化學工程與化學工藝的區別大全11篇

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【關鍵詞】

化工工藝設計；安全危險問題；問題策略

1前言

化工工藝設計主要是指工藝工程師根據一個或是幾個化學反應來將化學材料轉化為客戶要求的產品的化學生產流程。在這一設計工作中工藝工程師所需要考慮的不僅僅包括了成本、產量、效率、時間等因素，安全危險問題的發現與控制更是化學工藝設計中的重中之重。

2化工工藝設計簡析

2．1化工工藝設計內容化工工藝設計包括了許多方面的內容。眾所周知安全問題是化工領域中各個行業都需要給予高度重視的行業。在這一過程中由于化工工藝設計工作有著自身的特殊性，因此這導致了工藝工程師需要對于其給予更高的重視程度。其次，工藝工程師在思考化工工藝設計內容時還應當進一步的熟悉設計工作的基本原則和精神，從而能夠在此基礎上更好的將其貫徹到整個設計工作中去。與此同時，工藝工程師在進行化工工藝設計內容確定時還需要把化工工藝設計中的細節進行靈活運用，從而能夠在保證其符合化學工藝生產規范的同時也不會影響到化工產品的高效高質生產。

2．2化工工藝設計類型化工工藝設計的類型是以不同的概念進行區分的。工藝工程師在選擇化工工藝設計類型時首先應當做好必要的概念設計工作。通常來說概念設計也被稱為假象設計，這一設計實際上是按照規模工業生產裝置進行的。此外，由于概念設計主要是在中試前進行，這一設計的主要目的在于更好的檢查工藝條件和生產路線是否存在問題，并且進一步的確定數據和小試補充的內容。與此同時，工藝工程師在選擇化工工藝設計類型時還應當對于試制產品考核的使用性能有著清晰的了解，從而能夠在此基礎上精確的判定出工藝系統連續運轉可靠性。

2．3化工工藝設計步驟化工工藝設計的步驟總體而言較為繁瑣。設計人員在進行設計步驟分解的過程中首先應當根據基礎設計和批準的設計任務書和廠址選擇報告來對于工程在技術和經濟上進行總體研究與計算的具體建設方案。此外，設計人員在進行設計步驟分解時還需要確保初步設計結果能夠有效的滿足項目審查和施工準備的規定，并且能夠給建廠投資提供足夠的依據。與此同時，設計人員在進行設計步驟分解時還應當做好相應的施工圖設計，在這一流程中應當依據上級對初步設計的審批意見來進一步的確定的設計原則和方案，然后在此基礎上根據建筑與非標準設備制作的要求來解決初步設計階段待定的各項問題。

2．4化工工藝設計特征化工工藝設計有著自身獨特的特征。設計人員在分析化工工藝設計特征時應當根據化工工藝設計新技術含量高、工藝流程獨特等特點來進行相應的設計工作。此外，設計人員在分析化工工藝設計特征時還對于必要的基礎設計資料進行完善與優化，從而能夠在此基礎上提升試驗數據的完善性與可靠性。其次，工藝工程師在考慮設計特征時還應當努力的使數據的可靠性和完整性達到常規裝置，從而能夠對于總體投資進行持續的優化，最終能夠保持設計的優越性。

2．5化工工藝設計規模化工工藝設計的規模實際上大小不一。一般而言化工生產裝置的規模有著各自的區別，但是工藝工程師在進行化工工藝設計時為了能夠更加有效的節約投資，則應當理解到部分設計環節實際上是無法完全按照規范規定來做的。此外，工藝工程師有時為了測得所需的工程數據或獲得一定的產量，部分情況下也需要對于工藝的規模進行調整與優化。與此同時，由于部分化工產品的設計周期短，因此企業為了能夠盡快的占領市場，則青睞于縮短設計周期，因此這導致了工藝工程師在確定設計規模時受到了一定的現在?，這實際上對于設計安全造成了一定程度上的不利影響。

3化工工藝設計中安全危險問題控制策略

3．1安全問題識別方法化工工藝設計中安全控制的第一步就是做好安全問題識別工作。設計人員在進行安全識別的過程中首先應當理解到危險因素的定義。通常來說化學工藝設計過程中的危險因素主要是指生產中的事故隱患，并且可以將其具體到生產中存在的可能導致事故和損失的不安全條件。其次，設計人員在進行安全識別的過程中還應當對于項目生產工藝的全過程和配套的公輔設施的生產過程進行細致的檢查和分析，從而能夠在此基礎上摸清危險因素和有害因素產生的方式與種類，最終能夠有效的提升化工工藝設計的安全水平。

3．2采取工藝防護措施化工工藝設計中安全控制離不開工藝防護措施的有效支持。設計人員在采取工藝防護措施時首先可以從設計和工藝上考慮采取安全防護措施，從而能夠促使存在的危險因素不至于進一步的激化。其次，設計人員在采取工藝防護措施時還應當努力的保證設計的安全性，例如設計人員可以在理化性質、穩定性、化學反應活性、燃燒及爆炸特性等方面采取對應的措施來獲得良好的防護效果。與此同時，設計人員在采取工藝防護措施還應當全面的考慮采用哪條路線才能消除或減少危險物質的量，從而能夠確保各種危險性因素不會在化學產品生產的過程中出現。

3．3控制化學反應裝置化工工藝設計中安全控制的關鍵是化學反應裝置的控制。工藝工程師在控制化學反應裝置時應當深刻的理解到化學反應是整個產品生產的核心，因此其本身必然會有著許多危險性因素。因此這意味著工藝工程師應當在反應器的設計和選型前需要想到可能發生最嚴重的事故是什么。此外，由于化學反應的種類繁多，并且反應的速度也較快，因此一旦出現較為嚴重的失控反應時，工藝工程師應當努力的尋找降低反應速度的方法，從而能夠在此基礎上切實的提升反應裝置的應用水平。

3．4整體園區設計工作化工工藝設計中安全控制還應當適度的從園區整體設計上面來著手。企業在優化整體園區時首先應當考慮到自身的監管能力和職工的工作水平，從而能夠在此基礎上避免監管力度滯后于化工產品生產的現象。此外，企業在優化整體園區時還應當努力的減少和預防化工工藝設計中的安全危險問題，并且進一步的創建完整性的安全生產標準，最終能夠將安全危險有效控制在預期的范圍內。

4結語

化工工藝設計是一項具有一定危險性的設計工作，因此考慮設計的安全性就是每一個工藝工程師所必須進行的工作了。工藝工程師在減少化學工藝設計的危險性時應當秉持著從宏觀到微觀的原則，從園區設計到工藝防護到方程選擇等不同的方面著手，就能夠有效的提升化工工藝設計的安全性與可靠性。

參考文獻:

［1］朱曉東．淺析化工工藝設計中安全危險的問題［J］．化學工程與裝備，2014，06(15):45～47．

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中圖分類號：TU714文獻標識碼： A

一、工藝安全管理的發展歷程及關鍵要素

1.發展歷程

隨著科學技術的不斷革新，新工藝、新產品的不斷涌現，裝置規模的日益擴大，給化工、石化等產業帶來了巨大的變化。緊接著，由于涉及的化學品種的增多，處理、儲存數量的增大，應用工藝技術的復雜化，操作條件的苛刻化，導致工藝系統的危害也更加多。在全世界范圍內，化工和石化行業發生的一系列重大的工藝安全事故，引起了世人對工藝安全的注意，同時，孕育了一系列的相應法規。

1977年發生在意大利塞維索的有毒蒸氣泄漏事故，促成了歐洲第一部對于工藝安全法規的頒布，即1982年歐洲的 «Seveso I指令》。1985年，發生在印度博帕爾的事故舉世震驚，這也促使美國化學工程師協會成立了一個專門的化工工藝安全中心即為CCPS ，該中心的設立為化工、石化等行業提供工藝安全技術及管理的方面的全面支持，防范重大工藝安全事故的發生，同時，出版了一系列安全導則。1992年，美國職業安全健康局(OSHA)，頒布了關于高度危險的化學品的工藝安全管理系統相關要求。1996年，歐洲的《Seves。I指令》修訂為 《Seveso II指令》，它通過吸取博帕爾事故的教訓教訓， 更強調了對重大危害的控制，建立工藝安全管理系統的必要性。1996年，韓國政府也參考美國 0SHA的PSM體系，在韓國國內頒布了工藝安全管理系統要求。同時，1999年的美國環保局(EPA)在0SHA工藝安全管理系統的基礎上，補充風險評價、應急預案的要求，頒布了《凈化空氣法案》。

工藝安全管理及技術自20世紀80年代以來，開始蓬勃發展。在進入20世紀 90年代以后逐漸發展成為一門獨立的學科。目前的美國和歐洲非常重視工藝安全管理，強調運用系統方法、技術預防工藝安全事故的發生， 并且在高危險性的行業中強制推行工藝安全管理。

2.PSM基本要素

美國職業安全健康局(OSHA)、美國化學工程師協會化學工藝安全中心(CCPS)、美國化學協會 (ACC)和美國石油協會(API)均有為工藝安全管理系統定義的一系列不同的PSM組成要素。這些要素大多都是類似甚至相同的，都是為了預防重大的工藝安全事故并減輕后果。

其中，OSHA規定的PSM，主要應用于加工工業。它對“工藝”的定義是：使用、儲存、加工、處理或在工廠范圍內轉移危險的化學品，或是上述綜合活動。在PSM法規中，有一個危險化學品清單，其中包含130余種有毒或具有反應性的化學物品，同時對每種化學品進行一個數量標準的規定。如果工廠處理危險化學品的數量達到、超過表中的標準時，就需遵守PSM規定。但是PSM法規不適用于零售設施、油井設施、氣井設施以及無人操作的設施。

二、國內外PSM實施情況

發達國家大型的化工、石化公司，均建立了完善的工藝安全管理系統并制訂了相關法規及配套的實施指南，在工廠的各個時期嚴格執行。我國國內還在深入研究和積極推廣的階段。

1.美國PSM實施情況

在美國,這種管理系統是作為法規形式存在的，不僅有權威性，同時也說明工藝安全管理的必要性以及適用性。以陶氏化學為例。陶氏公司全球所有設施所執行的EHS管理體系 和標準均已達到OSHA PSM法案的絕大部分要求，在這些要素中，工藝危害的分析是陶氏化學的一個特色要素。

陶氏的工藝危害分析采用的主要是分級管理。這種方法的特點是將對工藝危害的分析按從簡到繁、從定性到定量進行分級別管理，陶氏化學工藝的風險管理采用的是層進式風險分析方法，過程如圖。

第1層，對所有的設施進行工藝危害分析，所采用的是火災爆炸的危險指數、化學品的暴露指數 (CEI)、RC-PHA調查問卷、保護層(LOPA)的目標值等方法；第2層，對設施的特定單元操作采用因果成對鑒別、HAZOP、LOPA、建筑物的超壓分析等方法，進行附加風險的檢查；第3層，對目標工藝進行增強型的風險檢查；第4層，選擇少數的高風險活動場景進行QRA。根據分析的組合以及事故發生的頻率來進行選擇。

2.國內工藝安全管理的現狀

在我國國內，只有很少的有關工藝(過程)安全管理體系的資料。還沒有相關的法律法規標準。雖然，國內許多企業實施了 HSE 管理體系以及ISO體系，但這些體系沒有相應法規的強制性要求，有些甚至還存在表里不一的現象。特別在這個化工和石化行業已經從引進成套技術逐漸轉為自主設計、技術改進的階段，問題顯得尤為突出。近幾年，國內的化工和石化行業中發生的重大事故，歸根結底，都是工藝安全方面的問題。所以，現有項目以及新開發項目的整個生命周期的工藝安全管理已經成為了一個急需解決的問題。還有一個客觀原因就是不同企業之間的工藝安全管理有較大的差異性，給政府的監管也帶來了不便，同時也不利于同行業內關于工藝安全信息的交流，不利于安全水平的提高。總而言之，國內一方面缺乏工藝安全管理的有關研究，另一方面缺乏相關的法律法規。導致沒有符合我國國情、與世界同步的工藝安全管理模式。因此，在國內化工和石化行業，建立、貫徹有效的工藝安全管理系統是十分必要的。

三 、工藝安全管理推行的建議

1.充分理解區別工藝安全管理與傳統安全管理

工藝安全管理，是將技術、程序和管理實踐整合在一起，形成以風險預防管理為重點的管理體系，主要對象是工藝介質本身以及涉及危險化學品的過程、廠站設施，通過控制工藝系統的動態變化，體現對工藝風險的“過程管理”。與傳統的安全管理相比，在模式上更注重過程控制、與超前防范，對象上，不同于單純關注人員作業風險的管理，更加強調了對工藝系統、設備設施的安全風險管理，在特點上，不再以經驗管理為主，更重視了運用科學系統的分析方法，強調對風險的系統評估、合理控制以及響應程序等。

因為我國的多數化工企業還沒有真正接觸、了解工藝安全管理，因此，首先應該加強工藝安全管理的認識和培訓，從轉變理念入手，走出工藝安全管理第一步。

2.獨立的組織機構支撐

在歐美等工業發達地區，工藝安全管理從20世紀80年代開始就已經發展成了了一門獨立的學科，但我國國內最初并沒有將工藝安全管理作為一門獨立的學科。所以，我國國內企業應該從國外發達國家引進工藝安全管理的理念，在借鑒經驗和做法的基礎上，積極探索，形成具有自身特色的管理模式。

3.工藝安全管理人員的技能水平提升

工藝安全管理人員包括涉及實施所有工藝安全管理要素的專業技術、管理、操作人員、專業分析師等，工藝安全管理系統的有效運作，需要每個員工的參與。因此，在一定意義上，工藝安全管理人員的技能，往往決定著某個單位工藝安全管理工作的水平。

