淺談甲醇工藝仿真軟件在甲醇合成教學(xué)中的利弊及改進(jìn)

王瀟瀟　段秀琴　劉振民　薛永兵

摘要：本文介紹了一款常用的甲醇工藝仿真軟件，探討了該仿真軟件在教學(xué)過(guò)程中的利弊，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的仿真教學(xué)提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施，使其與理論教學(xué)、工廠實(shí)習(xí)相協(xié)調(diào)，加強(qiáng)安全教育，發(fā)揮其在教學(xué)過(guò)程中的最大作用。關(guān)鍵詞：甲醇工藝仿真軟件；優(yōu)點(diǎn)；利弊；改進(jìn)中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-9324（2016）44-0266-02 甲醇合成是《基本有機(jī)化工工藝學(xué)》的重要內(nèi)容，甲醇（分子式：CH3OH）又名木醇或木精，是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的略帶酒精味易揮發(fā)的液體，能與水、乙醇、乙醚和苯等有機(jī)溶劑相混溶。另外，它還是重要的有機(jī)化工原料，主要用于制造甲醛、醋酸和硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，同時(shí)也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一[1]。目前，伴隨著社會(huì)的進(jìn)步，我們對(duì)能源的需求也越來(lái)越多。而我們現(xiàn)代社會(huì)中所大量使用的煤，石油會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。甲醇燃料作為一種新型清潔能源，可替代汽柴油，當(dāng)作燃料使用。因此，學(xué)習(xí)甲醇的合成是非常重要的。對(duì)于甲醇合成這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的授課方式主要是以板書或多媒體課件為主，教學(xué)手段往往只強(qiáng)調(diào)了理論，而忽略了其與實(shí)踐的相結(jié)合。因此，在授課過(guò)程中往往難于通過(guò)實(shí)踐操作向?qū)W生展示理論知識(shí)的直觀應(yīng)用效果，采用甲醇工藝仿真軟件進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在操作計(jì)算機(jī)進(jìn)行的是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的模擬操作，操作界面直現(xiàn)可見(jiàn)，生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)顯示，流量、溫度、壓力均能通過(guò)各類儀表進(jìn)行監(jiān)控，故能使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和信心，學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)對(duì)生產(chǎn)、技術(shù)進(jìn)行思考研究，更高程度上提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因而學(xué)生能更快了解并掌握生產(chǎn)工藝的操作流程，并會(huì)嚴(yán)格要求自己按企業(yè)編制的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)程進(jìn)行仿真操作。在進(jìn)行仿真操作時(shí)一旦發(fā)生誤操作，程序?qū)⒆詣?dòng)報(bào)警，反應(yīng)過(guò)程將停止。由此反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)生可引起高度重視，減少在實(shí)際操作時(shí)犯下錯(cuò)誤。這將提高學(xué)生安全生產(chǎn)的意識(shí)，減少在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中因誤操作而引發(fā)的安全事故，降低生產(chǎn)過(guò)程中人為引起的風(fēng)險(xiǎn)水平[2]。本文主要是根據(jù)在高校中經(jīng)常使用到的甲醇工藝仿真軟件，闡述其在課程中的應(yīng)用，總結(jié)甲醇仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)并提出一些改進(jìn)意見(jiàn)。一、北京東方仿真甲醇工藝仿真軟件該仿真系統(tǒng)是由北京東方仿真控制技術(shù)有限公司根據(jù)西北某化工廠甲醇項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的，主要包含合成和精制兩個(gè)工段。