淺談C#在精餾塔理論板層數教學中的應用

摘要:本文介紹了用C#+.NET軟件編制求解精餾塔理論板層數的可視化應用程序。并結合課堂教學，靈活應用于提高課堂教學效率的研究與探索。

關鍵詞 :C#;精餾塔;整合;汽液相組成

由于基礎薄弱、學習動力不足、教學方法陳舊等各種原因，職業學校學生對于《化工原理》這門課程的學習缺乏興趣，造成學習效率低下，影響了學生的專業發展和全面素質的提高。現代教育技術，特別是計算機和多媒體技術的發展，為解決這個問題提供了一種可能的解決途徑。下面即以精餾塔理論板層數的計算為例，闡述計算機C#+.NET軟件技術如何運用于《化工原理》的教學。

一、 分析求解方法，挖掘內在條件

理論板層數的求法有逐板計算法和圖解法。逐板計算法是根據汽液間的平衡關系y=ax/[(a—1)x]及任一板下流的液相組成與其下一板上升的汽相組成間的關系yn=R*xn-1/(R+1)+xD/ (R+1)來求解，交替地應用相平衡和物料衡算兩關系，可以逐板求出離開每層理論板的汽、液相組成，直到組成接近料液為止。圖解法是利用平衡曲線表示相平衡關系，以操作線代表物料衡算關系進行圖解。

因為逐板計算法雖然可行但煩瑣，圖解法相對簡單直觀，所以我們在應用過程中，一般均采用圖解法。然而圖解法并不能讓學生充分理解相鄰兩塔板之間的汽液相組成間的關系，逐板計算法雖抓住了其本質原理，在具體操作中卻易使學生陷入煩瑣的計算過程中，容易使學生喪失信心、缺乏求知欲，進一步的能力培養也就無從談起。

為解決這一矛盾，我利用立體式教學法，用學生普遍感興趣的計算機知識來解決此計算問題，既讓學生抓住了二元連續精餾的本質，又激發了學生的求知欲和創造力，收到了良好的課堂教學效果。

二、 探究事物本質，設計解決步驟

經分析，逐板計算法交替應用了相平衡關系y=ax/[(a+1)x]及物料衡算關系 yn=R*xn-1/(R+1)+xD/(R+1)，并且它的截止條件為xn<=xF，這與程序語言中的循環語句極為相似，從中肯定了利用計算機簡化計算的可行性。

每層塔板的汽液相組成yn與xn定義為一維數組，利用C#程序語言的do—while語句實現循環計算，直至xn<=xF時循環結束，可得精餾段理論塔板數 n-1。

主要程序實現語句如下:

While(x(n)<=x(f))

{n=n+1;

y(n)=R/(R+1)*x(n-1)+xD/(R+1);

X(n)=y(n)/(a-(a-1)*y(n));

}

其他未知量如回流比R、料液組成 xf、塔頂產品組成xD屬全塔物料衡算內容，均可通過簡單的計算程序完成。為簡化起見，可直接給出數值，其內容的學習或復習可通過其他方法予以加強。

提餾段理論板層數同理可得m-1。

三、 靈活實施應用，達成全面效果

以上所述程序的實現對于當前職高學生而言，相對有一定難度。但是我們的目的并不是教學生怎樣設計程序，而是抓住學生的注意力、培養學生的創造性思維能力，所以在方法上采用了多媒體交互學習法。

用.NET設計一個漂亮的主菜單，顯示一段勉勵性的文字，若配有聲卡的話，可附加優美的音樂，使學生在輕松愉悅的環境下獲取知識。

菜單從上到下由簡入深，分別為:

1. 基本知識復習

公式、字符及其含義可用Lable(標題控件)直接展示或加入適當的動態顯示，并精心設計若干選擇題，用TextBox (文本框控件)判斷是否正確。若正確，可用即時窗口顯示若干鼓勵性話語，如“做得很好，請繼續努力!”等，從而使學生獲得成功的喜悅。

2. 全塔物料衡算

展示物料衡算公式:F=D+W、F*xF=D*xD+W*xw，利用Lable控件說明公式的意義，并舉例進行物料衡算。例如，一精餾塔用于分離乙苯一苯乙烯混合物，進料量3 100kg/h，其中乙苯的質量分率為0.6，塔頂、底產品中乙苯的質量分率分別要求為0.95、0.25。求塔頂、底產品的質量流量和摩爾流量。

求解過程可在TextBox控件中完成，而且其中設有保存功能，可保存求解過程。答案輸入另一TextBox控件，只要在合理范圍內即認為正確，并能及時肯定其成果。學生可以即時得到鼓勵，使其學習興趣得以維持。

3. 求理論板層數

展示氣液平衡關系式y=ax/1+(a-1)x、操作線方程yn=R/(R+1)*xn-1+xD/(R+1)的意義，并根據菜單 2例題，設R=2。學生在理解的基礎上，調用Basic或C語言程序進行計算。針對學生不同的接受能力，在菜單3界面中設一“幫助”按鈕，描述設計的思路及方法。

通過以上實踐，使教師由知識的灌輸者變為學習的指導者和促進者，充分地激發了學生在學習中的主動性和創造性，使教學中的認知目標、能力目標和情感目標都獲得了滿意的成效。

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(江蘇省惠山職教中心校)