合理、有效的培訓是提升工藝安全管理人員技能的主要途徑，我國相應企業應該舉辦大量的包括風險評價方法以及專業技術知識在內的相關工藝安全的培訓，可以用脫崗培訓、在崗培訓這兩種培訓方式，培養出一批高素質的工藝安全的管理人員。

4.工藝安全信息的有效利用

工藝安全信息產生于工藝裝置使用的各個階段，是進行危害辨識、風險控制的有效依據，是其它工藝安全要素推進的基礎，同時工藝安全信息又是其它要素實施結果的“輸入”終端。 因此，工藝安全信息的有效利用在某種程度上也反映了工藝安全管理的水平。

5.完備的技術標準支撐

工藝安全管理區別于傳統安全管理的主要特征就是它具有的專業技術性，其管理目標 是實現工藝技術（設備）的本質安全。開展工藝安全的分析、工藝技術的變更、施工工藝安全的管理等要素活動，均與技術標準有千絲萬縷的關系， 因此，要做好工藝安全管理，形成一套對企業適用性強、高標準的技術標準體系是很重要的。

6.定期開展評估審核

工藝安全審核可以有效評估和考核 各個工藝安全要素的落實情況，客觀反映工藝安全管理水平，持續提高工藝 安全管理標準（制度）的執行力，對于工藝安全管理在整體深入過程中的不足，進行及時更正，制定有效的改進措施，不斷提高工藝安全管理水平。

結語

我國國內與國外相比，不論在經濟發展水平、運行方式、員工水平還是理念和文化等方面均存在差異，所以，不能直接照搬國外的工藝安全管理模式以及相關規定。而是需要根據我國的安全管理現狀，積極借鑒國外的經驗和做法，積極探索，不斷努力，讓工藝安全管理有更美好的明天。

參考文獻

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高分子材料是化工產品的一個分支，是目前發展最快、應用前景最廣且最具生命力的一類化工產品；高分子行業的迅猛發展，急需大量復合型人才。而大多數高校高分子材料專業的人才培養側重在材料的合成等偏理論方面，對高分子材料加工成型為終極產品的工藝環節關注的程度不高。廣西大學化學工程與工藝專業在化工材料加工工藝方面開設了系統的專業課程群，為“高分子材料成型與工藝”課程的設置打下了堅實的理論基礎。然而，廣西大學化學工程與工藝專業沒有開設過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等高分子基礎或專業基礎課程，且該專業作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業，開設的專業課程很多，所有的專業課程學時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學時數少、無配套實驗的背景下，本文從教學內容、教學方法、創新能力培養等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學改革進行探索。

一、教材的選用

廣西大學化學化工學院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設時，選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》，學生通過學習可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應用，全面系統地了解高分子材料成型技術的最新知識。教學過程中，學生反映這本教材的難度太大，因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業技術課程，需在完成化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學、高分子物理和化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等基礎理論課和專業基礎課程后，對學生進行綜合訓練。

“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學期開設的專業課，此時學生已經修完化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學等基礎理論課，然而基本沒有學過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎等專業基礎課，高分子材料方面的基礎較差，加上這本教材講述的理論知識較少，所以學起來較吃力。根據學生的反映，學院及時更換了教材，采用周達飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材，該教材高度概括了高分子材料的最基礎的知識，對加工成型影響很大的高分子流變學基礎知識進行較全面深入的介紹，全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝，也兼顧了新技術和新方法，難度適中，得到學生好評。

二、教學內容的改革

高分子材料成型技術涉及化學、材料、材料加工、機械等多種學科，“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業技術課程，需要廣泛的理論知識基礎。化學工程與工藝專業的學生基本無高分子材料理論基礎知識，學習起來的確難度很大。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學內容，重點掌握三者的關系，強調成型加工對制品性能的重要性，這是本課程的主題思想，也是高分子材料的工程特征；選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》，充分利用國內外重要專業期刊了解行業最新動態，不斷更新及補充教學內容，確保教學內容的先進性；在教學內容安排上，以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點，以寬專業為目標，概況高分子材料理論基礎和概念（詳細的內容指定參考范圍讓學生利用課外時間自學），從高分子材料的加工原理出發，著重對成型加工工藝進行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發，對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術及工藝進行重點講授，然后講授塑料、橡膠及復合材料的成型特點和區別，對于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文獻中見報道的新的成型方法及工藝，教師建立了QQ群這樣的交流平臺，并將高分子領域權威的一些微信公眾號分享到平臺上，經常轉發高分子材料國際國內的重要進展到平臺，引導學生關注，激發學生的學習積極性，讓學生以興趣為導向自動組成興趣學習小組的方式進行自學。筆者首先通過課內課外結合強化高分子理論基礎與概念，對成型加工影響最大的流變性在課堂上進行詳細介紹，而其他性能如穩定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學習內容，在有限的學時內，節選核心內容，把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應用體系分成很多小結，而教學過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講，但不同章節會選不同的材料體系來進行，比如講橡膠的壓延，那么注塑可能選塑料，而擠出可能選復合材料，這樣來兼顧各類高分子材料的成型。

三、教學方法的改革

教學方法是影響教學目標是否能夠實現、實現的程度和效率的關鍵。非高分子材料專業的“高分子材料成型與工藝”課程教學存在兩個難點：一是許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性；二是該課程的理論性和實踐性都很強，如何在教學過程中實現理論與實際的結合，用理論來解釋生產中的實際問題，或以具體實例來說明理論，促使學生真正掌握知識。針對這些問題，“高分子材料成型與工藝”課程在教學過程中對教學方法、教學手段進行了改革。

（一）現代化教學與傳統教學相結合。“高分子材料成型與工藝”課程中許多內容涉及高分子加工機械、設備結構及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性，同時，該課程的理論性和實踐性都很強。筆者根據所選用教材，利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息，并根據需要設計各種演示效果，將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學生，激起學生學習的興趣、吸引他們的注意力，大大加深學生對知識的理解和印象。由于化學化工學院缺乏相應的高分子材料成型教學設備，教學小組聯系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課，同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像，不斷補充到授課內容中，讓學生對高分子成型工藝及設備等有更直觀的認識，對課件內容進行更新和完善，豐富課堂內容，加大課堂信息量，使學生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認識，使教學達到事半功倍的效果。

同時，教師也要注意吸取傳統教學中講解的優點，將教師的語言、激情和應變能力體現在多媒體教學中，并用眼神、情感、心靈與學生溝通，必要時還要進行板書，讓學生徹底把握一些關鍵問題。

（二）采用“任務驅動”教學法和啟發式互動式教學。與傳統的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學方式不同，筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務驅動”教學法，從傳統教學的講授、灌輸和教師主宰課堂，轉變為組織和引導；從單純講解轉變為與學生進行適當的交流和探討。筆者在講述“高分子材料配方設計”這一章內容時，并沒有按照書本來進行，而是布置了一道思考題“設計食品袋的配方”，讓學生通過自學課本內容與上網查找相關知識等來完成這一思考題，并在學生完成后讓他們用PPT來展示成果，通過討論的形式與學生探討了配方設計中的一些原則與內容。

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學科是高等學校人才培養、科學研究和社會服務三大功能的基礎與發展平臺，是專業建設的基礎，包括科學研究、學科交叉與融合等，是學科的內涵延伸和升華，學校的發展在很大程度上取決于學科建設和發展水平。許多人認為學科建設是本科院校的事情，對學校的一切包括社會聲譽和地位起重要作用；而高職院校重點是抓專業建設，注重學科的外延發展、學科的組合與應用，關注的是社會需求與反應。然而，專業是建立在相應學科基礎上的一個學科群落，一個專業可能要求多學科的綜合和支持，而一個學科可在不同專業領域中應用，離開了學科建設和發展，專業建設根基就不牢固。

隨著高職教育的發展，各學科如何進一步建設，成為研究者們思考與探索的重要問題。國外高職教育是通過與企業合作辦學，利用雙方資源優勢互補，互惠互利。國內許多高職院校借鑒國外經驗，積極與企業合作，加強了學科建設的針對性，但還存在不足：（1）學科建設中以科技創新為起點的多學科綜合和可持續發展問題；（2）校企合作的深度問題。這些是高職學科發展的主要瓶頸。本校結合區域特點開展學科建設，積累了以下一些經驗。

一、學科建設的目標

高職院校的學科建設必須明確自己的社會定位，根據專業建設發展需求確定重點建設的學科、目標以及如何建設等。學科建設的目標不是學科繁榮，而是通過學科建設提高專業水平；高職生中有許多人會成為管理者或技術骨干，尤其是對工科學生來說，要具有一定的理論水平才能掌握機器的原理、性能等，才能深入到技術和工藝的內部，解決生產中的技術問題，進而成為引領職業技術發展的前沿人才，這也是高職與中職教育的區別，體現了學科建設的必要性。我院以“就業為導向，走產學研結合的發展之路”，基于區域經濟社會發展進行學科建設，建設實用性強、區域特色鮮明、體現技術發展的學科和課程，符合經濟社會發展和產業結構不斷優化升級的要求，有利于提高學生的就業能力和職業素質。

二、學科建設的實施

（一）以基于區域經濟社會發展為特色

辦學理念和特色是學校賴以生存的基礎，對師生員工起著目標引導與行為激勵的作用。生源的不斷減少是高職院校面臨的突出問題，學校面對的是學生、家長和社會的選擇，如果沒有特色和社會影響力，將會被淘汰。學科特色和專業特色是最重要、最具直接影響的特色，只有在區域經濟社會發展的基礎上，融合地方經濟特點辦出特色，才有競爭力，才能在地區相關產業發展中起到創新和主干作用，學校才能成為支持區域經濟社會發展的人才培養基地和科研開發基地，否則將使學校陷入生存危機。我院依托行業與企業進行學科建設，注重學科的整合與配置，建設“專業群”，基于應用提升學科水平，“以學生為本”，把學生塑造成為身體、心理、智力、創新能力、道德素質等各方面全面發展的人才，以滿足社會的需求。

（二）學科建設和可持續發展并重

基礎知識是學生成長與終生發展的平臺，重點建設基礎學科既是學科建設自身的需要，也是教學的需要，要在基礎學科平臺上進行專業學科、交叉學科、前沿學科的建設與發展，下面以化學工程為例來進行分析。

1.學科建設與學生發展

化學工程是我院的傳統專業，隨著江蘇“四大醫藥板塊”的形成和連云港石化行業的大發展，迫切需要懂生產工藝、產品分析及銷售等高端技能型人才；化工類專業基礎相似，崗位性強，技術密集程度高，對操作人員的要求不是簡單的操作技能，也不是單純的經驗積累，而是要對整個流程及所在崗位工藝原理、設備特征有較深入的理解，也需要相關的環保、安全、節能、經濟核算等基礎知識，因而高職學生要有一定“度”的理論知識和扎實的基礎，這離不開學科建設。

2.學科交叉與重組

學科交叉、帶動和輻射是其可持續發展的重要方面，學科建設不是單一學科的建設，必須以科技創新為基點統籌規劃，從多學科綜合、互動、協調發展的角度實施學科的分化和整合；根據學生特點及企業對畢業生的需求，我院化學工程學科建設以服務于應用化工、化學制藥、生物制藥和工業分析與檢測等專業群為目的，在發展高職教育和區域經濟的迫切需要下進行學科建設，包括四大化學、化工、機電、信息、外語等基礎學科的建設，以增強學生的科技創新能力。

3.學習環境與氛圍

良好的學習環境與氛圍是提高學科建設水平的另一重要方面，學習國外先進的科學技術和設備，加強與國外學校的交流合作，學習國外辦學經驗，我院與韓國、法國、美國、日本等有關學校建立了友好合作關系；優良的校風、教風、學風能夠激勵學生形成優良品行、遠大的抱負，體現學校內涵發展的精神底蘊，學院師資力量雄厚，教師的學風與教風深深影響了學生。

（三）校企合作共建共享綜合實訓基地

校企合作一直是高職院校多年來改革的重要方面，然而成效不大，主要是由于校企雙方的價值取向不同，難以形成共同的利益基礎，不能很好把握教學和生產的結合，如果只重視生產，不重視教學和學科建設，忽視“培養人才”，學校對企業便產生懷疑；如果過分強調教學，忽視企業“生產”，使企業對合作失去動力；許多“生產型”實訓基地也是如此，能夠真正做到對學科建設起作用的校企合作并不多見。

我院引進設備工藝先進、管理水平高的骨干企業進校園，共建校內生產型實訓工廠和工程技術研發中心，用于生產、創造利潤，同時以生產環境培訓學生；將應用開發類的企業難題和生產實例融入教學，讓學生參與項目的研發，企業將研究成果用于生產；依托實訓基地，實施“工作過程系統化”課程教學，按照企業化要求對學生進行培訓和考核，企業通過考核引進人才。已創建60余個實訓基地，融教學、職業院校共享、培訓、研發、技術服務、職業技能鑒定于一體，為江蘇虹港石化等多家企業提供職工培訓和研發合作，提高了基地的設備運轉率和綜合效益。通過創新工作基地的建設使學生自主創新能力、新技術應用水平在項目的開發應用中得到提高。企業全面參與建設過程：如人才培養方案的制定、師資隊伍和實訓基地的建設等，為企業培養“用得上、留得住”的人才。

（四）以科研水平的提高促進學科建設

學科建設是建立在科學研究基礎上的，只有重視科研，才能建設學科、發展學科，進而整合學科、提升學科，沒有學科建設作基礎和帶動，任何專業建設都只能在低水平徘徊。提高師生的科研意識和水平，鼓勵師生多搞項目、多搞科研、多出成果、促進學科建設，也是學校向更高層次發展的必具條件。

