電腦里，筆記本待機時間無法滿足上課時間要求，等等；有一些難度較大、空間想象多的地方，用立體模型也很難講授清楚。比如講述組合體的三視圖，對著立體模型，只能講述模型相關的內容，無法完整呈現整個主視圖、俯視圖、左視圖的作圖過程及其相互關系。
3.《制藥工程制圖》理論教學與實踐教學銜接問題。在許多高校傳統的教學模式中，教師在《制藥工程制圖》的課堂中多是采用傳統的理論知識教授，很少會涉及到實踐教學的內容。在高校的《制藥工程制圖》的教學過程中，最常見的就是將理論教學與實踐教學區別出來。同時，由于《制藥工程制圖》的教學內容具有一定的抽象性，很難讓學生在短時期內理解與接納。此時就需要高校制藥工程專業的教師采用一些的實踐教學環節，如立體模型和動畫等，來幫助學生理解所學的《制藥工程制圖》的相關知識。
4.《制藥工程制圖》師資隊伍問題。受現在各個學校重科研輕教學思路的影響，教師的引進基本都是按照科研的要求而不是按照教學課程來進行的，因此很多教師并不具體了解相關的藥學背景，尤其是制藥工程專業的學習背景。很多高校，如天津大學，作為一個工科背景的高校，其《制藥工程制圖》基本上是按照化學工程的專業設置來進行的。同時也應看到，因為教師本身不是按照教學對應引入，部分教師可能本門課程沒學過或者本科學習過且學時較少，根本沒有深入地研究。
三、《制藥工程制圖》課程教學改革實踐
1.《制藥工程制圖》教學內容的改革。高校在進行《制藥工程制圖》的教學內容的改革時，要在事前做好充分的準備：首先，要對國內外的《制藥工程制圖》的教學大綱、培養目標以及培養方向有一個大致的了解。其次，就是要對國內的大型制藥企業以及與制藥工程專業相關的企業進行一定的社會需求調研，可以通過問卷、訪談等方式進行。最后，就是將上述兩方面內容與高校自身的實際教學情況相關聯，在此基礎上對《制藥工程制圖》的教學內容進行再定義、再創新。要使《制藥工程制圖》的教學內容中包含必要的教學模塊，如計算機繪圖，制藥設備與工藝的繪制，同時在進行教學內容的編排上也要十分注重它的邏輯性、系統性，使《制藥工程制圖》的教學內容能夠有效銜接。另一方面，《制藥工程制圖》在教學內容的?O計上要實現要增加與制藥工程專業相關的實踐案例，輔助學生們進行學習。
要在教學內容中強化制藥工程專業圖紙的繪制，制藥工程制圖圖紙的繪制對于制藥工程專業的學生至關重要。教師在對學生在進行《制藥工程制圖》的教學過程中要要幫助學生去學習制藥設備的表達方式以及尺寸標注，還要使學生在經過《制藥工程制圖》的學習后能夠熟練的閱讀各種制藥設備圖，能夠在具備一定基礎知識儲備的情況下繪制不同深度的制藥工藝圖，幫助藥廠設計簡單的平面圖，等等。
第7篇：化學工程與工藝的理解范文
課外論文成績考核評分方法及標準
食品生物技術課程的課外論文成績考核步驟如圖1所示。其中，學生進行資料查閱、社會調研、理論調研、論文撰寫需要1～2個月的時間，由教師及全體學生聽取學生個人或課題小組的答辯(對小組中每個學生都有單獨答辯的要求)，論文成績各項指標由教師和學生共同進行綜合評分［2］。論文成績考核包括論文名稱與作業相符程度;論文格式;參考文獻數量;講述熟練程度，表達準確，重點突出;內容豐富，信息量大;運用先進手段，講解氣氛活躍;回答教師及學生問題流利準確。成績分別占10%、10%、10%、20%、20%、10%、20%。學生完成論文后，制作答辯幻燈片，全班公開答辯，同時提交論文。實際上，這種形式從考試的綜合性、全面性、客觀性來說，對學生的要求遠遠高于一般的卷面考試。既是水平的檢閱，又是能力的體現，更是很好的交流，同時也激發了學生的創造靈感，提高了學習熱情和積極性，培養了團隊精神。
口試成績考核評分方法及標準
在專業課《食品生物技術》教學中引入口試方式，這對培養學生的思維敏捷性、靈活性及口頭表達能力至關重要。在考核內容上，要選擇能夠充分體現素質教育要求的具體知識和能力的內容，突出學生能力的訓練和考核，而不是局限在要求死記硬背的內容上。考核內容不僅包括教科書的主要內容，而且包括教師補充的前沿信息，更要有指定的教學生閱讀的專業文獻內容。教師對上述內容分類做成口試題簽，學生可以選擇自己感興趣的工藝章節進行抽簽，也可以自述一些食品加工工藝的前沿信息。根據回答問題的熟練程度及信息的先進性進行打分。讓學生自己選擇考試內容，可以充分調動學生智力活動的熱情，把某種心理壓力轉變為探求學習的興趣和動力，使考試過程成為學生發展智力、探求知識的智育過程。口試成績考核包括:口試選題的新穎性;對教材內容的熟練性;閱讀的參考文獻數量;講述熟練程度，表達準確，重點突出;專業前沿信息量大，分別占總成績的15%、20%、15%、30%、20%。口試是公認的最能反映學生真實水平的一種考試方法，將教材、筆記等書面知識用自己的語言表達出來，是口試考試方法特有的功能。口試與其他考試方式相結合的考試方式是值得探索和實踐的課題。
期末考試成績考核評分方法及標準
期末考試題型應該多元化，具體指每套試卷至少要設計填空、名詞解釋、單選或多選、判斷、簡答、比較分析、綜合應用等多種形式的題型，合理確定主觀性和客觀性試題的比重，注重試題的認知層次和難易程度的協調搭配。命題思路為:①多以現實生活中的有關理論問題和實際問題立意命題，力求比較全面和真實地模擬現實;②試題的構造以引導學生注重對事物整體的結構、功能和作用的認識，以及對事物發展變化過程的分析理解;③所涉及的有關知識以多樣性、復雜性和綜合性的特征呈現出來。評分標準為:試卷的客觀題有標準答案，主觀題沒有固定標準答案，但是要給出給分點，按照給分點綜合評定成績。
考試效果
1考試改革對教師提出了更高的要求，有利于教師提高自身素質
改革考試方式的核心問題是要有科學而合理的評價方法與評價標準，考試改革對教師提出了更高的要求。首先，要求評價學生的創造性、綜合能力及素質，教師必須有能力設計出這樣的題目，同時還要有能力評價這類題目的優劣，這就要求教師有較高的學術水平。培養學生的創新意識與創新能力，要求教師必須有創新的意識與實踐。考試對教師命題水平提出了更加嚴格的要求，題目形式應具有靈活性與綜合性，內容應有明顯的創新，獨具特色，這就要求教師對本學科有相當的理論功底，豐厚的知識儲備。
第8篇：化學工程與工藝的理解范文
關鍵詞：制藥工程；化工儀表及自動化；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0101-02
制藥工程專業是農藥學和工程學交叉發展的應用學科，主要應用農藥學、化學、工程學及相關學科的理論和技術手段解決農藥生產過程中的工程技術問題，具有很強的實踐性，要求學生具備農藥產品生產、工程設計、新農藥研制與開發的實際能力。化工儀表及自動化主要講解實際生產過程中工藝參數檢測、顯示和控制，是涉及化工生產過程、化工設備、儀器儀表及自動控制等多學科交叉的綜合性課程，是制藥工程專業的一門必修專業基礎課。由于缺乏實際生產實踐知識，因此在學習中，學生普遍反映該課程信息量大，內容龐雜、抽象，難以理解[1]。在課時有限的情況下，這個問題顯得尤為突出。如何根據制藥工程專業的培養目標和化工儀表及自動化的課程特點，使學生在有限時間內獲取最大的課程知識，完成理論知識與生產實踐的結合，教研組結合近幾年的教學實踐，從多個方面進行了教學措施改革。
