石油化学工程原理范文

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中图分类号：G4 文献标识码：A doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.33.151

化工原理课程是我校化工系化学工程与工艺，过程装备与控制专业的一门主干课，它是综合运用数学、物理、化学、计算技术等基础知识，分析和解决化工类生产过程中各种物理操作问题的技术基础课。为适应我校“应用型高校”的办学定位，“高素质应用人才”培养目标，按照“保基础（基础知识，基本原理，基本技术或方法）、强实践、重创新、分流培养”的人才培养思路，再考虑我校生源的实际情况，对化工原理这门课进行建设与改革，具有十分重大的意义。

对于化工原理这门课的优秀课程建设，我们主要做了以下方面工作。

1 教学环节安排及教学方法的改革

《化工原理》这门课在我校的教学安排包括上册教学64学时，下册教学56学时，化工原理课程设计一32学时，化工原理课程设计二48学时和化工原理实验48学时，共计248学时。

《化工原理》课程强调工程观点和创新能力、定量运算、实验技能和工程设计能力的培养，要求学生掌握各单元操作的基本原理，了解各典型设备的结构特点、完成设备工艺尺寸的计算及设备的选型。教学中要理论联系实际、把课堂讲授与课堂讨论相结合，采用启发式教学，不断改革教学内容、教学方法和教学手段，使教学质量不断提高。

下面以《化工原理》下册为例展开讨论。下册书主要介绍传质分离过程，我校一共讲授四个单元操作，分别是精馏，吸收，萃取和干燥。其特点是“共性多，个性少”。共性体现在各章均以各单元操作的基本原理为起点，依次讨论平衡关系、物料衡算、设备主体尺寸计算、过程影响因素分析、操作参数的选择与调节、过程强化等内容，这些共性体现了相同的规律和相似的研究方法。因此在讲每一章时要先讲简化模型，精馏为例，其简化模型中，物系的相对挥发度应为常数（理想物系），传质过程为恒摩尔流，设备为理论板（精馏操作实现的场所）。而由理想模型到实际塔板是通过总板效率校正得到的。因此，在讲传质分离的每一个单元操作时，可以遵循的共性主线为分离原理平衡关系速率关系衡算设备主体尺寸。

“个性”体现在精馏和吸收的平衡关系看似都是气液平衡，精馏的汽相为自身加热产生的，而吸收则需要外界引入液相。精馏实则液气平衡关系，而吸收则是气液平衡。对于组成的表达方式也有不同，精馏采用x，y，为质量分数，而吸收采用X，Y，为质量比，这些都是服从于简化模型的。

教学改革过程中要不断吸纳本课程领域的最新成果，更新教学大纲和教案，例如不断地发展出新的单元操作或化工技术，如膜分离、参数泵分离、超临界技术等。以节约能耗、提高效率或洁净生产为特点的集成化工艺（如反应精馏、反应膜分离、多塔精馏系统的优化集成等）。

2 现场实践与仿真练习的有机结合

化工仿真实习是高校化工类学生的实践性教学环节。可以让同学们最直观地体会《化工原理》中各个单元操作的概念，对于加强学生理论联系实际，培养学生分析问题和解决问题的能力以及动手能力起着重要的作用。然而，这种教学过程在实施中存在一些问题，如学生下厂实习，只能在现场摸摸流程，被动地看和听，难以深入实际；不能在控制室长时间停留，不能分析和处理生产中出现的问题，学生的相应能力就得不到训练；不允许学生动手操作，无法让学生亲身体验工业装置的开停车与事故处理，学生的动手能力得不到训练等等。

我校利用先进的计算机仿真技术开发具有虚拟化工生产、仿真操作、典型化工生产工艺流程与设备介绍等功能的系列多媒体课件，以增强学生如下能力：（1）以具有代表性的真实生产工程流程的仿真。营造类似于工厂控制室的教学环境，训练学生分析问题、解决问题和故障处理能力，训练学生利用物料衡算、能量衡算的方法对工业过程进行评估与优化的能力，并了解过程监控的方法。（2）以典型工业实例，训练学生开、停车的操作能力，包括简单装置的开、停车和复杂装置开、停车。（3）通过工艺与设备介绍使学生建立典型工业过程的背景知识，包括工艺流程、设备、控制方案、操作参数等，透彻了解生产过程与设备工作原理。从而对化工原理课程的教学起到巩固和促进的作用。

