化工課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)研究范文

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摘要：針對(duì)本科院校在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力中所遇到的問題，我校擬探求一種將化工原理課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)進(jìn)行有效融合的一體化模式。利用仿真DCS人機(jī)界面，開發(fā)化工原理（精餾塔工藝）設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件，使設(shè)計(jì)成品利用仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際模擬測(cè)試，從投資、運(yùn)行成本、操作可行性等方面進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，這一過程將會(huì)極大地促進(jìn)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)；實(shí)踐能力；人機(jī)界面

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，應(yīng)用型技術(shù)人才越來越受到社會(huì)的歡迎，工科學(xué)科的專業(yè)認(rèn)證更是對(duì)畢業(yè)生應(yīng)用能力提出了更高的要求[1]，如何使學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，解決實(shí)際問題，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才必須考慮的問題[2]。化工工程設(shè)計(jì)是化工類學(xué)生所必需的一項(xiàng)技能，是從理論通向工程實(shí)際的橋梁，也是提高就業(yè)層次和就業(yè)率的重要手段之一[3]。“化工原理課程設(shè)計(jì)”是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是一項(xiàng)重要的學(xué)生實(shí)踐[4]。在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生需要綜合運(yùn)用所學(xué)課程知識(shí)，兼顧技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。然而，在化工原理課程設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中，尚存在一些問題：（1）學(xué)生的工程意識(shí)較弱，由于對(duì)單元操作設(shè)備缺少感性認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)備操作及結(jié)構(gòu)原理難以理解；（2）化工原理實(shí)驗(yàn)裝置一般價(jià)格高、體積龐大、占地面積大，需要很大的人力物力消耗，盡管學(xué)校在強(qiáng)化化工原理教學(xué)方面做了大量工作，但實(shí)驗(yàn)裝置和學(xué)生人數(shù)匹配度上仍存在很大問題，也就造成了學(xué)生在工程實(shí)踐方面訓(xùn)練不足；（3）由于學(xué)生習(xí)慣于“教師講授為主”的被動(dòng)教學(xué)模式，在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)這種需要獨(dú)立解決問題的題目時(shí)，感到茫然，難以順利入手，設(shè)計(jì)成品很少有更好的創(chuàng)新，學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)成品的優(yōu)劣也無法準(zhǔn)確判斷。為了有效克服上述缺陷，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，我校開發(fā)了一種將化工原理課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)與仿真平臺(tái)進(jìn)行有效融合的一體化模式。學(xué)生根據(jù)化工原理所學(xué)課程知識(shí)利用軟件按照設(shè)計(jì)任務(wù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成品利用仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際模擬測(cè)試，對(duì)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)從投資、運(yùn)行成本、操作可行性等方面進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，優(yōu)化其設(shè)計(jì)方案，這一過程不僅能夠有效提高學(xué)生設(shè)計(jì)的質(zhì)量，也可以大大提高學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力。化工原理（精餾塔工藝）仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)分為兩部分，其一為優(yōu)化設(shè)計(jì)模擬，其二為仿真操作。利用精餾仿真設(shè)計(jì)可以對(duì)精餾工藝中的關(guān)鍵設(shè)備精餾塔及換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及校核計(jì)算，為設(shè)備選型提供參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，考查學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置是否兼顧操作彈性等多方面的因素，并對(duì)所設(shè)計(jì)的工藝流程進(jìn)行能耗分析；其二為仿真模擬，構(gòu)建真實(shí)的設(shè)備和流程場(chǎng)景，生產(chǎn)過程采用仿真運(yùn)行，能很好地實(shí)現(xiàn)裝置的常規(guī)操作，開、停車練習(xí)，事故處理等方面的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，真正提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

一、設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)施

將真實(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程與仿真操作驗(yàn)證過程相結(jié)合，與虛擬的社會(huì)環(huán)境（任務(wù)獲取，設(shè)備選型采購(gòu)等）相結(jié)合，具體過程包括：

