材料科学与工程专业化工原理课程设计实践探索

刘秀军 卢素敏 郭玉高 张庆印 管山

摘 要：文章针对天津工业大学（以下简称我校）材料科学与工程专业开设化工原理课程设计，从课程设计的时间、设计题目的筛选、设计过程的管理、设计质量评价以及存在的问题和成效进行了讨论，以期对兄弟院校材料科学与工程专业开设化工原理课程设计有所借鉴。

关键词：化工原理;课程设计;材料科学与工程专业

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 收稿日期：2018-11-05

作者简介：刘秀军（1963—），男，河北保定人，教授，博士，研究方向：化工教学。

根据我校材料科学与工程专业毕业生从事生产过程越来越多的现状，从2015级第6学期开始增设化工原理课程设计，经过材料学院教师和化工原理课程组教师的反复讨论，确立了两周的化工原理课程设计。目的是训练和培养学生综合运用化工原理课程及其他相关学科知识的能力。本文讨论了化工原理课程设计在我校的教学实践的初步探索。

一、设计题目的设定

化工原理课程设计的理论基础是化工原理。材料科学与工程化工原理含实验是80学时，比化学工程与工艺专业学时少，教学内容有所删减。拟选择海水淡化膜处理流体输送系统设计、精馏塔设计、气流干燥系统设计。海水淡化膜处理系统，主要是泵与管路的设计计算与布局，泵的流量、压头、管路阻力、动力的相关计算及管路和泵的选型，但只有动量或能量衡算，缺少热量衡算及物料衡算。但相应的设备结构特点，关键部件等课堂教学中并未讲透，学生难以选型。由于是第一次在材料科学与工程开设化工原理课程设计，最终还是选择了精馏塔设计，包括了动量衡算、热量衡算以及物料衡算，在机械输送设备、塔设备、塔部件、换热器在课堂教学中都进行了详细的讲解及训练。

二、设计过程的管理

（1）明确设计要求。对设计任务和过程进行分解，使学生清楚这两周要完成的目标。每个学生都有一个设计题目，从塔型、年产量、原料体系及浓度、产品纯度要求各不相同，可以使学生独立完成相关的工艺计算，避免相互拷贝。

（2）设计过程指导。设计过程中，计算方法多，经验公式繁杂，设计方案及参数一般是参考往届同学的设计书，或上网找，综合运用及化工设计能力难以提高。学生对非理想物系的一些物性参数相关计算不明白，要指导学生熟悉哪些手册可以利用。设备的选型上，不仅可以查手册，也要让学生学会通过互联网查找相关数据和标准。使设计图纸的设计规范化，对设备、管路的正确标注方法进行指导，还要指导部分没学过CAD制图的学生正确安装与使用。检查学生的进度，对学生共同的问题，集中進行讲解。

三、设计评价

由于对化工原理掌握程度、设计态度及综合能力不同，设计说明书及设计图纸的质量迥异。根据说明书的撰写是否有条理，参数来源是否合理，计算公式是否正确，术语及标识是否规范和认真，工艺流程完整程度，是否协同抄袭等进行评价。还要考查学生能不能灵活运用工程手册和实验经验数据，设备选型上是否经济合理，能否体现出良好的工程设计能力。做到对认真完成课程设计的学生与敷衍抄袭的学生公平对待。

四、存在的问题及成效

（1）理论课学时少，设计内容浮浅。在精馏分离板式塔设计中，对塔板上的流体力学计算，塔板阀孔数量、直径、排列、堰上液流高度等，教学中并没有介绍，在设计过程中，没有时间去学习更多的知识。课程设计主要集中在流程的设计、工艺设计计算、主体设备结构和附属装置选用上。

（2）设计软件应用少，在化学工程与工艺专业的化工原理课程设计，有些学校利用了 ASPEN Plus、PRO/II[1]，我校在化学工程与工艺专业也引入了利用CHEMCAD进行化工原理课程的设计。但材料科学与工程并没有化工热力学的基础，目前只能引导同学们利用EXCEL进行数据处理与绘图。

在化工原理课程设计实践中，不同学校也在探索不的教学模式[2]，取得了一定的成果。这次材料科学与工程在我校增加化工原理课程设计环节，将原来的理论基础知识和单元操作的技能，综合运用到了课程设计过程中，学生学会了查阅相关手册，熟悉了设计规范，也了解了经验公式和完整的一个工艺的设计。对设计过程有了新的了解，对辅助设备及主要设备的计算、选型以及经济性方面都有了更深的认识。

参考文献：

[1]伍 钦.应用化学专业化工原理课程设计[J].大学化学，2000（5）：17-18.

[2]张 杰，焦淑清，张瑞霞，等.在制药工程专业开展《化工原理课程设计》的教学改革研究[J].经济师，2017（7）：208.