化學(xué)工程應(yīng)用畢業(yè)論文
化學(xué)工程應(yīng)用畢業(yè)論文
隨著科技負(fù)效應(yīng)的顯現(xiàn),工程倫理越來越受的人們的重視。化學(xué)工程有著與其他工程不同的特點(diǎn)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的化學(xué)工程應(yīng)用畢業(yè)論文，供大家參考。
化學(xué)工程應(yīng)用畢業(yè)論文篇一
《 化學(xué)工程中計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用分析 》
摘要：計(jì)算流體力學(xué)是以多種計(jì)算方程為基礎(chǔ)，在多種化學(xué)反應(yīng)設(shè)備中進(jìn)行能量、質(zhì)量和動(dòng)量的綜合計(jì)算，分析出不同守恒定律中，這些變量的主控形式和變化規(guī)律，從而優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)備，提高化學(xué)反應(yīng)中正向變化的進(jìn)行，提高熱量交換和原材料的反應(yīng)速率等。從化學(xué)工程經(jīng)濟(jì)效益的角度分析，有利于工程成本的節(jié)約，提升了經(jīng)濟(jì)回報(bào)。文章計(jì)算流體力學(xué)的基本原理進(jìn)行分析，并總結(jié)了其砸你化學(xué)工程中攪拌、熱交換、精餾塔和化學(xué)反應(yīng)工程的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué);求解;基本原理;化學(xué)工程;應(yīng)用
化學(xué)工程在我國具有較長的研究與應(yīng)用歷程，并在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時(shí)根據(jù)新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機(jī)制都是在溶液中進(jìn)行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計(jì)算流體力學(xué)的主要原理。通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。
1計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理
計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)稱CFD，是通過數(shù)值計(jì)算方法來求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量方程等流動(dòng)主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學(xué)科交叉的科目，計(jì)算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識(shí)，也要掌握計(jì)算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識(shí)，其涉及面廣。
針對(duì)計(jì)算流體力學(xué)的真實(shí)模擬，其主要目的是對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲得流體流動(dòng)的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動(dòng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)軟件，其具有對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)的功能，計(jì)算流體力學(xué)軟件操作簡(jiǎn)單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對(duì)流體進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。
2計(jì)算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實(shí)際應(yīng)用
2.1在攪拌中的應(yīng)用分析
在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動(dòng)性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算形式根本無法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴(kuò)散的特點(diǎn)，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點(diǎn)。若是依據(jù)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時(shí)效性，實(shí)驗(yàn)騙差加大。
通過對(duì)二維計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時(shí)間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進(jìn)行計(jì)算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測(cè)速儀后，已經(jīng)對(duì)三維計(jì)算形式有了較大的突破，這對(duì)于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進(jìn)的作用，但是在三維計(jì)算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。
2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析
換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計(jì)算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點(diǎn)，增加了換熱的時(shí)間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計(jì)算流量力學(xué)中，需要對(duì)溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時(shí)間變化進(jìn)行分析。通過CFD計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計(jì)算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求進(jìn)行換熱器的選擇使用。
2.3在精餾塔中的應(yīng)用
CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳質(zhì)的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動(dòng)狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對(duì)鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進(jìn)行了模擬,在塔氣相負(fù)荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。
Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對(duì)塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計(jì)算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來預(yù)測(cè)整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對(duì)每一個(gè)單元用FLUENT進(jìn)行了模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測(cè)了整塔的壓降。
Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計(jì)算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動(dòng)產(chǎn)生的壓降,為改進(jìn)填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動(dòng)也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動(dòng)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值還有一定的偏差。這是由于對(duì)于許多問題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強(qiáng)流體力學(xué)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究
在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實(shí)際的反應(yīng)中可以利用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過大，就會(huì)造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律就會(huì)異常，在利用計(jì)算流體力學(xué)的模型計(jì)算中，計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度難以獲取，在計(jì)算流體力學(xué)的實(shí)際計(jì)算中，就要借助FLUENT進(jìn)行三維建型，并利用測(cè)速反應(yīng)器進(jìn)行速度的測(cè)量，通過綜合的比較分析，利用限元法進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。可以得出不同環(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測(cè)反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場(chǎng)，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。
3結(jié)束語
計(jì)算流體力學(xué)對(duì)于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實(shí)際意義，并在經(jīng)濟(jì)效益的提高上具有重要的價(jià)值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計(jì)算流體力學(xué)中展開研究，以二維空間計(jì)算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計(jì)算，并得出了一系列的流體流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。
參考文獻(xiàn)
[1]余金偉,馮曉鋒.計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(06).
[2]舒長青,王友欣.計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的應(yīng)用[J].化工管理,2014(06).
