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摘要:本文介绍了用C# .NET软件编制求解精馏塔理论板层数的可视化应用程序。并结合课堂教学,灵活应用于提高课堂教学效率的研究与探索。
关键词 :C#;精馏塔;整合;汽液相组成
由于基础薄弱、学习动力不足、教学方法陈旧等各种原因,职业学校学生对于《化工原理》这门课程的学习缺乏兴趣,造成学习效率低下,影响了学生的专业发展和全面素质的提高。现代教育技术,特别是计算机和多媒体技术的发展,为解决这个问题提供了一种可能的解决途径。下面即以精馏塔理论板层数的计算为例,阐述计算机C# .NET软件技术如何运用于《化工原理》的教学。
一、 分析求解方法,挖掘内在条件
理论板层数的求法有逐板计算法和图解法。逐板计算法是根据汽液间的平衡关系y=ax/[(a—1)x]及任一板下流的液相组成与其下一板上升的汽相组成间的关系yn=R*xn-1/(R 1) xD/ (R 1)来求解,交替地应用相平衡和物料衡算两关系,可以逐板求出离开每层理论板的汽、液相组成,直到组成接近料液为止。图解法是利用平衡曲线表示相平衡关系,以操作线代表物料衡算关系进行图解。
因为逐板计算法虽然可行但烦琐,图解法相对简单直观,所以我们在应用过程中,一般均采用图解法。然而图解法并不能让学生充分理解相邻两塔板之间的汽液相组成间的关系,逐板计算法虽抓住了其本质原理,在具体操作中却易使学生陷入烦琐的计算过程中,容易使学生丧失信心、缺乏求知欲,进一步的能力培养也就无从谈起。
为解决这一矛盾,我利用立体式教学法,用学生普遍感兴趣的计算机知识来解决此计算问题,既让学生抓住了二元连续精馏的本质,又激发了学生的求知欲和创造力,收到了良好的课堂教学效果。
二、 探究事物本质,设计解决步骤
经分析,逐板计算法交替应用了相平衡关系y=ax/[(a 1)x]及物料衡算关系 yn=R*xn-1/(R 1) xD/(R 1),并且它的截止条件为xn<=xF,这与程序语言中的循环语句极为相似,从中肯定了利用计算机简化计算的可行性。
每层塔板的汽液相组成yn与xn定义为一维数组,利用C#程序语言的do—while语句实现循环计算,直至xn<=xF时循环结束,可得精馏段理论塔板数 n-1。
主要程序实现语句如下:
While(x(n)<=x(f))
{n=n 1;
y(n)=R/(R 1)*x(n-1) xD/(R 1);
X(n)=y(n)/(a-(a-1)*y(n));
}
其他未知量如回流比R、料液组成 xf、塔顶产品组成xD属全塔物料衡算内容,均可通过简单的计算程序完成。为简化起见,可直接给出数值,其内容的学习或复习可通过其他方法予以加强。
提馏段理论板层数同理可得m-1。
三、 灵活实施应用,达成全面效果
以上所述程序的实现对于当前职高学生而言,相对有一定难度。但是我们的目的并不是教学生怎样设计程序,而是抓住学生的注意力、培养学生的创造性思维能力,所以在方法上采用了多媒体交互学习法。
用.NET设计一个漂亮的主菜单,显示一段勉励性的文字,若配有声卡的话,可附加优美的音乐,使学生在轻松愉悦的环境下获取知识。
菜单从上到下由简入深,分别为:
1. 基本知识复习
公式、字符及其含义可用Lable(标题控件)直接展示或加入适当的动态显示,并精心设计若干选择题,用TextBox (文本框控件)判断是否正确。若正确,可用即时窗口显示若干鼓励性话语,如“做得很好,请继续努力!”等,从而使学生获得成功的喜悦。
2. 全塔物料衡算
展示物料衡算公式:F=D W、F*xF=D*xD W*xw,利用Lable控件说明公式的意义,并举例进行物料衡算。例如,一精馏塔用于分离乙苯一苯乙烯混合物,进料量3 100kg/h,其中乙苯的质量分率为0.6,塔顶、底产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。求塔顶、底产品的质量流量和摩尔流量。
求解过程可在TextBox控件中完成,而且其中设有保存功能,可保存求解过程。答案输入另一TextBox控件,只要在合理范围内即认为正确,并能及时肯定其成果。学生可以即时得到鼓励,使其学习兴趣得以维持。
3. 求理论板层数
展示气液平衡关系式y=ax/1 (a-1)x、操作线方程yn=R/(R 1)*xn-1 xD/(R 1)的意义,并根据菜单 2例题,设R=2。学生在理解的基础上,调用Basic或C语言程序进行计算。针对学生不同的接受能力,在菜单3界面中设一“帮助”按钮,描述设计的思路及方法。
通过以上实践,使教师由知识的灌输者变为学习的指导者和促进者,充分地激发了学生在学习中的主动性和创造性,使教学中的认知目标、能力目标和情感目标都获得了满意的成效。
参考文献:
[1]范跃华,刘满.逆流式冷却塔热力计算的算法设计[J].
给水排水,1997(8).
[2]许为全.热质交换过程与设备[M].北京:清华大学出版
社,1999.