本校以科技服務拓展專業發展，教師積極參加“科技專家進企業”等活動，僅醫藥化工學院每年參與技術服務的教師就在10人以上。2年內與企業合作申報省、市級技術開發與應用研究項目10項以上、專利8項，科研項目經費累計超過百萬元。通過科技服務，提高師資隊伍的科研水平和教學能力，通過科研工作，可以使學生對某項目領域的相關知識理解和掌握得更透徹，科研成果進課堂、進教材，以強化學科建設。

（五）建設高層次的“雙師型”學科梯隊

學科梯隊建設是學科建設的關鍵，教師要不斷進行知識更新和補充，為學生帶來更多的學科前沿信息，加強高學歷人才的工程實踐能力，充分利用信息資源豐富和高層次人才集聚的優勢，為新技術、新工藝、新設備的應用和推廣提供技術服務，解決企業生產中的技術難題，雙方共同開展科技攻關，推動科技成果轉化，為企業人員、轉崗再就業人員提供多個工種、多個層面的技能培訓。按照“數量保證、結構合理、素質過硬、整體優化”的原則培養和引進人才，建成專兼職結合的“雙師型”優秀創新團隊，提高服務區域經濟的能力，從企業聘請行業資深專家作為兼職帶頭人，承擔學科建設規劃、方案設計、教師培養等工作。

三、學科建設基礎上的專業建設

高職學科建設應根據職業崗位需求和本地區的經濟特色，面對區域高新技術支柱產業及相關產業應用性較強的前沿領域，以確保學校全面、協調、可持續發展。校企共建學科建設和專業教學指導委員會，創建產學研結合的平臺，創新人才培養模式，學校將最新的科研成果及時應用于實踐；企業將最新的行業信息和實踐結果及時、準確地反饋回學校，避免學科發展方向的偏差。根據崗位分析，確定典型工作任務和行動領域，引導課程設置，培植學校、企業、學生“三贏”的機制，專業間相互支撐，帶動專業群的建設。

（一）重組課程體系

由學科建設指導委員會對崗位群職業能力所需要的知識、技能、素質等要素分解和量化，重組課程體系，使課程內容包括整個生產和管理過程，進行“教、學、做”理論實踐一體化教學，構建與國家職業資格證書銜接的職業能力課，與生產和就業緊密結合，建立動態和開放的標準評價體系。

例如我校醫藥化工學院以行業企業的人才需求為依據，以產品的合成、復配、分離和分析的崗位能力培養為主線，融入職業資格標準，引入完整的工作結構，工學結合，將課程分解成以“實際、實踐、實用”項目為載體的學習單元，即以“典型產品的生產過程”為教學項目，使學生經歷完整的工作程序，完成完整的生產工作任務并獲得有意義的成果，促進學生在實踐中將認知學習、能力訓練、問題探究融于一體，培養學生分析問題、解決問題的能力，帶動知識點的學習。其中，涉及到多學科綜合知識，包括化學化工、機械、電子、自動化等。我們在藥物合成技術課程建設中與江蘇德源藥業、連云港盛和生物科技有限公司建立了深層次的合作關系。

（二）精品課程開發與教材建設

校企合作編寫特色教材，開發精品開放課程。精品課程建設是教學基本建設的核心工作，加強精品課程建設是深化教學改革、實現培養目標的保證。我校以“藥物合成技術”、“工程制圖與計算機繪圖”、《高職高專英語》等省級精品課程帶動其他各門課程的建設，無機化學、化工原理、外貿單證操作等課程被列為全校重點建設的精品開放課程。教材建設是專業建設中的重要方面，高質量的教材是培養合格人才的基本保證，根據學校的定位、特色及專業培養目標，我們認真開展理論實踐一體化教材編寫研究，已有省級及以上精品教材多部。

（三）以人才培養質量評價反饋學科建設

篇（5）

(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

篇（6）

中圖分類號：TU276 文獻標識碼：A

一、化工企業設備管理的重要性

（一）化工企業的生產特點

化工產品無處不在，世界各處都有它的身影，比如運輸行業所需要的各種燃料，服裝行業生產時用到的各種化纖原料，機械制造行業需要的各種大量有機材料等等，這些基本上都由化工企業所生產。化工企業屬連續化生產，需具備以下特點：

1 化工行業是屬于技術密集型的生產企業。它需要多門學科相結合，進行有效合作，并且需要多種專業技術人員的聚集；化工行業的生產工藝是非常復雜的，而且要有高含量的技術要求；像一些石化工業則需要更多的利用催化、高溫、高壓等技術。

2 化工裝置的介質十分復雜。化工企業生產產品時所接觸到的介質都是具有相同的特點，易燃、易爆、有毒有害、腐蝕性強等。

3 設備的種類、規格復雜多樣。生產工藝的復雜性，再加上生產條件的苛刻性，就需要各種各樣的設備來與之相適應。化工企業在生產時大都情況下都需要在高溫、高壓及密封系統中方可進行。

4 擁有高素質的化工企業人員。復雜的生產工藝、設備，只有擁有一批高素質的專業人員方可實現其安全穩定的生產工作。

5 化工企業的投資量。化工企業的一些生產設備和基本設施，價格都十分昂貴，因此它的資金投入量是十分巨大的。

（二）化工設備運行可靠性的重要性

復雜的生產工藝直接提高了化工企業對生產設備的要求，企業生產運行的基礎就是設備，因此設備運行的可靠性就會影響到生產裝置是否能夠連續穩定運行。設備若存在問題，就會直接性或間接性造成的事故的發生，給企業帶來巨大的經濟損失，又或者設備存在著一定的缺陷也會造成裝置停工，無法正常生產，影響到企業的正常生產流程，企業所蒙受的經濟損失也是巨大的。

二、設備運行的可靠性

（一）設備運行可靠性的概念

設備運行的可靠性是由兩個部分組成的，即固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性的概念是指一個產品經過設計、制造而形成的，狹義可靠性是指它所考慮的中心問題。使用可靠性所要考慮的中心問題就是包括維修性的廣義的可靠性，它指的是產品在運輸、倉庫保管等作用下使固有可靠性所發揮的程度要能夠得到切實的保證。

（二）設備運行可靠性時需注意的問題

1 設備運行的可靠性與規定的條件密不可分所謂的規定的條件就是指設備所處的一個環境條件、維護保養和使用條件等。

2 設備運行的可靠性與規定時間密不可分所謂的規定時間，我們可以根據現實中的實際情況，它可以是一次性的動作，也可以是短期的或者是長期的。設備工作的時間在一般情況下與可靠性是成負比例關系的。時間這一重要因素在設備的可靠性方面得到了著重的強調，但是卻沒有被包括在產品的技術質量性指標中，因此，設備可靠性和其他技術性能指標的根本區別就可以是在規定時間內對其優劣進行的評價。

3 設備運行的可靠性與規定功能密不可分規定功能是設備應該具有的主要技術性能指標，只有對設備的所有技術性能指標進行綜合性評價，才能對設備的可靠性做出正確的判斷。

三、工企業維修策略研究

（一）實施維修的重點放在提高設備利用率上我們堅持把設備利用率放到第一位來制定維修策略的維修方式。

1 定期維修。就是按照固定的周期進來進行維修的一種體制。這種維修體制有很大的優點，就是提高了利用率，這樣就可以把空閑的時間，人力，物力等很好的利用起來，也提高了維修效率，降低了成本。但也有一個很大的問題，這種方法只能針對一些故障特征隨時間變化的設備，但如果碰上一些復雜成套、故障無時間規律的設備，這種維修方式就不適合了。

2 視情維修。這種維修體制就是通過設備的狀態以此檢測出的故障模式來決定的一種維修策略。

3 機會維修。這種維修體制，其實是一種補充體制，建立在視情維修和定期維修的基礎上進行的一種補償維修方式，主要是為了提高費用有效度。我們必須結合生產實際，把握維修時機，如果發生頻繁，則應首先考慮定期維修，再依次選擇視情維修和事后維修。

4 事后維修。這是一種很笨的維修方法，就是不管遇到什么情況，都等到事后一切的人力、備件、工具上有一定的準備和保障的前提下進行。成本較低，可以當作最后考慮的一種維修策略。

（二）改革維修機構

改革維修機構，首先要做的就是把所有工作人員的積極性提高上來，建立一只具有專業水準和較高的團隊合作意識的各類專業維修隊伍。例如專業性強的有：理化檢測隊伍、機組檢修隊伍、冷換設備清洗檢修隊伍、帶壓密封堵漏隊伍等等。其中在化工系統中還成立設備失效及預防中心、備檢測中心、帶壓密封堵漏中心同位素儀表維修中心等等，為各類化工企業的設備提供更加具有針對性的專業化維修服務。各個企業內部的檢修機構我們也要進行一次改革，特別是那些長期依靠企業生存的維修機構，更應該轉換思路，把它們從企業的體制中獨立出來，面向市場，實行獨立經營、獨立核算。增加維修機構的獨立意識和市場競爭意識。

（三）采用先進的維修技術

要提高一個企業的設備維修的現代化水平，首先就是要提高人員的知識化水平，學習國內外先進的維修技術，在一些化工企業應用比較廣泛的有氬弧焊、離子焊、電刷鍍、熱噴涂、鑲嵌、粘接等一些比較先進的修復技術；各種先進的機械化、自動化維修機具，諸如各種液壓吊裝、高壓清洗等也都已經在企業的設備維修中有了較大的應用。這些現代化技術的運用有兩個好處：一是提高了工作效率；二是減輕了勞動強度，保證了維修施工質量。特別是近幾年來發展起來的加熱爐內襯耐火纖維噴涂及油罐表面刷涂隔熱降溫、防腐涂料等高新技術在化工企業維修中廣泛得到應用，獲得了節能的突出效果。

四、設備的維護與技術改造管理

（一）設備的日常維護

制定一套比較完善的設備日常維護的制度標準，要求每班操作工人在生產中做到：每天對設備各部位進行檢查，是否按規定加注油，是否正確使用設備，如果發現異常要及時處理，處理的不了的要及時報告給相應的維修部門并且進行登記備案，方便以后維修的查找。

（二）設備的技術改造

設備的技術改造是指應用現代科學技術成就和先進經驗，改變現有設備的結構，裝上或更換新部件、新裝置、新附件，以補償設備的無形磨損和有形磨損。通過技術改造，我們可以提高設備的各項技術性能，并且是一些設備的局部達到一個比較高的水準甚至與一些新設備相當。使用技術改造有很多好處，最明顯的就是它的針對性比較強，經濟性比較好，更主要的是它的現實性大，可以最大限度的發揮設備的功能。

五、設備的狀態監測與故障診斷技術的應用

（一）設備的點檢

設備的點檢，主要有兩種方式：日常點檢和定期點檢。我們通常使用的是日常點檢，它是一種由人工操作來進行完成的，最主要的特點就是利用人的感官進行檢查，一次來判斷設備的狀態。

（二）設備的狀態監測

日前設備狀態監測氛圍兩個步驟，第一是通過人工檢查發現一些看得見的問題。第二是通過將設備監測儀器與計算機結合來進行檢查。計算機在接收了監測信號后，可以定時顯示或打印輸出設備的狀態參數（如溫度、壓力、振動等）。這樣就可以在很大的程度上保證了設備狀態監測的可靠性。而不會應為一些人為因素造成監測的不準確。

（三）設備的在線監測

設備的在線監測，要做好這一點首先要加大培訓的力度，培養一批具有專業技術水準的人才隊伍，在此基礎上還要極開發現有設備在線監測軟件和新的狀態監測項目。只有具備以上一些條件才可以在開展設備狀態監測和故障診斷工作上去的良好的效果。

（四）設備診斷基本技術

設備診斷基本技術，主要包括檢測技術、信號處理技術、識別技術、預測技術等。設備壽命周期的長短決定了設備定量測定的各種信息，數據的科學分析和預測的準確性。想要設備的使用壽命得到提高，首先一點就是要做到把診斷技術用于設備使用過程當中的各個階段，并且要做好對各種數據的收集工作，提高設備各個環節的管理工作水平。設備的管理工作我們要常抓不懈，而不能隨著新材料、新技術應用，化工設備的安全性日益提高就放松我們的要求。這樣才可以使我們的使設備在使用過程中達到更加安全、高效的運行。

結語

在許多國家的的國民經濟中化學行業占有重要地位，它是一個基礎產業和支柱產業，化學行業的發展直接影響著社會經濟的各個部門。整個世界化工產品年產值已突破了15000億個美元。因此，我們要不斷的對化工企業的設備進行研究，開發出不僅可靠性高，而且安全也一樣高的設備，實現化學行業發展走可持續發展道路對于人類經濟、社會發展具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]張亮. 淺談石油化工企業機械設備運行的可靠性管理[J].世界家苑，2012（08）.

