淺談甲醇工藝仿真軟件在甲醇合成教學中的利弊及改進

王瀟瀟　段秀琴　劉振民　薛永兵

摘要：本文介紹了一款常用的甲醇工藝仿真軟件，探討了該仿真軟件在教學過程中的利弊，同時對現有的仿真教學提出了幾點改進措施，使其與理論教學、工廠實習相協調，加強安全教育，發揮其在教學過程中的最大作用。關鍵詞：甲醇工藝仿真軟件；優點；利弊；改進中圖分類號：G642.0

文獻標志碼：A

文章編號：1674-9324（2016）44-0266-02 甲醇合成是《基本有機化工工藝學》的重要內容，甲醇（分子式：CH3OH）又名木醇或木精，是一種透明、無色、易燃、有毒的略帶酒精味易揮發的液體，能與水、乙醇、乙醚和苯等有機溶劑相混溶。另外，它還是重要的有機化工原料，主要用于制造甲醛、醋酸和硫酸二甲脂等多種有機產品，同時也是農藥、醫藥的重要原料之一[1]。目前，伴隨著社會的進步，我們對能源的需求也越來越多。而我們現代社會中所大量使用的煤，石油會對環境造成嚴重的污染。甲醇燃料作為一種新型清潔能源，可替代汽柴油，當作燃料使用。因此，學習甲醇的合成是非常重要的。對于甲醇合成這部分內容的學習，傳統的授課方式主要是以板書或多媒體課件為主，教學手段往往只強調了理論，而忽略了其與實踐的相結合。因此，在授課過程中往往難于通過實踐操作向學生展示理論知識的直觀應用效果，采用甲醇工藝仿真軟件進行教學，學生在操作計算機進行的是現場生產的模擬操作，操作界面直現可見，生產過程動態顯示，流量、溫度、壓力均能通過各類儀表進行監控，故能使學生的學習興趣濃厚，增強了學生學習的動力和信心，學生學會主動對生產、技術進行思考研究，更高程度上提高了學生學習的積極性，因而學生能更快了解并掌握生產工藝的操作流程，并會嚴格要求自己按企業編制的標準化規程進行仿真操作。在進行仿真操作時一旦發生誤操作，程序將自動報警，反應過程將停止。由此反復訓練，學生可引起高度重視，減少在實際操作時犯下錯誤。這將提高學生安全生產的意識，減少在實際生產過程中因誤操作而引發的安全事故，降低生產過程中人為引起的風險水平[2]。本文主要是根據在高校中經常使用到的甲醇工藝仿真軟件，闡述其在課程中的應用，總結甲醇仿真軟件的優缺點并提出一些改進意見。一、北京東方仿真甲醇工藝仿真軟件該仿真系統是由北京東方仿真控制技術有限公司根據西北某化工廠甲醇項目開發的，主要包含合成和精制兩個工段。（一）甲醇合成工藝仿真合成工藝仿真主要是對低壓甲醇合成裝置中管束型副產蒸汽合成系統的甲醇合成工段進行的，所采用的工藝為ICI公司的低壓法制甲醇工藝，以仿DCS操作為主，以化工廠提供的DCS畫面和操作規程為依據，對甲醇工藝進行仿真操作。1.合成機理。主要采用CO、CO2加壓催化氫化法合成甲醇的方法，主要的反應如下：CO2+3H2？葑CH3OH+H2O+49kj/molCO+H2O？葑CO2+H2+41kj/mol兩式合并后即可得出CO生成CH3OH的反應式：CO+2H2？葑CH3OH+90kj/mol2.工藝內容。主要是對甲醇的合成工段中冷態開車、正常操作、正常停車等操作過程進行學習，另外還對操作過程中出現的緊急停車、分離罐液位高或反應器溫度高聯鎖、汽包液位低聯鎖、透平壞和催化劑老化等常見事故進行處理練習。（二）甲醇精制工藝仿真本工段采用四塔（3+1）精餾工藝，包括預塔、加壓塔、常壓塔及甲醇回收塔。預塔主要是用于除去粗甲醇中溶解的氣體（CO2、CO、H2等）及低沸點組分（二甲醚、甲酸甲酯等），加壓塔及常壓塔的作用是除去水及高沸點雜質，同時為了多回收甲醇并減少廢水中甲醇的含量，增設了甲醇回收塔。1.工藝特點。（1）熱能的合理利用是四塔（3+1）精餾工藝流程的主要特點。（2）通過雙效精餾的方法，將加壓塔塔頂氣相的冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源。（3）廢熱回收。2.工藝內容。