（一）甲醇合成工藝仿真合成工藝仿真主要是對(duì)低壓甲醇合成裝置中管束型副產(chǎn)蒸汽合成系統(tǒng)的甲醇合成工段進(jìn)行的，所采用的工藝為ICI公司的低壓法制甲醇工藝，以仿DCS操作為主，以化工廠提供的DCS畫面和操作規(guī)程為依據(jù)，對(duì)甲醇工藝進(jìn)行仿真操作。1.合成機(jī)理。主要采用CO、CO2加壓催化氫化法合成甲醇的方法，主要的反應(yīng)如下：CO2+3H2？葑CH3OH+H2O+49kj/molCO+H2O？葑CO2+H2+41kj/mol兩式合并后即可得出CO生成CH3OH的反應(yīng)式：CO+2H2？葑CH3OH+90kj/mol2.工藝內(nèi)容。主要是對(duì)甲醇的合成工段中冷態(tài)開(kāi)車、正常操作、正常停車等操作過(guò)程進(jìn)行學(xué)習(xí)，另外還對(duì)操作過(guò)程中出現(xiàn)的緊急停車、分離罐液位高或反應(yīng)器溫度高聯(lián)鎖、汽包液位低聯(lián)鎖、透平壞和催化劑老化等常見(jiàn)事故進(jìn)行處理練習(xí)。（二）甲醇精制工藝仿真本工段采用四塔（3+1）精餾工藝，包括預(yù)塔、加壓塔、常壓塔及甲醇回收塔。預(yù)塔主要是用于除去粗甲醇中溶解的氣體（CO2、CO、H2等）及低沸點(diǎn)組分（二甲醚、甲酸甲酯等），加壓塔及常壓塔的作用是除去水及高沸點(diǎn)雜質(zhì)，同時(shí)為了多回收甲醇并減少?gòu)U水中甲醇的含量，增設(shè)了甲醇回收塔。1.工藝特點(diǎn)。（1）熱能的合理利用是四塔（3+1）精餾工藝流程的主要特點(diǎn)。（2）通過(guò)雙效精餾的方法，將加壓塔塔頂氣相的冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源。（3）廢熱回收。2.工藝內(nèi)容。主要是對(duì)甲醇精制工段中冷態(tài)開(kāi)車過(guò)程、正常工況過(guò)程和正常停車過(guò)程等操作過(guò)程進(jìn)行學(xué)習(xí)，并對(duì)操作過(guò)程中出現(xiàn)的回流控制閥閥卡、回流泵故障等常見(jiàn)事故進(jìn)行處理練習(xí)。另外在上機(jī)過(guò)程中，教師可以完全監(jiān)控學(xué)生的情況，控制和引導(dǎo)學(xué)生的操作，掌控每個(gè)學(xué)生當(dāng)前培訓(xùn)的項(xiàng)目和內(nèi)容、操作狀態(tài)和進(jìn)度，并可對(duì)學(xué)生操作過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化考評(píng)，監(jiān)控當(dāng)前所有學(xué)生的練習(xí)和考試成績(jī)。二、甲醇工藝仿真軟件的優(yōu)點(diǎn)1.可操作性。甲醇工藝仿真軟件能夠通過(guò)模擬仿真真實(shí)的生產(chǎn)裝置再現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際操作，通過(guò)模擬開(kāi)車、停車、正常運(yùn)行以及發(fā)生事故時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化，直觀地看到生產(chǎn)過(guò)程中涉及的參數(shù)及其變化，了解工藝的正常狀態(tài)、事故現(xiàn)象以及學(xué)習(xí)事故處理的方法，同時(shí)學(xué)生可以親自動(dòng)手，反復(fù)操作，直到操作技能達(dá)到要求，這在實(shí)驗(yàn)室及實(shí)際工廠中是難于實(shí)現(xiàn)的[3]。2.實(shí)踐性。在《基本有機(jī)化工工藝學(xué)》這本書中，甲醇合成這部分內(nèi)容主要介紹了甲醇的合成方法和應(yīng)用，但這些基本的原理和設(shè)計(jì)無(wú)法和實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的裝置相聯(lián)系。這是因?yàn)閷W(xué)生在通過(guò)書本和多媒體課件的學(xué)習(xí)過(guò)程中，很難對(duì)甲醇工藝設(shè)備產(chǎn)生實(shí)際的感官理念認(rèn)識(shí)。但是甲醇工藝仿真軟件會(huì)把甲醇工藝的流程、所需要的化工設(shè)備以及運(yùn)行模式直觀的展示到電腦屏幕上，學(xué)生可以按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，如果操作錯(cuò)誤，還會(huì)出現(xiàn)爆炸，這會(huì)有利于學(xué)生規(guī)范操作每一個(gè)設(shè)備，進(jìn)而更容易掌握它，真正做到實(shí)踐性。3.應(yīng)用性。