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近年來，隨著計算機在中職學校教學的普及和仿真技術的日益提高，社會對技能型人才的要求也越來越高，中職學校學生的實習教學也日益重要，中職學校的實習教學，開始由傳統的實習內容向新技術新工藝發展，對職業教育也提出新的要求。同時，化工生產的高溫、高壓、易燃、易爆、毒性大等特點，使化工專業的學生在學習工藝類課程時，到現實生產中實習受到限制，使得理論學習與實踐操作脫節。學生的職業技能得不到很好的訓練。那么如何培養學生的實踐操作能力呢？隨著化工仿真模擬操作的引入為我們很好地解決了這個難題。

一、化工仿真教學的優點

1.化工仿真與傳統課堂教學的對比

工藝課程的主要內容是講授化工產品的生產過程，如生產的原理、工藝影響因素的分析、工藝流程的組織和實施、相關安全與環保方面等知識。傳統的課堂教學過程，教師主要通過實物演示、掛圖、影像等多種教學方法來加強教學的直觀性、形象性、生動性，努力使理論教學與實踐相結合，然而這些教學方法和手段存在一些不足，不能完全滿足學生的需求。學生仍然感到教學內容枯燥、抽象、難理解，這樣就達不到預期的教學效果。

利用化工仿真系統提供的仿真界面，學生可以邊聽老師講解，邊看老師操作，甚至可以邊操作邊學。在仿真系統的操作中，學生對工藝流程、設備有了更全面地認識，使得教學過程變得簡單、容易，而教學效果卻得到大幅提高。

傳統的教學方法只利用了較少的通道，如視覺、聽覺等，因此教學效率不高。仿真訓練是一種多通道綜合作用的教學方法，學生置身于仿真環境之中，可以充分調動感覺通道，運動通道和思維通道的學習機能，接受知識的效率明顯提高。此外，仿真訓練系統是一種能夠充分發揮學生創造意識的環境，學生可以在沒有教師的情況下自學，直到將所學知識爛熟于心。

2.化工仿真教學的優點

仿真實訓能創造一個與實際近乎相同的特定環境，仿真實訓過程中，學生與實訓對象能進行互動，在交互式虛擬世界中，使學生如同坐在化工廠的控制室內，通過對計算機采集的數據進行分析來判斷設備和儀表是否運轉正常。這樣可以大大激發學生學習興趣。仿真實訓技術可實現化工生產工藝的全過程模擬，化工原理、無機工藝、有機工藝、化工設備等專業課，可推出一門“工藝專業綜合仿真實訓”課，專業綜合仿真實訓更接近實際生產。學生可以利用仿真系統進行多次的開車、停車、事故處理的訓練，可以根據自己的能力進行選擇性的學習，成為學習的主體，可以更加系統的、全面地掌握操作技能。

我們利用仿真軟件將學生容易犯的錯誤警示出來，這就不會像在實習廠擔心出現安全問題，保證了學生的人身安全。同時還可以利用仿真軟件，對實習項目進行深入的研究，在這樣教學過程中，使學生學習到分析問題、解決問題的方法。

二、化工仿真教學的實施

1.實施的必要性

職業教育主要培養的是社會需要的技能型人才，然而由于中職教育自身發展的緣故，建設資金的不足，化工專業生產實習形式單一，手段落后；即使有企業愿意接受學生進廠實習，那也只是停留在只能看，不能動的狀態，學生實習難、實習效果差已成為長期困擾學校的普遍性問題。這些原因導致中職學生在動手操作能力上欠缺，操作技能達不到工廠實際要求。仿真實習可以使學生不進工廠就能得到裝置的開車、停車和事故處理操作機會，所以說仿真實習技術是解決以上難題的最佳選擇和理想方法。目前，仿真實習技術已成為一種公認的高效現代化教學手段。“理論實踐一體化”的教學模式，既讓學生掌握了一定的理論知識，同時實際操作水平也得到提高，要實現這一教學方法，仿真系統不可或缺。

2.具體實施過程

在課堂教學中，學生普遍認為的知識難理解、太枯燥，通過仿真模擬訓練形象、直觀的表現出來。為了提高仿真實習效果，我們在仿真實習之前還采用了授課的方式使學生對將要仿真實習對象的工藝流程，包括設備位號、檢測控制點位號、正常工況的工藝參數范圍等進行詳細的了解。在操作過程中，每部分都有嚴格的操作規程，每個階段都要認真操作，防止和避免事故的發生。為了訓練學生的應急能力，可以在裝置操作過程中人為的設置各種生產事故。通過隨機事故的添加，不僅鍛煉了學生的分析、判斷事故能力，還提高了學生遇到緊急突發事故的處理能力。

在具體的實施過程中，教師盡量要多讓學生獨立操作、獨立分析、獨立解決問題；對于個別問題可以采取“一對一”的問答式，對于一些比較普遍的問題采用集中式回答。這樣學生不僅很快就可以掌握操作控制過程，同時也發揮了學生的學習獨立性和主動性。

課程結束時，我們可以通過系統的考核項目對學生的操作能力進行考核。此考核項目能夠真實的反映學生的實際掌握程度，誰也無法弄虛作假、蒙混過關，從而促進學生認真學習、掌握操作技能。

（4）化工仿真教學中應該注意的問題

化工仿真模擬系統是介于課堂與生產一線的橋梁與紐帶，它來源于實際生產，有區別于實際崗位；在模擬系統中，學生可以運用所學知識和技能進行實踐操作，提高職業技能。但是其操作步驟規程化與實際操作的靈活性和多變性相違背，另外仿真操作參數可以反復調節，而這在實際生產過程中是不可取的，這些問題可以在學生進行實訓裝置的操作中加以說明和指導。通過仿真軟件和實訓裝置的操作的結合，讓學生對實際生產操作有了進一步的認識。

化工仿真技術的應用，對提高教育技術水平、改善實習實訓環境、優化教學過程、培養具有創新意識和創新能力的人才，具有重要意義。它可以解決很多常規教學手段無法解決的問題，在提高學生的實際動手能力方面有著得天獨厚的優勢。

參考文獻：

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自世界頭號零售商沃爾瑪宣布大范圍使用RFID和美國軍方宣布軍需物品均使用RFID標簽來進行識別與跟蹤以來，近年RFID技術開始在全球范圍內掀起陣陣，吸引了眾多知名企業參與相關芯片及技術的研究和開發。

目前RFID技術正處于迅速上升的時期，被業界公認為是本世紀十大技術之一，RFID商品標簽也被認為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術之一。但RFID標簽的高成本卻制約著這一技術的普及（RFID標簽的成本大約在每枚0.2美元以上）。為了解決這個關鍵問題，RFID標簽設計及制作工作一直在尋找新的途徑。近年來國外已經開始有機RFID標簽技術的研究，并且已經取得了很大的成就。采用有機薄膜晶體管(OTFT)能夠使IC電路制備在便宜的塑料基底上，進行取代硅芯片的方案，最后通過印刷方式進行批量生產。據估計，這種有機RFID標簽的成本將有望降至0.01～0.02美元甚至更低。作為一個低成本的選擇方案，有機RFID將在世界范圍內開辟一個新的市場，與硅片RFID技術相互補充來滿足市場的需求。

可印刷的RFID

有機RFID技術其基本原理同半導體RFID一樣，是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，實現對識別物體的自動識別。系統一般由兩部分組成，即有機RFID標簽（應答器）和閱讀器（讀頭）。在實際應用中，有機電子標簽附著在被識別的物體上，當帶有有機電子標簽的被識別物品通過其可識讀范圍時，閱讀器自動以無接觸的方式將有機電子標簽中的約定識別信息取出，從而實現自動識別物品或自動收集物品標志信息的功能。有機RFID技術除了具有半導體RFID技術的優點以外，還具有便宜、厚度可以非常薄等特點，可以制成柔性電子標簽，使用時可以隨意粘貼，不受軟硬度及厚度等限制，將來可以廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理、軍事物流等眾多領域。

有機RFID標簽

有機RFID作為一種新事物，是有機半導體和RFID技術相結合的產物。有機RFID標簽的工作原理、結構、功能及頻譜劃分等與無機RFID相比并沒有太大的區別，二者主要的區別在于材料和加工工藝的不同。無機RFID標簽的芯片部分需要通過復雜及昂貴的IC工藝在硅片上制備出來，然后再與天線部分集成在一起構成完整的標簽。而有機RFID標簽則力圖全部通過印刷技術，用金屬和有機物墨水把天線和芯片直接制備在同一襯底上，因為采用了印刷電子技術，有機薄膜晶體管能夠使電路制備在便宜的塑料基底上，通過卷對卷（R2R）印刷技術批量生產有機RFID標簽，這樣制作工藝將得到簡化，成本也將大大地降低。據Nature Materials Commentary雜志報導，全有機的RFID標簽成本將降至每枚0.01～0.02美元。如果有機RFID技術成熟的話，Nature期刊所設想的一種產品可能將大量進入市場: 這種產品將顯示部件、傳感部件和RFID標簽集中于一種商品上。這樣對每件商品，消費者可以直接知道其保鮮度、顏色、溫度等有關質量信息。

有機RFID標簽的結構在組成上與無機RFID標簽并無多大差異。RFID標簽主要由天線、整流器、IC芯片及負載調節器部分組成。讀寫器將要發送的信息，經編碼后載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過卡內天線再發送給閱讀器， 最后閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統進行有關數據處理。因此有機RFID技術的發展還將得益于多項技術的綜合發展。所涉及的關鍵技術大致包括: 有機半導體技術、芯片技術、天線技術、無線收發技術、數據變換與編碼技術、電磁傳播技術等。

RFID標簽按其發射方式可分為反射式和發射式兩種。反射式（通常為無源標簽所采用）將閱讀器發射的高頻信號經過標簽內產生的識別信號調制后，形成的已調信號反射發送到閱讀器中。閱讀器將接收到已調信號，并解調出識別信號進行識別。發射式（通常為有源標簽采用）射頻卡內有高頻載波發生電路，該電路產生高頻載波，并被卡內產生的識別信號調制，調制后的已調信號發送到閱讀器中。

美國的3M公司早在2003年就采用并五苯(Pentacene)等高性能的導電材料制作了儲存信息量為1位，頻率為125KHz的并五苯RFID標簽。電路部分幾乎全部采用有機薄膜晶體管制作而成。有機射頻卡電路是屬于反射式的，7環振蕩器和或非門構成識別信號發生電路，產生振蕩脈沖識別信號，調制閱讀器發出的高頻信號，并反射給閱讀器，閱讀器接收到已調信號，并解調出識別信號進行識別。有機RFID應答器的電路部分包括脈沖識別信號產生電路、緩沖放大電路及射頻信號調制電路。

儲存信息量大的有機RFID標簽則需要加入儲存電路部分。在這方面德國PolyIC已經做出了驚人的成果。成功開發出32和64字節內存的有機RFID產品，除天線部分外，調制電路、儲存電路和邏輯控制電路等內部電路均使用有機材料，集成了數百上千個有機薄膜晶體管。

有機薄膜晶體管

有機薄膜晶體管物理特性的提高導致采用有機薄膜晶體管代替無機薄膜晶體管（主要采用硅制造）作為大規模集成電路中的主要部件，是導致有機RFID的誕生及帶動有機RFID迅速發展的主要關鍵技術之一。

有機薄膜晶體管的誕生

過去十多年來，具有光電特性的有機導電分子，以及高分子材料研發中有許多突破性的進展。這些具有光電性質的有機材料，不論是小分子、聚合物或是高分子聚合物，往往可以吸收、發射可見光及光電性質，進而催生出不同的應用，其中最重要的包括有機發光二極管（Organic Light Emitting Diode，簡稱OLED）、有機薄膜晶體管（Organic Thin Film Transistors，簡稱OTFT）。有機薄膜晶體管從廣義上來說是將傳統無機晶體管中的半導體層，用有機材料來取代，并進一步以有機導體與塑料基板來取代無機導體和玻璃基板，完成可撓曲的有機薄膜晶體管。

在傳統的MOS組件制造上，一般是利用無機半導體材料硅作為主要材料。一般而言，硅是一種三度空間的共價鍵結構，強大的鍵能使得硅原子間形成緊密的三度空間聚集結構，具有寬闊的價帶和導帶，從而具有相當高的載流子遷移率。但是這種晶粒排列需要高溫、高成本的沉積方式來完成。

在有機半導體方面，包含小分子和高分子，從化學結構的觀點來看，都含有非定域(delocalize)的π共軛電子; 且由其最高已占分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)及最低未占分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)的差距，可定義其為半導體或導體。在形成半導體層時，分子多以集團方式存在，分子與分子間僅以微弱的凡得華力相聯系，所以有機物的電特性，主要是由分子本身的結構來決定。因此，如果分子間排列不夠完整，有機物的載流子傳輸就受限于分子間的傳導，而非分子本身共軛結構的完整性，也因為分子間的鍵結合力小，相較于無機晶體，有機物的價帶與導帶就顯得相對狹窄; 有機分子載流子遷移率，其值可能偏小一些。但自從Koezuka等在1986年報道了基于電化學聚合的聚唾吩OFET（OTFT）器件，一般被認為是真正意義上的可應用于有機電子電路的基本單元器件，同時也被看做是第一次有關OFET器件的報道，從那時到現在短短的二十幾年時間里，有機薄膜晶體管的研究取得了巨大的進展，其可以應用于集成電路中有機薄膜晶體管的遷移率已經提高到5cm2/Vs，遠遠大于非晶硅的遷移率（大約1cm2/Vs）。

有機薄膜晶體管擁有傳統無機薄膜晶體管不可比擬的優點: 有機材料可利用溶液進行大面積旋涂、打印，降低制作的成本。相對于無機材料，有機材料可以在較低溫的條件下制作， 因此可選擇耐熱性較差的塑料基板，以制造質輕、具韌性、可撓曲的電子器件。可撓基底、低成本、低溫制程，使得OTFT 可以應用于低成本、大面積的軟性電子產品的機會大大提升。 例如作為開關元件應用于大面積有源矩陣平板顯示領域AMLCD、AMOLED以及傳感器陣列,在需要柔性襯底的大規模集成電路中的應用，包括智能卡、智能價格及庫存標簽、無線射頻識別標簽、商品防盜標簽以及電子條形碼等。

