计算机技术在化工设计中的合理应用

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1、计算机技术在化工设计中的合理应用化工设计是化学工程与工艺专业的一门主干课程，具有综合性、实用性和工程性等特点，为学生向工程师的转化、顺利走向工作岗位奠定了基础[1,2]。以往的化工设计教学过程大多是采用传统的PPT+板书，学生的练习也是传统的列式计算+手画图。随着科技(尤其是计算机知识)的快速发展，计算机技术已渗透到社会各个行业。就化工设计过程而言，工艺计算、设备选型、绘图以及环境评估、经济效益及社会效益分析等大量的工作也都可通过计算机来完成。如果仍采用人工计算、绘图的工艺设计方式，则大大落后于时代步伐，

2、亦无法在激烈的市场经济竞争中站稳脚跟。尤其是进入21世纪，计算机辅助化工设计变得更加广泛和深入。为了跟上时代的发展，培养合格的工程技术人才，在化工设计课程教学中应该改变陈旧的教学思想和教学内容，把计算机技术应用到化工设计中，强调计算机辅助化工设计的重要性，并强化学生在该方面的培养和锻炼。目前，计算机辅助化工设计主要体现在流程模拟、化工图纸的绘制及设备选型等方面。鉴于此，我校对化工设计课程教学进行了针对性的改进，强化了计算机技术在化工设计中的应用。现将我校在化工设计课程教学中对计算机辅助设计的应用做简要的介

3、绍。　　1　计算机技术在工艺计算中的应用　　通常在讲解工艺计算时，根据物料及能量衡算方程对工艺过程进行计算。需要通过烦琐的解方程及方程组实现，既费时又费力。随着计算机软硬件的发展，相继出现了一些用于化工工艺模拟的软件，主要包括AspenPlus，ChemCAD，PROII，HYSYS等[3,4]，工艺计算过程完全可以通过这些流程模拟软件实现，与徒手计算相比，大大节省了工作时间。　　以《物料衡算和能量衡算》章节中一连续反应过程的物料衡算为例。如题：苯乙烯反应器，年生产能力为1000t，年工作时间为8000h

4、，苯乙烯收率为40%，以反应物乙苯计的苯乙烯选择性为90%，苯的选择性为3%，甲苯的选择性为5%，焦油选择性为2%。原料乙苯中含甲苯2%(质量分数)，反应时通入水蒸气提供部分热量并降低乙苯分压，乙苯原料和水蒸气的比为1:1.5(质量比)，要求对该反应器进行物料衡算，即计算进出反应器各物料的流量。如果按课本中的物料衡算的步骤进行计算，先应进行物料组分的编号、画计算简图、列物料平衡方程，然后通过烦琐的计算过程才能得出结果。然而，如果我们用AspenPlus中的化学计量反应器模块进行模拟计算，只需要简单的填写反

5、应设定参数及工艺物料量，就可以运行计算，很快就能得到反应器出口物料的流量和组成，与手算得到的结果完全一致。除此之外，在用AspenPlus进行物料衡算的计算过程中，在反应模块中如果把计算反应热勾选上，即可直接给出能量衡算结果，极大了节省了计算时间。学生也会对这个如此快速计算物料衡算的软件产生极大的兴趣。　　鉴于此，针对化工工艺部分的学习，我们训练的是学生如何运用流程模拟软件(AspenPlus)进行计算。让学生能够掌握常用流程模拟软件的使用方法，为其将来从事化工设计工作打下良好的基础。　　2　计算机技术在

6、化工图纸绘制中的应用　　化工设计另一重要的内容就是化工图纸(包括物料流程图、带控制点的工艺流程图、设备装配图和车间平立面布置图等)的绘制。常规教学中，这些图纸都是采用手绘或者是CAD绘制。随着科技的发展，目前又出现了一些新的更适合于化工设计过程中图纸绘制的软件，如PIDCAD，SmartPlant3D，CADartPlant3D，可以加快立体图形的绘制。这些软件可为设计者提供三维结构设计、设备布置、配管设计。在化工设计教学过程中，要求学生熟悉PIDCAD软件的应用。通过各种工艺图纸的绘制来强化学生对该绘图

7、软件的应用能力。同时，对一些有能力的学生鼓励其用CADWorx软件来做三维配管等设计。通过这些软件的学习可以让学生从一种新的不同于课本学习的角度进一步熟悉化工制图过程，而且大大加快学生的作图效率，并能更好的增加作图的规范性，提高学生的学习兴趣。　　3　计算机技术在设备选型中的应用　　化工设计中设备的选型是一项非常复杂的工作，涉及大量的计算。尤其是对于塔、换热器和反应器的设计和选型。由于在前期的化工原理课中已讲述了塔和换热器设计的过程和基本原理，并且在化工原理课程设计中已经对换热器和塔进行了徒手计算。因此，

8、在化工设计课程教学中，我们不应该再强调理论知识的掌握，而是引导学生如何把所学到的理论知识运用到实践中，重点强调应用能力。鉴于设备选型软件的快速发展，同时也为了跟上新时期化工设计的发展，我们用更多的时间是让学生学习如何使用软件进行塔和换热器的设计。近年来，随着计算机软硬件的快速发展，设备设计和选型的软件也得到了长足进展。塔设计软件包括KG-Tower，FRI，TCD以及CUP-Tower等软件。对于换热器设计软件比较流行的有美国