現(xiàn)在的化工廠操作多數(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，主要是由主控的DCS操作工，在電腦面前監(jiān)看現(xiàn)場(chǎng)的工作畫面完成的，因?yàn)樵贒CS系統(tǒng)上能顯示現(xiàn)場(chǎng)所有工序和設(shè)備的工藝參數(shù)，比如流量、壓力、溫度、液位等信息，DCS操作工需要監(jiān)視各種參數(shù)，保證正常生產(chǎn)。該甲醇工藝仿真軟件就是仿DCS操作為主，學(xué)生通過(guò)在操作仿真軟件的過(guò)程中，能夠熟練地操作DCS系統(tǒng)，為以后學(xué)生就業(yè)提供優(yōu)勢(shì)。4.互動(dòng)性。在甲醇工藝仿真過(guò)程中，教師和學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向互動(dòng)觀察，學(xué)生在仿真過(guò)程中，教師可以在這一過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控學(xué)生的成績(jī)以及仿真狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化的考核與評(píng)價(jià)，解決了考試時(shí)的作弊和試題泄露的情況。5.安全、環(huán)保性。學(xué)生在操作仿真軟件的時(shí)候都是在電腦上進(jìn)行操作的，不會(huì)發(fā)生人身危險(xiǎn)，不會(huì)造成設(shè)備破壞和環(huán)境污染，因此仿真聯(lián)系操作是一種最安全的實(shí)習(xí)方法。三、甲醇工藝仿真的局限性和教學(xué)上的改進(jìn)1.理論和實(shí)際還需結(jié)合。甲醇工藝仿真軟件雖能使學(xué)生熟練練習(xí)甲醇合成、精制的工藝流程，提高對(duì)甲醇工藝過(guò)程的運(yùn)行和控制能力，加深對(duì)化工廠具體化工設(shè)備、化工操作的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解所學(xué)專業(yè)的性質(zhì)，但是甲醇工藝仿真軟件也有其局限性，其操作步驟僅涉及開(kāi)閥、關(guān)閥、控制溫度、流量等參數(shù)。學(xué)生就會(huì)機(jī)械地按照步驟開(kāi)閥、關(guān)閥、調(diào)節(jié)溫度等，而不去了解其中涉及的原理，不會(huì)分析解決問(wèn)題，更不可能和工廠實(shí)際相結(jié)合。因此，仿真實(shí)訓(xùn)必須與下廠實(shí)習(xí)相結(jié)合，采用仿真實(shí)訓(xùn)，可適當(dāng)縮短下廠實(shí)習(xí)時(shí)間。學(xué)校還需帶領(lǐng)學(xué)生定期去化工廠進(jìn)行實(shí)習(xí)，將書本中所學(xué)到的理論知識(shí)與工廠的生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，觀察工廠實(shí)際工作的環(huán)境，了解工廠生產(chǎn)工藝中所使用的設(shè)備，為今后專業(yè)實(shí)習(xí)和步上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合。2.學(xué)生安全意識(shí)薄弱。學(xué)生在長(zhǎng)期使用化工仿真軟件的過(guò)程中，會(huì)降低其安全意識(shí)。因?yàn)樵诜抡孢^(guò)程中，不論出現(xiàn)多大的失誤也不會(huì)造成現(xiàn)實(shí)生活中化工廠爆炸導(dǎo)致人亡的情況，長(zhǎng)此以往，學(xué)生的安全意識(shí)就會(huì)降低，所以說(shuō)教師必須注意在仿真的同時(shí)也要加強(qiáng)學(xué)生的安全教育。四、結(jié)語(yǔ)甲醇工藝仿真軟件因其具有可操作性、實(shí)踐性、應(yīng)用性、互動(dòng)性、安全性和環(huán)保性，使學(xué)生可以在電腦面前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的模擬操作，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和信心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。但在仿真的過(guò)程中也應(yīng)加強(qiáng)上機(jī)仿真和下廠實(shí)習(xí)相聯(lián)系，加強(qiáng)安全教育，有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)：[1]趙建軍.甲醇生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.[2]李春梅.化工仿真軟件在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及改進(jìn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2014.[3]司紅巖，候旭鋒.化工仿真實(shí)訓(xùn)的利弊[J].河北化工，2010，（2）：67.