浅谈甲醇工艺仿真软件在甲醇合成教学中的利弊及改进

摘要：本文介绍了一款常用的甲醇工艺仿真软件，探讨了该仿真软件在教学过程中的利弊，同时对现有的仿真教学提出了几点改进措施，使其与理论教学、工厂实习相协调，加强安全教育，发挥其在教学过程中的最大作用。关键词：甲醇工艺仿真软件；优点；利弊；改进中图分类号：G642.0

文献标志码：A

文章编号：1674-9324（2016）44-0266-02 甲醇合成是《基本有机化工工艺学》的重要内容，甲醇（分子式：CH3OH）又名木醇或木精，是一种透明、无色、易燃、有毒的略带酒精味易挥发的液体，能与水、乙醇、乙醚和苯等有机溶剂相混溶。另外，它还是重要的有机化工原料，主要用于制造甲醛、醋酸和硫酸二甲脂等多种有机产品，同时也是农药、医药的重要原料之一[1]。目前，伴随着社会的进步，我们对能源的需求也越来越多。而我们现代社会中所大量使用的煤，石油会对环境造成严重的污染。甲醇燃料作为一种新型清洁能源，可替代汽柴油，当作燃料使用。因此，学习甲醇的合成是非常重要的。对于甲醇合成这部分内容的学习，传统的授课方式主要是以板书或多媒体课件为主，教学手段往往只强调了理论，而忽略了其与实践的相结合。因此，在授课过程中往往难于通过实践操作向学生展示理论知识的直观应用效果，采用甲醇工艺仿真软件进行教学，学生在操作计算机进行的是现场生产的模拟操作，操作界面直现可见，生产过程动态显示，流量、温度、压力均能通过各类仪表进行监控，故能使学生的学习兴趣浓厚，增强了学生学习的动力和信心，学生学会主动对生产、技术进行思考研究，更高程度上提高了学生学习的积极性，因而学生能更快了解并掌握生产工艺的操作流程，并会严格要求自己按企业编制的标准化规程进行仿真操作。在进行仿真操作时一旦发生误操作，程序将自动报警，反应过程将停止。由此反复训练，学生可引起高度重视，减少在实际操作时犯下错误。这将提高学生安全生产的意识，减少在实际生产过程中因误操作而引发的安全事故，降低生产过程中人为引起的风险水平[2]。本文主要是根据在高校中经常使用到的甲醇工艺仿真软件，阐述其在课程中的应用，总结甲醇仿真软件的优缺点并提出一些改进意见。一、北京东方仿真甲醇工艺仿真软件该仿真系统是由北京东方仿真控制技术有限公司根据西北某化工厂甲醇项目开发的，主要包含合成和精制两个工段。（一）甲醇合成工艺仿真合成工艺仿真主要是对低压甲醇合成装置中管束型副产蒸汽合成系统的甲醇合成工段进行的，所采用的工艺为ICI公司的低压法制甲醇工艺，以仿DCS操作为主，以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据，对甲醇工艺进行仿真操作。1.合成机理。主要采用CO、CO2加压催化氢化法合成甲醇的方法，主要的反应如下：CO2+3H2？葑CH3OH+H2O+49kj/molCO+H2O？葑CO2+H2+41kj/mol两式合并后即可得出CO生成CH3OH的反应式：CO+2H2？葑CH3OH+90kj/mol2.工艺内容。主要是对甲醇的合成工段中冷态开车、正常操作、正常停车等操作过程进行学习，另外还对操作过程中出现的紧急停车、分离罐液位高或反应器温度高联锁、汽包液位低联锁、透平坏和催化剂老化等常见事故进行处理练习。（二）甲醇精制工艺仿真本工段采用四塔（3+1）精馏工艺，包括预塔、加压塔、常压塔及甲醇回收塔。预塔主要是用于除去粗甲醇中溶解的气体（CO2、CO、H2等）及低沸点组分（二甲醚、甲酸甲酯等），加压塔及常压塔的作用是除去水及高沸点杂质，同时为了多回收甲醇并减少废水中甲醇的含量，增设了甲醇回收塔。1.工艺特点。（1）热能的合理利用是四塔（3+1）精馏工艺流程的主要特点。（2）通过双效精馏的方法，将加压塔塔顶气相的冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源。（3）废热回收。2.工艺内容。