一、合理安排教學內容
制藥工程專業使用的教材是厲玉鳴主編的《化工儀表及自動化》，主要包括儀表和控制系統兩大部分共七章的內容，理論教學內容較多，在36個課時內要詳細講授這些內容顯然很不現實。根據該專業的培養目標和農藥生產過程的實際需要，化工儀表及自動化的課程改革應以實際應用為指導，以滿足制藥工程專業學生在實際生產過程中涉及的參數檢測和自動控制的要求為原則，教學內容以學生畢業后的實際工作需要來選擇。
在有限的課時內，堅持“少而精”的原則，一般不詳細分析內部電路，但要講清儀表和控制系統的結構、工作原理和工作過程，重點講解如何正確選擇和使用儀表及控制系統，降低理論要求，增加實用內容。農藥生產過程主要涉及反應過程及傳熱、精餾、吸收、干燥、萃取等單元操作，因此在保持課程相對完整的基礎上，根據專業特點調整教學內容。把自動控制系統兩章內容和典型化工單元的控制方案進行融合，在自動控制系統講授中盡量選用這些單元操作進行討論講解，分析典型化工單元操作中若干具有代表性設備的自動控制系統，闡明設計控制方案的共同原則和方法。
例如，無相變的換熱器的溫度控制、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制、冷卻劑進行氣化的冷卻器自動控制、精餾塔的溫度控制方案、釜式反應器和發酵罐的溫度控制等，通過案例分析，激發學生的學習興趣。隨著工業生產和自動化技術的發展以及新型儀表和控制理論的不斷更新，教學過程中，我們要順應控制技術發展規律，調整充實教學內容，讓學生了解檢測技術和控制技術的發展趨勢和最新發展動態，使教學內容的組織體現應用性和開放性[2]。這不但能激發學生的學習興趣和學習熱情，也能為他們以后的工作打下良好的基礎。
二、采用多種教學方法
化工儀表及自動化的教學內容與實際生產過程密切相關，涉及大量的工藝生產過程、單元操作及相關生產設備，對于從未接觸實際生產過程的學生來說，文字性質的描述或者圖示的方法不能有效地提供課程相關信息，致使他們對工藝參數的檢測和自動控制缺乏直觀的認識。教學實踐證明，使用多媒體教學課件，用圖形、圖像、文本、動畫、視頻等直觀、生動的形式描述知識形成過程的特點，能使學生的學習活動處于積極狀態，增強學習興趣，提高教學效果[3]。
例如，講到自動控制系統組成時，可進行液體貯槽液位自動控制的動畫演示，形象展現出液位自動控制系統所應用的測量元件、自動控制器、控制閥及對象等環節和控制過程；利用圖片進行典型控制單元的展示。另外，我們還將農藥原藥生產的實際生產過程、相關設備、參數檢測和控制視頻穿插在課程教學中，使學生有置身生產過程的感覺，提高教學效率。還可以將化工生產模擬仿真與傳統化工儀表及自動化教學相結合。利用Matlab軟件和Aspen Plus等仿真軟件，制作相應的化工儀表工作過程模擬仿真教學課件和典型化工控制系統控制過程的演示課件，將過程模擬方法和傳統化工儀表及自動化教學內容相結合。例如，模擬某農藥生產過程典型設備中各參數的控制過程，修改參數可看到不同的過渡過程曲線，從而理解PID參數的整定，進一步領會工藝過程與自動控制系統之間的關系。
三、注重實踐課程教學
化工儀表及自動化課程教學以實際應用為目的，因此進行實踐教學是配合理論教學的必不可少的環節，缺乏實踐環節將嚴重影響教學效果[4]。然而，制藥工程專業的化工儀表及自動化課程已進行的實驗，多是以模擬式儀表為基礎的儀表校驗和參數的測量。因此，實驗課的設置要按照教學計劃的要求，力爭在完成基本實驗內容的基礎上，盡可能地增加一些有益的內容。實驗可分為基礎驗證性實驗和綜合性實驗。基礎驗證性實驗是傳統實驗，主要是使學生掌握儀表的工作原理和使用方法，完成實驗操作、數據處理等基本訓練；綜合性實驗主要培養學生調查研究、設計實驗方案及對實驗過程及結果獨立分析和判斷的能力[5]。
實習通常作為學生貫通專業知識和集合專業技能的重要教學實踐活動。制藥工程專業的課程教學要以農藥生產的實際需要為目標，不但強調對專業知識的掌握和應用，更應加強調與生產實際的結合，強調課堂講授與學生的生產實習相結合[6]。本課程的教學內容與農藥生產過程密切相關，涉及大量的參數檢測和控制的相關知識。因此，在課程進行的第七周穿插一周針對該課程和化工設備機械基礎的農藥廠認識實習，有助于讓學生通過對啶蟲脒和霜霉威生產流程與生產設備的了解，進一步認識生產過程中較為典型的控制單元，畫出帶控制點的工藝流程圖。
并且，在實習報告中要求學生從這兩個工藝生產過程中，選取一個生產設備作為被控對象，設計一個簡單控制系統。設計內容包括：分析工藝過程，找出工藝的影響因素；確定被控對象，分析對象特性及在工藝流程中的作用；根據被控變量和操縱變量的選擇原則，選擇被控變量和操縱變量；選擇測量元件；控制器及其控制規律的分析和確定；控制閥的選擇；自動控制系統的控制過程分析。學生在完成實習報告的同時，就完成了對課程內容的理解和融會貫通，也就完成了對化工儀表及自動化課程的全面復習。更重要的是，它能促使學生主動理論聯系實際，將課程內容與工藝過程中的參數控制聯系起來，鍛煉利用所學知識解決實際問題的能力。
四、進行試題庫建設
化工儀表及自動化課程通常的出題方式是由經驗豐富的教師手工組卷，且是AB兩卷，一次組卷只能用于一次考試，重復勞動量較大。而且，人工組卷的出卷人一般是教授此課的教師，不能實現教考分離，對學生全面達到教學大綱規定的要求不利。試題庫內容擬覆蓋檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、控制系統組成、簡單控制系統、復雜控制系統等章節，試題分為填空、判斷、分析、問答、計算等多種類型，著重考查學生對化工儀表及控制系統的基本原理、結構、應用的了解，以及運用上述知識正確分析和解決生產實際問題的能力。本題庫將具有較高的智能性、靈活度和開放性，由主考教師自行指定考試范圍、題目難度和知識點，系統自動整理出符合要求的試題，并配有詳細的答案及評分標準。該題庫可以滿足學校制藥工程和林產化工等多專業的教學要求。
隨著高校教育的不斷改革和發展，為適應綜合素質人才的培養需要，我們不僅要從教學內容、教學方法、實踐教學等方面進一步給予完善，還要根據制藥工程專業的培養目標和課程特點，探索和構建適合本課程的教學模式，進而培養學生的工程意識和分析、解決生產實際問題的能力，提高教學效率和教學效果。
參考文獻：
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[4]蘇國棟.化工儀表及自動化實踐教學的研究[J].職業教育.2007，（8）：16-18.