1.根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行仿真訓(xùn)練，確定設(shè)計(jì)方案。為了更好讓學(xué)生理解課程設(shè)計(jì)的意義，在下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)后，先讓學(xué)生在3D仿真軟件上進(jìn)行訓(xùn)練，并帶著問題進(jìn)行思考，如：工藝流程中設(shè)置了哪些參數(shù)控制點(diǎn)？如何控制的？監(jiān)測(cè)了哪些參數(shù)？在哪些部位設(shè)置的？在哪些部位設(shè)置了調(diào)節(jié)閥門？精餾塔塔頂為什么要設(shè)置回流罐和回流泵？為了防止事故的發(fā)生工藝中需要考慮哪些問題？工藝中公用工程物料有哪些？流程中哪些位置會(huì)產(chǎn)生能耗？這些問題要在相應(yīng)的實(shí)習(xí)報(bào)告中體現(xiàn)出來，占設(shè)計(jì)成績(jī)的一部分。仿真訓(xùn)練可以反復(fù)進(jìn)行，有效強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)工程實(shí)際生產(chǎn)過程的感性認(rèn)識(shí)。通過仿真訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)設(shè)備、管路、廠區(qū)布局、參數(shù)控制等有了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)后，還要進(jìn)行工藝方案確定，學(xué)生需要回答如下問題：（1）塔頂冷凝器采用哪種冷卻劑？冷卻劑進(jìn)出口溫度如何設(shè)定？（2）是否要采用原料預(yù)熱器？從投資及能耗進(jìn)行考慮。（3）預(yù)熱器及塔底再沸器采用哪種加熱劑？溫度如何設(shè)定？（4）精餾塔采用填料塔還是板式塔？

2.進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。確定了工藝方案后，開始進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)計(jì)算鼓勵(lì)學(xué)生采用大型模擬軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容主要有精餾塔主體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型、管路計(jì)算及選型、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)估等內(nèi)容。

3.利用仿真平臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)成品進(jìn)行驗(yàn)證調(diào)試。計(jì)算完成后將設(shè)計(jì)結(jié)果與仿真平臺(tái)所提供的精餾塔設(shè)計(jì)模擬軟件和換熱器設(shè)計(jì)模擬軟件進(jìn)行校核計(jì)算，并進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，找出自己設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。驗(yàn)證操作結(jié)束后，對(duì)操作過程中的電耗、水耗、原料等各項(xiàng)成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，計(jì)算得到生成單位質(zhì)量產(chǎn)品所需成本。

4.優(yōu)化設(shè)計(jì)成品。根據(jù)在仿真訓(xùn)練中對(duì)精餾工藝的認(rèn)識(shí)，對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行論證和核算，如無法滿足設(shè)計(jì)要求，或成本超標(biāo)，學(xué)生應(yīng)重新審核、修正自己的設(shè)計(jì)，并提出自己設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

二、達(dá)成目標(biāo)

1.計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件輔助教學(xué)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，強(qiáng)調(diào)要求學(xué)生采用設(shè)計(jì)軟件（如Aspen）等進(jìn)行計(jì)算，利用各種繪圖軟件如AutoCAD等來完成繪制工程圖紙的設(shè)計(jì)工作，并鼓勵(lì)學(xué)生采用PDMS等三維CAD軟件繪制三維模型圖紙。化工生產(chǎn)過程多是連續(xù)的和復(fù)雜的，涉及許多原料、輔料、中間產(chǎn)品、成品和副產(chǎn)品，經(jīng)過各種設(shè)備和機(jī)器，有時(shí)還有若干物流在系統(tǒng)中循環(huán)，設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性使得當(dāng)今的設(shè)計(jì)工作越來越多地依賴各種軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，這些軟件的使用將會(huì)極大地提高設(shè)計(jì)工作效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.探究以學(xué)生為主教師為輔的教學(xué)模式。《化工原理》課程學(xué)習(xí)及化工課程設(shè)計(jì)是理論聯(lián)系實(shí)際的專業(yè)課，為了讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到課程的重要性和實(shí)用性，必須改變以教師講授為主的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式。完成《化工原理》教學(xué)后，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)所需要的理論基礎(chǔ)已經(jīng)具備，學(xué)生可以自己嘗試進(jìn)行設(shè)計(jì)性的工作，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，可采取以學(xué)生為主，教師引導(dǎo)的教學(xué)模式，讓學(xué)生充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，將知識(shí)活學(xué)活用，提高其分析問題和解決問題的能力；而設(shè)計(jì)工作又可以進(jìn)一步促進(jìn)《化工原理》的教學(xué)，通過設(shè)計(jì)、模擬、驗(yàn)證等各個(gè)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)《化工原理》課程中所涉及的各個(gè)單元操作的認(rèn)識(shí)也進(jìn)一步加深。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳勇.應(yīng)用型大學(xué)化工原理課程教學(xué)中的工程素養(yǎng)教育[J].化工高等教育,2017,(158):75-78.

[2]白娟,張興法.應(yīng)用型高校化工原理課程教學(xué)改革探究[J].廣州化工,2014,42(22):172-173.

[3]劉瑞江,張業(yè)旺,李紅霞,柳春華.化工原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2015,13(2):92-95.

[4]衛(wèi)粉艷.課程設(shè)計(jì)在提升化工教學(xué)質(zhì)量中的作用[J].廣州化工,2017,45(10):184-185.

作者：盧素敏 劉秀軍 郭玉高 張慶印 管山 單位：天津工業(yè)大學(xué)