仿真技術在化工教學中的應用

高洪燕(濰坊科技學院)

在計算機技術不斷進步的影響下，化工仿真技術得以迅速地發展，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卻是比較滯后，有關的課程只是在為數不多的工科院校開設，因而這就難以實現院校培養創新型人才的目標。為此，創建化工仿真實驗室，促進化工技術的研究和教學，不斷地健全有關化工仿真的教學內容，就顯得非常迫切。

一、化工仿真技術概述

化工工程的教學仿真就是化工仿真技術，化工仿真技術的依據是化工過程的規律，它通過數學建立模型，是將化工過程在計算機上得以再現的技術。化工當中的操作，如生產工藝過程，使用離心泵，吸收、蒸發和換熱的過程等能夠借助化工仿真軟件加以再現，讓化工人員在逼真的環境當中掌握操作技能與理解工藝知識。化工仿真實驗室的背景是化工專業和化學專業，它是一種網絡實驗室，并且以計算機技術作為媒介，主要是實施化工見習模擬、化工仿真實驗、AutoCAD設計、實驗數據處理等的研究和教學工作。化工仿真技術實質上就是在仿真系統上通過計算機再現化工過程，對實際生活當中的控制系統環境和化工生產操作進行模仿，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，進而使學生仿佛置身其中，學習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、設備和儀器等，仿真實驗軟件當中所進行模擬的實驗設備能夠使學生更加深入地理解實驗裝置。

二、在教學實踐活動中實施化工仿真系統的必要性

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

第二，當前，院校所設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，學生在操作的過程中沒有什么心理壓力。化工生產的設備管線較多、工藝比較復雜、生產過程具有較強的連續性，倘若實施傳統意義上的化工實驗，那么就會出現一些誤操作，可能會損壞設備，甚至是發生安全事故。因此學生在操作不夠熟練的前提條件下會出現膽怯的心理，不能夠順利地進行實驗，不能夠實現較為理想的實驗教學效果。而在仿真教學當中，針對學生的誤操作，軟件能夠給予提示，不會發生安全事故。除正常的運行和開、停車外，化工仿真系統能夠讓學生或者是教師自主地設置故障，對故障現象進行模擬，以培養學生分析問題與解決問題的能力。

第四，通過化工仿真教學，能夠使學生在不進入企業的前提下，就可以觀察到化工生產的整個操作過程，學生根據教材當中的知識就可以自主性地操作，以使實踐與教材能夠統一起來，進而提高教學質量。

三、化工仿真技術在化工教學中的應用

1、化工仿真技術在儀器分析教學中的應用

化工、化學專業的必修課是儀器分析，儀器分析是測定物質的化學結構、狀態、組成與實施質量監控及科學研究的一種方式。此外，通過儀器分析，能夠明確一些復雜化學反應選擇性與收率的高低。傳統意義上的教學模式是課件的演示與教師的講解，然而課堂的教學時間是非常有限的，學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，學生缺少動手操作的機會，因而難以學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，學生能夠對儀器的內部構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，而且也能夠使學生有效地掌握這一部分儀器的特點和使用方法。當然，模擬不可以完全地代替場地的實習，學生一定要到場地親自看到復雜的工藝流程與龐大的化工設備。當前，DCS系統是一些化工企業所應用的控制系統，學生能夠迅速地掌握控制系統，很快理解與把握工藝流程，將場地參觀和仿真實習統一起來，能夠使實習取得事半功倍的效果。

2、仿真技術在化學工藝教學中的應用

化工專業的基礎課是化學工藝，主要有化工設計、儀表自動化、化工熱力學、化工基礎等學科的知識，通過學習化學工藝，學生需要根據基本的化工知識，學習基本的熱量與物料衡算方法，了解主要的設備、工藝流程、生產方法，以及化學工藝過程的原理。一般來講，教師是灌輸式地講解，讓學生對一些工藝流程進行死記硬背，這樣學生會失去學習的興趣。而化工仿真課可以有效地調動學生的學習積極性，學生能夠在DCS畫面上操作各種工藝流程，對操作參數進行隨意地更改，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、化工過程動態模擬，最后實施化工過程的優化模擬，比如過濾的操作，學生在實驗前，首先實施仿真模擬，熟悉實驗的操作步驟、動態參數和流程，再實施真實的實驗操作，以實現較為理想的效果。通過進行防真模擬再到達實習場地，能夠更加深入地理解工藝指標控制與設備裝置。

綜上所述，在化工教學中應用仿真技術，能夠調動學生的學習積極性，提高學生的動手操作能力，積極地推動學生學習和理解有關的教學內容。

[1]荊濤，鄭永杰，田景芝，仿真技術在高校化工教學中的應用[J].高師理科學刊，2006,26(4)

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