化工原理课程设计教学研究

刘元伟,贾冬梅

(滨州学院化学与化工系,山东滨州 256600)

化工原理课程设计教学研究

刘元伟,贾冬梅

(滨州学院化学与化工系,山东滨州 256600)

结合化工原理课程教学经验,就教学过程中出现的问题和解决方法进行了探讨。通过课程设计的调查研究,总结出需注意的事项,以最大程度地调动学生的积极性,培养学生分析、解决工程问题的综合能力,从而提高化工原理课程设计的教学质量。

化工原理;课程设计;工程问题

化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节,是综合应用本课程和有关选修课程所学知识,完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等方面得到训练,在设计过程中还培养了学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认真的工作作风。笔者通过四年化工原理课程设计教学,总结了在设计过程中存在的问题以及解决方案。

一、明确化工原理课程设计的地位和性质,加强学生对本课程的认识

通过化工原理课程设计的学习,学生和老师都认识到这门课程的重要性。学生通过复杂的工程计算来确定设备的类型,计算设备的尺寸,设计设备的结构,独立完成某一化工单元操作的工艺设计,并撰写设计说明书,绘制工艺流程图和设备工艺条件图,完成了作为工程技术人员在工艺设计方面必备的能力的基本训练,学生的综合素质、创新精神、动手和实践能力都有明显的提高[1]。指导老师通过对学生讲述课程设计的重要性以及作用,加强学生对该门课程的认识和重视程度,提高学生的学习兴趣。

二、设计题目及内容应多样化

在实践中由于课程题目缺乏多样化,缺少与化工工程实际的联系性,导致了学生做设计的积极性不高,因而需要指导老师认真审核设计题目,深入化工实践,由实际工程问题提炼并设计出不同的设计题目,增加题目的多样性。同时要兼顾难度,使学生能利用所学知识进行设计。其次可将“化工原理课程设计“和“化工设备机械基础课程设计”两门课程设计题目统一,即“将化工原理课程设计“的设计结果包括设计尺寸、参数等作为“化工设备机械基础课程设计”题目的条件。这样设计内容既有相关设备的工艺计算等内容,又包括设备设计有关材料、结构、强度、稳定性等多方面的知识结构内容。经过两方面的反复计算和调整,最后确定合理的设计参数[2]。这样就实现了对学生进行化工过程设计的综合能力实践训练。

三、物性参数选择以及计算应具体化

在化工原理课程设计过程中首要的问题就是物性参数的选择以及计算,然而学生刚开始并不清楚需要计算哪些物性参数以及如何计算。针对这些问题,指导老师应在开课之初给学生讲一下每个单元操作所需的物性参数,每个物性参数查取方法以及混合物系物性参数的计算方法,还有如何确定体系的定性温度。

四、设计过程应引导并强化学生的工程意识

学生在做课程设计时很少与生产实际需要联系,对工程实践问题认识不深入,欠缺工程的观点,不会正确使用工程手册及工程上的实际经验数据,所以设计出的设备欠合理、不规范。此外学生有时纯粹为计算设计,缺乏对问题中所涉及到工程概念的解决方法,综合经济效益观念欠缺。比如精馏塔设计中回流比的选择,选择大回流比可以提高塔顶产品纯度,但不能一味地追求塔顶产品的纯度,而忽略操作费用与设备费用的综合效益。

课程设计所需的理论分析知识主要来源于化工原理,因此为加强对学生的工程理念的强化必须由课程教学做起。

1.在化工原理课程讲述过程中应注重加强对学生工程意识的培养。

比如：理论上的正确性,技术上的可行性,操作上的安全性,经济上的合理性。例如,学生做“乙醇 -水混合体系的分离”设计时,首先是单元操作类型的选择,通过理论分析,液体混合物的分离主要有蒸馏、萃取以及膜分离,而考虑到乙醇 -水均相混合体系是一个相对挥发度较大的物系,且萃取过程本身并未能直接完成分离任务,因此从经济上、技术上考虑采用蒸馏,又考虑到乙醇 -水混合体系会出现恒沸点,因此要根据分离任务选择简单蒸馏还是普通精馏以及恒沸精馏。另外就是设备的选择。如果确定用板式塔,则还要确定用什么样的塔板;如果确定用填料塔,则还要确定用整装填料,还是用散装填料,用什么材质等。在设备的选择上还要考虑操作上的安全性和经济上的合理性即比较各种设备的操作费用和设备费用。如果选择板式塔还要考虑回流比的影响。

