高洪燕(濰坊科技學(xué)院)

在計算機技術(shù)不斷進步的影響下，化工仿真技術(shù)得以迅速地發(fā)展，化工仿真軟件也日益成熟。可是，我國一些院校的化工仿真研究和教學(xué)卻是比較滯后，有關(guān)的課程只是在為數(shù)不多的工科院校開設(shè)，因而這就難以實現(xiàn)院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。為此，創(chuàng)建化工仿真實驗室，促進化工技術(shù)的研究和教學(xué)，不斷地健全有關(guān)化工仿真的教學(xué)內(nèi)容，就顯得非常迫切。

一、化工仿真技術(shù)概述

化工工程的教學(xué)仿真就是化工仿真技術(shù)，化工仿真技術(shù)的依據(jù)是化工過程的規(guī)律，它通過數(shù)學(xué)建立模型，是將化工過程在計算機上得以再現(xiàn)的技術(shù)?；ぎ?dāng)中的操作，如生產(chǎn)工藝過程，使用離心泵，吸收、蒸發(fā)和換熱的過程等能夠借助化工仿真軟件加以再現(xiàn)，讓化工人員在逼真的環(huán)境當(dāng)中掌握操作技能與理解工藝知識?；し抡鎸嶒炇业谋尘笆腔I(yè)和化學(xué)專業(yè)，它是一種網(wǎng)絡(luò)實驗室，并且以計算機技術(shù)作為媒介，主要是實施化工見習(xí)模擬、化工仿真實驗、AutoCAD設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)處理等的研究和教學(xué)工作?；し抡婕夹g(shù)實質(zhì)上就是在仿真系統(tǒng)上通過計算機再現(xiàn)化工過程，對實際生活當(dāng)中的控制系統(tǒng)環(huán)境和化工生產(chǎn)操作進行模仿，且以此作為前提條件實施事故處理、緊急停車、正常運行、正常停車和正常開車等過程，進而使學(xué)生仿佛置身其中，學(xué)習(xí)化工過程的具體操作，仿真實驗軟件能夠在計算機上模擬運行儀表、設(shè)備和儀器等，仿真實驗軟件當(dāng)中所進行模擬的實驗設(shè)備能夠使學(xué)生更加深入地理解實驗裝置。

二、在教學(xué)實踐活動中實施化工仿真系統(tǒng)的必要性

第一，一部分院校的實驗經(jīng)費是非常有限的，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力。而通過仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，有效地解決了實驗經(jīng)費遠遠不夠與學(xué)生不能夠動手操作的問題。

第二，當(dāng)前，院校所設(shè)置的實驗課程的形式是分組實驗，這會受到師資、實驗裝置、課時和場地的影響，學(xué)生難以自主地完成實驗，致使實驗課程形式化，而實施仿真實驗教學(xué)能夠有效地解決這一問題。

第三，由于是仿真性的操作，因此可靠性和安全性是比較大的，學(xué)生在操作的過程中沒有什么心理壓力?；どa(chǎn)的設(shè)備管線較多、工藝比較復(fù)雜、生產(chǎn)過程具有較強的連續(xù)性，倘若實施傳統(tǒng)意義上的化工實驗，那么就會出現(xiàn)一些誤操作，可能會損壞設(shè)備，甚至是發(fā)生安全事故。因此學(xué)生在操作不夠熟練的前提條件下會出現(xiàn)膽怯的心理，不能夠順利地進行實驗，不能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的實驗教學(xué)效果。而在仿真教學(xué)當(dāng)中，針對學(xué)生的誤操作，軟件能夠給予提示，不會發(fā)生安全事故。除正常的運行和開、停車外，化工仿真系統(tǒng)能夠讓學(xué)生或者是教師自主地設(shè)置故障，對故障現(xiàn)象進行模擬，以培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力。

第四，通過化工仿真教學(xué)，能夠使學(xué)生在不進入企業(yè)的前提下，就可以觀察到化工生產(chǎn)的整個操作過程，學(xué)生根據(jù)教材當(dāng)中的知識就可以自主性地操作，以使實踐與教材能夠統(tǒng)一起來，進而提高教學(xué)質(zhì)量。

三、化工仿真技術(shù)在化工教學(xué)中的應(yīng)用

1、化工仿真技術(shù)在儀器分析教學(xué)中的應(yīng)用

化工、化學(xué)專業(yè)的必修課是儀器分析，儀器分析是測定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、組成與實施質(zhì)量監(jiān)控及科學(xué)研究的一種方式。此外，通過儀器分析，能夠明確一些復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)選擇性與收率的高低。傳統(tǒng)意義上的教學(xué)模式是課件的演示與教師的講解，然而課堂的教學(xué)時間是非常有限的，學(xué)生難以記憶與理解儀器的操作方法及其原理，特別是針對一部分精密儀器，像熒光分析儀、紅外光譜儀、紫外分析儀等，學(xué)生缺少動手操作的機會，因而難以學(xué)會這些儀器的使用方法和工作原理。通過儀器分析仿真系統(tǒng)，學(xué)生能夠?qū)x器的內(nèi)部構(gòu)造有一個清晰地了解，將儀器操作的整個過程進行模擬，這不但方便了教師的教授，而且也能夠使學(xué)生有效地掌握這一部分儀器的特點和使用方法。當(dāng)然，模擬不可以完全地代替場地的實習(xí)，學(xué)生一定要到場地親自看到復(fù)雜的工藝流程與龐大的化工設(shè)備。當(dāng)前，DCS系統(tǒng)是一些化工企業(yè)所應(yīng)用的控制系統(tǒng)，學(xué)生能夠迅速地掌握控制系統(tǒng)，很快理解與把握工藝流程，將場地參觀和仿真實習(xí)統(tǒng)一起來，能夠使實習(xí)取得事半功倍的效果。

2、仿真技術(shù)在化學(xué)工藝教學(xué)中的應(yīng)用

化工專業(yè)的基礎(chǔ)課是化學(xué)工藝，主要有化工設(shè)計、儀表自動化、化工熱力學(xué)、化工基礎(chǔ)等學(xué)科的知識，通過學(xué)習(xí)化學(xué)工藝，學(xué)生需要根據(jù)基本的化工知識，學(xué)習(xí)基本的熱量與物料衡算方法，了解主要的設(shè)備、工藝流程、生產(chǎn)方法，以及化學(xué)工藝過程的原理。一般來講，教師是灌輸式地講解，讓學(xué)生對一些工藝流程進行死記硬背，這樣學(xué)生會失去學(xué)習(xí)的興趣。而化工仿真課可以有效地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生能夠在DCS畫面上操作各種工藝流程，對操作參數(shù)進行隨意地更改，以探究最為理想的工藝條件與工藝路線。為了使仿真效果更加理想，學(xué)生可以起始于基本的化工單元操作，通過化工過程先進控制、化工過程動態(tài)模擬，最后實施化工過程的優(yōu)化模擬，比如過濾的操作，學(xué)生在實驗前，首先實施仿真模擬，熟悉實驗的操作步驟、動態(tài)參數(shù)和流程，再實施真實的實驗操作，以實現(xiàn)較為理想的效果。通過進行防真模擬再到達實習(xí)場地，能夠更加深入地理解工藝指標(biāo)控制與設(shè)備裝置。

綜上所述，在化工教學(xué)中應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的動手操作能力，積極地推動學(xué)生學(xué)習(xí)和理解有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。

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