第9篇：化學工程與工藝的理解范文
20世紀世界經濟雖然經歷了多次蕭條、景氣、危機、復蘇的反復，但是世界經濟有了很大的發展。發達國家經濟繼續發展，許多新工業化國家和地區，特別是發展中國家的經濟呈持續快速發展勢頭。21世紀的世界經濟，特別是未來的20—25年中世界經濟仍將保持高速發展。
在未來經濟的發展中，人類將面臨有限的資源和保護生態環境的嚴峻挑戰。在今后25年內，世界人口可能達到100億，需要滿足如此大量人口的食物和必要的物資。同時，需要供應相應能源、交通、住房、學校以及各種機器等需求。呈指數增長的需求和有限的資源形成了尖銳的矛盾。
回顧20世紀的發展，特別是20世紀30年代以來，正是烴類經濟發展的歷史，主要資源來自于化石資源（煤、石油和天燃氣），許多國家都認為化石資源是保證能源和原材料供應的基礎。從20年代以來的靠其提供經濟發展的需要，以至于達到今日的生活水準。據統計，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對經濟發展的貢獻呈強勁勢頭，但是有限的資源令人擔憂，而各種化工產品帶來的生態和環境問題也日益嚴重，因此可持續發展戰略已成為全球共識，并且已被廣泛接受和推行。
在可持續發展的施行中，要使經濟發展與生態環境保持平衡，經濟持續增長、生活健康標準不斷提高、國家安全與穩定，保證資源供應具有重要的作用。因此，許多國家政府的產業界都呼吁開發和利用可再生資源來補充和取代目前過于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。
早在1996年，美國政府就組織有關行業協會、學術團體、產業界和教育科研部門專家講座可再生資源開發利用問題，并于1998年后提出題為《2020植物/農作物為基礎的可再生資源——通過可再生植物/農作物資源利用加強美國經濟安全性的設想》（以下簡稱“設想”）。該設想公開發表后，美國農業部和能源部支持全國玉米種植者協會組織跨產業部門研究講座設想的實施問題。經過長時間講座產業界、深信界和政府部門對設想目標的實現、存在問題和實施步驟取得共識，并提出了題為《實施植物/農作物為基礎的可再生資源2020年設想的技術指南》（以下簡稱“技術指南”）。這兩份報告內容詳實、焦點明確、邏輯性強、實施步驟清晰，許多觀點和技術課題及措施具有啟迪性。從該兩份報告中，不僅可以弄清可再生資源和內涵、開發利用的必要性和可能性，而且對如何開展和促進可再生資源的開發利用提供了實施途徑。對目前可再生資源開發利用的經濟技術狀況、存在的障礙和誤區也都作了明確的闡述。雖然兩份報告都是針對美國情況提出的，但是其科學性和前瞻性以及許多技術內涵對我們仍不乏借鑒參考價值。
“設想”是有關于發展以植物/農作物為基礎的可再生資源產業的戰略，是由美國農業、林業和化學工業部門（其中有各類美國公司企業）、非盈利組織、商貿協會和學術部門、各行各業的專家學者共63人經過講座研究，首先提出對此新興產業未來發展的設想。
1996年12月美國全國玉米種植者協會組織戰略設想研討會，目的是草擬一個產業設想，使植物/農作物為基礎的的可再生物質可以作為當前慣用的原料的補充來源以滿足人們對化學品、材料和其他產品不斷增長的需要。
本“設想”廣泛地規劃了此產業如何從目前家庭式的產業走向全國規模的核心制造產業的道路。公開此“設想”的目的是為了吸引更多讀者關注，出謀劃策，共同開發，使其能成為現實的技術實施方案。
對于世界資源能否足夠支持當前已經發生的急劇經濟膨脹，社會上歷來存在兩種不同觀點：一種是悲觀的認為，世界資源難以滿足呈指數的經濟增長。如果現有技術不能進一步發展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實是現實的評價；另一方面，當前的技術正在突破，并有無限潛力，因此對未來產生樂觀看法。
歷史教育人們，只有通過協調提出明確設想，才能引導人們去解決關于未來發展的重大問題。
過去一直談如何解決未來25年世界超過100億人口的食品問題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數增長的對能源、運輸、住宅、學校、機械以及計算機等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來是應當考慮的問題。
鉆探更多、更深的油氣井可以供應更多的烴類原料，但是油氣儲量畢竟有限。對現有烴類的有效利用率將會不斷提高，但是效果不大。納米技術可能會促進小型化從而節省材料，但是有些物件不能縮小。問題是資源正在耗盡，何時耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉化。
“設想”序言稱，不論適用性技術應用如何，凡將現有資源轉化為可再生資源，都是符合可持續發展的方向，也適應環境和生態要求。因此，應用植物/農作物資源的設想是樂觀的。
隨著適用性研究和開發的進展，人們可以發現許多經濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該"設想"確定了方向和相應的規劃，采取措施建立利用植物系統中能源和碳源的可再生資源基礎。面臨的挑戰是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應變化，但必須接受所面臨的挑戰。序言中從兩方面進一步闡明“設想”提出的背景：
1、界定植物/農作物基資源
植物/農作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統，主要是農作物、林產品和食品、飼料和纖維工業加工過程中的副產物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內再生。石油化學品原本也是以植物為基礎，其基本分子為烴類。植物/農作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區別是烴類及其提取系統已經開發并加工處理其所需要的原料型產品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技術進展可以改變植物成分和酶提取系統，這就為現在需要的化學產品和新型中間人體及產品制造提供了新的經濟機遇。據統計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產大量植物/農作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產。
2、烴類經濟
20世紀后期，世界經濟發展很快，生產增長率有很大提高，尤其是各發達國家，一些發展中國家也不斷增長。成功的增長和發展過程中起主要作用的是烴類經濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經濟效益和生活水準。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。
在過去50年中，大量的研究開發在能源生產和基礎產品制造方面創造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅動，以創造各種產品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據統計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經濟角度看還不能趕上工業原料，而以烴類為基礎的經濟卻繁榮昌盛。
烴類雖然將繼續起到非常有效的經濟發展平臺作用，但是在其未來應用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學產品的應用環境問題日益受到關注，隨著又產生了許多相關的問題。化石燃料是一類正在減少的原料資源。應用植物/農作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經濟有序地向可持續發展轉變創造了機會。
通過對能源狀態的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設是“現在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應問題是多方面的，因為發展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/3，其需要增加的能量數量約相當于美國現在全年能源使用總量。
表1當前按人口平均能源消費水平KWh/人美國法國日本巴西泰國中國
122007500700015001200900
一些有效利用烴類的開發將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續發展的工業基礎。
新技術開發和應用需要時間。石油化學工業本身的發展就是一個事例。1920年烴類原材料經濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農作物基系統達到同樣現代化水平也需要時間。
當前正是開展大量研究開發工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候。現在進行研究并不意味系統要立即改變，但是，烴類經濟的經濟學未來將出現問題：要支付高額環境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。
投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農作物基可再生資源可能是要兼顧環境方面容許和經濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發可能只在一些領域內進行，使植物/農作物可再生資源能開始進入基本化學原料市場，從而擴大資源基礎，延長有價值的化石燃料儲備的應用壽命。
在上述背景環境下，通過研究討論，提出了2020年開發利用植物/農作物可再生資源的設想的目標；“設想”是要通過植物/農作物基可再生資源的開發來提供經濟繼續發展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。