3 逐步建立和充实化工原理教学资源库

教学资料的收集包括教材，试题库以及课程设计优秀作品库几个方面。

目前我校使用的教材是天津大学出版的《化工原理》上下册，除此之外，我们还收集了北京化工、大B理工、华东理工、华南理工、清华大学等国内各具特色的化工原理教材，以及Unit Operations of Chemical Engineering等国外著名教材。已经购买教学辅导资料三套，并计划逐步添置国内知名教授编著的化工原理辅导书和习题集。课程设计指导书已有天津大学编著的两套，Aspen Plus教程一套。试题库包括天津大学历年考研试卷，天津大学工程硕士考卷以及往年华北赛区化工原理竞赛的试题。目前已分章节建立化工原理考试题库，每章题目分别为填空、选择和大题，每章题目数目在50～80题。已建立的化工原理课程设计优秀作品库收集了2008级至2012级学生的优秀作品12件。

4 考核内容和方式的改革

以往的《化工原理》考核办法采用卷面考试的形式，满分100分，得分作为学生的期末成绩。这种方式虽然能够反映学生对知识的掌握情况，但也具有一定局限性。相当一部分同学抱有“突击一下”就能考过的侥幸心理。因此我们对考核方法进行了改革，将成绩分为三个部分：平时分30%，包括上课出勤，课堂表现，作业情况；口试分20%，口试采用教师学生一对一的形式，学生随机抽取题目作答，由老师当场给出成绩；卷面分50%。

改革后的考核办法能够反映出学生平时的学习状态，特别是口试环节，教师可以与学生正面交流，对一些卷面无法考察的内容可以通过口试考察，例如干燥一章，湿焓图的应用，口试时可将图纸打印出来，标明状态点，让同学们读取湿空气的状态参数。通过口试可以更为直观地了解学生们对知识点的掌握情况，对今后的教学也是十分有帮助的。

同时，我们对化工原理实验的考核也进行了改革，以往只凭实验报告给成绩，改革后预习报告10%，出勤不迟到10%，回答问题10%，实验操作10%，实验报告60%。这样，从预习到操作再到最后实验数据的处理，都能够从这些环节的得分反映学生的完成情况。

5 学生对课程建设的评价

我们对2013级学生进行了课程问卷调查，本次调查问卷共发放152份，其中包括工艺学生77份，过控学生75份。问卷主要包括以下几个方面：

5.1 对化工原理这门课现状的认识

85%的同学认为化工原理这门课很重要，因为它是重要的专业基础课，也是考研专业课。对化原期末考试，75%的同学认为需要平时努力学习，才能顺利通过期末考试。假如考试不及格，认为自己学习方法不适当的学生占26%，平时不努力的占30%，对化工原理这门课不感兴趣的占11%，认为缺少实践机会的占6%，期末没有好好复习的学生占24%。

分析：大部分同学认可化工原理课程在专业基础课中的核心地位，成绩不理想的同学也意识到跟自己平时不用功有关。也有同学提出化工原理课要结合工程实例才更吸引人的有效建议。

5.2 学生对于化工原理课程的学习积极性调查

对于上课睡觉或玩手机的现象，偶尔有的学生占60%，经常有的占29%。对于老师课后布置的作业，每次都认真独立按时完成的占16%，经常借鉴他人成果的占50%，大多数时候都认真独立按时完成的占33%。对于课后作业题的讲解，认为错的比较集中的题需要讲评的占43%，每一道作业题都需要讲评占48%，不需要讲评的占9%。

分析：从调查数据看，学生们对学习化工原理课程的学习积极性有待进一步提高，而这部分工作要结合加强学风建设则更为有效，例如：每次课前把学生的手机统一收齐，做到课堂无手机。

5.3 学生对课程建设与教学改革的看法调查

对目前实施的化工原理优秀课程建设，50%的同学态度为积极参与，34%的同学认为无所谓。对于老师是否应该在课后布置一些延伸作业（如论文，学习报告等），38%的同学认为有必要，62%的同学认为无必要。对《化工原理》课程的考核方式结合口试会带来的效果，64%的同学认为比单纯笔试更难了，需要更加努力学习。

