廖益強 范立維 盧澤湘 王雪芳 張慧 陳艷希 陳禮輝

[摘 要]化工原理課程開設(shè)的目的是讓學(xué)生形成工程意識。其中的化工原理實驗旨在幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)到的化工原理知識，促使學(xué)生掌握扎實的工程實踐技能，促使學(xué)生形成良好的理實一體化理念。但是在具體的實驗過程中，學(xué)生需要測量海量且復(fù)雜的數(shù)據(jù)，進行物性參數(shù)查詢，并進行具體的分析和計算，并在最后將其匯總成圖表、公式等。單純利用手工計算和繪圖，會耗費大量的時間和精力，也會形成一定的誤差，最終影響實驗結(jié)果的準確性。而計算機軟件的應(yīng)用使得化工原理實驗變得更為簡便快捷。文章以Aspen Plus軟件和Origin軟件為例，論述了其在化工原理實驗中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]計算機軟件;化工原理實驗;Origin軟件;Aspen Plus軟件

[基金項目]福建農(nóng)林大學(xué)2019年本科教育教學(xué)改革研究優(yōu)秀項目“《化工原理》課程思政教學(xué)研究”（119/SZ1119037）;2017年福建農(nóng)林大學(xué)教學(xué)團隊立項“化工原理系列課程教學(xué)團隊”（111416038）;福建農(nóng)林大學(xué)2018年本科教育教學(xué)改革研究項目“‘對分課堂教學(xué)模式在《化工原理》課程教學(xué)中的實踐”（111418122）

[作者簡介]廖益強（1971—），男，福建仙游人，博士，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能源與利用、化工原理系列課程研究;張 慧（1983—），女，山東聊城人，博士，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事生物質(zhì)能源、化工分離系列課程研究。

[中圖分類號] TQ021.4[文獻標(biāo)識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0391-02[收稿日期] 2019-10-26

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展進步，計算機已經(jīng)滲透進各行各業(yè)，教育領(lǐng)域也不例外。與其他學(xué)科相比，化工專業(yè)與實際應(yīng)用的結(jié)合更加密切，因此有關(guān)化工專業(yè)的實踐教學(xué)是其中的重中之重。而化工原理實驗是理論知識和化工生產(chǎn)實踐溝通的橋梁，以化工單元操作原理、設(shè)備、流程為主要內(nèi)容，經(jīng)由實驗來解決工程中出現(xiàn)的一些實際問題，主要以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和工程能力為目的。但是在進行化工原理實驗時，其數(shù)據(jù)處理方面會涉及諸多概念、公式、圖表等，計算較為復(fù)雜。學(xué)生若進行手工計算，則會浪費大量的時間，而且一旦發(fā)生錯誤就會導(dǎo)致整個實驗結(jié)果都發(fā)生錯誤，因此大多數(shù)學(xué)生對于實驗的數(shù)據(jù)處理都報以“望而生畏”的態(tài)度，存在排斥的心理，這將極大地影響化工原理實驗教學(xué)效率的提升。而計算機軟件的出現(xiàn)為化工原理實驗教學(xué)帶來了新的機遇。計算機軟件有著高效的圖文處理效率，有著強大的模擬計算功能，有著可靠的數(shù)據(jù)分析能力。將其應(yīng)用于化工原理實驗教學(xué)能夠有效提升工作效率，減少人為誤差的發(fā)生率，還能夠有效鍛煉學(xué)生實際運用計算機的能力，提升學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng)。本文將以Aspen Plus軟件和Origin軟件為例，探討計算機軟件在化工原理實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用[1]。

一、Aspen Plus軟件和Origin軟件概述

（一）Aspen Plus軟件

Aspen Plus軟件最初是由麻省理工學(xué)院（MIT）于20世紀70年代開發(fā)的大型通用流程模擬系統(tǒng)（Advanced System for Process Engineering，簡稱ASPEN），之后在20世紀80年代被美國AspenTech公司推向市場后，并被稱為Aspen Plus軟件。經(jīng)過多年發(fā)展，該軟件已經(jīng)具備較為完善的數(shù)據(jù)庫和物性模型參數(shù)，能夠進行化工單元和全流程的模擬運算，并且已經(jīng)成為目前應(yīng)用比較廣泛的通用流程模擬軟件之一。將Aspen Plus軟件應(yīng)用于化工原理實驗，一方面便于學(xué)生更直觀地了解單元操作過程，提升計算的效率和準確度，并對靈敏度分析得出的實驗結(jié)果進行分析討論;另一方面使學(xué)生不再局限于某一設(shè)備的具體操作，而能夠自主進行工藝流程設(shè)計并完成模擬，也進一步強化了學(xué)生的工程判斷能力。

