張向宇，張云杰，白術杰，張 杰，楊 慧

(1.佳木斯大學 藥學院，黑龍江 佳木斯 154007；2.佳木斯大學 附屬第一醫(yī)院，黑龍江 佳木斯 154002)

隨著科學技術的發(fā)展和人類文明的進步，化學工業(yè)進入到高速發(fā)展時期，需要高層次的，創(chuàng)新型的和專業(yè)型的化學工程技術人才。中國石化-三井杯化工設計競賽由教育部教學指導委員會主辦，各大高?；I(yè)本科生和研究生組隊參加。學生綜合運用化工原理、化工工藝學、化工熱力學、化工機械和經(jīng)濟分析等課程的知識，設計內(nèi)容包括新的工藝流程或?qū)ΜF(xiàn)有工藝流程技術性的改進，新設備、新裝置的選擇和研發(fā)、車間布置和工廠設計等。通過參與競賽，能提高學生的創(chuàng)新能力、競爭意識、團隊協(xié)作能力和工程實踐技能[1-2]。

化工流程模擬是利用計算機技術解決化工過程的先進技術手段，以Aspen plus軟件為教學方式，常見無機有機化合物的數(shù)據(jù)庫和物性方法為基礎算法，應用于化工過程研究、開發(fā)、設計、仿真、生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化及技術改造等。通過流程模擬，實現(xiàn)對原有流程的改造和優(yōu)化，新工藝和新設備的設計，物料衡算和能量衡算的計算等?；ち鞒棠M是參加化工設計大賽的首要任務和先決條件，合理的流程設計可以減少設計工作量，提高設計工作效率；化工設計大賽的各個設計內(nèi)容又可以實現(xiàn)流程模擬的設計和優(yōu)化[3-5]。通過本文，對我院以化工設計競賽為模式對化工流程模擬教學的應用做一下總結(jié)。

1 教學內(nèi)容的調(diào)整

Aspen plus軟件包含絕大多數(shù)無機有機化合物的基本參數(shù)和一百多種物性方法，學生在短短的一個月內(nèi)完全掌握所有的化合物數(shù)據(jù)和物性方法是有困難的。根據(jù)對近五年化工設計大賽的題目、原料、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的研究，我們發(fā)現(xiàn)原料來源有兩種，煤制合成氣和石油裂解產(chǎn)物。因此我們將授課內(nèi)容(教學課程的前期)的課堂練習和課后習題都安排以合成氣和石油裂解產(chǎn)物為原料的習題，通過練習掌握相關的有機無機化合物的化學式、分子量、熔沸點和英文名稱，如氫氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和乙烯等；同時掌握常見有機化合物的同素異形體的結(jié)構(gòu)和名稱，常見的無機酸(鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸)和無機堿(純堿、燒堿、氨水)和無機鹽類的性質(zhì)，基本的無機化學反應如氧化還原、加氫脫氫、中和反應和有機化學反應如烷基化、羰基化、氯化、磺化、硝化、酯化等。通過有效的課堂練習，促使學生掌握建立化工流程模擬的基礎知識。

2 教學方法的轉(zhuǎn)變

在以往的教學方法中，教師先講授理論，再介紹模塊，學生熟悉模塊，教師再通過課堂練習和課后習題讓學生練習。為了增加學生的參與度，提高學生的學習熱情，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。我們在全國化工設計大賽本年度題目確定之后(教學課程的中后期)，提醒學生查閱資料，確定反應原料、工藝路線和產(chǎn)品，再后續(xù)的課題教學和課后習題中(物性方法、流程選型、模型分析工具、工藝流程模擬和流程收斂)，以學生設計的工藝流程為藍本，重點選擇工藝流程中的模塊、管路和設備為實例，學有余力的學生可以選修選做其他模塊練習，教師提供練習題目和參考答案。Aspen plus軟件中的單元模塊和化工原理中的單元操作原理是相同的，都是將共性的物理化學過程以模型的方式歸納出來，從而解決實際的工程應用問題。學生在單元模塊的學習中可以復習和鞏固化工原理的知識，并學習設備、管路、自動控制、環(huán)境保護和經(jīng)濟評價的內(nèi)容，從而有效利用化工過程模擬基礎課程完成本年度的全國化工設計大賽[6]。

3 在課程教學中的應用

通過化工原理、化工工藝學、化工機械等理論課程，學生能夠掌握化工傳遞過程的基礎理論和反應動力學熱力學原理，通過化工專業(yè)實驗和化工生產(chǎn)實習能有效的理解理論知識，掌握生產(chǎn)實際，培養(yǎng)學生提高工程實踐的能力。但是由于黑龍江處于高寒地區(qū)，受到地域區(qū)域和教學資源的限制，許多實驗教學項目設備陳舊，功能單一，無法準確有效讀取數(shù)據(jù)和計算結(jié)果；仿真模擬實驗受化工流程固定模式的限制，無法自主選擇設備模塊；另外由于黑龍江是煤礦大省及實習經(jīng)費的影響，生產(chǎn)實習基地主要集中煤炭化工企業(yè)，企業(yè)設備陳舊，更新速度較慢。應用Aspen plus軟件能以煤炭、石油、天然氣為化學礦物為原料；使用混合器、反應器、吸收塔、精餾塔等多種模塊設備；有效模擬動態(tài)和穩(wěn)態(tài)過 程，模擬復雜流程包括高分子聚合反應、液液傾析、反應精餾和固液氣三態(tài)混合物的分離。結(jié)合當年化工設計大賽的題目，能有效的建立化工流程模擬，指導化工實驗的設計和開展，并通過化工設計大賽促進化工實驗和化工實習的進行。在春季的課程設計中，就選用當年化工設計大賽的題目作為設計任務書，以賽代練，在完成化工設計大賽的同時完成課程設計[7]。

4 結(jié)論

化工過程模擬基礎-Aspen plus軟件課程在近年來的教學中已經(jīng)取得了良好的成果，學生多次獲得大學生化工設計大賽國家級省級獎項，也促進了其他專業(yè)課程的順利開展。在今后的教學后，我們會以化工設計競賽為教學模式，繼續(xù)發(fā)揮Aspen plus軟件創(chuàng)新性和應用性的優(yōu)勢，培養(yǎng)更好的復合型化工專業(yè)技術人才。