2.了解工程问题的计算方法。

比如试差法、因式分析法、经验公式的选取,对流传热系数公式的选择,流体流过壁面时不同的流动方式和接触方式以及物性等都会影响到关联式或经验公式的选择。

3.明确设计目的,优化设计理念[3]。

通过查阅文献或深入生产实际,了解现代化工生产单元设备作用原理以及设计理念,增强对设备的感性认识。一个完整的设备设计不仅要满足设备的正常操作,还应考虑设备结构简单、合理、制作方便、价格低廉、易于安装维修等实际问题。

五、计算方法应科学,绘图应规范

课程设计计算工作量大,学生负担重,常出现设备图及流程图图幅设置、比例及线型选取、文字编辑、尺寸标注以及设备、仪表、管件表示等绘制不规范等现象。为了减轻学生的计算工作量,提高设计的准确性,提高学生绘图能力,应强化计算机应用[4]。具体做法有：学生在做课程设计画图时要用语言编制程序计算代替试查以及繁琐的理论计算;利用 Auto-CAD软件绘制带控制点的设备流程图、主设备结构图等;实现设计全程计算机文件化,最终学生要提交电子版的设计说明书和图纸。设计结果即精确又快速,这是今后实际工程设计的新要求。

六、合理安排时间

课程设计一般在两周时间完成,时间显得有些紧迫。针对此问题解决办法就是老师合理安排任务,适时指导,引导学生在有限的时间内高效完成设计任务;学生做到合理分配、利用时间,首先做什么,怎么来做,有计划地驾驭整个设计过程。

七、计算过程及流程应有创新意识

设备设计流程设计有多种方案,也有多种可能性,学生局限于课本,对工程问题缺乏思考,不能大胆设想。比如在精馏设计中,预热回收问题,可以用塔顶蒸汽预热原料;或者在塔中间设中间再沸器,这样,既节省塔底再沸器热源的消耗,又可以降低塔顶冷源的能耗。让学生明白工程问题的解决方法有多个实施方案,最后应综合考虑操作费用和经济费用以及安全性等多个方面来确定最优方案,做到先进性、可能性和经济性兼顾。

八、成绩考核方法应合理科学

课程设计作为一门课程,成绩需单独考核,设计成绩的确定,只凭借设计说明书会出现抄袭现象严重的问题,针对这种情况,可将成绩进行综合考评,分成 5个部分：设计说明书、图纸绘制、平时表现、计算机程序运行及答辩,并从答辩过程中了解学生的设计态度[5]。

[1]马四朋,钟理.化工原理课程设计的深层改革探索[J].化工高等教育,2006,(2)：43-45.

[2]孙保帅,朱春山.化工专业课程设计教学环节的改革与探索[J].广东化工,2010,37(8)：215-218.

[3]陈苏芳.关于《化工原理》课程设计教学改革的几点体会[J].职业教育研究,2008,(3)：144-145.

[4]王琴萍,邓敏,吕殿祯.化工原理课程设计计算机辅助教学[J].大学化学,2001,16(4)：34-35.

[5]徐绍红.化工原理课程设计改革的深度研究[J].平原大学学报,2001,18(4)：85-86.

(责任编辑：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

刘元伟(1979-),女,河北邯郸人,滨州学院化学与化工系讲师,硕士研究生。

TQ02 文献标志码：B 文章编号：1009-2080(2011)04-0077-02