材料科學(xué)與工程專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐探索

劉秀軍 盧素敏 郭玉高 張慶印 管山

摘 要：文章針對天津工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)，從課程設(shè)計(jì)的時(shí)間、設(shè)計(jì)題目的篩選、設(shè)計(jì)過程的管理、設(shè)計(jì)質(zhì)量評價(jià)以及存在的問題和成效進(jìn)行了討論，以期對兄弟院校材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)有所借鑒。

關(guān)鍵詞：化工原理;課程設(shè)計(jì);材料科學(xué)與工程專業(yè)

中圖分類號：G642.0?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?收稿日期：2018-11-05

作者簡介：劉秀軍（1963—），男，河北保定人，教授，博士，研究方向：化工教學(xué)。

根據(jù)我校材料科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)生從事生產(chǎn)過程越來越多的現(xiàn)狀，從2015級第6學(xué)期開始增設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過材料學(xué)院教師和化工原理課程組教師的反復(fù)討論，確立了兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)。目的是訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用化工原理課程及其他相關(guān)學(xué)科知識的能力。本文討論了化工原理課程設(shè)計(jì)在我校的教學(xué)實(shí)踐的初步探索。

一、設(shè)計(jì)題目的設(shè)定

化工原理課程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是化工原理。材料科學(xué)與工程化工原理含實(shí)驗(yàn)是80學(xué)時(shí)，比化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)時(shí)少，教學(xué)內(nèi)容有所刪減。擬選擇海水淡化膜處理流體輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)、精餾塔設(shè)計(jì)、氣流干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)。海水淡化膜處理系統(tǒng)，主要是泵與管路的設(shè)計(jì)計(jì)算與布局，泵的流量、壓頭、管路阻力、動力的相關(guān)計(jì)算及管路和泵的選型，但只有動量或能量衡算，缺少熱量衡算及物料衡算。但相應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，關(guān)鍵部件等課堂教學(xué)中并未講透，學(xué)生難以選型。由于是第一次在材料科學(xué)與工程開設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)，最終還是選擇了精餾塔設(shè)計(jì)，包括了動量衡算、熱量衡算以及物料衡算，在機(jī)械輸送設(shè)備、塔設(shè)備、塔部件、換熱器在課堂教學(xué)中都進(jìn)行了詳細(xì)的講解及訓(xùn)練。

二、設(shè)計(jì)過程的管理

（1）明確設(shè)計(jì)要求。對設(shè)計(jì)任務(wù)和過程進(jìn)行分解，使學(xué)生清楚這兩周要完成的目標(biāo)。每個(gè)學(xué)生都有一個(gè)設(shè)計(jì)題目，從塔型、年產(chǎn)量、原料體系及濃度、產(chǎn)品純度要求各不相同，可以使學(xué)生獨(dú)立完成相關(guān)的工藝計(jì)算，避免相互拷貝。

（2）設(shè)計(jì)過程指導(dǎo)。設(shè)計(jì)過程中，計(jì)算方法多，經(jīng)驗(yàn)公式繁雜，設(shè)計(jì)方案及參數(shù)一般是參考往屆同學(xué)的設(shè)計(jì)書，或上網(wǎng)找，綜合運(yùn)用及化工設(shè)計(jì)能力難以提高。學(xué)生對非理想物系的一些物性參數(shù)相關(guān)計(jì)算不明白，要指導(dǎo)學(xué)生熟悉哪些手冊可以利用。設(shè)備的選型上，不僅可以查手冊，也要讓學(xué)生學(xué)會通過互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。使設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)規(guī)范化，對設(shè)備、管路的正確標(biāo)注方法進(jìn)行指導(dǎo)，還要指導(dǎo)部分沒學(xué)過CAD制圖的學(xué)生正確安裝與使用。檢查學(xué)生的進(jìn)度，對學(xué)生共同的問題，集中進(jìn)行講解。

三、設(shè)計(jì)評價(jià)

由于對化工原理掌握程度、設(shè)計(jì)態(tài)度及綜合能力不同，設(shè)計(jì)說明書及設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量迥異。根據(jù)說明書的撰寫是否有條理，參數(shù)來源是否合理，計(jì)算公式是否正確，術(shù)語及標(biāo)識是否規(guī)范和認(rèn)真，工藝流程完整程度，是否協(xié)同抄襲等進(jìn)行評價(jià)。還要考查學(xué)生能不能靈活運(yùn)用工程手冊和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)備選型上是否經(jīng)濟(jì)合理，能否體現(xiàn)出良好的工程設(shè)計(jì)能力。做到對認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)的學(xué)生與敷衍抄襲的學(xué)生公平對待。

四、存在的問題及成效

（1）理論課學(xué)時(shí)少，設(shè)計(jì)內(nèi)容浮淺。在精餾分離板式塔設(shè)計(jì)中，對塔板上的流體力學(xué)計(jì)算，塔板閥孔數(shù)量、直徑、排列、堰上液流高度等，教學(xué)中并沒有介紹，在設(shè)計(jì)過程中，沒有時(shí)間去學(xué)習(xí)更多的知識。課程設(shè)計(jì)主要集中在流程的設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、主體設(shè)備結(jié)構(gòu)和附屬裝置選用上。

（2）設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用少，在化學(xué)工程與工藝專業(yè)的化工原理課程設(shè)計(jì)，有些學(xué)校利用了 ASPEN Plus、PRO/II[1]，我校在化學(xué)工程與工藝專業(yè)也引入了利用CHEMCAD進(jìn)行化工原理課程的設(shè)計(jì)。但材料科學(xué)與工程并沒有化工熱力學(xué)的基礎(chǔ)，目前只能引導(dǎo)同學(xué)們利用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與繪圖。

在化工原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，不同學(xué)校也在探索不的教學(xué)模式[2]，取得了一定的成果。這次材料科學(xué)與工程在我校增加化工原理課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將原來的理論基礎(chǔ)知識和單元操作的技能，綜合運(yùn)用到了課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生學(xué)會了查閱相關(guān)手冊，熟悉了設(shè)計(jì)規(guī)范，也了解了經(jīng)驗(yàn)公式和完整的一個(gè)工藝的設(shè)計(jì)。對設(shè)計(jì)過程有了新的了解，對輔助設(shè)備及主要設(shè)備的計(jì)算、選型以及經(jīng)濟(jì)性方面都有了更深的認(rèn)識。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍 欽.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)[J].大學(xué)化學(xué)，2000（5）：17-18.

[2]張 杰，焦淑清，張瑞霞，等.在制藥工程專業(yè)開展《化工原理課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)改革研究[J].經(jīng)濟(jì)師，2017（7）：208.