計算機軟件在化工工藝專業(yè)課程設計中的應用

李　濤 ， 沙　嬌 ， 李　玉 ， 徐　麗 ， 任保增

(1 鄭州大學 化工與能源學院 ， 河南 鄭州　450001 ； 2河南省食品工業(yè)科學研究所有限公司 ， 河南 鄭州　450053)

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計算機軟件在化工工藝專業(yè)課程設計中的應用

李濤1， 沙嬌2， 李玉1， 徐麗1， 任保增1

(1 鄭州大學 化工與能源學院 ， 河南 鄭州450001 ； 2河南省食品工業(yè)科學研究所有限公司 ， 河南 鄭州450053)

課程設計是化工工藝專業(yè)教學過程中十分重要的環(huán)節(jié)，針對課程設計中存在的計算復雜、工作量大等問題，將AtuoCAD、PRO/Ⅱ、Aspen Plus以及Math CAD等計算機軟件應用于課程設計中，有效地解決了這些問題，課程設計的效率和質量得到了提高，學生熟練掌握了多種工程軟件，工程實踐能力得到了很好的培養(yǎng)。

計算機軟件 ； 化工工藝專業(yè) ； 設計 ； 應用

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，化工學科的內涵也在不斷豐富，行業(yè)對具有良好工程意識和較強工程能力的工程技術人才的需求量日益增大[1]。高等學校工科專業(yè)為適應社會發(fā)展的需要，其主要目標是培養(yǎng)高素質的工程技術人才[2]。因此，新時期高等學?；I(yè)的重點和關鍵除了培養(yǎng)學生的綜合能力外，需要進一步加強學生工程意識和工程能力的培養(yǎng)。作為國家特色建設專業(yè)和國家級綜合改革示范專業(yè)，鄭州大學化學工程與工藝專業(yè)對于如何提高學生的工程實踐能力，對設計類課程群進行了大量的改革和創(chuàng)新，也取得了較好的效果[3-4]。隨著世界計算機技術的飛速發(fā)展，化工設計過程中引入計算機工具已成為大勢所趨[5]。為此，由于專業(yè)設計課程學時有限，要在規(guī)定的時間內完成高質量的設計作品，引入計算機技術顯得尤為重要。面對這一發(fā)展形勢，專門開設了設計理論課程，重點增加了學生對于計算機軟件應用的相關內容，包括AtuoCAD、PRO/Ⅱ、Aspen Plus以及Math CAD等軟件。在熟練掌握相關軟件的基礎上，進行化工工藝專業(yè)設計時，將軟件靈活運用，大大地減少了繁雜的手工計算工作量，學生對專業(yè)課程設計的興趣也得到了提高，教學效果得到了明顯的改善。本文將對不同計算機軟件在化工工藝專業(yè)課程設計中的應用進行簡要介紹，并對應用后的教學效果進行總結。

1　AutoCAD的應用

AtuoCAD是由美國Autodesk公司研制開發(fā)的一種計算機輔助繪圖設計軟件[6]。目前，AtuoCAD由原來的二維繪圖發(fā)展到三維繪圖，版本也在不斷的更新和升級(AutocCAD2016)，并且可以和其他的計算機軟件合并使用，設計得到的動畫更為真實。AtuoCAD是世界上應用最為廣泛的CAD軟件之一，它在化工設計繪圖中有著極其重大的作用[7-8]。在進行化工工藝專業(yè)課程設計時，需要對所設計的單元操作或工藝車間進行制圖，學生利用AtuoCAD對設計涉及到的化工設備、化工工藝流程、設備及廠房布置以及化工管道布置等進行快速繪制。

