发布时间：2023-11-06 10:57:48
绪论：一篇引人入胜的化学工程与应用，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
电子仪器的发展，一共经历了四个重要阶段：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。前三个阶段的发展实际上是为第四阶段的发展奠定坚实的基础。第四代虚拟仪器，是通信技术、测试技术和计算机技术相结合的产物，三门学科最新技术的结晶，融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术于一体。虚拟仪器的产生是仪器发展史上一次大的革新。虚拟仪器是指将一些比较灵活高效的软件和一些性能较高的硬件结合起来，将其应用在各个领域中对各项参数进行测试和调节、控制等的一个应用性很强的平台。一般来说，完整的虚拟仪器系统中有三部分的组成结构，一部分是电子计算机，一部分是仪器软件，最后一部分是仪器硬件。在电子计算机和大型集成电路高速发展的今天，相比较传统仪器，虚拟仪器得到了飞跃发展。在基本硬件的支持下，虚拟仪器可以利用电子计算机合理的调用相应的高级软件模块来完成数据的采集、控制、分析、处理以及结果的存储和显示。与传统仪器相比，虚拟仪器具有成本低、性能高、扩展性强、开发时间短以及出色的集成这五大优势。基于此，本文对虚拟仪器的发展及在化学工程领域中的应用进行了探究，为其未来的发展提供参考依据。
二、虚拟仪器的技术支撑和特点
硬件是虚拟仪器的基础，软件是虚拟仪器的核心。计算机主要完成数据处理和结果显示。硬件接口电路主要完成被测输入信号的采集、放大、模/ 数转换。根据构成虚拟仪器的接口总线不同,主要分为基于通用接口总线gpib 的仪器系统、基于数据采集卡的虚拟仪器系统、基于vxi 总线仪器实现虚拟仪器系统、基于pxi 总线仪器实现虚拟仪器系统、基于串行口仪器的虚拟仪器系统和基于现场总线设备的虚拟仪器系统等类型。软件可定义仪器的功能图。虚拟仪器系统的软件结构从底到顶层分为仪器i/o 接口软件、驱动程序和应用软件3 个层次。
虚拟仪器作为新型的仪器种类,主要具有以下几个特点:首先，技术和接口技术,具有方便、灵活的互联性,可方便地同外设、网络及其它应用连接。其次，开放式体系结构,缩短系统开发周期。虚拟仪器开放性构成方式,使其具有灵活性和功能的可重构性,可使用户提高重复利用率,缩短系统组建时间,降低开发费用。最后，“软件就是仪器”,仪器功能由用户定义。虚拟仪器系统中,软件是整个仪器的关键,用户可以根据自己需要定义仪器的功能,通过修改软件,很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模,打破了传统仪器有厂家定义、用户无法改变的模式。
三、虚拟仪器在化学工程领域中的应用
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助客户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是ni近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。它在化学工程领域的应用有以下几方面：
虚拟仪器可以应用在化工过程控制领域中、是由化工领域中以及化学工程模拟领域中。虚拟仪器可以对化学反映系统中的各个参数进行实时的检测，还能通过参数的检测来调整和控制各项参数，以更好地确保化学反应的正常进行。在化工过程控制领域中的应用有很多，例如，东南大学的王晓等人通过基于labview开发平台的虚拟仪器开发了换热器试验装置测控系统，这个系统有很多功能，包括对各项参数的检测、记录，同时还能对这些参数进行分析和调节，基于此，应该加强对该系统的研究和推广，使其在更多的领域得到应用。石油化工领域中也经常需要运用到虚拟仪器，通常是将计算机技术和虚拟仪器结合在一起进行应用。在这方面的应用实例有：通过虚拟仪器，对石油管道的压力进行监测，来判断石油管道在运行过程中会否出现泄漏现象。化学工程模拟，实际上是通过建立化工过程的一系列数学模型，然后根据标准的条件要求以及各项参数，利用计算机，对这些模型进行计算，并根据计算的结构模拟出整个化工过程中所发生的行为。在化工领域中，如果要使用一种新的仪器或者是使用一项新的工艺，需要先依靠计算机对这些仪器或者工艺进行模拟，得到一系列数据，并鉴定其可靠性。虚拟仪器在化学工程领域中的应用，使得整个过程的各项参数判断更加具体和直观，有利于判断其对于工程的影响。这方面的应用实例也有很多，例如，新疆大学的付志新等人开发出了一套基于全混流反应器的模拟系统，并且模拟计算了其中的不可逆的放热反应。