主要是對甲醇精制工段中冷態開車過程、正常工況過程和正常停車過程等操作過程進行學習，并對操作過程中出現的回流控制閥閥卡、回流泵故障等常見事故進行處理練習。另外在上機過程中，教師可以完全監控學生的情況，控制和引導學生的操作，掌控每個學生當前培訓的項目和內容、操作狀態和進度，并可對學生操作過程進行自動化考評，監控當前所有學生的練習和考試成績。二、甲醇工藝仿真軟件的優點1.可操作性。甲醇工藝仿真軟件能夠通過模擬仿真真實的生產裝置再現生產過程的實際操作，通過模擬開車、停車、正常運行以及發生事故時各項數據的變化，直觀地看到生產過程中涉及的參數及其變化，了解工藝的正常狀態、事故現象以及學習事故處理的方法，同時學生可以親自動手，反復操作，直到操作技能達到要求，這在實驗室及實際工廠中是難于實現的[3]。2.實踐性。在《基本有機化工工藝學》這本書中，甲醇合成這部分內容主要介紹了甲醇的合成方法和應用，但這些基本的原理和設計無法和實際工業生產中的裝置相聯系。這是因為學生在通過書本和多媒體課件的學習過程中，很難對甲醇工藝設備產生實際的感官理念認識。但是甲醇工藝仿真軟件會把甲醇工藝的流程、所需要的化工設備以及運行模式直觀的展示到電腦屏幕上，學生可以按照操作規程進行操作，如果操作錯誤，還會出現爆炸，這會有利于學生規范操作每一個設備，進而更容易掌握它，真正做到實踐性。3.應用性。現在的化工廠操作多數已經實現了自動控制，主要是由主控的DCS操作工，在電腦面前監看現場的工作畫面完成的，因為在DCS系統上能顯示現場所有工序和設備的工藝參數，比如流量、壓力、溫度、液位等信息，DCS操作工需要監視各種參數，保證正常生產。該甲醇工藝仿真軟件就是仿DCS操作為主，學生通過在操作仿真軟件的過程中，能夠熟練地操作DCS系統，為以后學生就業提供優勢。4.互動性。在甲醇工藝仿真過程中，教師和學生可以實現實時雙向互動觀察，學生在仿真過程中，教師可以在這一過程中隨時監控學生的成績以及仿真狀態，實現無紙化的考核與評價，解決了考試時的作弊和試題泄露的情況。5.安全、環保性。學生在操作仿真軟件的時候都是在電腦上進行操作的，不會發生人身危險，不會造成設備破壞和環境污染，因此仿真聯系操作是一種最安全的實習方法。三、甲醇工藝仿真的局限性和教學上的改進1.理論和實際還需結合。甲醇工藝仿真軟件雖能使學生熟練練習甲醇合成、精制的工藝流程，提高對甲醇工藝過程的運行和控制能力，加深對化工廠具體化工設備、化工操作的感性認識，進一步了解所學專業的性質，但是甲醇工藝仿真軟件也有其局限性，其操作步驟僅涉及開閥、關閥、控制溫度、流量等參數。學生就會機械地按照步驟開閥、關閥、調節溫度等，而不去了解其中涉及的原理，不會分析解決問題，更不可能和工廠實際相結合。因此，仿真實訓必須與下廠實習相結合，采用仿真實訓，可適當縮短下廠實習時間。學校還需帶領學生定期去化工廠進行實習，將書本中所學到的理論知識與工廠的生產實踐結合起來，觀察工廠實際工作的環境，了解工廠生產工藝中所使用的設備，為今后專業實習和步上工作崗位打下堅實的基礎，從而達到理論與實踐相結合。2.學生安全意識薄弱。學生在長期使用化工仿真軟件的過程中，會降低其安全意識。因為在仿真過程中，不論出現多大的失誤也不會造成現實生活中化工廠爆炸導致人亡的情況，長此以往，學生的安全意識就會降低，所以說教師必須注意在仿真的同時也要加強學生的安全教育。四、結語甲醇工藝仿真軟件因其具有可操作性、實踐性、應用性、互動性、安全性和環保性，使學生可以在電腦面前進行現場生產的模擬操作，增強學生學習的動力和信心，提高學生學習的積極性。但在仿真的過程中也應加強上機仿真和下廠實習相聯系，加強安全教育，有利于學生工程實踐能力的培養。參考文獻：[1]趙建軍.甲醇生產工藝[M].北京：化學工業出版社，2008.[2]李春梅.化工仿真軟件在化學教學中的應用及改進[D].成都：電子科技大學，2014.[3]司紅巖，候旭鋒.化工仿真實訓的利弊[J].河北化工，2010，（2）：67.