雙塔精餾實訓裝置的開發與教學應用

何灝彥

（湖南省化工職業技術學院化工系，湖南株洲 412004）

0 引 言

《化工單元操作》（又名《化工原理》）是一門所有化工類及相關專業學生必修的專業技術課，其主要內容是以化工生產中的物理加工過程為背景，依據操作原理的共性，分為若干單元操作過程，如精餾、吸收、傳熱等，以便于學習各單元操作的基本原理、基本計算、典型設備及生產中的操作控制方法。

精餾是化工生產中液體混合物分離的常用方法，技術成熟，應用廣泛。“精餾實訓”可讓學生掌握精餾的操作使用方法，了解影響精餾過程的因素，并完成指定的生產任務。

職業教育的目標是培養具有較強實際動手能力和良好職業素質的技能型人才，而實訓是培養這種能力和素質的關鍵環節。我們根據高職教育的特點和要求，按照 “工作過程系統化”課程開發方法，依照 “先進性、實用性、工程性、多樣性、可行性”的原則，開發了雙塔 （板式塔、填料塔）精餾的實訓裝置，并以此為紐帶設計教學過程。

1 裝置功能

1.1 能夠完整體現工業化精餾分離過程

（1）能滿足工藝類、機械類及過程控制類專業學生認識實習要求；

（2）能了解化工生產裝置的設計、安裝、安全運行、工藝控制、風險預防方面的基礎知識，知曉化工生產過程的嚴肅性和生產操作人員所擔負的責任；

（3）能了解化工裝置的設備清洗、故障判斷和緊急情況的處理等方法，能進行裝置開、停車、運行等操作演練，能工業化加工生產真實的化工產品。

1.2 工藝實訓

（1）能考查溫度、壓力、進料量、進料位置、進料組成、回流比等對精餾分離過程的影響；

（2）能測定全回流和不同回流比條件下，板式精餾塔的理論塔板數Nt和填料精餾塔的等板高度HETP；

（3）除能夠進行常規連續精餾操作和間歇精餾操作外，還能夠進行單塔操作、串聯操作、組合操作及常壓操作、真空操作。

1.3 化工機械實訓

（1）能夠進行化工典型設備的安裝、檢修及設計實訓；

（2）能夠進行設備的平面、立面布置及相關繪圖實訓。

1.4 化工過程控制實訓

（1）具有系統信號聯鎖保護功能，系統可及時報警并自動安全停車；

（2）能反映精餾塔、換熱器、泵等典型工藝設備的控制原理與方案，能感知檢測傳感裝置及其安裝、選型方法；

（3）能手動控制主要設備的啟、停，或由DCS操作、控制并顯示運行狀態。

1.5 生產性實訓

（1）能考查由精餾分離過程組成的典型化工系統的運行；

（2）能考查系統中各點壓力、物料及能量的平衡問題；

（3）能考查各主要操作因素改變對生產系統的影響；

（4）能夠正常、安全、長周期運行，滿足連續操作要求。

2 裝置特點

（1）可進行板式精餾塔和填料精餾塔的性能、功效對比；

（2）可進行工業化生產，操作方式多樣（串聯或并聯、連續或間歇）；

（3）具備手動和DCS自動控制；

（4）采用循環冷卻水，殘液預熱料液，大大節約實訓時水電的耗用量；

（5）采用動畫、錄像等多媒體手段，實現設備結構、工作原理及操作過程的展示與講解，做到實物操作與仿真培訓相結合。

3 裝置在教學中的應用

3.1 教學設計

根據職業崗位的技能需求，以專業知識和技術應用能力、自主學習能力、創新能力及綜合職業素質培養為教學目標，以酒精—水溶液或醋酸—水溶液為生產對象，按照 “工作過程系統化”課程開發方法，遵循 “行為導向”、“因材施教”原則，將 《化工原理》、《化工裝備》、《電器與儀表》等課程的相關知識有機融合（精簡理論，注重生產實用），以雙塔精餾實訓裝置為紐帶進行理（論）實（踐）一體化、 “教、學、做、訓、評”相結合的 “精餾模塊”的教學設計，見表1。

表1 “精餾模塊”的教學設計表

教學中注重營造化工工業化生產的真實工作情境，以真實工作任務為項目組織教學，注重教學過程的趣味性、直觀性、激勵性；采用開放式、互動式教學，充分發揮學生的主體作用，引導、督促學生自主學習，激發學生學習的積極性；讓學生自主設計、策劃、完成并評價整個操作過程，將形成性評價與終結性評價相結合；讓學生通過獲取技術信息、設計生產方案、制定操作規程、真實操作等完整生產實踐過程，來掌握技能、獲得知識，積累經驗和培養職業素質。

3.2 操作任務

（1）根據生產任務進行最小回流比的計算，再根據現場情況選擇適宜的回流比；

（2）簡要敘述精餾操作中氣—液相流程，指出精餾塔塔板、導流管、塔釜再沸器、塔頂全凝器等主要裝置的結構及作用，了解傳質與傳熱過程；

（3）獨立地進行精餾崗位開、停車工藝操作（包括開車前的準備、電源的接通、冷卻水量的控制、加熱溫度的控制等）；

（4）進行全回流操作，通過觀測儀表對全回流操作的穩定性作出正確的判斷；

（5）進行部分回流操作，通過觀測儀表對部分回流操作的穩定性作出正確的判斷，按照生產要求達到規定的產量指標和質量指標；

（6）及時掌握設備的運行情況，隨時發現、正確判斷、及時處理各種異常現象，能進行緊急停車操作；

（7）正確使用設備、儀表，及時進行設備、儀器、儀表的維護與保養；

（8）培養應用現代信息技術的管理能力，采用DCS集散控制系統，應用計算機對現場數據進行采集、監控和處理；

（9）正確填寫生產記錄，及時分析、處理工藝數據；

（10）了解、掌握工業現場的生產安全知識；

（11）了解節能降耗的途徑和方法，提高設備的生產效率。

4 結 語

通過上述基于工作過程的雙塔精餾的開發與教學應用，創設了真實的學習情境，實現了理實一體化的教學，進行了 “教、學、做、訓、評”

相結合的教學方法的改革創新，做到了現代信息技術和控制技術在教學中的應用，培養了學生的操作技能，提高了學生的職業素質，提高了課程的教學水平與教學質量，促進了化工類專業的建設和發展，取得了較滿意的效果。

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