五、虚拟仪器的发展趋势和光明前景
虚拟仪器还可广泛应用于航天航空、军事工程、汽车、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗等很多需要高性能测控设备进行科学分析的场合。例如,利用虚拟仪器系统可以开发复杂的汽车驾驶室模拟仿真系统,汽车abs 传感器功能测试系统;可以测试飞机飞行过程中的噪音,进行飞机发动机测试,飞行控制系统测试;可以用于电力参数的测试,构建电力测量控制系统;可以用于开发内燃机测试系统,等等。
自从虚拟仪器出现以来，其技术也不断发展和成熟，逐渐向着图形化这一开发平台中的更强适应性、更高级别的硬件模块以及更符合标准的驱动程序等方向发展，而该平台自身的不断完善和发展也是促进虚拟仪器技术不断发展和提高的重要保证。同时，怎样缩短用户的学习时间和学习量，就能确保其进行具有强大功能虚拟仪器的使用，怎样让用户轻易地对该模拟系统中得到的结果进行判断，或者如何确保用户采用一些系统构成比较简洁的虚拟仪器来对复杂的内容进行测试，都是虚拟仪器在未来的发展中需要解决的问题。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）29-0078-02
化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程，以化学反应过程的共性规律、反应器的设计、放大和优化为主要研究对象，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，是一门实践性很强的工程学科。面向本科生的化学反应工程课程教学的目标，是使学生掌握化学反应工程基础知识，学习化学反应工程的研究方法和思路，了解化学反应工程最新进展和发展方向，提高创新思维能力。[1]笔者在长期的教学中将“方法论”作为重点，不断总结教材各章节、研究各类反应过程的共同方法，并应用于教学，对学生掌握化学反应工程的基本观点和工程方法，培养学生分析与解决工程问题的实际能力起到了很好的作用。
一、数学模型方法
工业反应器中进行的化学反应过程往往与物料的流动、混合、传质、传热、反应计量学、催化剂性能等有直接关系，浓度、温度、压力等参数影响反应结果，影响因素多，相互耦合，通常表现出很强的非线性，传统的因次分析和相似方法不能反映化学反应工程的基本规律。[2]教学中，把反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程，反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程，分别建立反应动力学模型和反应器传递模型，然后通过物料衡算和能量衡算把它们综合起来，建立反应器的数学模型，用数学模型方法来研究化学反应工程，进行反应器设计、放大与优化，比传统的经验方法能更好地反映其本质。因此，数学模型方法是化学反应工程的基本研究方法，可以通过数学模型的建立和求解去预测和模拟反应器的实际操作状况。[3]在阐明化学反应工程基本概念和原理的基础上，将各类反应器的数学模型作为讲授重点，尤其突出间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器数学模型的建立和求解方法，借此培养学生利用数学模型方法设计反应器的能力。
二、物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法
