计算模拟在化工原理精馏实验教学中的运用

1、计算模拟在化工原理精懾实验教学中的运用一化学论文0引言现代化学工业的飞速发展得益于计算模拟的广泛、深入应用。现如今计算模拟已成为化工发展不可缺少的工具和手段，其在化工设计、生产、硏究和教学 中的重要性日益凸显。例如化工单元仿真即为以化工原理为基础，以计算机模拟 操作为手段的综合教学。基于近年来国家引导部分地方本科高校向应用技术型高校转型发展的思想，转型高校在校生工程能力、应用能力的培养为改革的重中之重。因此在化工 的专业基础课实践环节化工原理实验中，教师应根据社会发展的信息化需 求，结合现代化的计算模拟软件分析实验过程，一方面可强化学生在計算模拟软 件方面的训练和运用，另使一方面还可加深学生对

2、装置、实验过程，甚至化工过 程的深入理解。此外,在实验装置上进行计算模拟，还可节约大规模生产设备的 运行成本，亦可多次重复实验，在形成学生解决工程问题的思维方式上具有极大 的提升效果精y留塔是化工流程应用广泛的单元操作设备”影响精f留塔操作水平和产品 质量的因素很多，且相互关系复杂。精懈实验能够使我们了解精懈塔的内部结构, 观察塔内各种传质状态，学习精懈塔的操作方法和具体流程，并掌握一定的实验 数据处理方法，加深我们对精t留塔对二元物系进行分离过程的理解与认识，从而培养我们将理论与实际相结合,并运用所学知识去解决实际问题的能力。本文以精懈实验装置为例进行计算模拟操作。运用aspen软件进行工艺

3、流程模拟、故障诊断分析，并采用计算机语言开发了仿真软件。在教学过程中进 行各种环节设计，然后根据学生实验结果进行分析总结剂点评，在实验过程中培 养了学生的工程能力,并对专业学习产生更高的学习兴趣。1aspen软件在工艺流程优化实验中的教学设计与实施效果评价化工过程模拟技术是以化工工艺流程的理论机理为基础模型”采用计算机模拟的手段来对化工过程进行描述，并对化工的工艺流程进行热量衡算、物料衡 算、能量分析和设备尺寸估算等。因此，流程模拟不仅可以节省时间，也可节省 大量操作资金,同时对经济效益、过程优化、环境评价进行全面的分析与精确评 估,以达到对化工过程的规划、硏究开发及技术分析，从而节约资源、优

4、化生产 和提高经济4。在工艺过程模拟中,学生按设计好的过程进行如下操作及模拟:%1 试验探究加热电压、回流比、进料量和进料浓度的改变对塔顶催岀液中乙醇摩尔分率的影响，得到了在一定操作条件下精懈分离的最优化条件。%1 运用化工流程模拟软件来对乙醇正丙醇两组分的分离精懈实验进行模 拟，得到理论的实验结果，并与实际结果相比较，找出实验的影响因素。aspen模拟的最终结果表明，模拟值与实验数据吻合较好，模拟过程中物 性参数、模块选取合理。从模拟的结果不仅可以看出实验数据与理论值的差异,还可得到很多实验所不能得到的参数及变化情况，通过比较可找出实验的错误和 不足之处,及时进行整改,从而大大提高了实验分离

5、效率。此外学生还对精懈塔的回流比、y留出比和进料位置进行了灵敏度的分析，得到了三种参数的变化规律，确定了一定条件下的最适回流比、y留出比、最佳进总的来说，aspen软件模拟工艺过程最主要是让学生了解化工模拟软件在实际的实验和流程操作中指导作用,通过理论的数据与实际的数据进行对比, 判断计算模拟的准确性,找出错误位置,及时进行优化，并向授课教师提供了理 论的最佳操作参数很卩使学生了解设备参数变化规律，更快的确定最佳参数数值, 更提高了实践效率，节约了人工成本。2aspen软件模拟软件在实验中的教学设计与实施效果评价随着计算机技术的发展”通过模拟软件对化工过程进行计算模拟”据此对 过程进行故障分析

6、已成为一种常用手段。在本次教学改革中,学生可结合实验装 置实践，通过使用模拟软件对实验装置进行流程模拟，经过与实际过程参数对照 分析，发现实际操作过程的故障原因,找岀解决问题的对策，使学生在实训中得 到工程能力的提高。5刀在精懾实验装置上”在不告知学生情况下”人为制造一些故障，如管道泄 漏、堵塞，塔内板上构件作改变,或者拆卸塔体保温层等等。学生在人为故障的 情况，操作实验装置，对现场采集数据,并对数据进行分析，初步确定原因”然 后用aspen软件对实际工艺进行模拟计算,找出问题的原因。在诊断故障过程,学生按设计好的过程进行如下操作及模拟: 通过设备的设计参数在模拟软件上进行模拟计算”验证流程装

7、置设计的合理性；通过正常运行完好的设备采集的数据，用现场数据与模拟计算的数据进行对比，验证模拟计算的参数设计合理性；%1 运行人为设计故障的实验装置”现场采集数据”对照与模拟计算不符合的部分；初步确定原因”对设计不符合部分在计算机上多次模拟操作；对故障部分给以改造策略,并考虑其合理性,最终给出诊断结果。学生以模拟软件为工具”对实验装置的多种情况进行了计算模拟，将计算结果与实际情况进行对比分析，诊断出装置运行过程中的故障，分析故障的原因, 并找出解决问题的方法，这种工程能力的培养，为其在工作岗位上进行设备维护 和操作参数的调整提高很好的经验和理论基础。同时在模拟数据的帮助下，对实 际操作进行了在

8、线优化,并将优化结果指导实际生产过程。3仿真软件在实验中的教学设计与实施效果评价化工原理仿真实验是以真实的实验原理、实验现象、实验过程和实验数据 为基础，在计算机上通过数学模型进行模拟实验现象，通过互动的动画模拟在现 场的真实操作,并产生和真实实验一样的操作结果2。这种方法有利于培养学 生的分析能力、处理、解决问题能力。学生在开发过程中运用了多种开发语言编写,如采用visualbasic.visualc+ +、delphi等，以及运用多種多媒体合成平台进行绘制装置，如 authorware. photoshop、cad 等。开发的仿真系统主要功能包括化工原理实验仿真模拟操作训练、模拟操作 的评

9、分、操作数据的获取及实验数据处理、思考题的测试及评估、实验装置的多 媒体展示以及在线帮助等等,其基本结构如图1所示。在开发过程中,我们要求学生按照以下步骤进行：查阅相关资料，阅读相关教材，透彻理解原理及要求；熟悉实验流程，进行实验的实际操作，掌握 过程规律；收集有关的物性数据，并从实验数据中挑选具有代表性的数据，形 成数据库；使用多媒体工具与设计语言结合,绘制包括实验设备、仪表、管路 在内的试验流程图；熟悉过程各变量之间的复杂关系及规律，采用设计语言编 写模拟代码z实现各模块之间的联系；系统的调试与修改。学生对实验过程进 行仿真系统简单开发，模拟了真实的实验操作，使学生熟练掌握了如何操作化工 单元过程,熟练的测定、整理实验数据，并且提高学生的学习兴趣。通过这种学 习过程，在工作实践中，形成模拟真实操作的思维能力，以便其能更深入了解化 工过程的流程，以及影响化工过程的因素之间的复杂关系。4结论学生通过将计算模拟综合运用到化工原理实验装置流程中，在投入成本少、耗时短、可重复性高的情况下，使学生了解设备参数变化规律，更快地确定 最佳参数数值，更提高了实践效率；更深入了解化工过程的流程，以