双塔精馏实训装置的开发与教学应用

何灏彦

（湖南省化工职业技术学院化工系，湖南株洲 412004）

0 引 言

《化工单元操作》（又名《化工原理》）是一门所有化工类及相关专业学生必修的专业技术课，其主要内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，依据操作原理的共性，分为若干单元操作过程，如精馏、吸收、传热等，以便于学习各单元操作的基本原理、基本计算、典型设备及生产中的操作控制方法。

精馏是化工生产中液体混合物分离的常用方法，技术成熟，应用广泛。“精馏实训”可让学生掌握精馏的操作使用方法，了解影响精馏过程的因素，并完成指定的生产任务。

职业教育的目标是培养具有较强实际动手能力和良好职业素质的技能型人才，而实训是培养这种能力和素质的关键环节。我们根据高职教育的特点和要求，按照 “工作过程系统化”课程开发方法，依照 “先进性、实用性、工程性、多样性、可行性”的原则，开发了双塔 （板式塔、填料塔）精馏的实训装置，并以此为纽带设计教学过程。

1 装置功能

1.1 能够完整体现工业化精馏分离过程

（1）能满足工艺类、机械类及过程控制类专业学生认识实习要求；

（2）能了解化工生产装置的设计、安装、安全运行、工艺控制、风险预防方面的基础知识，知晓化工生产过程的严肃性和生产操作人员所担负的责任；

（3）能了解化工装置的设备清洗、故障判断和紧急情况的处理等方法，能进行装置开、停车、运行等操作演练，能工业化加工生产真实的化工产品。

1.2 工艺实训

（1）能考查温度、压力、进料量、进料位置、进料组成、回流比等对精馏分离过程的影响；

（2）能测定全回流和不同回流比条件下，板式精馏塔的理论塔板数Nt和填料精馏塔的等板高度HETP；

（3）除能够进行常规连续精馏操作和间歇精馏操作外，还能够进行单塔操作、串联操作、组合操作及常压操作、真空操作。

1.3 化工机械实训

（1）能够进行化工典型设备的安装、检修及设计实训；

（2）能够进行设备的平面、立面布置及相关绘图实训。

1.4 化工过程控制实训

（1）具有系统信号联锁保护功能，系统可及时报警并自动安全停车；

（2）能反映精馏塔、换热器、泵等典型工艺设备的控制原理与方案，能感知检测传感装置及其安装、选型方法；

（3）能手动控制主要设备的启、停，或由DCS操作、控制并显示运行状态。

1.5 生产性实训

（1）能考查由精馏分离过程组成的典型化工系统的运行；

（2）能考查系统中各点压力、物料及能量的平衡问题；

（3）能考查各主要操作因素改变对生产系统的影响；

（4）能够正常、安全、长周期运行，满足连续操作要求。

2 装置特点

（1）可进行板式精馏塔和填料精馏塔的性能、功效对比；

（2）可进行工业化生产，操作方式多样（串联或并联、连续或间歇）；

（3）具备手动和DCS自动控制；

（4）采用循环冷却水，残液预热料液，大大节约实训时水电的耗用量；

（5）采用动画、录像等多媒体手段，实现设备结构、工作原理及操作过程的展示与讲解，做到实物操作与仿真培训相结合。

3 装置在教学中的应用

3.1 教学设计

根据职业岗位的技能需求，以专业知识和技术应用能力、自主学习能力、创新能力及综合职业素质培养为教学目标，以酒精—水溶液或醋酸—水溶液为生产对象，按照 “工作过程系统化”课程开发方法，遵循 “行为导向”、“因材施教”原则，将 《化工原理》、《化工装备》、《电器与仪表》等课程的相关知识有机融合（精简理论，注重生产实用），以双塔精馏实训装置为纽带进行理（论）实（践）一体化、 “教、学、做、训、评”相结合的 “精馏模块”的教学设计，见表1。

表1 “精馏模块”的教学设计表

教学中注重营造化工工业化生产的真实工作情境，以真实工作任务为项目组织教学，注重教学过程的趣味性、直观性、激励性；采用开放式、互动式教学，充分发挥学生的主体作用，引导、督促学生自主学习，激发学生学习的积极性；让学生自主设计、策划、完成并评价整个操作过程，将形成性评价与终结性评价相结合；让学生通过获取技术信息、设计生产方案、制定操作规程、真实操作等完整生产实践过程，来掌握技能、获得知识，积累经验和培养职业素质。

3.2 操作任务

（1）根据生产任务进行最小回流比的计算，再根据现场情况选择适宜的回流比；

（2）简要叙述精馏操作中气—液相流程，指出精馏塔塔板、导流管、塔釜再沸器、塔顶全凝器等主要装置的结构及作用，了解传质与传热过程；

（3）独立地进行精馏岗位开、停车工艺操作（包括开车前的准备、电源的接通、冷却水量的控制、加热温度的控制等）；

（4）进行全回流操作，通过观测仪表对全回流操作的稳定性作出正确的判断；

（5）进行部分回流操作，通过观测仪表对部分回流操作的稳定性作出正确的判断，按照生产要求达到规定的产量指标和质量指标；

（6）及时掌握设备的运行情况，随时发现、正确判断、及时处理各种异常现象，能进行紧急停车操作；

（7）正确使用设备、仪表，及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养；

（8）培养应用现代信息技术的管理能力，采用DCS集散控制系统，应用计算机对现场数据进行采集、监控和处理；

（9）正确填写生产记录，及时分析、处理工艺数据；

（10）了解、掌握工业现场的生产安全知识；

（11）了解节能降耗的途径和方法，提高设备的生产效率。

4 结 语

通过上述基于工作过程的双塔精馏的开发与教学应用，创设了真实的学习情境，实现了理实一体化的教学，进行了 “教、学、做、训、评”

相结合的教学方法的改革创新，做到了现代信息技术和控制技术在教学中的应用，培养了学生的操作技能，提高了学生的职业素质，提高了课程的教学水平与教学质量，促进了化工类专业的建设和发展，取得了较满意的效果。

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