本“設想”的內涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業原料資源。非再生資源可能因經濟和環境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設想”反對等到危機發生時現開始啟動替代。
展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現在就要開始，為經濟發展有足夠的時間，保證解決環境而進行良好的合作。
要取得有成效的進展，應當確定以下的方向性目標：
1、2020年化學基礎產品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(農作物，林產，加工業)系統，用有效的轉化加工工藝生產可再生原料，為2020年選中的產品提供經濟合理、對環境瓜敏感的制造平臺。用此生產鏈來示范一個綜合的植物/農作物基原料系統的經濟合理性和潛在效益，顯示工業應用機遇的新領域，為2020年以后國內和出口的需求做出貢獻。
3、在工業投資者、植物商、生產者、學術界和各級政府之間建立合作伙伴關系，開發從小范圍到大規模的工業應用，重新激活農村經濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業與基礎材料制造業之間的差別。
“設想”中提出，科研與開發方面要制定有詳細目的和要求的相應計劃，支持上述方向性目標的實現，從而也可取得投資的優勢。
植物/農作物基資源利用現狀和前景
一、現狀
烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎原料，已經成為現代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質量不高、供應不穩或是價格高。要推動和提高植物/農作物可再生資源應用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。
1、實用性
盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學品方面應用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統原料，隨著基因工程進展，可以生產滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數氨基酸以及各種蛋白質等化學品生產中，植物基資源是主要原料，詳見表2。
表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途
木材8090紙，紙板，木質素纖維復合材料
工業淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂
植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂
天然橡膠100輪胎，家用品
木材提取物90油料，膠
纖維素50紡織纖維，聚合物
木質素20粘合劑，丹寧，vanillin
在多數情況下，應用的植物基材料主要是原始狀態分子。如木質素纖維、植物油和橡膠等復雜分子的應用也只有有限的改性。這就與石油化學工業構成明顯的反差，石油化工則是用化學方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎原料進行化學合成，制造所需要的復雜的分子。
在少數情況下，植物/農作物原料進行裂解成為不同的基礎分子，例如高果糖的玉米生產糖漿和玉米淀粉發酵生產燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發酵方法生產9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產像藥物那樣的高度專業化的分子，但卻包括了大量生產的中間體及產品。
2、供應及質量
植物系統地區分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導致供應和質量的差異。森林和農業系統的發展已經縮小了天然野生植物的供應差異。
生物質的總產量雖然很大，但是由于沒有經濟的轉化技術而使其應用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產品的機會，如果能在分離技術上進一步創新，就可以推動此應用。生物質資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質資源是當前為食用和飼料種植的農作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應用其產量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結構，但大部分運出去，作為原料應用。因此要求有適當的、成本低的儲運系統和加工技術。
供應方面的主要問題是對原始生產的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優化。對植物/農作物投入的成本評價基礎是未經優化的植物生產系統，因此經濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經濟上比較，其很難達到經濟可行目標。在估算其經濟回報時，要考慮化肥、農藥等化學品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應是如何對良田建立優化種植生產系統。
當前低投入、低產出的植物生產對農民難以盈利，并不利于農村發展，也不能為加工業提供低價原料。但是在產出方面，數量和質量相差甚大，從此系統得到的產品必然價格較高，嚴重地限制了經濟上的可行性。而且，由于低產出生產就需要更多的土地，其對環境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統。因此要優化生產系統，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產率高的土地作為植物/農作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數量和質量上的波動變化。
農村根據市場需求規劃種植計劃，如根據乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產出經濟效益有很大影響。面對“設想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據供應或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關課題。
3、植物/農作物基原料成本
利用植物/農作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經濟的。工業生產要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發適當的系統將極具競爭能力。利用植物/農作物基原料生產化學品的成本比較，詳見表3。
表3、植物/農作物基化學品生產成本類別生產量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產量%
糠醛300.750.7897.0
粘合劑5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性劑3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑劑801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗滌劑12601.101.7511.0
顏料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墻涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
專用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
實際上,在制造業中選用不同的化學加工工藝對其成本影響很大。
植物/農作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關，因此要進一步開發新的化學和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應用范圍，使之成為經濟可行系統。
二、前景
由于植物/農作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構成了一種多維的發展前景。本“設想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統，并取得各種不同的開發效果。
1、廢料和副產物利用
從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術才能使其成為更重要的資源。
(1)現代化學
森林工業已經將副產物利用發展成為一個較大的行業，如紙漿副產液轉化為磺酸木質素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹皮制丹寧。農作物的磨榨工業開發了許多應用副產物進行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業，如蔬菜和水果卻沒有開發相應的副產利用加工工藝，經常將副產淀粉和糖排放入周圍環境。副產物的利用具有許多發展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產物成本的手段，而且從戰略上看是擴大利用植物基資源。
(2)改進化學
木本植物和有些農作物加工中有較高的木質纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業一樣，可以將復雜分子轉變為較小分子技術。便宜的植物衍生發酵制糖的開發已在進行。用金屬有機物化學將碳水化合物轉變為增值化學品是擴大利用植物基原料的又一技術途徑。改進化學方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經濟回報率。
(3)生物加工
