化工原理課程設(shè)計教學(xué)研究

劉元偉,賈冬梅

(濱州學(xué)院化學(xué)與化工系,山東濱州 256600)

化工原理課程設(shè)計教學(xué)研究

劉元偉,賈冬梅

(濱州學(xué)院化學(xué)與化工系,山東濱州 256600)

結(jié)合化工原理課程教學(xué)經(jīng)驗,就教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題和解決方法進行了探討。通過課程設(shè)計的調(diào)查研究,總結(jié)出需注意的事項,以最大程度地調(diào)動學(xué)生的積極性,培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程問題的綜合能力,從而提高化工原理課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量。

化工原理;課程設(shè)計;工程問題

化工原理課程設(shè)計是化工原理教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),是綜合應(yīng)用本課程和有關(guān)選修課程所學(xué)知識,完成以單元操作為主的一次設(shè)計實踐。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法,并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設(shè)計結(jié)果、制圖以及計算機輔助計算等方面得到訓(xùn)練,在設(shè)計過程中還培養(yǎng)了學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴肅認真的工作作風(fēng)。筆者通過四年化工原理課程設(shè)計教學(xué),總結(jié)了在設(shè)計過程中存在的問題以及解決方案。

一、明確化工原理課程設(shè)計的地位和性質(zhì),加強學(xué)生對本課程的認識

通過化工原理課程設(shè)計的學(xué)習(xí),學(xué)生和老師都認識到這門課程的重要性。學(xué)生通過復(fù)雜的工程計算來確定設(shè)備的類型,計算設(shè)備的尺寸,設(shè)計設(shè)備的結(jié)構(gòu),獨立完成某一化工單元操作的工藝設(shè)計,并撰寫設(shè)計說明書,繪制工藝流程圖和設(shè)備工藝條件圖,完成了作為工程技術(shù)人員在工藝設(shè)計方面必備的能力的基本訓(xùn)練,學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神、動手和實踐能力都有明顯的提高[1]。指導(dǎo)老師通過對學(xué)生講述課程設(shè)計的重要性以及作用,加強學(xué)生對該門課程的認識和重視程度,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、設(shè)計題目及內(nèi)容應(yīng)多樣化

在實踐中由于課程題目缺乏多樣化,缺少與化工工程實際的聯(lián)系性,導(dǎo)致了學(xué)生做設(shè)計的積極性不高,因而需要指導(dǎo)老師認真審核設(shè)計題目,深入化工實踐,由實際工程問題提煉并設(shè)計出不同的設(shè)計題目,增加題目的多樣性。同時要兼顧難度,使學(xué)生能利用所學(xué)知識進行設(shè)計。其次可將“化工原理課程設(shè)計“和“化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計”兩門課程設(shè)計題目統(tǒng)一,即“將化工原理課程設(shè)計“的設(shè)計結(jié)果包括設(shè)計尺寸、參數(shù)等作為“化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計”題目的條件。這樣設(shè)計內(nèi)容既有相關(guān)設(shè)備的工藝計算等內(nèi)容,又包括設(shè)備設(shè)計有關(guān)材料、結(jié)構(gòu)、強度、穩(wěn)定性等多方面的知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容。經(jīng)過兩方面的反復(fù)計算和調(diào)整,最后確定合理的設(shè)計參數(shù)[2]。這樣就實現(xiàn)了對學(xué)生進行化工過程設(shè)計的綜合能力實踐訓(xùn)練。

三、物性參數(shù)選擇以及計算應(yīng)具體化

在化工原理課程設(shè)計過程中首要的問題就是物性參數(shù)的選擇以及計算,然而學(xué)生剛開始并不清楚需要計算哪些物性參數(shù)以及如何計算。針對這些問題,指導(dǎo)老師應(yīng)在開課之初給學(xué)生講一下每個單元操作所需的物性參數(shù),每個物性參數(shù)查取方法以及混合物系物性參數(shù)的計算方法,還有如何確定體系的定性溫度。

四、設(shè)計過程應(yīng)引導(dǎo)并強化學(xué)生的工程意識

學(xué)生在做課程設(shè)計時很少與生產(chǎn)實際需要聯(lián)系,對工程實踐問題認識不深入,欠缺工程的觀點,不會正確使用工程手冊及工程上的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù),所以設(shè)計出的設(shè)備欠合理、不規(guī)范。此外學(xué)生有時純粹為計算設(shè)計,缺乏對問題中所涉及到工程概念的解決方法,綜合經(jīng)濟效益觀念欠缺。比如精餾塔設(shè)計中回流比的選擇,選擇大回流比可以提高塔頂產(chǎn)品純度,但不能一味地追求塔頂產(chǎn)品的純度,而忽略操作費用與設(shè)備費用的綜合效益。

課程設(shè)計所需的理論分析知識主要來源于化工原理,因此為加強對學(xué)生的工程理念的強化必須由課程教學(xué)做起。

1.在化工原理課程講述過程中應(yīng)注重加強對學(xué)生工程意識的培養(yǎng)。

比如：理論上的正確性,技術(shù)上的可行性,操作上的安全性,經(jīng)濟上的合理性。例如,學(xué)生做“乙醇 -水混合體系的分離”設(shè)計時,首先是單元操作類型的選擇,通過理論分析,液體混合物的分離主要有蒸餾、萃取以及膜分離,而考慮到乙醇 -水均相混合體系是一個相對揮發(fā)度較大的物系,且萃取過程本身并未能直接完成分離任務(wù),因此從經(jīng)濟上、技術(shù)上考慮采用蒸餾,又考慮到乙醇 -水混合體系會出現(xiàn)恒沸點,因此要根據(jù)分離任務(wù)選擇簡單蒸餾還是普通精餾以及恒沸精餾。另外就是設(shè)備的選擇。如果確定用板式塔,則還要確定用什么樣的塔板;如果確定用填料塔,則還要確定用整裝填料,還是用散裝填料,用什么材質(zhì)等。在設(shè)備的選擇上還要考慮操作上的安全性和經(jīng)濟上的合理性即比較各種設(shè)備的操作費用和設(shè)備費用。如果選擇板式塔還要考慮回流比的影響。