有機薄膜晶體管的基本原理

人們通常把半導體導電能力隨電場而變化的現象稱為“場效應”。晶體管是一種三端子有源器件。它可以分為雙極型晶體管與單極型晶體管。場效應晶體管是單極型晶體管中的一種。按載流子傳輸通道可分為表面場效應晶體管和體內場效應晶體管兩種，前者又分為MESFET(Metal-Semiconductor FET)和MISFET / MOSFET ( Metal-Insulator-Semiconductor FET /Metal-Oxide-Semiconductor FET )，后者又稱結型柵場效應晶體管(Junction-FET， JFET) 。 有機場效應晶體管是利用有機半導體作為器件的有源制備的一種MOSFET。由于有機場效應晶體管一般作為薄膜形式的器件，因此也被稱為有機薄膜晶體管。

有機薄膜晶體管基本上如同MOS晶體管一樣，是由一個柵極（Gate）、一個源極（Source）、一個漏極（Drain）的三端點電子組件組成。在MOS晶體管的三端點里，源極通常接地，而讓整個MOS晶體管的操作，由VGS(柵極電壓)與VDS(漏極電壓)來主導。其中VGS(柵極電壓)的大小將決定此晶體管的開關狀態，VDS(漏極電壓)則決定當晶體管處于“開”的狀態時，流經漏極，溝道(Channel)和源極的電流大小。按照產生的導電溝道的不同有機薄膜晶體管又可以分為n型、p型和雙極型。

研究近況及市場概況

目前世界各國都認為有機RFID市場前景巨大。至于技術的發展，目前全球都還在探索階段。各國家、地區和機構紛紛加大研發力度，尤其各國已經有專門的公司進行相關項目的投資。比如，美國Organic ID、IBM和德國PolyIC等公司。

美國的3M公司用一種便宜的導電塑料來替代傳統的硅晶體材料，這種材料名叫并五苯(Pentacene)。根據該公司公布的消息，利用并五苯作為芯片半導體材料的標簽已經可以被幾厘米外的讀取裝置識別。

OrganicID（Weyerhaeuser公司的子公司，主要生產可印刷的RFID塑料標簽）計劃設計制作一種高分子標簽，其工作頻率為13.56MHz。 2004年該公司已經申請了有關NQS模式的低性能晶體管電路設計技術方面的專利。到了2004年12月份，該公司宣稱制作出了已經滿足17MHz工作頻率的一種有機RFID標簽。

2006年，德國PolyIC GmbH & Co.KG開發出了使用印刷和卷對卷技術生產的有機無線射頻識別標簽，為數據保存集成了8位RFID標簽，集成了數百個有機晶體管，有機晶體管使用的半導體為Poly-3-alkylthiophene（P3AT）。制作完成10個月后其特性仍未出現下降。因此，該公司認為這種無線標簽能夠確保1年以上的元件壽命。

2007年6月，PolyIC又開發出32位和64位存儲有機RFID標簽，工作頻率為13.56MHz。

另外近期有機整流器方面也有較大的突破。比利時微電子研究中心（IMEC）于2006年已開發出激活無源RFID標簽的有機整流二極管，該二極管的工作頻率高達50 MHz。

日前韓國順天（Sunchon）國立大學化學工程學教授Cho Kyu-jin和他的開發團隊利用百分之百的有機傳導材料開發出了一款芯片，這款新開發的芯片可以用來制造無線射頻識別技術產品。利用噴墨打印技術，最終將生產出的無線射頻識別技術產品的成本減少為十分之一，將每個識別標簽的價格降至0.004美元。

美國市場研究公司NanoMarkets稱，目前在印刷電子市場，RFID占的份額基本上可以忽略不計，但到2014年將增長到30％。NanoMarkets表示，2012年有機RFID市場將達到45億美元。2015年，使用有機電路的RFID市場規模將達到116億美元。

目前，采用有機RFID標簽的應用已經在國外出現，剛剛結束的2007年德國有機電子大會(OEC-07)成功地在其大會票證上采用了印刷式有機RFID標簽。標簽內存為4個字節，運行頻率為13.56MHz，由PolyIC提供。PolyIC稱其兩款印刷式有機RFID標簽目前正用于一些試點項目，用量達10萬個。

自從1997年第一個完全由高分子制備的有機RFID標簽誕生以來，有機RFID技術已經在實驗室取得巨大的進步。歐美各國宣稱，有機RFID技術將很快走出實驗室，進入市場，與無機RFID相媲美。目前，部分銷售打印有機RFID標簽的公司在國外已經開始出現。近期發展趨勢雖然還是以發展無機RFID技術為主，但從長遠發展看，有機RFID有可能成為將來主導各行業信息處理的關鍵技術之一。

應用前景廣闊

面對新穎的有機RFID技術，歐美等大國一如既往地追逐及投資具有巨大市場潛力的新技術，新加坡及韓國都已明確指出要重點發展包括有機電子標簽技術及應用的項目，而中國的大部分企業一直處于觀望的狀態，雖然目前已經開始嘗試無機RFID在一些領域的應用示范，但在技術基礎方面遠遠落后于歐美各國，加之標準待確立和產業基礎薄弱，諸多因素制約著RFID技術在中國這個世界最具潛力的消費市場難以大規模運行。如果有機RFID的研究及應用方面遲遲不肯投資，在未來新崛起的有機RFID產業里又必將落后于歐美、日韓和新加坡等國。只有在快要占領市場的有機RFID技術方面盡早投入，將來才可能分得一杯羹。

鏈接

RFID的發展歷程

RFID技術其實是繼承了雷達的概念，并由此發展出的一種生機勃勃的自動識別技術。1948年哈里•斯托克曼發表的“利用反射功率的通信”奠定了RFID的理論基礎。 20世紀中期無線電技術的理論與應用研究是科學技術發展最重要的成就之一。

RFID技術的發展可按10年期劃分如下:

1941～1950年。雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論基礎。

1951～1960年。早期RFID技術的探索階段，主要是實驗室實驗研究。

1961～1970年。RFID技術的理論得到了發展，開始了一些應用嘗試。

1971～1980年。RFID技術與產品研發處于一個大發展時期，各種RFID技術測試得到加速。出現了一些最早的RFID應用。

1981～1990年。RFID技術及產品進入商業應用階段，各種規模的應用開始出現。

1991～1997年。RFID技術標準化問題日趨得到重視，RFID產品得到廣泛采用，RFID產品逐漸成為人們生活中的一部分。

1997年，第一個完全由高分子制備的有機RFID標簽誕生。

2000年，RFID標準化文件出現。

篇（9）

1.1 微膠囊技術的作用[4—7]

無論物質具有親水性還是具有親油性，大多數氣體、液體、固體、甚至具有生命活性的細菌、酶等均可以被包囊。廣義地說，微膠囊具有改善和提高物質外觀及其性質的能力。

上述功能使得微膠囊化成為許多工業領域中的一種有效的商品化方法，具體可主要分為7個方面。

1.1.1 改善物質的物理性質

    改變物質的狀態:將液態物質或氣態物質微膠囊化后，可得到微細的粉狀物質，在外形及使用上具有固體特征，但其內部仍然是液體或氣體，因而仍具有原來液體或氣體的性質。

    改變物質的質量和體積：物質的表觀密度經微膠囊化后可以變小，也可制成含有空氣或空心的微膠囊而使體積增大。

    改變物質的性能：通過微膠囊化可以改變物質對所處介質的親和性，常用的方法是將疏水性藥物用親水性壁材微膠囊化，使其變得親水。

1.1.2 控制釋放

在可以人為控制的條件下，微膠囊中活性組分的釋放可以采用立即釋放、延時釋放等各種釋放方式。

緩釋：將一些藥物或活性物質制成微膠囊后，不但方便口服或注射，更重要的是能使藥物緩慢釋放，使藥效持久，從而可減少服用次數和服用量，減少生理副作用。

1.1.3隔離活性成分

微膠囊化后囊壁可以將囊內外物質隔離，故能阻止活性物質之間發生化學反應。在醫藥中，可將藥物與其他敏感物質隔離，如紅霉素遇酸易變質，微膠囊化后可在一定時間內避免與胃液接觸，從而使其保持活性。

1.1.4 改善穩定性

易揮發、易氧化、光敏性和熱敏性的物質經微膠囊化后，可避免直接與光、熱或空氣接觸，抑制其揮發，氧化，降低光(熱)敏性。有些物質很容易受氧氣、溫度、水分、紫外等各種環境因素的影響，通過微囊化，使囊心物與外界環境相隔離。在食品、化妝品和洗滌劑行業中，經常將香料、香精微膠囊化，以降低其揮發性，保持長久散發香氣。

1.1.5降低對健康的危害、減少毒副作用

   硫酸亞鐵、阿司匹林等藥物包囊后可以通過控制向消化系統得釋放速度來減輕腸胃副作用。長期服用氨節青霉素對人體有嚴重的副作用，微膠囊化可彌補這一缺陷；抗癌藥物化療劑一般用甲基乙二醛，但對人體毒性大，微膠囊化后可以迅速從體內排出，降低副作用。對于制藥工業來說，就可以采用微膠囊技術來制造靶制劑，達到定向釋放的效果。

1.1.6屏蔽味道和氣味

微膠囊化可以用于掩飾某些化合物的令人不愉快地味道。抗生素磺胺類藥物苦味太大，微膠囊化可掩蓋其苦味。氨基酸有維持機體生長發育的氨平衡功能，能治療肝病及乙基砷、苯中毒，但其奇特的臭味使人難以接受，微膠囊化后，就可掩蓋其臭味將有色澤和氣味的中草藥液微膠囊化后，可以掩蔽服用時的不良味道。

1.1.7 用于特殊目的的不相容物質的分離

微膠囊化后可以隔離各種成分，阻止活性成分之間的反應。故可以將兩者一起保存。但是當微膠囊破碎以后兩者就能進行反應。可以達到某些特殊的目的。

1.1.8 菌體微膠囊的特點

對于制備菌體微膠囊，最主要的就是防止外界不良條件對菌體的破壞以提高菌體的穩定性，提高菌體的保存時間。一些菌體，在環境中受到不良環境的影響（紫外線、pH等）其存活率很低。而通過微膠囊技術可以將菌體與不良環境隔離，達到提高菌體穩定性的作用。

例如胃中的pH只有1.8左右，對枯草芽孢桿菌活性具有比較大的破壞。而制成微膠囊可以減少胃酸與菌體的接觸，提高菌體的穩定性[8]。

另外通過微膠囊技術將菌體包埋，使得菌體某些不良的氣味難以釋放到外界，而達到容易口服等的效果。

1.2 微膠囊的制備方法

微膠囊制備方法通常根據其性質、囊壁形成的機制和成囊條件分為物理法、物理化學法、化學法等3大類[9]。在每大類方法中依據不同的操作工藝又可進一步分成若干種制備方法。各種制備方法都具有各自的特點、適用范圍和適用對象，現將各種微膠囊制備方法歸納如表1所示。

表1 物理法制備微膠囊

方法               工藝特點               優缺點                適用范圍

噴霧干燥法    芯材均勻分散于壁材溶液中，     優點：處理量大，     適于熱敏性、疏水                                        

          經霧化器霧化成小液滴使溶液       適宜工業化生產     性、親水性及與                                          

          壁材的溶劑迅速蒸發凝固成凝     缺點：包埋率低，     水反應的物質。                                                        

          固成微膠囊。                     設備大，價格高，                                     

                                           耗能大等。                      

噴霧冷卻法   芯材均勻分散于壁材中，加熱     優點：對水溶性風味物  敏感性物質、食品                                                                     

         熔融后迅速降溫凝固成微膠囊。      質具有良好的緩釋   添加劑、油脂等。                                                          

                                           和保護作用。                                

  擠壓法      糖類物，然后通過壓力將其擠   優點：防止風味物質揮發  適于熱敏感性芯材   

              入冷卻介質中，迅速脫水降溫，                                                                                  

              形成玻璃態微膠囊。            缺點：產率低。                                                           

包絡接合法  先將芯材與壁材各制成帶相反    優點：干燥下產品穩定。  油脂等物質。                                           

         電荷的氣溶膠微粒，而后使它                                                                           

         們相遇，通過靜電吸引凝結成                                                                     

         微膠囊。                                                                             溶劑蒸發法  芯材、壁材依次分散于有機相      優點：操作方便，可以   適于非水溶             

        中，加熱使溶劑蒸發，壁材析       大規模生產。          性聚合物對活                    

        出而成微膠囊。                                         性物質的包裹                             

物理化學法的共同特點是改變條件使溶解狀態的成膜材料從溶液中聚沉出來，并將囊心包覆形成微膠囊。即通過改變溫度、pH值、加入電解質等，使溶解狀態的成膜材料從溶液中聚沉，并將芯材包覆形成微膠囊。凝聚法又稱相分離法，根據芯材的水溶性不同可分為水相分離法;依據凝聚機理的不同又分為單凝聚法和復凝聚法。化學方法和物理化學方法一般通過反應釜即可進行，因此應用較多，見表2。

表2 物理法制備微膠囊

方法                工藝特點                    優缺點            適用范圍

界面聚合法     將兩種帶有不同活性基團  優點：包封率高，能很好的  適于活性物                                                            

                  的單體分別溶解在互不相        保護活性物質。      質。                                          

                  溶的溶劑中，當一種溶液  缺點：要求被包裹物能耐酸                                                       

                  被溶解在另一種溶液中時，      堿性，不能與單體發                                                   

                  兩種溶液中的界面會形成        生反應，并對多余單                                                 

                  聚合物膜 。                    體要認真對待。                                    

   原位聚合法     單體、引發劑或催化劑以  缺點：要求單體是可溶的，  適于氣態、液                                                             

                  原位處于介質中，加入單        而聚合物是不可溶的。態，水溶性和                                    

                  體的非溶劑使單體沉積在                           油溶性的單體                 

                  原位顆粒表面上，引發聚                                              

                  集形成微膠囊。                                                         

   銳孔法         聚合物溶解，加入活性物  優點：操作簡單，不使用有  適于對紫外光                                                                      

                  質分散其中，將分散液用        溶劑。無需高速攪拌，敏感的物質。                                                               

                  銳孔裝置加到另一液體中        微膠囊機械性好。                                                          

                  膠囊析出。                                                                    

1.2.1微膠囊芯材

芯材是微膠囊中起主要功能的物質。它可以是單一的固體、液體或氣體，也可以是固一液、液一液、固一固或氣一液混合物。根據不同的行業，不同的用途，芯材有不同的選擇。它可以是化工產品、醫藥用品，也可以是食品添加劑或是食品的天然組份。現己用作芯材的物質有：膠粘劑、催化劑、除垢劑、增塑劑、穩定劑、油墨、涂料、染料、顏料、溶劑、液晶、金屬單體、油脂、香料等。微生物作為一類特殊的活性物質，也開始廣泛用于芯材，發揮其特有的功效。表3為常用的微膠囊的芯材[10]。