在比較復雜的料漿中用微生物發酵法生產某種分子，再將其分離出來成為需要的產物。生物轉化是應用微生物、細胞或不含細胞的酶系統的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產物利用機會，隨著分離技術的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，從廢料中生產新分子不是一條最佳途徑。
2、現有農作物
從近期看擴大應用具有最佳機會。
(1)現代化學
從化學工業整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改進化學
如果植物衍生原料是結構型的生物質，含有木質素和纖維素等成分，其具有一定優勢。一些新技術，如綜合燃燒或金屬有機化學等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產資源外，約有5200億磅的生物質資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現有資源的效益。新的工藝開發可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質、用途都不同，因此需要改進其化學方法，發揮其潛能。新化學工藝與生物加工及先進的分離技術綜合起來可產生很大效益。
(3)生物加工工藝
植物作為生物加工原料量大而多樣，從結構型生物質到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優勢很大：用酶轉換玉米衍生的葡萄糖生產高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經過發酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學產品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產品，現在正在中試。多種學科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內取得成效的一種良好運行模式。
(4)新分子
植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產品需求增加，投入產出可能會促使其發展，技術和經濟的綜合研究要沿著產品開發鏈進行，從界定所需要的產品——需要的特性——分子結構——中間體——酶技術——蛋白質/基因工程——投入植物的最佳原料——生產優化等。
3、新鮮農作物
此項作為中期發展機遇。
(l)現代化學
因為化學工業一般不認為農作物的利用能獲得較高的經濟價值，因此新鮮農作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術限制否定了其經濟性。
(2)改進化學
從投入產出看，存在類似問題，如果改進的化學工藝需要專門的農作物，-新鮮農作物可能會有優勢。另一優勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規模，所需原料只能就近供應新鮮農作物。因此改進工藝應當與供應系統平行進行才能互相支持共同發展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農作物和森林種植地區，而植物基原料運輸費用很高。
(3)生物加工工藝
與改性化學類似,區別在于如何將原料加工成中間體和最終產品。在技術上要考慮農作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進行加工。優化工藝是影響運作經濟很重要的因素。
4、改性基因類植物
這是中長期發展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現碳水化合物經濟，或是其他經濟，這要看建立在生物工程基礎上的新工業平臺所能發揮的作用。
(1)現代化學
基因改性植物基原料可能成為現有的烴類加工系統原料。但是，改性植物分子在烴類系統中降解所花代價太高。因此投入技術要能跨越加工技術，或者是較復雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應用此改性原料。當然這些變革都要從經濟和環境兩方面來評價其效益。
(2)改性化學
對優化植物/農作物基原料投入和加工有好處，應當進行此方面研究。至于何時見效則要根據基因技術進展及其達到工業化時間來確定。
(3)生物加工工藝
微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術本身之間創優，有時所需要的可作基礎原料的分子可以部分在植物原料內進行合成，用生物轉化或高度專門化的生物/化學工藝進行分離。為了繼續應用化石燃料生產專門產品，需要進行研究開發，使有限資源能取得最大的價值。
(4)新分子
過去20年中，塑料已成為最大的工業部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據消費者的意愿和需求發生變化。材料科學將繼續發展，市場銷售者將繼續設計新的消費品，塑料的未來變化難以預料。能作為新工業發展平臺基礎的新分子將會很多，物理與化學科學與生物工程材料結合將產生新的領域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎原料的渠道，支持社會基礎設施。開發和拓寬其可能性，需要先進的技術，這將是未來新領域。
生物技術的潛在影響及實施“設想”的工作途徑
生物技術的潛在影響
對一個新的技術領域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關協會的活動、觀察開發進程、審視所取得的成功進展。
90年代初期，許多人對生物技術將對農作物帶來很大變化是持懷疑態度的。到1996年，轉基因作物在產業化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關于新的作物保護途徑，對保護植物生產免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。
由于管理方面的需要，轉基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監測服務中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在進行。
為了改變植物組分以提高營養價值，改善加工性能，或是為了某些工業和制藥的應用，一些轉基因改性品種已經進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質形態操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產生抗體、工業酶生產、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產。
轉基因技術發展非常迅速，為植物基材料擴大應用開辟了新的途徑，使其可以為工業生產提供分子基礎原料和更為復雜的分子原料。用植物基原料主產聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從A1-coligenenentrophus細菌的3種基因已經能轉入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。
在過去50年內，通常用的植物培植產率已經提高了3倍，根據農作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產物。高級植物種植要用基因圖譜和轉基因技術，進一步提高食物和飼料生產需要供應的植物基原料。
生物技術對植物基原料已經產生革命性的影響。但是，用生物技術來改變植物，使之適合烴類經濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉基因植物基可再生資源中具有最大的優勢。
實施“設想”的工作途徑
要成功實施美國可再生資源開發利用的戰略設想(以下簡稱“設想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發、工業過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應“設想”的多學科計劃以及各個項目的協作都要求有一共同的目標，向前沿技術邁進。應用改進的化學工藝加工現有的農作物，包括集成運用生物工藝，可以納入短期計劃之內，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學，結合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內實施并產生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內可以取得回報。
如果在這些領域內取得成功，在工業應用上就可以有了一個可行的堅實科學基礎。新鮮作物應用開發將被看作是一個降低這些系統成本的一種機制，或是改善供應狀況(數量和質量)，滿足工業發展需要。
當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發展有各自的地理優勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進入國內和國外兩個市場。對轉基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統都需要進一步研究。
本“設想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現。下一階段就要進行各方的協調工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎，針對“設想”提出的目標進行開發工作。該規劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發來支持“設想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。
優化生物質和農作物基原料生產，達到計劃應用要求狀況。