反应速率一般是由反应实际进行场所的浓度和温度决定。而工业上广泛使用的气固相催化反应器、流固相非催化反应器，气液反应器中物料温度和浓度的变化呈现非线性特点。处理的共同方法为反应器设计中物料衡算、能量衡算时，衡算范围取一个微元，在微元内物料温度和浓度的变化近似按线性关系计算。在气固相催化反应工程讨论中、以单颗粒的球形催化剂为基础，在其中距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算、能量衡算；在气液反应工程讨论中、以双膜理论为基础，在液膜中距界面x处取一厚度dx的单位面积微元液膜进行物料衡算；在流固相非催化反应工程讨论中，以收缩未反应芯模型为基础，对单个球形固体颗粒，在其固相产物层内距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算；平推流反应器、非理想流动反应器轴向混合模型的计算中，在距反应器进口L处取一厚度dL的微元管段进行物料衡算、能量衡算。这些问题的研究方法有相似性，在教学中强调相互的联系，可以加深学生对内容的理解和对反应器设计中线性化处理非线性问题方法的掌握。
三、解决复杂问题时先分解后综合的方法
影响工业反应过程的因素多，关系复杂，若直接全面分析求解，往往比较困难，不容易理解。在教学中可采用先分解后综合的方法，把复杂的问题分成若干步、先研究每一步的规律，再综合得出整体的规律。气固相催化反应工程讨论中，先分外扩散、内扩散、化学反应过程分别讨论三个过程的规律和计算公式，再综合三个过程得出单个催化剂颗粒的反应规律，再进一步综合得出整个床层的反应规律；气液反应工程讨论中，先分气液两相间的传递规律、液膜中的扩散反应规律，液相主体中的扩散反应规律，再综合得出整个气液相反应规律；流固相非催化反应工程讨论中，先分流体滞流膜扩散控制、固体产物层（或惰性残留物层）内扩散控制、化学反应控制分别讨论，再综合得出总体的规律和计算公式；讨论吸附动力学方程中，先按单组分反应物的化学吸附控制、表面化学反应控制、单组分产物的脱附控制分别讨论，再综合得出总体的吸附动力学方程。这样的教学方法，往往能使复杂的问题变得简单明了，复杂的计算过程得到简化。
四、理论推演与实验结合的方法
化学反应工程自设立以来，作为一门工程学科，其复杂性往往不仅表现在过程本身，而更表现在化学反应器复杂的几何形状及千变万化的物性，[4]因此，广泛采用理论推演和实验相结合的研究方法。通过理论推演得出轴向混合模型、多级串联全混流模型等非理想流动模型，通过实验测定实际反应器停留时间分布、计算出无因次时间方差、选择合适的非理想流动模型，利用实验数据计算出模型参数，进行实际反应器的设计；气固相催化反应内扩散影响的判别中，通过理论推演得出判据式，通过实验测定判据式的值，可判断出内扩散的影响程度；流固相非催化反应中通过理论推演得出不同过程控制时的计算公式，通过温度对总体速率的影响实验，可判别过程是化学反应控制还是扩散控制，通过流速对总体速率的影响实验，可判别过程是流体滞流膜扩散控制还是固相产物层内扩散控制，然后选择相应过程控制的公式，能使计算过程大为简化。反应动力学模型的建立更需要理论推演与实验结合，虽然可以通过理论计算确定化学反应的机理和速率，但对大多数反应体系，这类理论计算所能达到的准确程度尚不能满足工业反应过程开发和反应器设计的要求，实验研究仍然是认识反应过程动力学特征的主要途径。化学反应工程在其发展过程中已形成了一整套动力学实验测定和数据处理方法。[3]教学中，应着重强调利用幂函数型模型，双曲线型模型拟合实验数据的方法，以及它们的优缺点，使学生较好地理解和掌握反应动力学模型的建立方法。
工科院校培养的工程技术人才，不仅要有丰富的理论知识，理论还应当联系实际，具有较高的独立思考能力、发现、分析和解决实际生产问题的能力，这就要求教师不仅要对学生传授知识，更重要地是教给学生求索知识的方法和应用知识的能力。[5]长期的教学中，笔者体会到数学模型方法，物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法、解决复杂问题时先分解后综合的方法、理论推演与实验结合的方法，并在化学反应工程研究中普遍应用，将这些方法重点介绍给学生，使他们在学习中触类旁通，举一反三，取得了良好的学习效果。
参考文献：
[1]王垚等.化学反应工程教学新理念和实践探索[J].化工高等教育，2009，（2）.
[2]朱炳辰.化学反应工程（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2012.
