淺談甲醇工藝仿真軟件在甲醇合成教學(xué)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(xué)過程中的利弊，同時對現(xiàn)有的仿真教學(xué)提出了幾點改進措施，使其與理論教學(xué)、工廠實習(xí)相協(xié)調(diào)，加強安全教育，發(fā)揮其在教學(xué)過程中的最大作用。關(guān)鍵詞：甲醇工藝仿真軟件；優(yōu)點；利弊；改進中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)》的重要內(nèi)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(fā)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(chǎn)品，同時也是農(nóng)藥、醫(yī)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(xiàn)代社會中所大量使用的煤，石油會對環(huán)境造成嚴(yán)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(dāng)作燃料使用。因此，學(xué)習(xí)甲醇的合成是非常重要的。對于甲醇合成這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，傳統(tǒng)的授課方式主要是以板書或多媒體課件為主，教學(xué)手段往往只強調(diào)了理論，而忽略了其與實踐的相結(jié)合。因此，在授課過程中往往難于通過實踐操作向?qū)W生展示理論知識的直觀應(yīng)用效果，采用甲醇工藝仿真軟件進行教學(xué)，學(xué)生在操作計算機進行的是現(xiàn)場生產(chǎn)的模擬操作，操作界面直現(xiàn)可見，生產(chǎn)過程動態(tài)顯示，流量、溫度、壓力均能通過各類儀表進行監(jiān)控，故能使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和信心，學(xué)生學(xué)會主動對生產(chǎn)、技術(shù)進行思考研究，更高程度上提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，因而學(xué)生能更快了解并掌握生產(chǎn)工藝的操作流程，并會嚴(yán)格要求自己按企業(yè)編制的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)程進行仿真操作。在進行仿真操作時一旦發(fā)生誤操作，程序?qū)⒆詣訄缶?，反?yīng)過程將停止。由此反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)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(xué)生安全生產(chǎn)的意識，減少在實際生產(chǎn)過程中因誤操作而引發(fā)的安全事故，降低生產(chǎn)過程中人為引起的風(fēng)險水平[2]。本文主要是根據(jù)在高校中經(jīng)常使用到的甲醇工藝仿真軟件，闡述其在課程中的應(yīng)用，總結(jié)甲醇仿真軟件的優(yōu)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(tǒng)是由北京東方仿真控制技術(shù)有限公司根據(jù)西北某化工廠甲醇項目開發(fā)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(chǎn)蒸汽合成系統(tǒng)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(guī)程為依據(jù)，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(yīng)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(yīng)式：CO+2H2？葑CH3OH+90kj/mol2.工藝內(nèi)容。主要是對甲醇的合成工段中冷態(tài)開車、正常操作、正常停車等操作過程進行學(xué)習(xí)，另外還對操作過程中出現(xiàn)的緊急停車、分離罐液位高或反應(yīng)器溫度高聯(lián)鎖、汽包液位低聯(lián)鎖、透平壞和催化劑老化等常見事故進行處理練習(xí)。（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(yù)塔、加壓塔、常壓塔及甲醇回收塔。預(yù)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(zhì)，同時為了多回收甲醇并減少廢水中甲醇的含量，增設(shè)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(nèi)容。主要是對甲醇精制工段中冷態(tài)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(xué)習(xí)，并對操作過程中出現(xiàn)的回流控制閥閥卡、回流泵故障等常見事故進行處理練習(xí)。另外在上機過程中，教師可以完全監(jiān)控學(xué)生的情況，控制和引導(dǎo)學(xué)生的操作，掌控每個學(xué)生當(dāng)前培訓(xùn)的項目和內(nèi)容、操作狀態(tài)和進度，并可對學(xué)生操作過程進行自動化考評，監(jiān)控當(dāng)前所有學(xué)生的練習(xí)和考試成績。