化學(xué)工程應(yīng)用畢業(yè)論文篇二
《 能源化學(xué)工程專業(yè)化工熱力學(xué)教學(xué)思考 》
[摘要]《化工熱力學(xué)》是能源化學(xué)工程專業(yè)一門理論性和邏輯性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，文章闡述了作者在《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)過程中如何提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)本課程興趣的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)體會(huì)。通過明確教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)主線，改變傳統(tǒng)的單一的課堂教學(xué)，將課堂教學(xué)與學(xué)科動(dòng)態(tài)及工程實(shí)踐密切結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和工程意識(shí)，以滿足培養(yǎng)能源化學(xué)工程領(lǐng)域領(lǐng)軍人物的要求。
[關(guān)鍵詞]化工熱力學(xué);能源化學(xué)工程;教學(xué)實(shí)踐;教學(xué)體會(huì)
化工熱力學(xué)是化工類學(xué)生的專業(yè)必修課程之一，主要講述熱力學(xué)定律在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，包括化工過程中各種形式的能量之間相互轉(zhuǎn)換規(guī)律及過程趨近平衡的極限條件等。它是培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際化工問題思維方法的重要專業(yè)理論基礎(chǔ)課[1-3]。然而該課程的課程內(nèi)容抽象、計(jì)算繁瑣，學(xué)生感到非常難學(xué)又缺乏實(shí)際應(yīng)用，在課程學(xué)習(xí)過程中學(xué)生產(chǎn)生恐懼和厭學(xué)心理，達(dá)不到良好的教學(xué)效果，因此，我們對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行一些改革和嘗試，希望激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而更好地掌握這門課程，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。
武漢大學(xué)2013年新開設(shè)的能源化學(xué)工程專業(yè)是由1958年原武漢水利電力學(xué)院開辦的“電廠化學(xué)”專業(yè)發(fā)展而來，主要面向電力行業(yè)及高效潔凈能源領(lǐng)域(包括超臨界火電、核電、生物質(zhì)能、氫能、新型化學(xué)電源等)，培養(yǎng)掌握化學(xué)與化工基礎(chǔ)理論及能源化學(xué)專業(yè)知識(shí)和技能的未來行業(yè)發(fā)展的領(lǐng)軍人物。
目前，本專業(yè)主要有水處理、材料腐蝕與防護(hù)、化學(xué)監(jiān)督與控制、能源化學(xué)四個(gè)主要研究方向。為了適應(yīng)學(xué)校對(duì)新專業(yè)發(fā)展和一流學(xué)科建設(shè)的要求，2015年在本專業(yè)大三學(xué)生中新增設(shè)了《化工熱力學(xué)》這門化工類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，使他們?cè)?4學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)過程中理解并掌握本門課程的基本概念，并且將抽象的理論與實(shí)際的能源化學(xué)過程聯(lián)系起來是本課程的核心教學(xué)任務(wù)。本文結(jié)合我校能源化學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，淺談《化工熱力學(xué)》的教學(xué)體會(huì)，著重對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行了探索和實(shí)踐，為培養(yǎng)能源化學(xué)工程領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物奠定基礎(chǔ)。
1明確教學(xué)內(nèi)容與課程主線
結(jié)合我?！痘崃W(xué)》課程以工程應(yīng)用為中心、專業(yè)研究方向覆蓋面廣等特點(diǎn)，我們選用了朱自強(qiáng)等編著、化學(xué)工業(yè)出版社出版的《化工熱力學(xué)》作為教材[4]，同時(shí)，也鼓勵(lì)學(xué)生使用部分參考教材(《化工熱力學(xué)》，馮新等編，2008;《化工熱力學(xué)(第二版)》，陳鐘秀等編，2000;《化工熱力學(xué)導(dǎo)論(原著第七版)》，J.M.史密斯等編，劉洪來等譯，2007)[5-7]?；崃W(xué)發(fā)展時(shí)間較長，已形成較完整的知識(shí)體系，如何在54學(xué)時(shí)內(nèi)有效地把關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)教授給學(xué)生是本課程教學(xué)實(shí)踐的關(guān)鍵。
由于本專業(yè)學(xué)生在大二《物理化學(xué)》課程中已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了理想氣體相關(guān)的狀態(tài)方程及其應(yīng)用，因此在本課程教學(xué)中不再贅述，而是重點(diǎn)介紹工程實(shí)際應(yīng)用較多的二參數(shù)狀態(tài)方程、化工熱力學(xué)分析、溶液熱力學(xué)、流體相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡等。在教學(xué)實(shí)踐中，首先，詳細(xì)分析《化工熱力學(xué)》教材結(jié)構(gòu)，圍繞主線內(nèi)容合理編排知識(shí)點(diǎn);其次，建立好各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，讓學(xué)生在大腦中建立化工熱力學(xué)框架圖;最后，根據(jù)能源化學(xué)工程專業(yè)的需要，適當(dāng)刪減補(bǔ)充了教材內(nèi)容，結(jié)合學(xué)科動(dòng)態(tài)，增強(qiáng)化工熱力學(xué)的應(yīng)用能力，如燃料電池開路電壓的計(jì)算、水/二氧化碳共電解制合成氣過程中氣體組成的計(jì)算等。
