化学化工学院化工虚拟仿真实验教学中心

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项目简介

学校名称:        新乡学院

项目名称:        煤制甲醇及烯烃半实物仿真实训

所属课程名称:    化工工艺过程仿真实训

所属专业代码:    081301

项目负责人:       陈改荣

项目负责人电话:  13937381166

有效链接网址:    hgxnfzzx.xxu.edu.cn

1.实验教学项目教学服务团队情况

项目负责人情况

姓 名

陈改荣

性别

出生年月

196211

学 历

本科

学位

硕士

电话

0373-3682674

专业技

术职务

二级教授

行政

职务

院长

手机

13937381166

院系

化学化工学院

电子邮箱

xxcgr@163.com

地址

新乡市红旗区金穗大道191

邮编

453000

实验教学项目教学服务团队情况

团队主要成员(5人以内)

序号

姓名

所在单位

专业技术职务

行政职务

承担任务

备注

1

苗  郁

新乡学院

副教授

实验室主任

平台建设

2

张  伟

新乡学院

副教授

实验指导

3

王艳博

新乡学院

副教授

副院长

平台建设

4

原平方

新乡学院

讲师

教研室主任

实验指导

5

刘振锋

新乡学院

讲师

实验指导

团队其他成员

序号

姓名

所在单位

专业技术职务

行政职务

承担任务

备注

1

徐绍红

新乡学院

教授

副院长

实验指导

2

陈国胜

新乡学院

副教授

平台建设

3

李伟伟

新乡学院

讲师

实验指导

4

王  辉

新乡学院

讲师

在线服务

5

陈可可

新乡学院

讲师

实验指导

6

张晨阳

新乡学院

讲师

教研室主任

在线服务

7

李鹏发

新乡学院

讲师

在线服务

8

顾浩然

新乡学院

助理实验师

在线服务

9

李红玲

新乡学院

讲师

实验指导

10

王晓钰

新乡学院

副教授

实验指导

11

李  丽

新乡学院

讲师

实验指导

12

郎五可

新乡学院

讲师

实验指导

13

郭  娇

新乡学院

讲师

在线服务

14

苗超林

新乡学院

讲师

在线服务

15

郭晓伟

新乡学院

助教

实验指导

16

胡利强

新乡学院

讲师

实验指导

17

李  琼

新乡学院

讲师

在线服务

18

陈  恒

新乡学院

讲师

实验指导

19

王存景

新乡学院

讲师

实验指导

20

姚  路

新乡学院

讲师

实验指导

21

张广瑞

河南心连心化肥有限公司

高级工程师

实验指导

22

侯平智

杭州言实科技有限公司

研究员

总经理

技术支持

23

荆鹏杰

杭州言实科技有限公司

工程师

技术支持

2.实验教学项目描述

名称:煤制甲醇及烯烃半实物仿真实训

实验目的

实习实训是工科高等学校实践教学过程中重要的组成部分,是学生将理论知识与实际生产联系最为紧密的学习阶段。本项目的目的在于破解学生在实习过程中深入参与难,工艺认知浅,工程能力弱等难题,使学生掌握煤制甲醇及烯烃生产工艺中典型设备的操控方法,化工连续生产过程中自动化、信息化控制原理和方法,有效提高学生工程实践能力、工艺创新能力及团队合作能力、分析解决问题能力,实现人才培养与社会、企业需求的“无缝对接”,将学生培养成为符合“新工科”要求的复合型人才。

具体实验目的如下:

(1)熟悉煤制甲醇及烯烃生产工厂的厂区布局、车间布局,掌握相关设计原则;

(2)掌握煤制甲醇及烯烃的生产原理,生产工艺流程,生产操作规程,甲醇生产常见设备的结构;

(3)学习化工生产过程中各项技术参数的主要控制方法和控制手段,掌握实际动手操作控制生产流程的技能;

(4)加强安全知识的学习,把理论与实践相结合,掌握化工事故的处理方案,掌握不同岗位的岗位职责,增强学生联合操作的能力。

实验原理

煤制甲醇及烯烃包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。主要分为煤制甲醇、甲醇制烯烃这两个过程。其中煤制甲醇的过程占了煤气化、合成气净化、甲醇合成三项核心技术。本项目针对典型煤制甲醇及烯烃工艺进行仿真实训,主要包括煤浆制备、气化灰水、变换、净化、甲醇合成、甲醇精馏、甲醇制烯烃、烯烃分离、聚乙烯、聚丙烯10个工段的冷态开车、正常停车、事故处理等实训操作。

实验仪器设备

本项目主要装置和软件包括:半实物仿真实训装置、离线仿真室、DCS (Distributed Control System)中控室和华康达软件系统,分别简要介绍如下。

半实物仿真实训装置

半实物仿真实训装置由新乡学院与杭州言实科技有限公司共同研制,知识产权双方共享。该装置以中国神华煤制油示范工程实际生产装置为原型,完全按照真实工厂布局,以10:1的比例微缩建造而成。装置内所有设备、管路、标识,保持与原厂一致,设计完全符合国家石化规范标准,所有开关、阀门、仪表都真实可调,双向控制。