中图分类号：G642.0 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.01.017
1 引言
目前，我国的工程教育占整个高等教育的三分之一以上，承担着培养大批创新型、应用型人才的任务。促进工程教育改革和创新，能够全面提高我国工程教育人才培养质量，培养造就创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势。沈阳理工大学应用化学专业始建于1948年，当时为表面处理专业。1993年涂装防护工艺专业成为国家教委第一批高等工程专科教学改革试点专业。1996年“金属腐蚀与防护”专业升为本科专业。2001年根据教育部专业目录调整为“应用化学”专业。其人才培养目标是：培养具有良好的科学、文化素养，能够较系统扎实地掌握并应用化学基础知识、基本理论，和基本技能，能够在涂料制造与涂装工艺、金属腐蚀与防护工程与工艺设计领域从事一定的研究，设计、开发、生产施工、监管及其它与工程相关的工作，具有较强的工程实践能力和创新能力的工程技术人才。围绕这一目标，专业进行了“实际工程为背景，涂料涂装、腐蚀与防护技术为主线，工程实践能力、创新能力培养为核心”的工程人才培养模式研究。对类似专业工程人才培养具有借鉴价值。
2 课程体系构建
按照我国工程教育专业认证标准（试行）提出的工程专业毕业生必须达到知识、能力和素质要求，基于上述人才培养模式及培养目标，构建由公共基础课、专业基础课、专业课及素质教育课构成的课程体系。
培养方案中实验学时800余学时，增加实践教学专用周达49个，从学生全面发展、可持续发展所需基本能力、专业基本能力到培养本科工程人才所需工程实践能力，创新能力，从大学一年级开始到毕业，层层递进，培养学生工程实践能力和创新能力。
3 教学内容改革及教学方法改革工程型人才培养
任何先进的教学理念都要直接通过先进的教学方法来实现。以“如何教”的思路来安排和完成知识的传播和讲授，还是以“如何学”的视角制定个性化、特色化的教学内容是教学方法改革的重要问题。改革中，教师需将“以教为中心”转到“以学生学为中心”，尊重学生个性发展，让课堂“活”起来，让学生“动”起来，使学生体现出学习的主体性、主动性和创造性。
3.1 利用课程群建设对知识点进行整合
课程群建设可利用相邻课程在时间和内容上的衔接关系压缩重复内容，减少课程学时数，并利用课程内容上的关联性相互支撑和强化。如金属的结构与性质在无机化学、结构化学、材料化学，金属学、金属腐蚀与防护及涂装工艺等多门课程中学到。改革中，要研究这个知识点在哪门课程中讲、哪门课程中不讲或简述，使学生认识到知识的完整性、关联性和必要性，提高学生应用基础知识解决专业问题的能力。
3.2 充分利用现代信息技术，更新完善教学内容
教学内容不仅包括基础知识、基础理论、成熟的技术，还要及时补充先进的生产设备、仪器、生产技术与方法。教学内容的选择以“实际工程为背景、涂料涂装、腐蚀与防护技术为主线”。要充分利用现代信息技术，借鉴国内外改革成果，收集原版外文书籍，搜索最新的文献资料，图片、制作网络电子教材；或者利用作业，论文等方式让学生查阅相关知识的实际工程背景，让学生了解科学与科技的进步。
3.3 以“实际工程为背景，涂料涂装、腐蚀与防护技术为主线”设计教学内容
结合生产生活实际、以实际工程为背景、涂料涂装、腐蚀与防护技术为主线的教学方法改革在多门课程中进行。学生在课堂上了解所学知识的应用背景，了解实际工程中可能遇到的问题，学习应用所学知识、所学技术去解决工程问题，学生了解所学有用，有动力学。
3.4 在教学中坚持以教师为主导，以学生为主体
教师在教学中以学生为主体，去设计、组织、实施和评价教学过程，为学生个性发展提供条件，创造环境，从而引导、激发学生的学习兴趣和求知欲。即重视教法，更重视学法。倡导尊重和激发学生的自主性、自觉性，因人而异，因势利导，培养学生的创新意识、自主思维和综合能力。为他们形成终身学习的能力打下良好的基础。
3.5 企业进课堂
专业连续多年实施“企业进课堂”教学改革。企业工程技术人员与教师共同备课，研究教学内容，并把企业中现存问题在课堂中讲给学生。看到国内产品与国外的差距，激发学生的责任心；问题的研究解决，提高学生应用所学知识解决生产实际问题的能力。以竞赛结课，企业工程师与教师做评委，使学生早日面对竞争，面对企业的需求。“企业进课堂”，学校突破了传统的以学校和课堂为中心的教学形式，把教学活动与生产实践紧密结合，将企业一线的工程技术人才引入课堂，使学生接触到最新最先进的生产环境，并将专业理论知识在生产实践中运用，形成了学校和企业的“双课堂”。
4 结束语
