计算机辅助设计软件在专业实践课程中的应用

化学工程是一个工程实践性很强的学科，在化学工程与工艺专业的本科生培养过程中，要始终将本科生工程实践能力的培养贯穿于本科教育的全过程［8］。随着化工专业工程教育认证的推进，实践类课程在化工专业人才培养中的要求越来越高。通过实践教学，学生应当具备较强的工程实践能力和解决复杂工程问题的能力。在各类实践课中，包括生产实习、毕业设计，要让学生结合工厂实际进行工艺过程设计、优化和设备设计等，培养学生的工程素养，计算机辅助设计软件的应用必不可少。

化工原理课程设计是在学习了化工原理基本理论知识之后的一次实践教学，旨在培养学生综合运用化工原理及先修课程的基本知识进行化工工艺设计的能力。传统的化工原理课程任务设计，一般都是要求学生对某一分离塔以及换热器进行手工计算。为了让学生适应化工设计的发展趋势，必须让学生具备与时俱进地运用计算机辅助进行设计的能力。因此，自2018年起，我们在所开设的化工原理课程的设计中，要求学生在完成分离塔和再沸器手工计算的同时，必须采用Aspen Plus软件对分离塔进行模拟计算，以及采用Aspen EDR对再沸器进行详细设计，同时采用AutoCAD对分离工艺流程图和设备装置图进行绘制。手工计算和软件计算相辅相成，手工计算为软件计算提供了理论依据，软件计算为手工计算提供了参考，有效减少了计算过程中的失误。通过该设计，学生不仅掌握了扎实的塔器和换热器设计理论，而且能熟练使用软件对塔器和换热器进行设计，有效提升了学生的化工综合设计能力。

为了提升学生利用计算机进行化工设计的能力，很多高校都开设了化工软件应用的实践课程，但也存在一些问题，如课时受限、各软件学习都只是入门级、学生综合利用各软件的机会不多等。云南大学化学科学与工程学院为化工专业学生开设了Aspen软件应用这一课程，前几年授课内容及参考教材资料与其他高校的基本一样，都只是偏重软件入门级的学习训练。学生学完该门课程后，只是掌握了Aspen Plus软件的基本操作，如物性分析、物性方法选择、流程建立，以及单元模块模拟等，大多数学生只能够对单个的单元操作进行模拟，对完整化工工艺生产流程的设计、模拟感觉难度还是很大。通过专业课程的整体改革，我们将Aspen Plus软件融入前期的化工原理、化工热力学、化工分离等理论课程的教学中，学生结合现学的理论知识及教师对软件的简单讲解，加之课后的自学，大部分学生基本掌握了软件的操作和基本应用。后期在Aspen软件应用这一课程中，则侧重以Aspen Plus软件为中心，并结合其他设计软件Aspen EDR、Aspen Energy Analyzer和CADWorx等，让学生综合利用各计算机辅助设计软件在化工过程设计中进行训练。该课程打破了传统的“教师说学生听，教师教学生做”的模式，模仿化工设计大赛的形式，采用项目化的教学法。学生分组共同完成至少两个指定的设计任务，包括工艺过程的设计、模拟、优化，关键设备的设计、车间布置和管路设计等。教师在软件使用和设计过程中给予指导，最后通过答辩的形式进行考核。通过该课程的训练，学生熟悉并掌握了化工设计过程中常用计算机辅助设计软件的使用，以及整个化工过程设计的方法步骤，为学生今后参加大学生化工设计大赛打下了良好的基础。

在其他实践课程中，如在化学工程与工艺专业实验中，根据实验的气液相平衡数据，可利用Aspen Plus或Matlab软件对二元体系的活度系数方程的参数进行回归；在反应器课程设计中，利用COMSOL Multiphysics软件从有限元方法的角度对反应器进行模拟计算及优化；在化工综合实训中，用三维设计软件CADWorx或Solidworks等对实训装置进行绘制。实践证明，将计算机辅助设计手段贯穿整个实践教学体系，学生的化工设计能力、综合运用各方面知识与技能解决工程实际问题的能力得到显著提升。