计算机软件在化工工艺专业课程设计中的应用

李　涛 ， 沙　娇 ， 李　玉 ， 徐　丽 ， 任保增

(1 郑州大学 化工与能源学院 ， 河南 郑州　450001 ； 2河南省食品工业科学研究所有限公司 ， 河南 郑州　450053)



计算机软件在化工工艺专业课程设计中的应用

李涛1， 沙娇2， 李玉1， 徐丽1， 任保增1

(1 郑州大学 化工与能源学院 ， 河南 郑州450001 ； 2河南省食品工业科学研究所有限公司 ， 河南 郑州450053)

课程设计是化工工艺专业教学过程中十分重要的环节，针对课程设计中存在的计算复杂、工作量大等问题，将AtuoCAD、PRO/Ⅱ、Aspen Plus以及Math CAD等计算机软件应用于课程设计中，有效地解决了这些问题，课程设计的效率和质量得到了提高，学生熟练掌握了多种工程软件，工程实践能力得到了很好的培养。

计算机软件 ； 化工工艺专业 ； 设计 ； 应用

随着化工行业的不断发展，化工学科的内涵也在不断丰富，行业对具有良好工程意识和较强工程能力的工程技术人才的需求量日益增大[1]。高等学校工科专业为适应社会发展的需要，其主要目标是培养高素质的工程技术人才[2]。因此，新时期高等学校化工专业的重点和关键除了培养学生的综合能力外，需要进一步加强学生工程意识和工程能力的培养。作为国家特色建设专业和国家级综合改革示范专业，郑州大学化学工程与工艺专业对于如何提高学生的工程实践能力，对设计类课程群进行了大量的改革和创新，也取得了较好的效果[3-4]。随着世界计算机技术的飞速发展，化工设计过程中引入计算机工具已成为大势所趋[5]。为此，由于专业设计课程学时有限，要在规定的时间内完成高质量的设计作品，引入计算机技术显得尤为重要。面对这一发展形势，专门开设了设计理论课程，重点增加了学生对于计算机软件应用的相关内容，包括AtuoCAD、PRO/Ⅱ、Aspen Plus以及Math CAD等软件。在熟练掌握相关软件的基础上，进行化工工艺专业设计时，将软件灵活运用，大大地减少了繁杂的手工计算工作量，学生对专业课程设计的兴趣也得到了提高，教学效果得到了明显的改善。本文将对不同计算机软件在化工工艺专业课程设计中的应用进行简要介绍，并对应用后的教学效果进行总结。

1　AutoCAD的应用

AtuoCAD是由美国Autodesk公司研制开发的一种计算机辅助绘图设计软件[6]。目前，AtuoCAD由原来的二维绘图发展到三维绘图，版本也在不断的更新和升级(AutocCAD2016)，并且可以和其他的计算机软件合并使用，设计得到的动画更为真实。AtuoCAD是世界上应用最为广泛的CAD软件之一，它在化工设计绘图中有着极其重大的作用[7-8]。在进行化工工艺专业课程设计时，需要对所设计的单元操作或工艺车间进行制图，学生利用AtuoCAD对设计涉及到的化工设备、化工工艺流程、设备及厂房布置以及化工管道布置等进行快速绘制。

2　Aspen Plus的应用

美国麻省理工学院在20世纪70年代开发了大型化工模拟软件Aspen Plus，该软件具备单元操作模型强大、设计能力优秀、物性数据库和热力学方法齐全等优势，已被广泛的应用到化工过程的工艺设计、项目研发、技术改造、工艺优化、过程集成、设备设计等方面[9-12]。Aspen Plus在学生进行课程设计时起到了重要的作用。例如，在进行精馏塔的设计时，计算不同回流比下精馏塔数据求解最优回流比，由于很多物系的相平衡数据缺乏，直接计算难度很大。学生通过利用Aspen Plus的捷算方法有效地解决的这一难题。首先，以Columns组的DSTWU模块建立需要设计的精馏过程流程图，然后依次输入组成、塔板数等控制参数，输入完成后可以进行运算得到设定塔板数下的回流比、再沸器和冷凝器的热负荷，还能得到在相同分离要求下不同塔板数和回流比数据组，依据该数据组即可获得最优回流比。

3　PRO/Ⅱ的应用

Pro/Ⅱ是由美国SIMSCI 科学模拟公司在结合Process 和Aspen 软件技术的基础上开发的专业化工流程模拟软件[13]。Pro/Ⅱ的物性数据库十分完善，热力学物性计算系统强大，单元操作模块多达40多种，应用范围广阔，将其应用于化工工艺专业的课程设计中，不仅能大大减少设计的计算量，还能提高计算的准确性[14]。同样，在进行精馏塔设计时，学生可以通过运用Pro/Ⅱ进行精馏设计的工艺计算。具体的计算分为两步：①以捷算法(Shortcut)进行塔板数或回流比，采用Fenske方程计算出全回流条件下的最小理论板数，以Underwood获得最小回流比，根据具体情况由Gillian的经验关联图求解实际的回流比或理论板数；②利用Distillation模型对再沸器和冷凝器的负荷进行准确计算，并对精馏塔进行逐板计算，得到各物流组成及流量数据。

4　Math CAD的应用

Math CAD是美国Math soft公司于1986年推出的一款具有强大数学运算、绘图、编程的数学系统软件[15-16]。Math CAD操作简单、易懂好学、用它进行计算时一般不需要编程，能够解决很多科学计算和工程计算问题，简化计算过程，提高计算效率，应用十分广泛。在进行化工工艺课程设计时，经常需要要用到试差法，计算过程十分复杂，需要耗费大量的时间，运用Math CAD进行计算，很好地解决了以上问题。例如，在进行合成氨工艺过程氨合成工段工艺设计时，进行冷交换热量衡算时若手工计算需要试差，学生利用Math CAD将温度条件、冷量计算函数进行定义，直接就能得到计算结果。

5　结语

综上所述，郑州大学化工与能源学院化工工艺专业在进行课程设计过程中，将计算机技术与工程问题紧密结合，学生利用AtuoCAD、PRO/II、Aspen Plus以及Math CAD等软件解决了课程设计过程中存在的计算复杂、工作量大等问题，提高了课程设计过程中的计算效率，课程设计的质量也得到了的提高。在进行课程设计的同时，学生熟练掌握了多种工程软件，进行化工课程设计的积极性明显提高，工程实践能力得到了很好的培养，综合创新能力也得到了锻炼，这为郑州大学化学工程与工艺专业培养“卓越工程师”，提高学生的就业竞争力打下了扎实的基础。

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2016-07-15

李涛(1982-)，男，副教授，从事化工教育及科研工作，电话：13733807595；联系人：任保增(1962-)，男，教授，博导，从事化工教育及科研工作，电话：13803846110。

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1003-3467(2016)09-0060-02