（二）Origin軟件

Origin軟件是一種進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)制圖的軟件，由OriginLab公司開發(fā)，能夠在Microsoft Windows系統(tǒng)下運行。其數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)繪圖功能強大，曲線擬合方法多樣，能夠依據(jù)實驗數(shù)據(jù)生成二維坐標(biāo)圖形便于分析趨勢，能夠繪制多條曲線便于比較分析，能夠依據(jù)需要自行選擇并定制坐標(biāo)，能夠回歸實驗數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生成圖形格式輸出的多樣化。就曲線擬合方法來說，Origin軟件能夠進行線性擬合和非線性擬合。其中，線性擬合又可分為簡單線性擬合、多項式擬合等。這些均可通過軟件的Analysis/Fit Linear、Analysis/Fit Ploynominal等工具實現(xiàn)，并將結(jié)果顯示在Result Log窗口。除此之外，Origin軟件還提供了指數(shù)增長函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、Gaussian函數(shù)、指數(shù)衰減函數(shù)、S函數(shù)、Lorentzian函數(shù)等諸多非線性擬合函數(shù)以供用戶選擇。同時用戶還可在Analysis/Non-linear Curve Fit選項中進行自定義函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合。將Origin軟件應(yīng)用于化工原理實驗，能夠有效提升學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力。

二、Aspen Plus軟件和Origin軟件在化工原理實驗中的具體應(yīng)用

（一）Aspen Plus軟件在化工原理實驗中的具體應(yīng)用

依托Aspen Plus軟件，學(xué)生能夠順利完成精餾塔、混合、閃蒸分離、加熱加壓等單元操作的實驗流程模擬。例如，學(xué)生可通過軟件中的RADFRAC精餾模塊模擬氯乙烯精餾中的低沸塔，還可通過改變進料位置、回流比、餾出比等參數(shù)，得到不同的實驗結(jié)果，以此來得出這些參數(shù)與精餾之間的關(guān)系。再如，在進行篩板精餾塔實驗時，學(xué)生可通過Aspen Plus軟件分離乙醇-正丙醇混合液。學(xué)生可先設(shè)置進料量、回流比等參數(shù)，并使塔頂和塔底的出料閥處于打開狀態(tài)。在塔內(nèi)操作處于穩(wěn)定之后，將塔頂和塔釜的溫度記錄下來，之后運用阿貝折光儀分析和讀取塔頂、塔底和進料樣品的折光率，之后選擇Template工具，在組分中輸入相應(yīng)的乙醇和正丙醇，并選擇相應(yīng)的物性方法，再經(jīng)由Tools/Analysis/Property/Binary/Txy繪制T-x-y圖，經(jīng)由Plot Wizard/y-x繪制y-x圖等，最終求出理論的塔板數(shù)和總板效率。

（二）Origin軟件在化工原理實驗中的具體應(yīng)用

依托Origin軟件，學(xué)生能夠更為便捷有效地完成實驗數(shù)據(jù)的處理。例如，在進行流體力學(xué)綜合實驗時，學(xué)生可依據(jù)流體阻力的計算方式，離心泵性能參數(shù)的計算原理等計算處理實驗測定的參數(shù)，并繪制摩擦系數(shù)及局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線、離心泵特性曲線、孔板流量計的流量系數(shù)曲線、孔板流量計的流量曲線，有效降低學(xué)生作圖的誤差，便于學(xué)生做出正確的數(shù)據(jù)分析。再如，在曲線擬合方面，Origin軟件能夠進行恒壓過濾實驗曲線的線性擬合，進行動態(tài)過濾速率曲線的非線性擬合等。在具體的實驗過程中，學(xué)生可依據(jù)實驗數(shù)據(jù)和擬合參數(shù)的特性進行擬合方式的選擇[2-3]。

三、結(jié)語

綜上，化工原理實驗是一門重要的實踐課程，需要學(xué)生進行工程實驗的設(shè)計、組織和實施，但因其流程和設(shè)備的復(fù)雜性，再加上參數(shù)測試量大、數(shù)據(jù)處理量大，這些都為學(xué)生的實際操作帶來了困難。而Matlab、Origin、PowerBuilder、Aspen Plus、Sigmaplot等計算機軟件的應(yīng)用，不僅豐富了教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還為學(xué)生帶來了便利，有效提升了實驗教學(xué)的實效性。其中，Aspen Plus軟件和Origin軟件更成為化工原理實驗所不可或缺的計算機軟件，便于學(xué)生學(xué)以致用，提升學(xué)生的工程實踐能力[4]。

參考文獻

[1]廖益強，盧澤湘，王雪芳，等.信息化時代化工專業(yè)實踐教學(xué)模式改革研究[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（69）：20-21.

[2]廖益強，王雪芳，盧澤湘，等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)研究[J].信息記錄材料，2019，20（4）：233-234.

[3]廖益強，盧澤湘，張慧，等.“對分課堂”教學(xué)模式在《化工原理》課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].教育教學(xué)論壇，2019（37）：197-198.

[4]廖益強，盧澤湘，王雪芳，等.應(yīng)用人才培養(yǎng)下的化工原理課程教學(xué)改革[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（74）：28-29.