2改變單一課堂教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力
化工熱力學(xué)課程設(shè)計(jì)的公式多而繁雜，學(xué)生在開始學(xué)習(xí)階段容易產(chǎn)生恐懼厭學(xué)心理，傳統(tǒng)的單一課堂教學(xué)模式具有“教師主導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)”的特點(diǎn)，與本課程“教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)”的教學(xué)目的存在較大偏差。因此，應(yīng)改變傳統(tǒng)單一課堂講授模式，充分采用“啟發(fā)式”和“參與式”相結(jié)合的教學(xué)方法。
首先，教師在課前預(yù)習(xí)階段設(shè)疑(提出問題)，促使學(xué)生思考，復(fù)習(xí)舊知識(shí)，預(yù)習(xí)新知識(shí);其次，教師在教學(xué)實(shí)踐過程中采用多媒體和板書相結(jié)合的教學(xué)方式解疑(解決問題)，并通過對(duì)例題和習(xí)題的講解加深學(xué)生對(duì)化工熱力學(xué)原理、方法和應(yīng)用的理解，同時(shí)，教學(xué)過程中應(yīng)避免陷于抽象的說教和枯燥的公式推導(dǎo)之中，重點(diǎn)講述化工熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用條件和物理意義;最后，課堂教學(xué)結(jié)束后，教師主動(dòng)與學(xué)生面對(duì)面交流答疑(探討問題)，并設(shè)置思考題讓學(xué)生查閱相關(guān)資料。通過“設(shè)疑—解疑—答疑”的漸進(jìn)式教學(xué)方法達(dá)到對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)舉一反三的目的，同時(shí)，吸引學(xué)生注意力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
3課堂教學(xué)與工程實(shí)踐密切結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點(diǎn)
化工熱力學(xué)由于理論性較強(qiáng)、基本概念多且抽象，而且本科生在學(xué)習(xí)過程中接觸科研課題及工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少，將課堂教學(xué)內(nèi)容與科研課題及工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來，建立“以應(yīng)用為中心”、“探究式”的特色教學(xué)模式，緊密聯(lián)系我校在能源化學(xué)工程領(lǐng)域(特別是超臨界火電、核電、生物質(zhì)能、氫能、新型化學(xué)電源等方面)開發(fā)利用的化學(xué)工程實(shí)際問題，把學(xué)科前沿領(lǐng)域的科研成果帶入課堂，可以使他們強(qiáng)化科研思想、激發(fā)聽課興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新能力;同時(shí)，可以讓學(xué)生獲取利用化工熱力學(xué)基本原理解決工程實(shí)際問題提供思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點(diǎn)。
4考核方式方法研究
傳統(tǒng)的期末一張考卷為準(zhǔn)的考試方式不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)，也不能全面地體現(xiàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，為了更加系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的認(rèn)識(shí)情況，我們對(duì)課程的考核方式方法進(jìn)行了改革探索。目前，課程成績(jī)總評(píng)包括平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分，其中平時(shí)成績(jī)包括學(xué)生的課堂綜合表現(xiàn)、課程預(yù)習(xí)、作業(yè)三個(gè)部分，各占10%;期末考試采用開卷方式考試，考試的題目偏重于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和其在能源化學(xué)過程中的應(yīng)用。然而由于該課程的課程內(nèi)容抽象、計(jì)算繁瑣，教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)仍有部分學(xué)生存在畏懼厭學(xué)心理，因此，在今后的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)考慮進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在課堂教學(xué)中引入分組討論，開展導(dǎo)向性的專題研究，將課程內(nèi)容與能源化學(xué)過程(特別是學(xué)科動(dòng)態(tài))相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和分工協(xié)作的能力，為學(xué)生下一步學(xué)習(xí)專業(yè)課程夯實(shí)基礎(chǔ)。
5結(jié)束語
在《化工熱力學(xué)》課程的教學(xué)實(shí)踐和嘗試中，首先要明確教學(xué)內(nèi)容與主線，打破單一的學(xué)生被動(dòng)聽講的模式，理論聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的興趣，并且在教學(xué)的過程中對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革創(chuàng)新，因材施教，為學(xué)生下一步學(xué)習(xí)更專業(yè)的能源化學(xué)工程知識(shí)和從事新能源行業(yè)工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。
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