為植物基原料的供應鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農村經濟的機制。
加速發展基于改性化學和生物工藝的新工藝，同時考慮利用植物/農作物基可再生資源原料。
對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產生影響的項目，或是多學科項目等將給以優先和優惠待遇。投資項目選擇標準應考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。
植物/農作物基可再生資源對工業基礎原產的需求增長是一個戰略性措施，也是使美國在21世紀繼續保持領先地位的戰略性選擇。開發基礎資源具有經濟、環境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設想是需要的，要聯合投資者對新途徑進行投資，才能創造一個安全的未來。
“設想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應變化的”。
2020年可再生資源應用將增加五倍
《植物/農作物基可再生資源2020年設想實施的技術指南》(以下簡稱“技術指南”)，是《植物/農作物基可再生資源2020年設想》(以下簡稱“設想”)的補充，提出的目的是：支持“設想”方向，確定發展中的主要障礙和問題，確定優先的研究領域。
要達到上述目的需要進行協調觀念開發，收集專家證明，組織多學科研討會、聽證會，優勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關部門不同行業的專家。專家們就全球性問題提出“設想”，針對“設想”結合現實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發領域，從而找出優先研究開發的課題。這些課題所屬領域都是能為利用可再生資源實現可持續發展起最大杠桿作用的研究領域。通過參加“技術指南”研究和編制的專家的專業情況反映出在化工制造中應用生物基原料需要涉及多門學科。但是有3個產業是中心，即化學、生物和農業，每個產業都涉及幾門不同的學科，如農業，林業和石油化學。
1、農業和林業
農業：是一個廣泛的概念，包括谷物生產、林地和牧場等。這些土地上生產的農產品和林產品一起構成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的CO2和土壤中養分進行原始生產而成為可再生資源。美國擁有大量優良土地，豐富的自然水資源和先進的技術基礎，通過資源保護和利用，每年可產生可再生資源的巨大財富。林業：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業人口140萬，每年生產價值2000億美元產品。過去10年內，紙張部門的增長比木材業快。木材和紙產品回收循環利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業已經制定出2020年發展設想以及相應的研究計劃。該設想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術以及樹木生理學和土壤科學等理論。
農業和林業通過應用基因學技術和轉基因植物等新手段將會出現大的躍進。在不久的將來，可生產出大數量和高質量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內制造完全新型的聚合物，并可大量生產，成為經濟的消費用品。
美國將技術進展應用于植物和農作物的調整，使其在農業、林業和制造業中保持可持續發展的領先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發可再生資源基礎的研究來支持。
2、石油化工業
化學、工程學、物理學和地理學等幾門學科在石油化學工業中的應用，對人們生活產生的影響是50年前難以想像的。石油化學工業成功地創造了眾多產品，從高性能的噴氣發動機燃料到基礎化學品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化學工業：是資本密集型工業，已經建立了可觀的基礎設施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數是作為燃料型產品，用于化工及其他工業基礎原料生產，每天約為260萬桶油短類原料。
近年來，工業化學品和塑料生產都有巨大的增長。塑料工業從業人員120萬人，有20000套生產加工裝置，過去在研究開發上花費以10億美元數計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內。世界原油生產已經變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發現及應用，在20年內原油產量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生資源補充石油化學品，要從現在開始，由少量到大量逐步進行，有關研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發可再生資源作為工業原料都是十分重要的。
“設想”中提出的指標是“2020年基礎化學品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產總量計算，也比當前消費水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。
換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應用使化石燃料能穩定地維持現在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：
由于不是一個競爭替代戰略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。
需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰是巨大的，需要從現在就采取行動，應當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎指標外，其他一些相關的指標也是很重要的，包括：
建立系統，通過加強經濟可靠性的基礎設施支持，將供應、制造和分銷等活動集成起來。
通過功能基因學來提高對植物新陳代謝的理解，優化對專門的增值加工工藝的設計和應用，除應用現有的組分外，要開拓新型聚合物生產和應用。要保證開發的新工藝過程的效率高于95%，同時應用伴生工藝，應用所有副產物，消除廢料，保證新的平臺能在特殊的環境條件下堅持目標方向對確定目標與研究指標要反復交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。
在生產和分銷中要開發保持穩定供應的途徑，在年生產一定范圍基礎上控制一些因素，如價格、數量、性能、地區分布、質量等。同時要制定提出這些因素的標準。
建立進一步合作伙伴關系，改進綜合集成，通過加強農村發展來支持取得成功。
“設想”的目標要實現，主要要使本“技術指南”中所列出的目的大綱都能達到。基因改性植物生產專門的代謝產品和開發補充性的化學改性產品取得成效就可以達到2020年可再生資源應用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發展奠定基礎。
可再生資源應用技術和市場的障礙及問題
將可再生資源制成消費產品的整個系統中有許多障礙和問題，其中關鍵和問題是：
植物科學方面：基因學、酶、新陳代謝和組分。
生產方面：單位成本、收率、持續性、基礎設計、植物設計。
加工方面：經濟學、分離、轉化、生物催化、基礎設施。
應用方面(由技術和材料驅動的問題)：經濟學、功能性、性能、新用途。
應用方面(由市場和需求驅動的問題)：價格性能比、性能、知覺、市場開發。
現將上述關鍵和問題擇要分別介紹于下。
一、關于應用方面（材料驅動問題）
1、經濟學
單位成本是當前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經常引起爭論的一個問題，問題的核心是競爭性成本狀態。在多數情況下，應用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個非常復雜的因素互相影響，諸如產品價值、材料成本、產量、需要加工程度以及所用基礎原料的性能等。因此如果未來的戰略只考慮降低本是不會成功的。最重要的經濟推動因素不是成本本身，而是制得的產品和制造費用的差價(即增值)。
產品價格是諸多因素的函數，諸如產品利用、性能、消費者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價格、供應的持續性、加工、廢料處理費用和投資等諸因素影響，要符合當前的具有競爭性的通用化學品工業的低成本需要。但是，從長遠考慮，只進行成本比較是有問題的，因為未來的化石燃料的成本是難以預測的。
在當前情況下，用烴類原料生產消費型產品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點。因為石油化工已經研究了100年，有了3代科學家，政府投入了大量資源才使之達到今日的水平。與之相比，植物基材料應用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應用來適應已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應用數量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進行技術開發，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。
2、功能性