2.了解工程問題的計算方法。

比如試差法、因式分析法、經(jīng)驗公式的選取,對流傳熱系數(shù)公式的選擇,流體流過壁面時不同的流動方式和接觸方式以及物性等都會影響到關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗公式的選擇。

3.明確設(shè)計目的,優(yōu)化設(shè)計理念[3]。

通過查閱文獻或深入生產(chǎn)實際,了解現(xiàn)代化工生產(chǎn)單元設(shè)備作用原理以及設(shè)計理念,增強對設(shè)備的感性認識。一個完整的設(shè)備設(shè)計不僅要滿足設(shè)備的正常操作,還應(yīng)考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、合理、制作方便、價格低廉、易于安裝維修等實際問題。

五、計算方法應(yīng)科學(xué),繪圖應(yīng)規(guī)范

課程設(shè)計計算工作量大,學(xué)生負擔重,常出現(xiàn)設(shè)備圖及流程圖圖幅設(shè)置、比例及線型選取、文字編輯、尺寸標注以及設(shè)備、儀表、管件表示等繪制不規(guī)范等現(xiàn)象。為了減輕學(xué)生的計算工作量,提高設(shè)計的準確性,提高學(xué)生繪圖能力,應(yīng)強化計算機應(yīng)用[4]。具體做法有：學(xué)生在做課程設(shè)計畫圖時要用語言編制程序計算代替試查以及繁瑣的理論計算;利用 Auto-CAD軟件繪制帶控制點的設(shè)備流程圖、主設(shè)備結(jié)構(gòu)圖等;實現(xiàn)設(shè)計全程計算機文件化,最終學(xué)生要提交電子版的設(shè)計說明書和圖紙。設(shè)計結(jié)果即精確又快速,這是今后實際工程設(shè)計的新要求。

六、合理安排時間

課程設(shè)計一般在兩周時間完成,時間顯得有些緊迫。針對此問題解決辦法就是老師合理安排任務(wù),適時指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生在有限的時間內(nèi)高效完成設(shè)計任務(wù);學(xué)生做到合理分配、利用時間,首先做什么,怎么來做,有計劃地駕馭整個設(shè)計過程。

七、計算過程及流程應(yīng)有創(chuàng)新意識

設(shè)備設(shè)計流程設(shè)計有多種方案,也有多種可能性,學(xué)生局限于課本,對工程問題缺乏思考,不能大膽設(shè)想。比如在精餾設(shè)計中,預(yù)熱回收問題,可以用塔頂蒸汽預(yù)熱原料;或者在塔中間設(shè)中間再沸器,這樣,既節(jié)省塔底再沸器熱源的消耗,又可以降低塔頂冷源的能耗。讓學(xué)生明白工程問題的解決方法有多個實施方案,最后應(yīng)綜合考慮操作費用和經(jīng)濟費用以及安全性等多個方面來確定最優(yōu)方案,做到先進性、可能性和經(jīng)濟性兼顧。

八、成績考核方法應(yīng)合理科學(xué)

課程設(shè)計作為一門課程,成績需單獨考核,設(shè)計成績的確定,只憑借設(shè)計說明書會出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象嚴重的問題,針對這種情況,可將成績進行綜合考評,分成 5個部分：設(shè)計說明書、圖紙繪制、平時表現(xiàn)、計算機程序運行及答辯,并從答辯過程中了解學(xué)生的設(shè)計態(tài)度[5]。

[1]馬四朋,鐘理.化工原理課程設(shè)計的深層改革探索[J].化工高等教育,2006,(2)：43-45.

[2]孫保帥,朱春山.化工專業(yè)課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與探索[J].廣東化工,2010,37(8)：215-218.

[3]陳蘇芳.關(guān)于《化工原理》課程設(shè)計教學(xué)改革的幾點體會[J].職業(yè)教育研究,2008,(3)：144-145.

[4]王琴萍,鄧敏,呂殿禎.化工原理課程設(shè)計計算機輔助教學(xué)[J].大學(xué)化學(xué),2001,16(4)：34-35.

[5]徐紹紅.化工原理課程設(shè)計改革的深度研究[J].平原大學(xué)學(xué)報,2001,18(4)：85-86.

(責(zé)任編輯：潘 敏)

Study and Exploration on Teaching for Design Reform of Chem ical Engineering Principles

L IU Yuan-wei,J IA Dong-mei
(Binzhou University,Department of Chemistry and Chemical Engineering,Binzhou Shandong 256600)

Adstract:In this paper,the problems and solutions that appear in the chemical principles of curriculum design teaching processwere discussed.Matters needing attention and solution were summarized by investigating all aspects of the design progress.So it can mobilize enthusiasm and foster comprehensive capacity of the students,as well as improving the teaching quality of"Chemical Engineering Course Design".

chemical engineering principle;design refor m;engineering problems

2011-03-23

劉元偉(1979-),女,河北邯鄲人,濱州學(xué)院化學(xué)與化工系講師,碩士研究生。

TQ02 文獻標志碼：B 文章編號：1009-2080(2011)04-0077-02