分析：可以看出，同学们对课程建设和教学改革有一定的配合意愿，对老师提出的教改方案能够认可，对化工原理这门课的课程建设可以激发学生的学习兴趣，端正学习态度，更努力地学习专业课。

6 结语

我们对化工原理这门课的课程建设思想是：坚持以学生为本，以加强基础，提高学生工程能力、培养学生创新意识为宗旨，积极深入探索适应于应用型创新人才培养目标定位的课程体系，教学内容和教学方法。以改革创新培育特色，力求教学和质量达优秀，向独立院校中优秀课程的目标而努力。

参考文献

[1]倪献智.化工原理n程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育，2007，（3）：79-82.

[2]王h，王立轩，.独立学院化工原理课程教学方法的改革探讨[J].中文信息，2016，（5）：194-196.

[3]郑莹.化工原理理论教学的改革与研究[J].化学工程与设备，2012，（7）：242-244.

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【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0224-01

1.现状

化学工程与工艺专业是一个老牌的专业，长久以来为行业输送着新鲜血液，促进着经济的长足进步。但是近年来，由于高校的扩招，挂靠化工专业的热门方向此起彼伏诞生，专业师资的整体能力跟不上等等原因，使专业人才的整体素质和能力有所下降，而国民经济的不断发展，技术水平的不断提升，对专业人才的需要异常迫切。高校要抓住机遇，善于利用地方资源，促进专业办学特色， 提升人才综合能力， 提振专业的就业水平与竞争力。因此高校培养既有专业理论能力，又有动手能力的高素质人才尤为重要。

因此，新培养方案的制定与实施尤显突出。我校于2010年着手修改化学工程与工艺专业培养计划，新培养方案于2011届开始实施。

2.新培养方案的特点

2.1 培养目标明确，突出专业特点，体现专业应用

“本专业培养德、智、体、美全面发展，能够掌握化学工程与工艺方面的基础理论、基本技能以及相关的工程技术和知识，能在石油化工、煤化工、化工工艺、工业催化、能源、医药和环保等部门从事生产、服务、研发以及设计的高级技术应用型人才。”

“本专业执行宽专业，厚基础的教学指导方针，在培养学生理解和掌握化学工程与工艺学科理论知识的基础上，着重培养学生掌握化工领域工艺设计与设备设计、模拟优化方法、对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的基本能力。学生在专业课学习阶段，通过专业实习等途径，紧密联系石油化工、煤化工的生产实际，使学生具有独立思考和解决实际问题及创新的初步能力”。

我校的化学工程与工艺专业有两个方向，即石油化工方向和煤化工方向。我校地处辽宁化工城，素有“煤都”之称，既有石油化工的研发和生产优势，又有煤化工的产业与科研依托，发挥优势，凝练特色，致力于教学理念和方式的创新，培养应用型人才，具有强大的优势。

2.2注重培养规格，强化毕业生应获得的知识和能力

首先，强调德、体。“热爱祖国，遵纪守法，身体健康，具有良好的思想品德、社会公德和职业素养”。

其次，强调外语和计算机能力。外语和计算机属于工具型能力，会广泛应用于将来的工作和学习。

重点强调专业能力。获得专业基本知识，具备在专业生产第一线工作的基本能力；掌握专业领域内工艺与设备的基本设计能力；了解专业学科前沿，了解新装置、新技术、新工艺的发展动态；具有对新装备、新技术、新工艺、新方法理解、运用和掌握的初步能力。

再次，强调了学生掌握文献检索、资料查询的基本方法，要具有创新意识和独立获取知识的能力。

2.3优化课程体系，体现厚基础、宽专业的培养特色，拓宽专业口径，淡化专业意识，加强基础教学，培养通才，增强人才的适应能力，提升自我发展能力。

首先，新培养方案提高了原来要求的规定修满教学学分，其中适当增加了实践教学学分。

学校前两年实施通识教育，不分专业，基础教育课程一致性，后两年体现专业特色，突出学科优势。

其次，在专业基础课设置上，强化了四大化学的理论课时与实验课时，同时整合了两个培养方向在《化工原理及实验》、《化工热力学》、《化学反应工程》、《化工设计》、《专业外语》、《仪器分析与实验》、《电工学》等课程的一致性，体现了厚专业基础，宽专业口径的特点，增强了人才强大的理论基础。