2　Aspen Plus的應用

美國麻省理工學院在20世紀70年代開發(fā)了大型化工模擬軟件Aspen Plus，該軟件具備單元操作模型強大、設計能力優(yōu)秀、物性數(shù)據(jù)庫和熱力學方法齊全等優(yōu)勢，已被廣泛的應用到化工過程的工藝設計、項目研發(fā)、技術改造、工藝優(yōu)化、過程集成、設備設計等方面[9-12]。Aspen Plus在學生進行課程設計時起到了重要的作用。例如，在進行精餾塔的設計時，計算不同回流比下精餾塔數(shù)據(jù)求解最優(yōu)回流比，由于很多物系的相平衡數(shù)據(jù)缺乏，直接計算難度很大。學生通過利用Aspen Plus的捷算方法有效地解決的這一難題。首先，以Columns組的DSTWU模塊建立需要設計的精餾過程流程圖，然后依次輸入組成、塔板數(shù)等控制參數(shù)，輸入完成后可以進行運算得到設定塔板數(shù)下的回流比、再沸器和冷凝器的熱負荷，還能得到在相同分離要求下不同塔板數(shù)和回流比數(shù)據(jù)組，依據(jù)該數(shù)據(jù)組即可獲得最優(yōu)回流比。

3　PRO/Ⅱ的應用

Pro/Ⅱ是由美國SIMSCI 科學模擬公司在結合Process 和Aspen 軟件技術的基礎上開發(fā)的專業(yè)化工流程模擬軟件[13]。Pro/Ⅱ的物性數(shù)據(jù)庫十分完善，熱力學物性計算系統(tǒng)強大，單元操作模塊多達40多種，應用范圍廣闊，將其應用于化工工藝專業(yè)的課程設計中，不僅能大大減少設計的計算量，還能提高計算的準確性[14]。同樣，在進行精餾塔設計時，學生可以通過運用Pro/Ⅱ進行精餾設計的工藝計算。具體的計算分為兩步：①以捷算法(Shortcut)進行塔板數(shù)或回流比，采用Fenske方程計算出全回流條件下的最小理論板數(shù)，以Underwood獲得最小回流比，根據(jù)具體情況由Gillian的經驗關聯(lián)圖求解實際的回流比或理論板數(shù)；②利用Distillation模型對再沸器和冷凝器的負荷進行準確計算，并對精餾塔進行逐板計算，得到各物流組成及流量數(shù)據(jù)。

4　Math CAD的應用

Math CAD是美國Math soft公司于1986年推出的一款具有強大數(shù)學運算、繪圖、編程的數(shù)學系統(tǒng)軟件[15-16]。Math CAD操作簡單、易懂好學、用它進行計算時一般不需要編程，能夠解決很多科學計算和工程計算問題，簡化計算過程，提高計算效率，應用十分廣泛。在進行化工工藝課程設計時，經常需要要用到試差法，計算過程十分復雜，需要耗費大量的時間，運用Math CAD進行計算，很好地解決了以上問題。例如，在進行合成氨工藝過程氨合成工段工藝設計時，進行冷交換熱量衡算時若手工計算需要試差，學生利用Math CAD將溫度條件、冷量計算函數(shù)進行定義，直接就能得到計算結果。

5　結語

綜上所述，鄭州大學化工與能源學院化工工藝專業(yè)在進行課程設計過程中，將計算機技術與工程問題緊密結合，學生利用AtuoCAD、PRO/II、Aspen Plus以及Math CAD等軟件解決了課程設計過程中存在的計算復雜、工作量大等問題，提高了課程設計過程中的計算效率，課程設計的質量也得到了的提高。在進行課程設計的同時，學生熟練掌握了多種工程軟件，進行化工課程設計的積極性明顯提高，工程實踐能力得到了很好的培養(yǎng)，綜合創(chuàng)新能力也得到了鍛煉，這為鄭州大學化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)“卓越工程師”，提高學生的就業(yè)競爭力打下了扎實的基礎。

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2016-07-15

李濤(1982-)，男，副教授，從事化工教育及科研工作，電話：13733807595；聯(lián)系人：任保增(1962-)，男，教授，博導，從事化工教育及科研工作，電話：13803846110。

G642.4

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1003-3467(2016)09-0060-02