计算模拟在化工原理精馏实验教学中的运用

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1、计算模拟在化工原理精馏实验教学中的运用0引言现代化学工业的飞速发展得益于计算模拟的广泛、深入应用。现如今计算模拟已成为化工发展不可缺少的工具和手段，其在化工设计、生产、研究和教学中的重要性日益凸显。例如化工单元仿真即为以化工原理为基础，以计算机模拟操作为手段的综合教学。基于近年来国家引导部分地方本科高校向应用技术型高校转型发展的思想，转型高校在校生工程能力、应用能力的培养为改革的重中之重。因此在化工的专业基础课实践环节——化工原理实验中，教师应根据社会发展的信息化需求，结合现代化的计算模拟软件分析实验过程，一方面可强化学生在計算模

2、拟软件方面的训练和运用，另使一方面还可加深学生对装置、实验过程，甚至化工过程的深入理解。此外，在实验装置上进行计算模拟，还可节约大规模生产设备的运行成本，亦可多次重复实验，在形成学生解决工程问题的思维方式上具有极大的提升效果[1-3]。精馏塔是化工流程应用广泛的单元操作设备，影响精馏塔操作水平和产品质量的因素很多，且相互关系复杂。精馏实验能够使我们了解精馏塔的内部结构，观察塔内各种传质状态，学习精馏塔的操作方法和具体流程，并掌握一定的实验数据处理方法，加深我们对精馏塔对二元物系进行分离过程的理解与认识，从而培养我们将理论与实际相结

3、合，并运用所学知识去解决实际问题的能力。本文以精馏实验装置为例进行计算模拟操作。运用ASPEN软件进行工艺流程模拟、故障诊断分析，并采用计算机语言开发了仿真软件。在教学过程中进行各种环节设计，然后根据学生实验结果进行分析总结剂点评，在实验过程中培养了学生的工程能力，并对专业学习产生更高的学习兴趣。1ASPEN软件在工艺流程优化实验中的教学设计与实施效果评价化工过程模拟技术是以化工工艺流程的理论机理为基础模型，采用计算机模拟的手段来对化工过程进行描述，并对化工的工艺流程进行热量衡算、物料衡算、能量分析和设备尺寸估算等。因此，流程模拟

4、不仅可以节省时间，也可节省大量操作资金，同时对经济效益、过程优化、环境评价进行全面的分析与精确评估，以达到对化工过程的规划、研究开发及技术分析，从而节约资源、优化生产和提高经济[4]。在工艺过程模拟中，学生按设计好的过程进行如下操作及模拟：①试验探究加热电压、回流比、进料量和进料浓度的改变对塔顶馏出液中乙醇摩尔分率的影响，得到了在一定操作条件下精馏分离的最优化条件。②运用化工流程模拟软件来对乙醇-正丙醇两组分的分离精馏实验进行模拟，得到理论的实验结果，并与实际结果相比较，找出实验的影响因素。Aspen模拟的最终结果表明，模拟值与实

5、验数据吻合较好，模拟过程中物性参数、模块选取合理。从模拟的结果不仅可以看出实验数据与理论值的差异，还可得到很多实验所不能得到的参数及变化情况，通过比较可找出实验的错误和不足之处，及时进行整改，从而大大提高了实验分离效率。此外学生还对精馏塔的回流比、馏出比和进料位置进行了灵敏度的分析，得到了三种参数的变化规律，确定了一定条件下的最适回流比、馏出比、最佳进料板。总的来说，ASPEN软件模拟工艺过程最主要是让学生了解化工模拟软件在实际的实验和流程操作中指导作用，通过理论的数据与实际的数据进行对比，判断计算模拟的准确性，找出错误位置，及时

6、进行优化，并向授课教师提供了理论的最佳操作参数，即使学生了解设备参数变化规律，更快的确定最佳参数数值，更提高了实践效率，节约了人工成本。2ASPEN软件模拟软件在实验中的教学设计与实施效果评价随着计算机技术的发展，通过模拟软件对化工过程进行计算模拟，据此对过程进行故障分析已成为一种常用手段。在本次教学改革中，学生可结合实验装置实践，通过使用模拟软件对实验装置进行流程模拟，经过与实际过程参数对照分析，发现实际操作过程的故障原因，找出解决问题的对策，使学生在实训中得到工程能力的提高。[5-7]在精馏实验装置上，在不告知学生情况下，人为

7、制造一些故障，如管道泄漏、堵塞，塔内板上构件作改变，或者拆卸塔体保温层等等。学生在人为故障的情况，操作实验装置，对现场采集数据，并对数据进行分析，初步确定原因，然后用ASPEN软件对实际工艺进行模拟计算，找出问题的原因。在诊断故障过程，学生按设计好的过程进行如下操作及模拟：①通过设备的设计参数在模拟软件上进行模拟计算，验证流程装置设计的合理性；②通过正常运行完好的设备采集的数据，用现场数据与模拟计算的数据进行对比，验证模拟计算的参数设计合理性；③运行人为设计故障的实验装置，现场采集数据，对照与模拟计算不符合的部分；④初步确定原因，

8、对设计不符合部分在计算机上多次模拟操作；⑤对故障部分给以改造策略，并考虑其合理性，最终给出诊断结果。学生以模拟软件为工具，对实验装置的多种情况进行了计算模拟，将计算结果与实际情况进行对比分析，诊断出装置运行过程中的故障，分析故障的原因，并找出解决问