在专业必修课设置上，既要突出两个方向的特色专业，又要体现我们学校的办学特点，扬己之长，使培养的人才具有特色，满足化工不同行业的需要。因此，我们将两个专业方向的部分特色课程交叉选修。如：石油加工方向选修《煤化工基础》、《洁净煤技术》，煤化工方向选修《石油化学》、《石油加工基础》，使所有的学生，既懂得了本专业的知识，也跨入了另一个相邻领域，扩展了知识面，也强化了就业优势。

2.4重视实践和创新能力培养，锻炼和强化学生实践动手能力，培养学生的创新思维和综合实践能力，最终成为具备实践和创新能力的应用型化工人才

新培养方案中，在实践教学环节，除了传统实习之外，引入了仿真教学，综合实验和综合能力素质训练，强化了实践能力的重要性，促进了学生综合能力的提升。

在实践教学体系中，金工实习、认识实习、生产实习，为学生提供了广阔的实践平台，我们学校先后与地方6个化工企业及科研院所签订了实习协议，每年都有学生去进行不同类型的实习，同时，我们也鼓励学生到企业委托实践，增强学生理论与实践结合能力的培养。

在课设和毕业设计（毕业论文），大胆创新，允许学生参与教师或者企业的科研课题，发散思维，在实践中提升学生的创新能力；鼓励学生积极参与“挑战杯”、“创新实践”、“科技小论文大赛”“资格认证”、各种论文和实验等大赛、以及参与各种培训及调查报告等，提升学生的创新思维，培养创新能力。

在仿真教学环节，学校引入了化工仿真实训软件，提供计算机房，使学生足不出户，在计算机上就可以模拟实际化工工艺路线与实际化工装置，自己动手操作，将理论知识与实际处理问题相结合，既巩固了专业知识，也应用了专业知识，同时提升了动脑和动手能力。

在专业实验环节，既体现两个专业方向的共性，也强化了专业方向的特色。比如；石油化工方向学生开设化学工艺学专业实验与石油加工专业实验，而煤化工方向学生开设煤化工专业实验的同时，也进行石油加工实验，这样既淡化了专业方向性，强化了大化工的概念，也使学生在就业中更具备了竞争力。

3.新培养方案的实施效果

新培养方案从2011届开始实施至今，效果明显。具体体现在如下几个方面：

学生对学习的课程感兴趣程度增强，理论课学分普遍提高，受学业警示率明显下降。

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一、引言

随着社会经济的快速发展，化工行业也日益蓬勃壮大，生产规模和产量逐步扩大，污染物的排放对环境造成的污染越来越严重，同时极大的影响了人类的身体健康和生命安全，不利于化工产业的可持续性发展。绿色化工技术成为当前化工行业急需的新技术，应用化学原理，采取相应的措施最大限度地控制化工生产过程中污染物的排放，降低排放物中的有毒有害物质，有效的解决化学工业对空气、土壤、水源等环境造成的污染问题。

二、绿色化工技术的优势

1、科学利用化工原料

在绿色化工技术中科学利用化工原料是首要的优势，也是研发绿色化工技术的关键步骤。在化学生产过程中选用无毒无害的原材料，可以有效地降低化学生产过程中有毒有害物质的生成，极大的减少污染物的排放量，对解决环境污染问题具有重要的作用。随着科学技术的不断进步与发展，许多新型的无毒无害的原材料和添加剂、催化剂、溶剂等被研制和生产出来，例如天然的植物、生物等原材料代替有毒有害的化学原料，既保证了原材料的绿色环保无毒无害，还能够降低生产成本。

2、合理的使用催化剂

在传统的化学生产过程中大量的使用催化剂用来加快化学反应速度，提高生产效率，但过量的使用催化剂也会增加废弃物的排放，加大对环境的污染。在绿色化工技术开发过程中重点研究了无毒无害催化剂的使用，比如对烷基化固相催化剂的研发，这项技术能够使催化剂达到无毒无害绿色环保，用此代替传统的催化剂，可以降低化学反应中污染物的生成，同时还可以将排放的废弃物进行收集处理后再次利用，提高利用效率，促进化学生产的可持续发展。

