材料科學與工程專業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：文章針對天津工業大學（以下簡稱我校）材料科學與工程專業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

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畢業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節，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.在制藥工程專業開展《化工原理課程設計》的教學改革研究[J].經濟師，2017（7）：208.