表3 常用的囊芯材料

類別                                    物質

食品                              油、脂肪、調味品、香料

藥物                              阿司匹林、維生素、氨基酸

香料                              香精、薄荷油、專用組分

農藥                              殺蟲劑、除草劑、肥料

色素                              燃料顏料、無碳復寫紙的無色染料

生物品                  細胞、酵母、酶、血紅蛋白、病毒、纖維素

其他                    相變材料、無機粉體、金屬、粘土、纖維素

1.2.2壁材（囊材）

制作微膠囊可用的壁材很多，一般為天然高分子材料或有機合成材料，可以是親水性的或疏水性的高分子材料，也可以是無機化合物。這些材料的最大特點是具有一定的成膜性，且在常溫下比較穩定[11]。表4為常用的壁材[12]。

表4 常用的囊材材料

類別                  物質                       優勢

天然高分子材料        明膠、阿拉伯膠、淀粉、果膠     穩定性好、成膜性好、生

                      糊精、海藻酸鈉鹽、糖類         物相容性好、力學性能差

合成高分子材料        羧甲基纖維素、甲基纖維素、    

                      乙基纖維素、聚乙烯、聚苯乙      成膜性好、化學穩定性好、

烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、     生物相容性差

聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰

胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯    成膜性好、化學穩定性好、

無機材料              銅、鎳、銀、呂、硅酸鹽、玻璃、 生物相容性差

                      陶瓷 

天然高分子材料是最常用的囊材與載體材料，因其穩定、無毒、成膜性或成球性較好。目前在飼料行業應用較多的有明膠、海藻酸、氫化植物油等。

(1)明膠：明膠是氨基酸與膚交聯形成的直鏈聚合物，通常平均相對分子質量在1500-2500之間。可生物降解，幾乎無抗原性，用作微囊的用量為20-100g/L，用作微球的量可達200g/L以上。

(2)海藻酸鹽：系多糖化合物，常用稀堿從褐藻中提取而得。海藻酸鈉可溶于不同溫度的水中，不溶于乙醇、乙醚及其它有機溶劑；不同相對分子質量的粘度有差異。可與甲殼素或聚賴氨酸合用作復合材料。因海藻酸鈣不溶于水，故海藻酸鈉可用CaCl2固化成微膠囊。

(3)蛋白類：常用作載體材料的有白蛋白(如人血清白蛋白、小牛血清白蛋白)、玉米蛋白(玉米骯)、雞蛋白、小牛酪蛋白等，可生物降解，無明顯的抗原性，常采用加熱固化或化學交聯劑(如甲醛、戊二醛或丁二烯)固化，通常用量在300g/L以上。

(4)氫化植物油：以植物來源的油，也包括從魚和其它動物來源的油經過精制、漂白、氫化脫色和除臭噴霧干燥得。在藥劑中起、緩釋作用[13]。半合成高分子多系纖維素衍生物，如梭甲基纖維素、鄰苯二甲酸纖維素等。其特點是毒性小、粘度大、成鹽后溶解度增大；由于易水解，故不宜高溫處理，需臨用時現配。現在市面上用的較多的是乙基纖維素。

合成高分子材料常用的有兩類，可生物降解和不可生物降解的。近年來，可生物降解并可生物吸收的材料受到普遍的重視并得到廣泛的應用。如聚氨基酸、聚乳酸、聚丙烯酸樹脂等。

在選擇壁材時還要考慮壁材本身的性能，如滲透性、穩定性、機械強度、溶解性、可聚合性、電性能、吸濕性及成膜性等，對于生物活性物質的芯材，還要著重考慮壁材的毒性，與芯材的相容性。此外，微膠囊的制備，以天然高分子材料作壁材制備微膠囊的很多，這類壁材具有無毒、成膜性或成球性較好、免疫原性低、生物相容性好、可降解且產物無毒副作用等優點，其資源豐富、制備簡單、價格便宜，極具開發潛力，因此，它是目前最常用的微膠囊制備材料。

1.2.3微生物微膠囊

從20世紀80年代開始就有研究者進行微生物細菌微膠囊的探索，研究較多的細菌有雙歧桿菌、乳酸菌、蘇云金桿菌、白僵菌等。目前，國內外已經有多種微膠囊化技術應用在微生物領域，主要包括:

(1)銳孔一凝固浴法[14]

革蘭氏陰性菌微膠囊制備技術的研究國外利用銳孔一凝固浴法制備，最早主要是海藻酸鈣的單層包埋，逐漸發展成為多層包埋。

(2)流化床包膜法

將菌體濃縮液或經冷凍干燥后的干菌粉通過擠壓制成球狀干顆粒，在流化床上用腸溶性材料(海藻酸鈉等)噴霧涂膜，產品室溫貯藏時涂膜的比未涂膜的存活率高40倍，在低pH下貯藏時涂膜的存活率也較高。

(3)熔化分散冷凝法

例如將雙歧桿菌菌粉分散于融點高于體溫的硬化油中，攪拌均勻后噴霧，能夠得到一定粒徑，且菌體較穩定的微膠囊。

(4)乳化交聯法

例如將雙歧桿菌凍干粉與殼聚糖溶液混勻，并懸浮于大豆色拉油中(以SPan85為乳化劑)，乳化后加入對苯二甲酞氯交聯反應，制備了雙歧桿菌微膠囊[15]。

(6)噴霧干燥法

噴霧干燥是食品工業應用最為悠久、最為廣泛，也是成本極為廉價的一種微膠囊方法。不少研究也嘗試了應用于益生菌的微膠囊化。例如在魏華等[16-17]噴霧干燥微膠囊化保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的研究中，噴霧干燥的同時形成微膠囊有利于提高菌體在噴霧干燥過程中的性，從而提高活菌存活率，達到78%；而且噴霧干燥的微膠囊產品活菌數隨保藏時降的速度緩慢，活菌保存期顯著延長。

(7)吸附法

以淀粉和碳酸鈣粉末吸附微囊化的雙歧桿菌在干燥過程中死亡率明顯下降，在室溫條件下保存其存活率比未微囊化的有較大提高[16]。

(8)原位聚合法

袁青梅等[18]以蜜胺樹脂作為囊壁材料，使用原位聚合法對生物農藥阿維菌素進行制備微膠囊制劑.結果表明蜜胺樹脂是較好的生物農藥用微膠囊緩釋劑型的囊壁其制備工藝簡單，具有良好的的外觀形貌、粒徑大小分布、穩定性、懸浮性等，包封83.24%， 與未經包囊的阿維菌素相比具有良好的緩釋性能。

(9)雙層包埋法(復凝聚法)

陳健凱等[19]采用雙層包埋法，以牛奶蛋白為內層包埋劑，卡拉膠和刺槐豆膠為包埋劑對嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌進行雙層包埋。乳酸菌在pH=2.1胃酸環境的存包埋嗜酸乳桿菌為87%，包埋干酪乳桿菌為90%，未包埋乳桿菌不耐強酸，幾乎全部死亡。包埋乳酸菌加入到酸奶中，在儲藏期的第9天，包埋嗜酸乳桿菌存活率為57%，包埋干酪乳桿菌存活率為50%，而是熱鏈球菌存活率為3.2%，保加利亞乳桿菌存1.3%。顯示出包埋后的乳酸菌穩定的生物活性。

1.2.4 枯草芽孢桿菌介紹

枯草芽胞桿菌( B a c i l l u s  s u b t i l i s )是一種自然界廣泛存在的桿狀，單細胞，無莢膜能運動的革蘭氏陽性菌，芽胞小于或等于細胞寬，橢圓至圓柱狀，中性或近中性，嚴格好氧。在液體培養基中生長時，常形成皺醭。

枯草芽胞桿菌其作用的機理主要為消耗腸道內多余的氧，并能產生過氧化氫、細菌素，建立微生態平衡，促進有益厭氧微生物的繁殖，抑制有害細菌（大腸桿菌、沙門氏桿菌）的生長，從而預防腹瀉、下痢等腸胃道疾病。

菌體在快速繁殖過程中，能產生大量多種維生素、有機酸、氨基酸、蛋白酶（特別是堿性蛋白酶）、糖化酶、脂肪酶、淀粉酶等酶類，能降解植物性飼料中復雜的有機物，從而促進消化吸收，提高飼料利用率，防止動物消化不良，出現“飼料便”等狀況發生[20]。

由于枯草芽孢桿菌以上作用，其在動物飼料添加劑中的研究和應用，一直都是畜牧、水產養殖業科研和生產人員關注的焦點。

隨著人們對飼料中添加抗生素作為生長促進劑的弊端認識的加深, 作為飼用抗生素替代品的益生菌制劑受到了眾多關注并獲得了廣泛的應用。由于飼料加工及貯運過程中對菌體的滅活作用, 近年來研究熱點都集中在如何提高益生菌制品的穩定性上 [21]。

    通過不斷的科學研究發現，將菌體微膠囊化能夠很大程度的提高菌體的穩定性。經過微膠囊化后的枯草芽孢桿菌在外界同樣條件下能夠保持較高的菌體穩定性和活性。

2 實驗部分

本實驗所涉及到的主要實驗材料見表5，實驗儀器見表6 實驗儀器

表5 實驗材料

試劑               純度                        生產廠家

明膠              化學純                國藥集團化學試劑有限公司

海藻酸鈉          化學純                福建泉州市全港化工廠

殼聚糖            化學純                浙江大學微生物實驗室提供

黃原膠            化學純                浙江大學微生物實驗室提供

吐溫 80           分析純                上海化學試劑有限公司

Span 85           化學純                國藥集團化學試劑有限公司

無水氯化鈣        分析純                中國衢州巨化試劑有限公司

磷酸氫二鉀        分析純                上海化學試劑有限公司

無水硫酸鈉        分析純                上海化學試劑有限公司

甲醛              37-40%                國藥集團化學試劑有限公司

冰乙酸            >99.5%                國藥集團化學試劑有限公司

硫酸錳            >99.0%                天津市博迪化工有限公司

孔雀石綠                                中國上海標本模型廠

表6 實驗儀器

儀器              型號                        生產廠家

數顯恒溫水浴鍋        HH-4                 上海精風儀器有限公司

恒溫磁力攪拌器        85-2                 上海志威電器有限公司

 生化培養箱            SPX-250              上海躍進醫療器械廠

恒溫培養振蕩器        SKY-2100C            上海蘇坤實業有限公司

電熱鼓風干燥箱        GZX-9023MEB          上海市實驗儀器總廠

電子天平              BS-110S              北京賽多利斯天平有限公司

潔凈工作臺            SB-JC-LB-Z     上海博訊實業有限公司醫療設備廠     

生化培養箱            SPX-250B-Z     上海博訊實業有限公司醫療設備廠

立式壓力蒸汽滅菌器    YXQ-LS-SII     上海博訊實業有限公司醫療設備廠

生物顯微鏡            XSD—9               上海光學儀器廠

2.1 菌種

本實驗所使用的菌種——枯草芽孢桿菌，由浙江科技學院微生物實驗室提供——斜面、半固體保藏菌種。

2.2 培養基

斜面培養基：牛肉膏3g；蛋白胨10g；氯化鈉5g；瓊脂20g；水1000ml；pH7.0-7.2。

平板培養基：牛肉膏3g；蛋白胨10g；氯化鈉5g；瓊脂20g；水1000ml；pH7.0-7.2。

液體培養基：牛肉膏3g；蛋白胨10g；氯化鈉5g；水1000ml；pH7.0-7.2。

促芽孢培養基：

：土壤浸出液1000mL；牛肉膏6g；蛋白胨5g；pH7.0-7.2[24]。

：蛋白胨10g；氯化鈉3g；水1000ml；MnSO4 2.0g；pH7.0-7.2。

：牛肉膏12g；氯化鈉5g；水1000ml；MnSO4 0.5g；pH7.0-7.2。

2.3 微膠囊芯材制備

實驗分別制備了枯草芽孢桿菌固體粉末以及枯草芽孢桿菌芽孢固體粉末作為制備微膠囊的芯材。

2.3.1 菌種芯材制備

取保藏備用的試管斜面菌種接種于試管斜面培養基上活化備用，活化后接入平板培養基。為了獲得大量的菌體，將平板上的菌體刮下接種到液體培養基（250ml錐形瓶），在200r/min，37℃條件下搖床培養2d。離心（5000r/min）獲得菌體，并在鼓風干燥箱30℃條件下烘干，制得枯草芽孢桿菌菌體干粉備用。

2.3.2芽孢芯材制備

將活化后的菌株分別接種于促芽孢液體培養基中。在200r/min，37℃條件下搖床培養2d。離心（5000r/min）獲得菌體，并在鼓風干燥箱30℃條件下吹干，制得枯草芽孢桿菌芽孢干粉備用。

