材料科學與工程專業(yè)化工原理課程設計實踐探索

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（以下簡稱我校）材料科學與工程專業(yè)開設化工原理課程設計，從課程設計的時間、設計題目的篩選、設計過程的管理、設計質量評價以及存在的問題和成效進行了討論，以期對兄弟院校材料科學與工程專業(yè)開設化工原理課程設計有所借鑒。

關鍵詞：化工原理;課程設計;材料科學與工程專業(yè)

中圖分類號：G642.0?文獻標識碼：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。

根據我校材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)生從事生產過程越來越多的現狀，從2015級第6學期開始增設化工原理課程設計，經過材料學院教師和化工原理課程組教師的反復討論，確立了兩周的化工原理課程設計。目的是訓練和培養(yǎng)學生綜合運用化工原理課程及其他相關學科知識的能力。本文討論了化工原理課程設計在我校的教學實踐的初步探索。

一、設計題目的設定

化工原理課程設計的理論基礎是化工原理。材料科學與工程化工原理含實驗是80學時，比化學工程與工藝專業(yè)學時少，教學內容有所刪減。擬選擇海水淡化膜處理流體輸送系統設計、精餾塔設計、氣流干燥系統設計。海水淡化膜處理系統，主要是泵與管路的設計計算與布局，泵的流量、壓頭、管路阻力、動力的相關計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。但相應的設備結構特點，關鍵部件等課堂教學中并未講透，學生難以選型。由于是第一次在材料科學與工程開設化工原理課程設計，最終還是選擇了精餾塔設計，包括了動量衡算、熱量衡算以及物料衡算，在機械輸送設備、塔設備、塔部件、換熱器在課堂教學中都進行了詳細的講解及訓練。

二、設計過程的管理

（1）明確設計要求。對設計任務和過程進行分解，使學生清楚這兩周要完成的目標。每個學生都有一個設計題目，從塔型、年產量、原料體系及濃度、產品純度要求各不相同，可以使學生獨立完成相關的工藝計算，避免相互拷貝。

（2）設計過程指導。設計過程中，計算方法多，經驗公式繁雜，設計方案及參數一般是參考往屆同學的設計書，或上網找，綜合運用及化工設計能力難以提高。學生對非理想物系的一些物性參數相關計算不明白，要指導學生熟悉哪些手冊可以利用。設備的選型上，不僅可以查手冊，也要讓學生學會通過互聯網查找相關數據和標準。使設計圖紙的設計規(guī)范化，對設備、管路的正確標注方法進行指導，還要指導部分沒學過CAD制圖的學生正確安裝與使用。檢查學生的進度，對學生共同的問題，集中進行講解。

三、設計評價

由于對化工原理掌握程度、設計態(tài)度及綜合能力不同，設計說明書及設計圖紙的質量迥異。根據說明書的撰寫是否有條理，參數來源是否合理，計算公式是否正確，術語及標識是否規(guī)范和認真，工藝流程完整程度，是否協同抄襲等進行評價。還要考查學生能不能靈活運用工程手冊和實驗經驗數據，設備選型上是否經濟合理，能否體現出良好的工程設計能力。做到對認真完成課程設計的學生與敷衍抄襲的學生公平對待。

四、存在的問題及成效

（1）理論課學時少，設計內容浮淺。在精餾分離板式塔設計中，對塔板上的流體力學計算，塔板閥孔數量、直徑、排列、堰上液流高度等，教學中并沒有介紹，在設計過程中，沒有時間去學習更多的知識。課程設計主要集中在流程的設計、工藝設計計算、主體設備結構和附屬裝置選用上。

（2）設計軟件應用少，在化學工程與工藝專業(yè)的化工原理課程設計，有些學校利用了 ASPEN Plus、PRO/II[1]，我校在化學工程與工藝專業(yè)也引入了利用CHEMCAD進行化工原理課程的設計。但材料科學與工程并沒有化工熱力學的基礎，目前只能引導同學們利用EXCEL進行數據處理與繪圖。

在化工原理課程設計實踐中，不同學校也在探索不的教學模式[2]，取得了一定的成果。這次材料科學與工程在我校增加化工原理課程設計環(huán)節(jié)，將原來的理論基礎知識和單元操作的技能，綜合運用到了課程設計過程中，學生學會了查閱相關手冊，熟悉了設計規(guī)范，也了解了經驗公式和完整的一個工藝的設計。對設計過程有了新的了解，對輔助設備及主要設備的計算、選型以及經濟性方面都有了更深的認識。

參考文獻：

[1]伍 欽.應用化學專業(yè)化工原理課程設計[J].大學化學，2000（5）：17-18.

[2]張 杰，焦淑清，張瑞霞，等.在制藥工程專業(yè)開展《化工原理課程設計》的教學改革研究[J].經濟師，2017（7）：208.