[3]王启山.冷却塔热力计算的数学模型[J].中国给水排
水,1996(5).
(江苏省惠山职教中心校)
关键词 :C#;精馏塔;整合;汽液相组成
由于基础薄弱、学习动力不足、教学方法陈旧等各种原因,职业学校学生对于《化工原理》这门课程的学习缺乏兴趣,造成学习效率低下,影响了学生的专业发展和全面素质的提高。现代教育技术,特别是计算机和多媒体技术的发展,为解决这个问题提供了一种可能的解决途径。下面即以精馏塔理论板层数的计算为例,阐述计算机C# .NET软件技术如何运用于《化工原理》的教学。
一、 分析求解方法,挖掘内在条件
理论板层数的求法有逐板计算法和图解法。逐板计算法是根据汽液间的平衡关系y=ax/[(a—1)x]及任一板下流的液相组成与其下一板上升的汽相组成间的关系yn=R*xn-1/(R 1) xD/ (R 1)来求解,交替地应用相平衡和物料衡算两关系,可以逐板求出离开每层理论板的汽、液相组成,直到组成接近料液为止。图解法是利用平衡曲线表示相平衡关系,以操作线代表物料衡算关系进行图解。
因为逐板计算法虽然可行但烦琐,图解法相对简单直观,所以我们在应用过程中,一般均采用图解法。然而图解法并不能让学生充分理解相邻两塔板之间的汽液相组成间的关系,逐板计算法虽抓住了其本质原理,在具体操作中却易使学生陷入烦琐的计算过程中,容易使学生丧失信心、缺乏求知欲,进一步的能力培养也就无从谈起。
为解决这一矛盾,我利用立体式教学法,用学生普遍感兴趣的计算机知识来解决此计算问题,既让学生抓住了二元连续精馏的本质,又激发了学生的求知欲和创造力,收到了良好的课堂教学效果。
二、 探究事物本质,设计解决步骤
经分析,逐板计算法交替应用了相平衡关系y=ax/[(a 1)x]及物料衡算关系 yn=R*xn-1/(R 1) xD/(R 1),并且它的截止条件为xn<=xF,这与程序语言中的循环语句极为相似,从中肯定了利用计算机简化计算的可行性。
每层塔板的汽液相组成yn与xn定义为一维数组,利用C#程序语言的do—while语句实现循环计算,直至xn<=xF时循环结束,可得精馏段理论塔板数 n-1。
主要程序实现语句如下:
While(x(n)<=x(f))
{n=n 1;
y(n)=R/(R 1)*x(n-1) xD/(R 1);
X(n)=y(n)/(a-(a-1)*y(n));
}
其他未知量如回流比R、料液组成 xf、塔顶产品组成xD属全塔物料衡算内容,均可通过简单的计算程序完成。为简化起见,可直接给出数值,其内容的学习或复习可通过其他方法予以加强。
提馏段理论板层数同理可得m-1。
三、 灵活实施应用,达成全面效果
以上所述程序的实现对于当前职高学生而言,相对有一定难度。但是我们的目的并不是教学生怎样设计程序,而是抓住学生的注意力、培养学生的创造性思维能力,所以在方法上采用了多媒体交互学习法。
用.NET设计一个漂亮的主菜单,显示一段勉励性的文字,若配有声卡的话,可附加优美的音乐,使学生在轻松愉悦的环境下获取知识。
菜单从上到下由简入深,分别为:
1. 基本知识复习
公式、字符及其含义可用Lable(标题控件)直接展示或加入适当的动态显示,并精心设计若干选择题,用TextBox (文本框控件)判断是否正确。若正确,可用即时窗口显示若干鼓励性话语,如“做得很好,请继续努力!”等,从而使学生获得成功的喜悦。
2. 全塔物料衡算
展示物料衡算公式:F=D W、F*xF=D*xD W*xw,利用Lable控件说明公式的意义,并举例进行物料衡算。例如,一精馏塔用于分离乙苯一苯乙烯混合物,进料量3 100kg/h,其中乙苯的质量分率为0.6,塔顶、底产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。求塔顶、底产品的质量流量和摩尔流量。
求解过程可在TextBox控件中完成,而且其中设有保存功能,可保存求解过程。答案输入另一TextBox控件,只要在合理范围内即认为正确,并能及时肯定其成果。学生可以即时得到鼓励,使其学习兴趣得以维持。
3. 求理论板层数
展示气液平衡关系式y=ax/1 (a-1)x、操作线方程yn=R/(R 1)*xn-1 xD/(R 1)的意义,并根据菜单 2例题,设R=2。学生在理解的基础上,调用Basic或C语言程序进行计算。针对学生不同的接受能力,在菜单3界面中设一“帮助”按钮,描述设计的思路及方法。
通过以上实践,使教师由知识的灌输者变为学习的指导者和促进者,充分地激发了学生在学习中的主动性和创造性,使教学中的认知目标、能力目标和情感目标都获得了满意的成效。
参考文献:
[1]范跃华,刘满.逆流式冷却塔热力计算的算法设计[J].
给水排水,1997(8).
[2]许为全.热质交换过程与设备[M].北京:清华大学出版
社,1999.
[3]王启山.冷却塔热力计算的数学模型[J].中国给水排
水,1996(5).
(江苏省惠山职教中心校)