二、甲醇工藝仿真軟件的優(yōu)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(chǎn)裝置再現(xiàn)生產(chǎn)過程的實際操作，通過模擬開車、停車、正常運行以及發(fā)生事故時各項數(shù)據(jù)的變化，直觀地看到生產(chǎn)過程中涉及的參數(shù)及其變化，了解工藝的正常狀態(tài)、事故現(xiàn)象以及學(xué)習(xí)事故處理的方法，同時學(xué)生可以親自動手，反復(fù)操作，直到操作技能達(dá)到要求，這在實驗室及實際工廠中是難于實現(xiàn)的[3]。2.實踐性。在《基本有機化工工藝學(xué)》這本書中，甲醇合成這部分內(nèi)容主要介紹了甲醇的合成方法和應(yīng)用，但這些基本的原理和設(shè)計無法和實際工業(yè)生產(chǎn)中的裝置相聯(lián)系。這是因為學(xué)生在通過書本和多媒體課件的學(xué)習(xí)過程中，很難對甲醇工藝設(shè)備產(chǎn)生實際的感官理念認(rèn)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(shè)備以及運行模式直觀的展示到電腦屏幕上，學(xué)生可以按照操作規(guī)程進行操作，如果操作錯誤，還會出現(xiàn)爆炸，這會有利于學(xué)生規(guī)范操作每一個設(shè)備，進而更容易掌握它，真正做到實踐性。3.應(yīng)用性。現(xiàn)在的化工廠操作多數(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了自動控制，主要是由主控的DCS操作工，在電腦面前監(jiān)看現(xiàn)場的工作畫面完成的，因為在DCS系統(tǒng)上能顯示現(xiàn)場所有工序和設(shè)備的工藝參數(shù)，比如流量、壓力、溫度、液位等信息，DCS操作工需要監(jiān)視各種參數(shù)，保證正常生產(chǎn)。該甲醇工藝仿真軟件就是仿DCS操作為主，學(xué)生通過在操作仿真軟件的過程中，能夠熟練地操作DCS系統(tǒng)，為以后學(xué)生就業(yè)提供優(yōu)勢。4.互動性。在甲醇工藝仿真過程中，教師和學(xué)生可以實現(xiàn)實時雙向互動觀察，學(xué)生在仿真過程中，教師可以在這一過程中隨時監(jiān)控學(xué)生的成績以及仿真狀態(tài)，實現(xiàn)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(huán)保性。學(xué)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(fā)生人身危險，不會造成設(shè)備破壞和環(huán)境污染，因此仿真聯(lián)系操作是一種最安全的實習(xí)方法。三、甲醇工藝仿真的局限性和教學(xué)上的改進1.理論和實際還需結(jié)合。甲醇工藝仿真軟件雖能使學(xué)生熟練練習(xí)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(shè)備、化工操作的感性認(rèn)識，進一步了解所學(xué)專業(yè)的性質(zhì)，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(guān)閥、控制溫度、流量等參數(shù)。學(xué)生就會機械地按照步驟開閥、關(guān)閥、調(diào)節(jié)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(jié)合。因此，仿真實訓(xùn)必須與下廠實習(xí)相結(jié)合，采用仿真實訓(xùn)，可適當(dāng)縮短下廠實習(xí)時間。學(xué)校還需帶領(lǐng)學(xué)生定期去化工廠進行實習(xí)，將書本中所學(xué)到的理論知識與工廠的生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，觀察工廠實際工作的環(huán)境，了解工廠生產(chǎn)工藝中所使用的設(shè)備，為今后專業(yè)實習(xí)和步上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)，從而達(dá)到理論與實踐相結(jié)合。2.學(xué)生安全意識薄弱。學(xué)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(xiàn)多大的失誤也不會造成現(xiàn)實生活中化工廠爆炸導(dǎo)致人亡的情況，長此以往，學(xué)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(xué)生的安全教育。四、結(jié)語甲醇工藝仿真軟件因其具有可操作性、實踐性、應(yīng)用性、互動性、安全性和環(huán)保性，使學(xué)生可以在電腦面前進行現(xiàn)場生產(chǎn)的模擬操作，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和信心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。但在仿真的過程中也應(yīng)加強上機仿真和下廠實習(xí)相聯(lián)系，加強安全教育，有利于學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)：[1]趙建軍.甲醇生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.[2]李春梅.化工仿真軟件在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用及改進[D].成都：電子科技大學(xué)，2014.[3]司紅巖，候旭鋒.化工仿真實訓(xùn)的利弊[J].河北化工，2010，（2）：67.