全国化工设计竞赛反哺化工原理课程设计的改革

2021-04-20石志盛魏学岭杨仁春张荣莉

化工设计通讯 2021年3期

石志盛，李芳，魏学岭，杨仁春，张荣莉

（安徽工程大学化学与环境工程学院，安徽芜湖 241000）

为了多方面培养大学生的创新思维和工程技能，培养团队协作精神，增强大学生的工程设计与实践能力，全国大学生化工设计竞赛在化工协会、企业（如东华科技有限公司）及浙江大学等高校和组织的推动下成功举办十四届。该竞赛已成为国内化工类级别最高、参赛队伍最多、影响最大的比赛[1-8]。我校自2015年参加大赛以来，共获得全国化工设计大赛一等奖4次。化工设计大赛对学生团队协作能力、工程能力等的提高是显而易见的。然而，通过观察学生在决赛现场答辩阶段的表现发现，与天津大学、浙江大学等名校相比，我校学生存在对基本概念、基本原理知识掌握严重不足的问题。另一方面，工程认证要求我们经过4年的培养将大部分学生培养成合格的准工程师。显然，要求所有学生参加设计大赛是不现实的。因此，如何使竞赛学生在课程学习阶段掌握好基本知识，并且同时使所有学生获得训练以满足工程认证的要求，是值得思考的问题。化工原理课程设计是一门重要的实践课程，为了适应新工科背景下对人才的要求，课程改革迫在眉睫[9-14]。往年我校的化工原理课程设计中，一直照着老模式（教师出题—学生手算—交上报告、图纸—教师给分）进行，存在出题单一化、完全手算及手绘图纸不规范等问题。化工原理课程设计对学生能力提高有限。在上学期的化工原理课程设计教学过程中，借助化工设计大赛经验，对化工16级学生的化工原理课程设计教学过程进行了改革。

1 组队

化工原理课程设计教学过程中，首次采用组队形式。全国化工设计大赛采取5人一组，化工原理课程设计布置题目前，我们对化工16级学生也按照4～5人进行了分组。组队采用自由组合形式，每组推选出一名队长。

2 丰富选题与要求

化工原理课程设计为期两周，精馏单元设计内容丰富，既可进行精馏塔的工艺设计，还可以对主要辅助设备塔顶冷凝器和塔釜再沸器进行选型，因此选择精馏塔设计作为学生的主要设计内容。以往课程设计往往一个班一个体系，这次设计过程中改为每组学生设计一个体系，每个学生的原料处理量不同。除了要求学生上交纸质版课程设计材料外，还要求学生将塔设备工艺条件表格及条件图、冷凝器设计条件表及条件图全部按照东华工程设计院的工艺模板整理，为后期的化工设备课程设计提供标准化条件图。

3 设计过程以手工计算为主，软件为辅

以往课程设计要求学生全部手算，计算工作量大，学生也觉得枯燥。此次化工原理课程设计首次引入CUP-TOWER、ASPEN PLUS 等软件。如图1所示，考虑到主要锻炼学生对基本原理、基本概念的把握，因此要求学生对精馏过程进行一次完整的手工计算，包括从理论板计算到流体力学验算各个环节，在手算过程中同时引导学生采用ASPEN PLUS 获取物性数据，手算完毕采用CUP-TOWER 进行精馏塔核算，得到负荷性能图。最后，采用ASPEN EDR 进行塔顶冷凝器设计选型与校核以及塔底再沸器设计选型与校核。整个设计过程既采用了手算，也运用了软件技术，不仅能锻炼了学生运用基础知识解决设计问题的能力，同时增强了学生运用专业软件解决实际问题的能力，达到了较好的训练效果。

图1 精馏塔设计流程图

4 增设答辩环节

今年化工原理课程设计第一次增设答辩环节，答辩形式完全参照化工设计竞赛比赛形式，5人一组进行答辩，每个人针对课程设计的不同环节共同完成10min 的讲述，然后由指导教师依据设计内容进行提问。教师提问的问题中，部分问题来自历届全国决赛专家的提问，比如液相负荷的上限是根据什么得来的？如何控制液泛？然后指导教师根据学生的答辩表现给出答辩成绩，对应于表1中设计内容正确性和课程设计创新性两部分的成绩，共50分。

表1 化工原理课程设计成绩考核评分表

5 成绩评定

除了答辩环节所评定的50分外，成绩评定过程中还考虑了出勤（10分）、课程设计说明书内容完整性（20分）与课程设计图纸质量（20分）的分值（见表1），最后基于这几个部分获得的分值进行加和得到最终成绩。

6 实施效果

本次课程设计除了手算外，另外要求采用ASPEN PLUS获取物性数据、ASPEN EDR 换热器设计与校核、CUPTOWER 进行塔设备校核，因此，工作量比较大，但是同学们都克服困难在2周时间内完成了任务。图纸质量及学生对知识点的把握与往届相比都有所提高。存在的问题是有部分学生对软件使用掌握不好，需要依赖指导教师或者大四参加过化工设计竞赛的同学全程指导。软件学习不好本质还是化工基本原理掌握不透，因此针对学生设计过程中产生的问题在答辩环节予以记录，然后将这些问题反馈到化工原理课堂，以促进化工原理课程的教学。