3、强化化学反应的选择

在石油化学生产过程中通常使用的烃类选择性氧化，这个化学反应产生的物质非常容易产生氧化现象，严重破坏了化学反应生成物。为了避免这种现象的发生，使化学生产更加环保健康，产品质量能够得到有效的保证，就要采用绿色化工技术，强化化学反应的选择性，使化学反应的生成物能够得到有效的提取和净化，降低生产成本和能源消耗，减少废弃物的排放，实现化学生产的绿色环保。

三、在化学生产中广泛应用的绿色化工技术

1、清洁生产技术的应用

在绿色化工技术中采用绿色催化技术、辐射热加工技术等新型科学技术进行化学工业生产，实现无毒无害、无污染的现代化清洁生产技术。在垃圾处理过程中采用这项清洁化工技术可以有效的降低垃圾中有毒有害物质的生成和扩散，同时将垃圾再处理加工成可以利用的沼气，实现废弃物的循环再利用，既减少了垃圾对环境的污染，还可提高资源的利用率。同样在清洁煤气化的化工生产过程中清洁生产技术可以有效的降低污染物的生成，减少对大气的污染。在海水淡化生产过程中利用清洁生产技术生成的氢氧化镁，不仅生产成本低，而且不会产生污染环境的物质，有效的避免了二次污染，解决了我国淡水资源短缺的问题。目前清洁生产技术已经被广泛的应用到冶金工业、印染企业、风能和太阳能发电、煤气化和垃圾处理等化学生产领域中，取得了良好的效果。

2、生物化学技术的应用

随着化工产业的发展，化学原料的大量使用加剧了不可再生资源的消耗，同时严重的污染了环境，影响了人类身体健康。绿色化工技术中的生物化学技术涉及了基因、细胞和酶等先进的科学技术，利用植物、生物等体内的生物酶和生物催化剂，降低化学生产过程中污染物的生成和排放，这些原材料来源于动植物，来源广泛成本低。比如利用自然界中的生物酶代替丙烯腈制成丙烯酰胺不仅可以减少环境污染还可以降低能源消耗。在石油化工生产过程中就是采用了氯离子、葡萄糖、丙烯和过氧化氢等作为原料利用生物发酵法制成环氧丙烷和环氧乙烷，。化学反应的生成物是左旋果糖，不会产生氯化钙等废弃物，化学反应的生成物成本低，使用性能好有很高的生产和利用价值。

3、光催化技术的应用

化学物在光和催化剂的共同作用下进行的光化学反应与催化反应的有机结合，使化学反应速度得到极大的提高。在氧气、氧化锌、硫化锌、二氧化钛等常见的光催化剂中尤其是二氧化钛的效果是最显著的，被广泛的应用到化学生产过程中。将二氧化钛作为功能材料复合到塑料、皮革、纤维、涂料等材料中研制成无毒无害、无污染的二氧化钛光催化绿色复合材料，能够充分发挥降解有机污染物的抗菌作用达到除臭和净化的功效，在建筑材料、室内装饰材料、家俱以及家用产品的生产过程中被广泛的采用，为人们生活环境的净化和环保开辟了新的天地。

四、结语

综上所述，随着绿色化工技术的不断进步与发展，在化学生产过程中被广泛的应用，极大的减少有毒有害污染物的生成和排放，降低对大气、土壤、水源等环境的污染，减少不可再生资源的消耗，有效的推动化工产业的可持续化、绿色化健康发展，实现最大的经济效益、社会效益和环保效益，对社会进步和经济发展具在积极的促进作用。

作者: 单位:沈阳师范大学化学化工学院

参考文献:

[1]朱明乔，谢方友，吴廷华.绿色化学与技术在化学工业中的应用[J].化工生产与技术，2002年第9卷第4期.