主要是对甲醇精制工段中冷态开车过程、正常工况过程和正常停车过程等操作过程进行学习，并对操作过程中出现的回流控制阀阀卡、回流泵故障等常见事故进行处理练习。另外在上机过程中，教师可以完全监控学生的情况，控制和引导学生的操作，掌控每个学生当前培训的项目和内容、操作状态和进度，并可对学生操作过程进行自动化考评，监控当前所有学生的练习和考试成绩。二、甲醇工艺仿真软件的优点1.可操作性。甲醇工艺仿真软件能够通过模拟仿真真实的生产装置再现生产过程的实际操作，通过模拟开车、停车、正常运行以及发生事故时各项数据的变化，直观地看到生产过程中涉及的参数及其变化，了解工艺的正常状态、事故现象以及学习事故处理的方法，同时学生可以亲自动手，反复操作，直到操作技能达到要求，这在实验室及实际工厂中是难于实现的[3]。2.实践性。在《基本有机化工工艺学》这本书中，甲醇合成这部分内容主要介绍了甲醇的合成方法和应用，但这些基本的原理和设计无法和实际工业生产中的装置相联系。这是因为学生在通过书本和多媒体课件的学习过程中，很难对甲醇工艺设备产生实际的感官理念认识。但是甲醇工艺仿真软件会把甲醇工艺的流程、所需要的化工设备以及运行模式直观的展示到电脑屏幕上，学生可以按照操作规程进行操作，如果操作错误，还会出现爆炸，这会有利于学生规范操作每一个设备，进而更容易掌握它，真正做到实践性。3.应用性。现在的化工厂操作多数已经实现了自动控制，主要是由主控的DCS操作工，在电脑面前监看现场的工作画面完成的，因为在DCS系统上能显示现场所有工序和设备的工艺参数，比如流量、压力、温度、液位等信息，DCS操作工需要监视各种参数，保证正常生产。该甲醇工艺仿真软件就是仿DCS操作为主，学生通过在操作仿真软件的过程中，能够熟练地操作DCS系统，为以后学生就业提供优势。4.互动性。在甲醇工艺仿真过程中，教师和学生可以实现实时双向互动观察，学生在仿真过程中，教师可以在这一过程中随时监控学生的成绩以及仿真状态，实现无纸化的考核与评价，解决了考试时的作弊和试题泄露的情况。5.安全、环保性。学生在操作仿真软件的时候都是在电脑上进行操作的，不会发生人身危险，不会造成设备破坏和环境污染，因此仿真联系操作是一种最安全的实习方法。三、甲醇工艺仿真的局限性和教学上的改进1.理论和实际还需结合。甲醇工艺仿真软件虽能使学生熟练练习甲醇合成、精制的工艺流程，提高对甲醇工艺过程的运行和控制能力，加深对化工厂具体化工设备、化工操作的感性认识，进一步了解所学专业的性质，但是甲醇工艺仿真软件也有其局限性，其操作步骤仅涉及开阀、关阀、控制温度、流量等参数。学生就会机械地按照步骤开阀、关阀、调节温度等，而不去了解其中涉及的原理，不会分析解决问题，更不可能和工厂实际相结合。因此，仿真实训必须与下厂实习相结合，采用仿真实训，可适当缩短下厂实习时间。学校还需带领学生定期去化工厂进行实习，将书本中所学到的理论知识与工厂的生产实践结合起来，观察工厂实际工作的环境，了解工厂生产工艺中所使用的设备，为今后专业实习和步上工作岗位打下坚实的基础，从而达到理论与实践相结合。2.学生安全意识薄弱。学生在长期使用化工仿真软件的过程中，会降低其安全意识。因为在仿真过程中，不论出现多大的失误也不会造成现实生活中化工厂爆炸导致人亡的情况，长此以往，学生的安全意识就会降低，所以说教师必须注意在仿真的同时也要加强学生的安全教育。四、结语甲醇工艺仿真软件因其具有可操作性、实践性、应用性、互动性、安全性和环保性，使学生可以在电脑面前进行现场生产的模拟操作，增强学生学习的动力和信心，提高学生学习的积极性。但在仿真的过程中也应加强上机仿真和下厂实习相联系，加强安全教育，有利于学生工程实践能力的培养。参考文献：[1]赵建军.甲醇生产工艺[M].北京：化学工业出版社，2008.[2]李春梅.化工仿真软件在化学教学中的应用及改进[D].成都：电子科技大学，2014.[3]司红岩，候旭锋.化工仿真实训的利弊[J].河北化工，2010，（2）：67.