半实物仿真实训装置主要包括:主框架系统1套,煤浆制备工段系统1套,气化灰水工段系统(德士古水煤浆气化工艺,含灰水处理)1套,变换工段系统1套,净化工段(七塔低温甲醇洗工艺)系统1套,甲醇合成工段系统1套,甲醇精馏工段(三塔精馏工艺)系统1套,工艺流程检测传感、执行装置模拟测控子系统1套,电气柜系统4套。

离线仿真室

离线仿真室主要供学生进行化工单元操作、煤制甲醇及烯烃各工段离线操作练习。仿真室内主要安装:

①学生机终端设备:60套品牌计算机,配备上下分布双屏液晶显示器;

②教师机终端设备:1台品牌计算机,配备左右分布双屏液晶显示器;

③媒体综合操作控制盘台,带音箱,无线话筒,多媒体综合操作控制盒;

④投影系统、惠普(HP)LaserJet1007Plus黑白激光打印机等配套设备。

DCS中控室

DCS中控室主要供学生进行煤制甲醇及烯烃各工段在线仿真操作,对整个系统进行协调控制。学生可以通过对讲机与外面设备区的同学进行互动控制,模拟工厂真实的操控状况。中控室内主要配置:

①学员站:20台品牌主机;

②教师站:1台品牌计算机;

③多媒体综合操作控制盘台,带音箱,无线话筒,多媒体综合操作控制盒;

④大屏幕:6台46″高清DID拼接屏;

⑤监控系统:液晶电视4套。

软件系统

华康达软件系统包含:煤制甲醇及烯烃流程中的煤浆制备工段,气化灰水工段,变换工段,净化工段,甲醇合成工段,甲醇精馏工段、甲醇制烯烃工段、烯烃分离工段、聚乙烯合成工段、聚丙烯合成工段,共10个工段的离线模型、在线模型及标准模型。各工段模型仿真结果能够反应实际工厂真实运行情况,实现开、停车操作和正常工况操作,而且可以模拟工序连续操作工艺及流程规范;岗位风险提示、生产过程危险情况再现、原因分析和险情排除方法等常见的事故,以便供学员进行学习处理。

实验材料

硬件:半实物仿真实训装置、DCS中控室及离线仿真室;

软件:华康达软件系统;

流程图:煤浆制备工段流程图,气化灰水工段流程图,变换工段流程图,净化工段流程图,甲醇合成工段流程图,甲醇精馏工段流程图,甲醇制烯烃工段流程图,烯烃分离工段流程图,聚乙烯合成工段流程图,聚丙烯合成工段流程图;

软件操作手册:包括各个工段的工艺原理、流程描述、设备一览、控制方程、开停车操作步骤、事故处理等内容;

预设参数:各工段的压力、浓度、温度检查、监视,必要设备(包括各种阀、机泵、输送机、反应器等)的开启、关闭、运行过程中压力、温度、流量等的调节,详见软件操作手册。

实验教学方法

教学方法的使用目的

(1)任务驱动法+自主学习法:学生根据指导教师布置的学习任务进行自主学习,在完成任务的过程中熟悉煤制甲醇及烯烃的煤浆制备工段、气化灰水工段、变换工段、净化工段、甲醇合成工段、甲醇精馏工段、甲醇制烯烃工段、烯烃分离工段、聚乙烯工段、聚丙烯工段的基本原理,生产工艺流程;

(2)现场教学法+讨论法:指导教师以半实物仿真实验装置为对象,现场指导和讲解,要求学生以小组为单位,参考流程图,围绕设备、管道、工厂布置,DCS调节控制方案与操作等内容进行讨论;

(3)项目教学法+互动法:煤制甲醇及烯烃仿真实训从形式和内容上都是一个完整的项目,学生按照生产流程完成各个工段模拟生产,进而从整体上把握项目的生产工艺。学生分别在DCS中控室和半实物设备现场扮演不同角色,实现“生生互动”;教师现场指导,实现“师生互动”;仿真操作和半实物操作交互进行,实现“虚实互动”。学生通过工艺仿真操作练习,掌握装置开停车方法,参数的调节策略,典型化工事故问题应急处理方法,培养解决复杂工程的能力。

实验教学实施过程

根据仿真实训课程的学习特点,学生通过由简单到复杂、由易到难、由单一操作到联合协同操作的多层次教学实施过程(如表1所示),学生可达到掌握解决复杂化工过程问题的能力,提升工程实践的能力。

实验教学实施效果

煤制甲醇及烯烃半实物仿真实训项目资源“虚实结合、相互补充”。“虚”是指:在计算机系统中采用虚拟技术,结合过程模拟计算来实现各种虚拟生产过程,“实”学生们置身于真实的半实物设备现场、真实的DCS中控室内完成开车、停车、生产事故处理等各种预定的单元操作项目,仿真实验教学过程中没有物料运行,也没有高温高压,学生能放心训练,放心操作,所取得学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果,极大地提升了学生实时上岗能力、工程实践能力,可有效增强化工类学生解决复杂工程问题的能力,毕业进厂就不需要进行额外的操作培训,上手非常快。

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