改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復雜的分子和聚合物。植物中已經含有不同形態的聚合物，可以在許多產品中應用。但是，在現在加工系統中尚無大量應用。用量有限的原因有幾個方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經由植物衍生的蛋白質聚合物研制出塑料薄膜的試驗產品，顯示出其應用的潛力。而且，植物擁有立體化學結構，可以得到一些有價值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎原料的反應性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應用思路的產生。
二、關于應用方面（需求驅動問題）
1、市場開發的費用
植物衍生材料應用的一個關鍵是市場開發費用高。正如許多新產品市場一樣，新產品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續發展的資源，常常只停留在試驗階段。工業化的成功率低，由于沒有一定的供應量而常使產品衰落。因此，需要大力改進產品開發和支持機制，而且要進行與產品相關的市場開發，這是擴大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應用的標準都是基于石化產品，沒有適應生物基產品的標準，這也是要成功地與石化產品競爭的另一障礙。
2、認識問題
植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當前處于“石化時代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因為未得優化。雖然公眾環境意識增強，但是對植物基產品需求尚不足以創造市場來拉動技術開發。因此，當前可再生資源的進展主要是基于技術推動的結果，只有增加市場拉動才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會有更多的變革。因此，如果沒有各種經濟傾斜途徑，現狀是難以改變的。
三、加工問題
1、基礎設施中分銷問題
多年來石油化學工業已經建立了加工和分銷烴類基礎產品的有效基礎設施。由于依賴進口原油，美國的多數基礎設施是建設在海岸線上。因此，許多現有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進行加工，它們最好接近于供應地。要應用大量植物原料就需要進一步將供應和加工制造集成起來。應當開拓確立農村發展優勢和重點的戰略和措施，更好地鼓勵多用可再生資源。
2、分離技術
應用植物于工業用途的一個關鍵是缺少植物組分的分離技術。樹木具有非常復雜的成分如木質纖維素。此成分強度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數農作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質、油分和數萬種其他組分。通常對許多谷物發芽和生長都能進行良好的安排，而對其作為原料進行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經開發，但如何將專門形態的蛋白質和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費用很高而且技術困難，這是應當要解決的問題。將反應與分離集成起來的加工系統(如催化蒸餾)可能是一個解決問題的方向。但是此類系統目前應用有限。而且還未被開發作為植物基原料方面的應用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應用先進的分離技術來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發中目前就因缺少高效純凈的經濟上可行的分餾工藝技術而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產品的特性和質量。
3、轉換技術
要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉換成較為簡單的分子，這才可以進行進一步反應。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進行回收。
知識不足是另一關鍵，目前人們尚缺乏關于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識。這些知識的缺乏和不足就構成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應用。發酵是用來將某些農作物轉化為各種產品的工藝，轉化是非均相的。所用的轉化方式，副產利用和分離等方面仍有許多有待改進之處。一般地說，植物系統的復雜化學問題使新型或改進植物基加工工藝的設計較為困難。烴類化學制造中有豐富的氧化化學知識，還原化學方面較少，這些都是植物系統加工所需要的。目前特別缺少關于還原生物催化劑共生因子系統方面的實踐知識。
植物原料加工工藝開發的另一個大的障礙是當前缺乏有關的教育培訓。目前化學工程課程中只有少數涉及生物化學課題，多數畢業生成為化學工程師只擁有非常基礎的生物工藝知識和有限的重要生物分離的知識。多年來，工藝化學家和工程師的培訓重點都是烴類化學，考慮植物基可再生資源加工需要很少。
四、生產方面
1、收率、持續性和基礎設施
因為目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造紙外，只是關注未來的供應分銷而不是現實存在的問題。但是，這些對實現可再生資源的目標都是十分重要的。在供應的持續性方面，數量和質量都是未知數。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續性問題就不成關鍵。但是如果要設計應用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質量和數量的穩定性就非常重要。
在一些情況下，供應持續性中的不確定因素實際上就是風險管理的內容。未來的石油化工供應問題和可再生資源供應問題都有風險。對石油化工來說，未來的供應不桷定因素可能因世界上一些區域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區因素。如果某些專門植物不能大量生產可能導致貿易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎設施來保證經濟可靠性。另一個沖擊供應持續性的不確定因素是未來的農作物用途是作為食物還是作為工業原料。一方面是根據供應短缺理論，認為農業難以供應飛躍增長的人口和消費品增長所需的原料。實際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進行工業利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業原料問題的方案。因此，在供應方面必須應用新技術，如生物技術，這樣才能保持產率不斷提高，使農業能達到一個新的水平。
2、植物設計、植物科學、基因學
轉基因技術已經顯示出令人鼓舞的前景，要進一步充分利用尚有大量工作有待進行。存在的一個主要障礙是對植物本身內在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進行設計。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識匱乏是其發展中的限制因素。
近年來功能基因學的進展有望促進對材料合成設計的理解。但是這門科學目前剛開始，與類似的醫學領域相比所取得的支持還是很有限的。基因轉變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質體以及細胞核的常規轉變。在植物變化、基因學和生物信息等方面有著廣泛的研究項目，但是將這些出現的新技術應用于可再生資源的專門研究則很少。
要使科學知識不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學科的研究。但是，需要努力加強和協調才能促進現有的障礙及時地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結合。
研究和開發的課題
《美國植物/農作物基可再生資源2020年設想的技術指南》(以下簡稱“技術指南“)列出為解決植物/農作物基可再生資源利用中的主要障礙應當進行研究開發的課題。“技術指南”按4個主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發課題，每個研究課題的影響都有其時間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標的達到可用以衡量面向2020年可再生資源開發利用設想的前進步伐。
一、植物科學研究方面
1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)
(1)應用功能基因學了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農作物基因計劃結合；
(2)開發能實時進行植物組分的定量分析工具；
(3)改進轉基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎上提高效益10倍；
(4)開發1—2種主要農作物的基因標記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；
(5)將80%現有的germplasmbase進行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質和油分；
(6)找尋發展中的生物信息學利用途徑，推動可再生資源的研究和開發，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影響課題
(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個限制速率的關鍵步驟；
(2)利用功能基因學弄清分子、細胞和整個植物的控制管理；
(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標準；
(4)在2種植物中，建立碳庫并為細胞分割確定控制點；