2.4  微膠囊的制備方法

為了比較不同方法制備得到的微膠囊的性能，本實驗分別采用銳孔法以及傾注法制備單凝聚微膠囊和復凝聚微膠囊[25]。

2.4.1 單凝聚法制備微膠囊

以明膠作為囊材

稱取一定量的明膠用去離子水泡脹，并于50℃水浴下溶解，將0.1g枯草芽孢桿菌固體粉末加入到明膠水溶液中，攪拌形成乳化分散體系。保持體系溫度為50℃,用10%醋酸溶液調節體系的pH為3.5-3.8，然后向體系緩緩加入20%濃度的硫酸鈉溶液[26]。

銳孔法：待溶液冷卻到30℃后，吸取溶液并用注射針頭將溶液滴入到10%濃度的5℃的甲醛溶液中。

傾注法：待溶液冷卻到30℃后，吸取溶液并將其噴霧到10%濃度的5℃的甲醛溶液中。

將得到的微膠囊用水洗除去甲醛，即得到成品微膠囊。

以殼聚糖為囊材

吸取1ml的乳化劑吐溫80于含有100ml去離子水的燒杯中，溫度保持在50℃。稱取一定質量的殼聚糖加入上述的燒杯中，用10%的乙酸溶液溶解配置成溶液，加入0.1g枯草芽孢桿菌固體粉末混合均勻[27]。

銳孔法：吸取混合均勻后的混合液，用不同孔徑大小的針頭將其分別滴入Na2SO4、K2HPO4溶液中固化。

傾注法：吸取混合均勻后的混合液，將其分別噴入20%濃度的Na2SO4和20%濃度的K2HPO4溶液中固化。

以海藻酸鈉為囊材

   吸取1ml的乳化劑吐溫80于有100ml去離子水的燒杯中，溫度保持在60℃。稱取一定質 量的海藻酸鈉加入上述燒杯中配制成溶液，加入0.1g枯草芽孢桿菌固體粉末混合均勻 [28]。

銳孔法：以CaCl2作為固化劑，吸取混合均勻后的混合液，用不同孔徑大小的針頭將其分別滴入1.5M的CaCl2溶液中固化。

傾注法：吸取混合均勻后的混合液，將其分別噴入CaCl2溶液中固化。

„以黃原膠為囊材

吸取1ml乳化劑吐溫80到燒杯中，加入100ml去離子水，溫度保持在60℃。稱取一定質量的黃原膠加入燒杯中配置成溶液，加入0.1g枯草芽孢桿菌粉末混合均勻。

銳孔法：以CaCl2作為固化劑，吸取混合均勻后的混合液，用不同孔徑大小的針頭將其分別滴入CaCl2溶液中固化。

傾注法：吸取混合均勻后的混合液，將其分別噴入CaCl2溶液中固化。

⑤以瓊脂作為囊材

配置不同濃度的瓊脂溶液，待冷卻到50℃后加入0.1g菌體粉末/芽孢混勻。分別用銳孔法、傾注法制備微膠囊。

銳孔法：將混合液用不同孔徑大小的針頭滴入到冰水中。

傾注法：吸取混合液，將其噴入冰水中。

2.4.3 復凝聚法制備微膠囊

通過單因子試驗獲得了單凝聚法制備微膠囊的數據，通過分析發現微膠囊的機械性能有待進一步改進，為了提高微膠囊的機械性能和菌體的穩定性能，選擇兩種或者兩種以上囊材來制備微膠囊。

殼聚糖與黃原膠組合

配置不同濃度的殼聚糖溶液和黃原膠溶液，等體積混合均勻后加入0.1g枯草芽孢桿菌固體粉末混合均勻，并分別以銳孔法和傾注法制備微膠囊。以Na2SO4作為固定劑。

殼聚糖與海藻酸鈉組合

配置不同濃度的殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液，等體積混合后加入0.1g枯草芽孢桿菌粉末，以CaCl2為固化劑，并分別以銳孔法和傾注法來制備微膠囊。     

海藻酸鈉與明膠組合

配置不同濃度的海藻酸鈉和明膠溶液，等體積混合均勻后加入0.1g枯草芽孢桿菌粉末。以CaCl2為固化劑，并分別以銳孔法和傾注法來制備微膠囊。

„明膠與黃原膠、海藻酸鈉組合

配置不同濃度的黃原膠、明膠、海藻酸鈉溶液，將黃原膠與明膠等體積混合后加入等體積的海藻酸鈉。以CaCl2為固化劑，并分別以銳孔法和傾注法來制備微膠囊。

2.5 微膠囊品質檢驗方法

包埋率=〔a-b〕/a×100%                        公式（1） [29-30]

式中： a—制備微膠囊前溶液中細菌的濃度

      b—微膠囊制備后所測得固定劑中菌體的濃度。

微膠囊直徑測定方法：

傾注法微膠囊粒徑測定方法：在光學顯微鏡下，取微膠囊用顯微測微尺隨機測定20顆微膠囊粒徑，并取其平均值即為粒徑( 單位為µm)。

銳孔法微膠囊粒徑測定方法：用精度為1mm的直尺測量，隨機測取20顆微膠囊的直徑，并取其平均值( 單位為mm)。

活菌數測定方法：分別測定微膠囊化枯草芽孢桿菌活菌數和未經微膠囊化的活菌數。

測定微膠囊化的活菌數：稱取0.1g微膠囊粉碎，置于10ml生理鹽水中。稀釋一定的倍數后涂平板測定活菌數[31]，并做3次平行試驗。

測定未微膠囊化的活菌數：在平板上取菌，并置于10ml生理鹽水中。稀釋一定的倍數后涂平板測定活菌數，并做3次平行試驗取平均值。

3 實驗結果與討論

3.1 芯材的選擇

3.1.1促芽孢培養基的優化

為了提高枯草芽孢桿菌在制備微膠囊以及保存過程中的穩定性，選擇使用枯草芽孢桿菌芽孢作為微膠囊的芯材。

實驗對三種促芽孢培養基：

：土壤浸出液1000mL；牛肉膏6g；蛋白胨5g；pH7.0-7.2。

：蛋白胨10g；氯化鈉3g；水1000ml；MnSO4 2.0g；pH7.0-7.2。

：牛肉膏12g；氯化鈉5g；水1000ml；MnSO4 0.5g；pH7.0-7.2。

進行了實驗分析。通過實驗觀察以及每6小時一次的芽孢染色發現促芽孢培養基對促進枯草芽孢桿菌產芽孢沒有明顯的效果；促芽孢培養基在接種24小時候才明顯有菌生長，而且促產芽孢能力也不強；促芽孢培養基能夠非常有效地促進枯草芽孢桿菌產芽孢，詳見表7。

通過表7得到促芽孢培養基：牛肉膏12g；氯化鈉5g；水 1000ml；MnSO4 0.5g；pH7.0-7.2，能夠非常有效地促進枯草芽孢桿菌具體的生長以及促進芽孢的產生。在培養12h后就有75%的菌體產生了芽孢。

表7不同培養基促產芽孢比較（以芽孢率表示）

培養基\培養時間\h       6      12      18      24     30     36

牛肉膏蛋白胨培養基                      7%     30%     55%    70%

號促芽孢培養基                        15%     50%    60%    70%

號促芽孢培養基                        30%     40%    60%

號促芽孢培養基                50%     75%     80%    90%    90%

注：芽孢率——芽孢染色后隨機選取5個視野，計算芽孢數量和菌體數量并各取平均值。芽孢數/（菌體數+芽孢數）即為芽孢率。

3.1.2  芯材的選擇

     芽孢與菌體相比，芽孢最主要的特點就是抗性強，對高溫、紫外線、干燥、電離輻射和很多有毒的化學物質都有很強的抗性。而實驗也證明了選擇枯草芽孢桿菌芽孢作為枯草芽孢桿菌微膠囊的芯材也提高了菌體在制備、保存等過程中的穩定性。

在實驗過程中，分別比較了枯草芽孢桿菌菌體和芽孢在制備過程中對制備操作的影響。通過實驗比較，在制備過程中使用的芯材都是菌體和芽孢的固體粉末，外觀等性質幾乎相同，對制備過程中各個環節的影響幾乎沒有明顯的區別。

通過微膠囊穩定性的比較以及制備過程中菌體和芽孢對制備的影響等綜合因素的考慮得出：選擇枯草芽孢桿菌芽孢作為枯草芽孢桿菌微膠囊的芯材有利于提高微膠囊中菌體的穩定性，延長保存時間。

3.2 固定劑的選擇

實驗分析了不同濃度的固化劑：甲醛、Na2SO4、K2HPO4、CaCl2對微膠囊機械性能的影響。通過實驗發現：

以明膠作為囊材時，以10%甲醛作為固化劑最佳。在高于10%濃度情況下固話效果有一定的提高。但是在材料使用、去除微膠囊表面甲醛等因素綜合影響下，選擇10%濃度的甲醛作為固化劑最佳。

以殼聚糖桑為囊材時，以20%的K2HPO4作為固化劑制備得到的微膠囊較均一，以20%的Na2SO4作為固化劑制備得到的微膠囊顆粒，機械性能較差，且不均一。

分別以海藻酸鈉、黃原膠為囊材時，1.5M CaCl2的固話效果最佳。以殼聚糖和黃原膠作為囊時，以20%的K2HPO4作為固化劑的效果最佳，制備得到的微膠囊比較均一。

3.3包埋率的測定

實驗中分別利用銳孔法和傾注法制備微膠囊。通過測定包埋前后菌體的數量來測定所制得的微膠囊的包埋率。其中分別測定了以黃原膠、瓊脂、殼聚糖等幾種高分子材料為囊材制備得到的微膠囊的包埋率。分別對比了各組傾注法和銳孔法制備 得到微膠囊包埋率的區別。并以囊材濃度為橫坐標，包埋率為縱坐標作圖分析。

 

圖1 黃原膠為囊材微膠囊包埋率

由圖1可以得到，黃原膠濃度在0.1-1.5%之間時，隨著囊材濃度的升高微膠囊的包埋率也隨之提高。且銳孔法包埋率高于傾注法得到微膠囊的包埋率。

 

圖2 瓊脂為囊材微膠囊包埋率

    由圖2得到瓊脂濃度為40%時得到的包埋率較20%和30%高，且銳孔法的包埋率高于傾注法制備得到微膠囊的包埋率。

 

圖3 明膠為囊材微膠囊包埋率

由圖3可以得到銳孔法的包埋率高于傾注法，且在2.0-5.0%濃度之間隨著濃度的提高包埋率隨之提高。

 

圖4 海藻酸鈉為囊材微膠囊包埋率

    由圖4得到以0.5-2.0%濃度海藻酸鈉為囊材制備得到的微膠囊包埋率隨著濃度的升高而升高，且銳孔法包埋率高于傾注法。

 

圖5 殼聚糖為囊材微膠囊的包埋率

通過實驗分析得到圖5，由圖5得到當殼聚糖濃度超過3.0%時，溶液粘度較高使用傾注法制備微膠囊時得到的微膠囊形狀、粒徑很不均一。當濃度超過4.0%時由于溶液粘度高而無法使用傾注法制備微膠囊。

通過圖1-圖5可以明顯的看到，在實驗使用的囊材濃度范圍內，單凝聚法制備得到的微膠囊隨著囊材濃度的升高其包埋率可以得到提高。而且銳孔法制備得到的微膠囊包埋率要高于傾注法制備得到的微膠囊。

實驗也分析了復凝聚法制備得到微膠囊的包埋率，實驗最終得到6組較好的實驗結果。為別為:

1.殼聚糖2.0%+黃原膠0.5%；2.殼聚糖2.0%+海藻酸鈉0.5%；3.黃原膠0.5%+海藻酸鈉0.7%+明膠2.0%；4.海藻酸鈉0.5%+明膠4.0%；5.黃原膠0.5%+海藻酸鈉1.0%；6.殼聚糖2.5%+黃原膠0.3%。圖6為相對應各組的包埋率。

 

圖6 復凝聚法微膠囊的包埋率

由圖6也可以看到銳孔法制備得到的微膠囊包埋率要高于傾注法，其中第2組（2.0%殼聚糖+0.5%海藻酸鈉）和第6組（2.5%殼聚糖+0.3%黃原膠）包埋率最高，分別是76%和78%。

3.4 微膠囊粒徑觀察

傾注法制備得到的微膠囊在光學顯微鏡下隨機測定微膠囊的粒徑，并取20次測得粒徑的平均值作為該微膠囊的粒徑。

銳孔法制備得到的微膠囊使用直尺（精度1mm）來測定粒徑，并取20次測定得到的平均值作為粒徑。

3.4.1單凝聚法制得微膠囊粒徑的測定

3.4.1.1 銳孔法微膠囊粒徑分析

 

圖7 殼聚糖為囊材銳孔法微膠囊粒徑變化趨勢

    由圖7得到1.5%殼聚糖制備得到的微膠囊粒徑在3.8-4.4mm之間波動；2.0%殼聚糖制備得到的微膠囊粒徑在3.6-4.3mm之間波動；2.5%殼聚糖制備得到的微膠囊粒徑在2.8-3.5mm之間波動。并且隨著殼聚糖濃度的升高粒徑有減小的趨勢。

 

圖8黃原膠為囊材銳孔法微膠囊粒徑分析

    由圖8得到濃度為0.3%和0.5%黃原膠制備得到的微膠囊粒徑分別在1.9-2.6mm和1.6-2.3mm之間波動，而且隨著濃度的升高粒徑減小。

 

圖9海藻酸鈉為囊材銳孔法微膠囊粒徑分析

    圖9得到濃度為0.5%和1.0%的海藻酸鈉制備得到的微膠囊粒徑分別在2.1-3.0mm和1.8-2.6mm之間波動。同時隨著濃度的升高粒徑減小。

3.4.1.2 傾注法微膠囊粒徑分析

 

