仿真技术在化工教学中的应用

高洪燕(潍坊科技学院)

在计算机技术不断进步的影响下，化工仿真技术得以迅速地发展，化工仿真软件也日益成熟。可是，我国一些院校的化工仿真研究和教学却是比较滞后，有关的课程只是在为数不多的工科院校开设，因而这就难以实现院校培养创新型人才的目标。为此，创建化工仿真实验室，促进化工技术的研究和教学，不断地健全有关化工仿真的教学内容，就显得非常迫切。

一、化工仿真技术概述

化工工程的教学仿真就是化工仿真技术，化工仿真技术的依据是化工过程的规律，它通过数学建立模型，是将化工过程在计算机上得以再现的技术。化工当中的操作，如生产工艺过程，使用离心泵，吸收、蒸发和换热的过程等能够借助化工仿真软件加以再现，让化工人员在逼真的环境当中掌握操作技能与理解工艺知识。化工仿真实验室的背景是化工专业和化学专业，它是一种网络实验室，并且以计算机技术作为媒介，主要是实施化工见习模拟、化工仿真实验、AutoCAD设计、实验数据处理等的研究和教学工作。化工仿真技术实质上就是在仿真系统上通过计算机再现化工过程，对实际生活当中的控制系统环境和化工生产操作进行模仿，且以此作为前提条件实施事故处理、紧急停车、正常运行、正常停车和正常开车等过程，进而使学生仿佛置身其中，学习化工过程的具体操作，仿真实验软件能够在计算机上模拟运行仪表、设备和仪器等，仿真实验软件当中所进行模拟的实验设备能够使学生更加深入地理解实验装置。

二、在教学实践活动中实施化工仿真系统的必要性

第一，一部分院校的实验经费是非常有限的，这不利于培养学生的动手操作能力。而通过仿真培训系统，有效地解决了实验经费远远不够与学生不能够动手操作的问题。

第二，当前，院校所设置的实验课程的形式是分组实验，这会受到师资、实验装置、课时和场地的影响，学生难以自主地完成实验，致使实验课程形式化，而实施仿真实验教学能够有效地解决这一问题。

第三，由于是仿真性的操作，因此可靠性和安全性是比较大的，学生在操作的过程中没有什么心理压力。化工生产的设备管线较多、工艺比较复杂、生产过程具有较强的连续性，倘若实施传统意义上的化工实验，那么就会出现一些误操作，可能会损坏设备，甚至是发生安全事故。因此学生在操作不够熟练的前提条件下会出现胆怯的心理，不能够顺利地进行实验，不能够实现较为理想的实验教学效果。而在仿真教学当中，针对学生的误操作，软件能够给予提示，不会发生安全事故。除正常的运行和开、停车外，化工仿真系统能够让学生或者是教师自主地设置故障，对故障现象进行模拟，以培养学生分析问题与解决问题的能力。

第四，通过化工仿真教学，能够使学生在不进入企业的前提下，就可以观察到化工生产的整个操作过程，学生根据教材当中的知识就可以自主性地操作，以使实践与教材能够统一起来，进而提高教学质量。

三、化工仿真技术在化工教学中的应用

1、化工仿真技术在仪器分析教学中的应用

化工、化学专业的必修课是仪器分析，仪器分析是测定物质的化学结构、状态、组成与实施质量监控及科学研究的一种方式。此外，通过仪器分析，能够明确一些复杂化学反应选择性与收率的高低。传统意义上的教学模式是课件的演示与教师的讲解，然而课堂的教学时间是非常有限的，学生难以记忆与理解仪器的操作方法及其原理，特别是针对一部分精密仪器，像荧光分析仪、红外光谱仪、紫外分析仪等，学生缺少动手操作的机会，因而难以学会这些仪器的使用方法和工作原理。通过仪器分析仿真系统，学生能够对仪器的内部构造有一个清晰地了解，将仪器操作的整个过程进行模拟，这不但方便了教师的教授，而且也能够使学生有效地掌握这一部分仪器的特点和使用方法。当然，模拟不可以完全地代替场地的实习，学生一定要到场地亲自看到复杂的工艺流程与庞大的化工设备。当前，DCS系统是一些化工企业所应用的控制系统，学生能够迅速地掌握控制系统，很快理解与把握工艺流程，将场地参观和仿真实习统一起来，能够使实习取得事半功倍的效果。

2、仿真技术在化学工艺教学中的应用

化工专业的基础课是化学工艺，主要有化工设计、仪表自动化、化工热力学、化工基础等学科的知识，通过学习化学工艺，学生需要根据基本的化工知识，学习基本的热量与物料衡算方法，了解主要的设备、工艺流程、生产方法，以及化学工艺过程的原理。一般来讲，教师是灌输式地讲解，让学生对一些工艺流程进行死记硬背，这样学生会失去学习的兴趣。而化工仿真课可以有效地调动学生的学习积极性，学生能够在DCS画面上操作各种工艺流程，对操作参数进行随意地更改，以探究最为理想的工艺条件与工艺路线。为了使仿真效果更加理想，学生可以起始于基本的化工单元操作，通过化工过程先进控制、化工过程动态模拟，最后实施化工过程的优化模拟，比如过滤的操作，学生在实验前，首先实施仿真模拟，熟悉实验的操作步骤、动态参数和流程，再实施真实的实验操作，以实现较为理想的效果。通过进行防真模拟再到达实习场地，能够更加深入地理解工艺指标控制与设备装置。

综上所述，在化工教学中应用仿真技术，能够调动学生的学习积极性，提高学生的动手操作能力，积极地推动学生学习和理解有关的教学内容。

[1]荆涛，郑永杰，田景芝，仿真技术在高校化工教学中的应用[J].高师理科学刊，2006,26(4)

[2]吕会超，郁有祝“.大型化工仿真实验”教学方法探讨[J].安阳工学院学报，2006，3：141-143.