(5)在plastid轉變中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)創建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如C5)大于3O%；
(7)利用基因開關的方法；
(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學基礎。
3、長期影響課題
(1)重新設計新陳代謝過程，提供有用的碳結構骨架；
(2)應用有針對性進化技術建立100個未來原料的品種庫；
(3)設計新型分子或改性現有化合物，使之適應于功能需要；
(4)為提供工業用原料，創制2種新植物種類；
(5)利用簡單的細胞組織進行成本和能源效率評價；
(6)利用計算機技術設計植物組分。
二、生產研究方面
1、近期影響課題
(1)提高畝產量10%~15%以降低原材料單位成本；
(2)改善農業管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，
(3)確定至少10種影響原料組分和質量的因素；
(4)對至少10種具有潛力的系統和植物類型的畝產效率進行定標趕超（如主要農作物、林業和多年生種類等）；
(5)調節氣候條件對生產的影響；
(6)每年對2種農作物的潛力進行評價或用其他方法評價畝產量；
(7)提高當前農業加工中廢料利用率5倍；
(8)在單位投入基礎上提高貧瘠土地產量2倍。
2、中期影響課題
(1)提高產量，使單位投入的碳產出為1998年基礎上的2倍；
(2)為長期可持續發展，開發盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統方法；
(3)對收獲產物和主要植物成分建立標準；
(4)專門設計收獲裝備，盡量增大碳的收獲；
(5)開發新的利用方法，使現在遺留在土地上的農作物45%能得到利用，
(6)培育適應專門土地和土壤的農作物；
(7)建立農業信息學基礎，重點是不同來源的可再生資源植物類型、生產價值、質量和單位成本。
3、長期影響課題
(l)在化石燃料排出廢氣中CO2的固定；
(2)從現在植物/農作物生產中消除碳的廢料；
(3)設計新的農作物/植物生長系統，優化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；
(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進行設計；
(6)對連續生產系統進行設計和評價。
三、加工研究方面
1、近期影響課題
(1)改進分離技術，處理大于95%的非均—植物材料；
(2)改進單體基礎原料變換的生物催化劑；
(3)開發3種具有高選擇性的快速反應強力催化劑；
(4)為將植物聚合物轉換為有用的單體，找出新型和性能優良的酶(具有10倍活性)并進行評價；
(5)將微生物進行工程化，改善非均—植物的發酵；
(6)提高廢物利用率2倍；
(7)開發高效的除水技術并對改進的非水溶劑反應系統進行評價；
(8)在植物材料中利用天然立體化學方法的評價。
2、中期影響課題
(1)應用5種以上高級分離系統(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；
(2)為經濟捕集植物單體和聚合物開發改進的分離——純化技術；
(3)為2種以上植物類型建立經濟共生系統；
(4)通過分子進化技術設計并創制50種新型酶；
(5)開發100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；
(6)研究反應性分級系統；
(7)對微生物、酶和化學品庫的性能建立信息學基礎，用于特殊的轉化。
3、長期影響課題
(1)實現原料加工中無廢料的多種產出的連續工藝；
(2)為改性植物和組分設計新設備；
(3)為3種以上新產品(如將工程化酶轉入植物并在收獲中得到活化)設計新機制；
(4)固態酶轉化；
(5)設計14種化學與生物結合型反應器；
(6)評價植物組分在分離前相內的作用。
四、應用和基礎設施研究方面
1、近期影響課題
(3)探求3種在現有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴大應用植物原料的機遇；
(4)分析測量系統，對90%以上的主要植物組分進行定量；
(5)實時評價單位性能成本和增值成本的方法；
(6)評價運輸系統及成本；
(7)計算出100%年加工貯存量和投人產出的需求量；
(8)創建基礎設施，擴大利用農業廢料。
2、中期影響課匾
(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結構與功能關系知識；
(2)開發對高質量原材料的100%鑒別保護系統；
(3)為價值驅動的生產和定貨實現營銷系統；
(4)對在同一地點的多目的利用區的協同作用進行評價；
(5)對原材料組分和加工過程中的中間產物實現實時定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；
(6)開發生產預測手段，準確性大于95%；
(7)在一組植物原料性能基礎上建立信息學基礎，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應用范圍等。
3、長期影響課題
(1)所需功能進行分子結構設計制備植物化合物至少10種；
(2)在植物生產區內開發至少5個制造利用中心；
(3)開發3種以上有新功能的新材料；
(4)提出擴大利用可再生資源所需的教育培訓需求；
(5)在植物組分功能間協同作用的利用；
(6)設計最終產品的貯存和運輸，使之到達銷售中心和出口；
(7)為供需關系的控制創建減輕超過90%風險的戰略。
當前，美國有一些項目已在進行，可視為工業原料中應用可再生資源的先驅，也可視為本“技術指南”中研究項目的示范事例。其一是在轉基因植物開發中的聚羥基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當的細菌基因進行轉化并弄清植物內在的新陳代謝路徑，從而構成制備方法。現在正在進行分離、生產標準等項工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應制備聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合資企業已在充分研究的基礎上進一步投資數百萬美元建立制造裝置進行工業開發。PLA是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發酵過程和酶的活性是重要因素。最終的PLA樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規格品種。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。
協同與合作是取得成功的途徑
未來利用可再生資源需要采取一條多學科和跨行業途徑。在許多領域內的研究成就都提供了發展機遇，如生物聚合物、立體結構型分子、新型酶、新材料和轉基因設計等。但是每個方面內的任何進展如果只當作孤立的技術領域是遠遠不夠的，需要更有力的相關研究計劃，采取平行的和協調的方式進行工作，才能取得成果。
要取得有效益的進展必須采取多學科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個組織都難以具備有如此深度和廣度的技術能力。因此，對研究提供的支持應當是多方面的，而且要在跨行業的系統中進行。
“植物/農作物基可再生資源2020年設想”(以下簡稱“設想”)中提出的要求需將重點瞄準有限的熱點目標同步取得進展。對于研究工作則需要有準確的時間表和系統中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協同的道路。例如，一位科學家可能發現一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價值受到以下一些因素的限制：發現適當的基因、新陳代謝過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發才能取得相應的進展。進行這些研究開發要采取最佳途徑保證研究成果關鍵的目標互相協調、平行地進行，此途徑要鼓勵私營部門的參與。
當前，植物和農作物作為生物質和原料已被應用，諸如淀粉、蛋白質、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業主要是為紙漿和造紙提供原料。黃豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發酵工藝已經進入幾個工業部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發展機遇。
“技術指南”已經突出了未來取得進展的途徑，而且確定了系統的各個組成部分的目標。成功地達到這些目標就可實現“設想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時也為2020年以后進一步發展奠定了基礎。按“技術指南”目標提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費品和能源的需要。當前進行研究將為今后的產品選擇提供機會。可再生資源需要將注意焦點放在以下幾個方面：發展方向、最佳科學思維的應用、最先進技術的應用和最高級智能水平的繼續研究等。本“技術指南”已經提出了需求和研究開發課題，其目的就是為美國開拓實施一條成功的可再生資源戰略。而且也選出了需要優先支持的領域，它們都是從幾個已經確定的科學研究和工業開發需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關鍵部門有最大的投資回報。
未來世界許多方面都會延續但將發生變化。幸運的是我們已看見其需求并具有科學智慧適應變化的發展。美國要保持領先地位就要繼續采取迅速的行動來滿足擴大利用可持續發展的可再生資源的需求。不斷的科學突破和技術進步(正如“技術指南”文件中所列出的項目和課題)才能滿足資源利用的挑戰。這些挑戰正在我們面前，我們面臨的挑戰是為滿足人們對產品不斷增長的需求。
“技術指南”中從兩個方面表明多學科和跨部門的研究開發對實現“設想”的重要性：
一是植物的投人，同時要考慮廢料和副產物利用、改性基因學的應用。