圖10殼聚糖為囊材傾注法微膠囊粒徑分析

    圖10得到1.5%和2.0%濃度殼聚糖制備得到的微膠囊粒徑分別在17-25µm和13-17µm之間波動。

 

圖11黃原膠為囊材傾注法微膠囊粒徑分析

    由圖11得到0.3%和0.5%濃度黃原膠制備得到的微膠囊粒徑在15-25µm和9-21µm波動。0.5%黃原膠制備得到的微膠囊粒徑波動范圍較大。

 

圖12海藻酸鈉為囊材傾注法微膠囊粒徑分析

    由圖12得到0.5%和1.0%海藻酸鈉制備得到的微膠囊粒徑在6-9µm和8-18µm之間波動。而且1.0%海藻酸鈉制備得到的微膠囊粒徑較0.5%海藻酸鈉的大，波動范圍也較大。

 

圖13明膠為囊材傾注法微膠囊粒徑分析

與圖10-12相比圖13得到的以明膠為囊材得到的微膠囊粒徑較大，濃度為3.0%和4.0%明膠制備得到的微膠囊粒徑在30-48µm和29-41µm之間波動，且波動范圍較大。

通過實驗及分析，由圖7-13得到囊材在一定濃度范圍內隨著濃度的升高粒徑反而減小（除以傾注法制備得到的海藻酸鈉微膠囊）。

3.4.2復凝聚法制得微膠囊粒徑測定

表8 微膠囊粒徑的觀察

材料                                    濃度%

殼聚糖                 2.0                   2.5

黃原膠                 0.5       0.5         0.3

海藻酸鈉                         1.0                   0.5

明膠                                                   4.0

銳孔法直徑mm        3.0-4.4    1.5-2.3    3.1-4.2   1.3-2.5

傾注法直徑µm        15-30       10-20      20-30

由圖7-13和表8得到實驗結果：銳孔法和傾注法相比，傾注法能夠制備幾微米到幾十微米大小的微膠囊，而銳孔法制備得到的粒徑較大。但是通過改變銳孔法的滴加裝置，在裝置內部施加高壓等都可以制備粒徑微小的微膠囊。

銳孔法制備得到的微膠囊比傾注法制備得到的微膠囊包埋率要高。其主要原因是銳孔法制備得到的微膠囊粒徑較大，而傾注法制備得到的微膠囊粒徑小。在相同質量的情況下傾注法制備得到的微膠囊表面積總和較大，菌體（芽孢）粘附囊材表面而未被包埋的數量就會增多，從而造成了傾注法制備得到的微膠囊包埋率較低。

3.5 微膠囊穩定性的分析

3.5.1微膠囊穩定性

將以殼聚糖、明膠、海藻酸鈉、黃原膠等為囊材制備得到的微膠囊分別通過兩種方法保存。并通過實驗分析微膠囊的穩定性。

3.5.1.1 固化劑中保存

將制備得到的微膠囊保存在固化劑中（明膠微膠囊保存在水溶液中），每隔一周觀察一次。實驗發現以殼聚糖、海藻酸鈉、黃原膠、瓊脂為囊材制備得到的微膠囊在保存三個月之后外觀、機械性能都沒有明顯的變化。而明膠為囊材制備的微膠囊其微膠囊表面以及固定劑中有大量的菌體生長，部分明膠已經被消耗，不適合長期保存。

3.5.1.2 干燥環境保存

將制備得到的微膠囊至于鼓風干燥箱中，30℃處理24小時，得到干燥的微膠囊，每周觀察一次。

實驗發現在30℃處理24小時后，微膠囊由于脫水粒徑明顯縮小，只有原來的50-70%左右。通過三個月的觀察發現各種材料制得的微膠囊在機械性能、外觀上面都沒有明顯的變化。

3.5.2微膠囊化枯草芽孢桿菌的穩定性

在實驗過程中各種材料的性質、濃度、制備方法、制備條件都會影響微膠囊的制備。從微膠囊的制備方法，微膠囊的機械性能，微膠囊的穩定性等這幾個方面綜合考慮，分別選擇：殼聚糖2.0%；殼聚糖2.5%；殼聚糖2.0%+黃原膠0.5%；這三組為囊材所制備得到的微膠囊來分析經過微膠囊化與沒有經過微膠囊化的枯草芽孢桿菌（芽孢）的穩定性，見表9-1 1。（單位：107/g-1）

表9  殼聚糖2.0%，微膠囊化與未膠囊化穩定性的比較

條件\處理條件                                  60°C

                                         起始     3d      7d     10d      15d      20d

微膠囊化（銳孔法）活菌個數/107個/g-1     1.7      1.6      1.5     1.4      1.3     1.3

微膠囊化（傾注法）活菌個數/107個/g-1     1.3      1.3      1.1     1.0      1.0     1.0                    

未微膠囊化活菌個數/107個/g-1             47       7.8      6.4     6.0      5.9     4.7  

表10  殼聚糖2.5%，微膠囊化與未膠囊化穩定性的比較

條件\處理條件                                  60°C

                                         起始     3d      7d     10d      15d      20d

微膠囊化（銳孔）活菌個數/107個/g-1       2.4      2.3      2.0     2.0      1.8     1.8

微膠囊化（噴霧）活菌個數/107個/g-1       2.1      2.1      2.0     1.9      1.9     1.7                       

未微膠囊化活菌個數/107個/g-1             47       7.8      6.4     6.0      5.9     4.7   

表11  殼聚糖2.0%+黃原膠0.5%，微膠囊化與未膠囊化穩定性的比較

條件\處理條件                                        60°C

                                         起始     3d      7d     10d      15d      20d

微膠囊化（銳孔）活菌個數/107個/g-1       2.3      2.2     2.1     2.0      1.8      1.8

微膠囊化（噴霧）活菌個數/107個/g-1       1.9      1.8     1.7     1.7      1.7      1.6                       

未微膠囊化活菌個數/107個/g-1             47      7.8      6.4     6.0      5.9      4.4

通過表9-11可以發現經過微膠囊化得枯草芽孢桿菌在保存20天后活性仍然很高，存活率分別為76.5%、76.9%、75.0%、80.9%、78.3%、84.2%，平均存活率在75%以上。而未經微膠囊化得枯草芽孢桿菌在保存7天后只存活了13.6%，20天后存活率只有9.36%。

通過以上實驗說明枯草芽孢桿菌經過微膠囊化處理后穩定性有了非常大的提高。

3.6 乳化劑的影響

在以殼聚糖、海藻酸鈉、黃原膠為囊材制備微膠囊時，研究了乳化劑span 85對制備的影響。實驗得到用銳孔法和傾注法制備微膠囊時，添加span 85后使溶液的粘度降低可制得較高濃度囊材的微膠囊。且制得的微膠囊粒徑較小，形狀較穩定。

3.7 微膠囊產品圖片展示

    實驗制備了大量的微膠囊，對其進行了機械性能、包埋率、微膠囊穩定性以及菌體穩定性等多因子的分析。

3.7.1銳孔法制備得到的微膠囊

    

圖14  殼聚糖2.0% 微膠囊            圖15 殼聚糖2.5%微膠囊

圖14是利用2.0%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊，平均粒徑為4.0mm，圖15是利用2.5%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊，平均粒徑為3.4mm。

由圖15可以得到以2.5%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊粒徑較一致，微膠囊的顏色較均一。而圖14所示微膠囊粒徑在3.6-4.3mm之間浮動，顏色不夠均一。

   

    

圖16  海藻酸鈉0.5% 微膠囊         圖17  黃原膠0.5%微膠囊

    圖16、圖17分別是以0.5%海藻酸鈉和0.5%黃原膠為囊材制備得到的微膠囊。以0.5%黃原膠為囊材制備得到的微膠囊顏色均一，但是粒徑不夠均一。以0.5%海藻酸鈉為囊材制備得到的微膠囊粒徑均一性較好。

 

圖18  2.0%殼聚糖+0.5%黃原膠微膠囊

    圖18是以2.0%殼聚糖和0.5%黃原膠為囊材用復凝聚法制備得到的微膠囊。所得微膠囊顏色均一，粒徑在3.0mm到4.4mm之間。

3.7.2傾注法制備得到的微膠囊

     

圖19  4.0%明膠微膠囊                 圖20 1.0%海藻酸鈉微膠囊 

圖19是以4.0%明膠為囊材制備得到的微膠囊。所制備得到的微膠囊機械能較差，顏色不均一，微膠囊的形狀不規則。圖20是以1.0%海藻酸鈉為囊材制備得到的微膠囊，粒徑在8-18µm之間。部分微膠囊顆粒聚集成團。

    

圖21  1.5%殼聚糖                          圖22  2.0%殼聚糖

圖21、圖22分別是以1.5%和2.0%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊。其中2.0%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊顏色較均一。以1.5%殼聚糖為囊材制備得到的微膠囊大部分聚集成團。

 

圖23  0.3%黃原膠微膠囊

    圖23是以0.3%黃原膠為囊材制備得到的微膠囊，所得微膠囊顏色均一且都都單個存在。

注：圖20- 23皆為光學顯微鏡放大400倍條件下拍攝，其他為常規拍攝。

4 總結與展望

本文研究了采用銳孔法和傾注法制備微膠囊——枯草芽孢桿菌微膠囊。分別利用明膠、殼聚糖、海藻酸鈉、黃原膠、瓊脂等制備單凝聚以及復凝聚微膠囊。并從微膠囊的制備方法、包埋率、機械性能、微膠囊穩定性以及菌體穩定性等幾個方面進行了研究分析。并優化促芽孢培養基，促進枯草芽孢桿菌產芽孢，利用抗逆性能更好的芽孢最為微膠囊的芯材，以提高微膠囊的菌體穩定性。通過實驗分析得到以下結論：

1、通過枯草芽孢桿菌在幾種培養基中的生長情況，以及利用孔雀石綠對枯草芽孢桿菌進行芽孢染色觀察得到培養基：牛肉膏12g；氯化鈉5g；水1000ml；MnSO4 0.5g；pH7.0-7.2，既能夠使枯草芽孢桿菌迅速生長又能促進枯草芽孢桿菌產芽孢。在12小時就有75%的菌體產了芽孢。

2、分別利用枯草芽孢桿菌菌體和芽孢作為微膠囊的芯材來制備微膠囊，實驗得到選擇枯草芽孢桿菌芽孢作為制備微膠囊的芯材有利于提高微膠囊中菌體的穩定性，延長保存時間。

3、實驗分別利用了銳孔法和傾注法制備枯草芽孢桿菌微膠囊，在現有的條件以及技術情況下，利用銳孔法制備得到的微膠囊粒徑較大（1.5-5.0mm）而利用傾注法制備得到的微膠囊的粒徑在3.0-45µm之間。在包埋率上面銳孔法制備得到的微膠囊比傾注法制備得到的微膠囊包埋率要高。

4、通過實驗分析微膠囊的機械性能、包埋率、穩定性以及菌體穩定性等性能，得到：2.0%殼聚糖2.5%殼聚糖2.0%殼聚糖+0.5%黃原膠，這三組的綜合性能最佳。

5、實驗分析經過微膠囊化的枯草芽孢桿菌（芽孢）和未經微膠囊化的枯草芽孢桿菌的穩定性，得到經過微膠囊化的菌體在保存20天后菌體平均存活率在75%以上，而未經微膠囊化的菌體在相同條件下保存20天后存活率只有9.36%

目前實驗室制備微膠囊主要材料為殼聚糖，但是殼聚糖價格昂貴。為了未來的大規模生產工業化生產，使用價廉易得的囊材如明膠、瓊脂等來制備微膠囊將是今后主要探討的。而因為利用兩種或者兩種以上的囊材使用復凝聚法制備微膠囊將能很大程度上提高微膠囊的機械性能以及菌體穩定性，也是下一步重點研究方向[32]。

目前流化床發、多孔分離法 都是工業化制備高性能微膠囊的方法[33]。隨著生物材料和化工等技術的發展，以及微膠囊獨特的性能和優點，微膠囊技術將會逐漸步入人們的日常生活。

同時，我們注意到，微膠囊在不同條件下的穩定性也是影響其性能與應用的重要因素，提高微膠囊的普適性，是擴大其應用范圍的關鍵因素之一。在提高微膠囊的普適性的同時，我們也注意到，微膠囊以其獨特的性質能適應一些特殊的環境，所以開發針對特殊環境的專用微膠囊應該也是今后工作重點之 一。

致謝

在浙江科技學院的四年馬上就要劃上一個句號。在這里感謝浙江科技學院的每一位教職工為學校建設的付出，以至于向我們提供了那么一個良好的學習、實踐的平臺。

本論文是在我的導師——徐暉老師的悉心指導下完成的，徐暉老師在我畢業設計的過程中多次親臨指導，并且也多次組織同學交流匯報自己的課題，讓大家互相交流、互相學習。同時魏婄蓮老師也對我實驗過程中存在的問題進行了多次的指導，在此一并表示感謝。同時非常感謝浙江科技學院生化學院微生物實驗室為我提供了良好的實驗環境，感謝生化學院的老師對我的悉心指導。也非常感謝在微生物實驗室里面的每一位同學，你們無論在生活還是學習上，都會向我伸出溫軟的熱情之手，實驗的結果也離不開他們的幫助和配合。

在這里還要感謝丁香園論壇、小木蟲論壇中各位資深會員在我課題設計過程中，在論文寫作中給我的意見以及建議。在我畢業設計的過程中你們的意見和建議給我帶來很很大的幫助。

同樣沒有任何語言能夠表達我對父母的感激之情，感謝你們對我傾注的無私的愛。祝你們健健康康。

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