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1绿色化工技术

绿色化工技术指的是在化学工业发展中运用化学工艺或者原理对化学方法进行改造，以此来减少化学技术中化学原料、化学废弃物或者有害化工产品对环境的危害和污染，尽量将化学过程中的废弃物进行二次利用，提升废弃物利用率的同时也减少排放量，促进化学工业的绿色和生态发展。

2绿色化工技术在化学工程工艺中的开发

2.1化学原料的选用

绿色化工技术的开发过程中，化学原料的选用就非常重要，这能够从根本上解决污染问题。绿色、无害的化工原料在生产、排放的过程中也能产生较少的污染物。当前高科技发展下，已经生产处很多无毒无害或者较少毒害的原料、催化剂、各种溶剂供化学工业的发展使用，在化学工业生产中尽量选择这样的化学原料，比如是很多天然的植物，包括各种农作物或者野外农作物，还有很多生物，都是无害化学原料的最佳选择。在化学工业发展中，尽量使用这些物品代替，而且这些物品的成本通常比较低，来源广泛。

2.2化学催化剂的选用

化学工业发展中常常使用各种催化剂加速化学反应的速度，但是很多化学催化剂容易加重化学反应废弃物的排放量。现在绿色化工技术开发过程中重点关注的就是对无害化学催化剂的开发。同时，在化学催化剂的选用上，尽量用毒害较小的催化剂代替毒害大的催化剂，促进化学反应过程的绿色发展。很多化学行业的研究人员正在大力开发烷基化固相催化剂，其没有毒害，期望这种催化剂能够早日被广泛运用。在无毒害化学催化剂开发过程中，注重其废弃物的排放量和循环使用率，最好能够提升其循环使用的过程。

2.3强化化学反应的选择性

在化学反应过程中，尽量提升化学反应的选择性，让化学生成物的提取和净化更加便捷，也能够有效地控制化学生产成本，减少能源消耗和废弃物的排放。比如在石油化学工业中经常进行的烃类选择性氧化，其反应的生成物极易发生氧化现象破坏生成物，因此，在化学反应中，会尽量避免使用这种反应。强化化学反应的选择性，能够提升化学生产过程的健康发展水平。

3绿色化工技术在化学工程工艺中的运用

3.1清洁生产技术的运用

清洁生产技术在包括冶金、印刷、垃圾处理、海水淡化、煤气化技术、发电技术等行业中已经被广泛运用，在其过程中没有毒害，而且没有污染物。多种行业中运用清洁生产技术已经有效地控制了废弃物和有毒物品的发生。比如在海水淡化过程中，运用清洁的化学方法对海水进行处理，其原料是海水，这是一种比较丰富的天然资源，产生的主要成分是淡水，整个过程中的生产技术对环境的污染非常小。

3.2生物技术的运用

生物技术在化学仿生学与生物化工中的运用集中在细胞、微生物、酶的范围内，其中酶、膜化学技术运用地非常广泛。生物技术可以讲很多可再生的资源在生产过程中转化成有用的化学品，比如自然界中存在的酶是非常普遍的一种催化剂，其在生产过程中没有污染物的生成和排放，而且反应的条件比较温和，受到化学行业的广泛利用。

3.3环境友好型产品生产过程的运用

当今社会环境污染问题非常严重，各行各业对环境友好型产品的生产与利用非常急切。从人们的实际生活来讲，运用绿色化工技术的目的就是能够生产处大量的环境友好型产品，这能够给人们的实际生活带来优势。环境污染问题严重影响到人们的生活质量，环境友好型产品的开发和利用能够避免产生环境污染问题。比如在生活中传统的汽油燃烧给大气带来污染，也影响人类的健康；各种产品中氟利昂破坏了大气中臭氧层，给人们的生活埋下安全隐患；很多塑料产品在人们生活中广泛利用，带来很多便捷之处，但是使用后形成垃圾不容易被分解。这些严重的污染问题急需被解决，这些带来污染的产品急需被取代。所以，随着技术的发展，可分解的塑料制品、清洁型汽油、新型燃料逐渐地被开发使用，人们的环保意识也在增强，现在已经有很多的研究用在环境友好型产品的开发上，比如在酒精的生产上，其原料已经变成了天然的甘蔗；利用较易提取的乙醇汽油取代原来的汽油，在汽车行业中被广泛运用。环境友好型产品受到大众喜爱的同时，应该提升开发技术，加大对其的开发利用，这是与人们的实际生活紧密联系的问题，需要社会各界齐心协力的支持。