煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目

1、附件22018年度国家虚拟仿真实验教学项目申报表学校名称安徽师范大学实验教学项目名称煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目所属课程名称化学工程与工艺所属专业代码081301)实验教学项目负责人姓名张小俊实验教学项目负责人电话有效链接网址教育部!二0一八年七月填写说明和要求以Word文档格式，如实填写各项。!表格文本中的中外文名词第一次出现时，要写清全称 和缩写，再次出现时可以使用缩写。所属专业代码，依据普通高等学校本科专业目录 （2012年）填写6位代码。涉密内容不填写，有可能涉密和不宜大范围公开的内 容，请特别说明。表格各栏目可根据内容进行调整。实验教学项目教学服务团队情况1-1实验教学项目负责

2、人情况姓名张小俊性别男出生年月学历研究生学位博士电话专业技术职务教授行政职务副院长手机,院系化学与材料科学学院地址安徽省芜湖市弋江区安徽师范大学化学与材料科学学院邮编241000;教学研究情况：主持的教学研究课题（含课题名称、来源、年限，不超过5项）；作为 第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文（含题目、刊物名称、时间， 不超过10项）；获得的教学表彰/奖励（不超过5项）。自2007年起，一直承担本科生物理化学及研究生电极过程动力学等专业课 的教学工作。教学上尽职尽责，热爱学生，真诚对待学生，深受学生及同行专家的好评。主持项目：1、“化学实验班教学改革与探索”，2013年安徽省本

3、科教学提升计划2、“安徽师范大学化学化工与材料虚拟仿真实验教学中心”，2016年获批省级虚拟仿真中心教学奖励：1、2012年获安徽师范大学教学优秀奖2、2012年获安徽师范大学“第二届青年教师教学基本功大赛”二等奖学术研究情况：近五年来承担的学术研究课题（含课题名称、来源、年限、本人所起作 用，不超过5项）；在国内外公开发行刊物上发表的学术论文（含题目、刊物名称、署名 次序与时间，不超不超过5项）；获得的学术研究表彰/奖励（含奖项名称、授予单位、署 名次序、时间，不超过5项）自2007年进校以来，围绕材料电化学研究方向，在超级电容器和电化学传感两个方 面开展工作，并取得了系列研究成果。主持项目

4、：1、“金属基复合材料电极的构建及其在肼类化合物中的检测应用”，国家自然科学基金，、 “金属基异质结构纳米材料的合成及其在糖尿病检测中的应用”，国家自然科学基金，、 “柔性超级电容器电极的可控合成及电化学性能”，国家自然科学基金，、“材料电化学”， 安徽省杰出青年基金，、“高能量密度车用超级电容器材料研发”，安徽省科技攻关项目， 发表论文：1、High-Power and High-Energy-Density Flexible Pseudocapacitor Electrodes Made from Porous CuO Nanobelts and SWCNTs, ACS Nano 3, 2

5、013-2019, 2011 （第一作者）2、Construction of unique Co3O4CoMoO4 Core/Shell Nanowire Arrays on Ni Foam by action exchange method for Electrochemical Energy Storage, Journal of Materials Chemistry A, 3, 14578-14584, 2015 （通讯作者）3、NiCo2O4MnMoO4 core-shell flowers for high performance supercapacitors, Journal

6、of Materials Chemistry A,4, 8249-8254, 2016 （通讯作者）4、One-step ultrasonic synthesis of graphene quantum dots with high quantum yield and its application in sensing of alkaline phosphatase, Chemical Communications, 51, 948-951, 2015（通讯作者）5、Effective Electrocatalysis Based on Ag2O Nanowire Arrays Suppor

7、ted on Cu Substrate, ACS Applied Materials & Interfaces 5, , 2013 （通讯作者）学术奖励：1、“功能纳米材料的可控合成、性能及应用”，2012年度安徽省自然科学二等奖1-2实验教学项目教学服务团队情况*1-2-1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张小俊化材学院教授副院长虚拟仿真中心主 任、团队负责人$2罗时忠化材学院教授化学工程实训/团 队负责人,3高峰化材学院教授院长科研成果转化实 验/团队负责人】4许发功化材学院讲师仿真实训教学负 责人)在线教学服务5赵成安化材学院实验师仿真实训维护

8、/责 任人1-2-1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王伟智化材学院副教授仿真实训教学2云瑞瑞化材学院副教授仿真实训教学3张小璇化材学院副教授仿真实训教学4何心伟化材学院副教授仿真实训教学5王俊化材学院讲师，仿真实训教学6王露化材学院讲师！仿真实训教学7戴文涛上海华谊能 源化工有限 公司副总经 理、安徽华谊 化工公司总 经理高级工程师&化学工程、科研成 果转化8沈浩安徽六国化工股份有限 公司正高级工程师化学工程、科研成 果转化9王方银安徽美佳新材料股份有限公司高级工程师化学工程、科研成 果转化10阮树勇芜湖榕树影 像公司软件设计、科研成 果转化11赵志博北京欧倍尔

9、软件技术开发有限公司软件设计、科研成 果转化技术支持 人员12夏建华安徽省化学 教研员中学特级教师（中学化学实验研 究、科研成果转化项目团队总人数：_!乙（人）高校人员数量：_1L （人）企业人员数量：（人）注：1.教学服务团队成员所在单位需如实填写，可与负责人不在同一单位。2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员，请在备注中说明。实验教学项目描述2-1名称煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目2-2实验目的目前化工专业学生生产实习，从设备安全角度以及实料生产中存在有害物考 虑，普遍存在学生动手少，观察见习多，学生实操机会不多，对工艺流程认识往 往仅局限于实习的部分工段上。缺乏整体观。项

10、目依托实习单位的煤制甲醇工艺，模拟60万t/a煤制甲醇生产全过程， 采用德士古气化工艺，包括气化、变换、净化、甲醇合成和甲醇精馏五个工段， 具有工厂情景化、操作实际化、控制网络化（DCS）.故障模拟真实化，实训安全 化等特点。利用半实物装置及虚拟现实技术再现工厂环境，构建“实物现场站+3D虚拟 现场站+DCS中控室”相结合的模式。虚（不走实料，避免变换工段CO有毒气体） 实结合，实物现场与真实工厂布置一致，提高学生对化工厂的工艺流程、设备布 置、化工生产技术的理解能力，巩固所学的理论知识，加强学生的工程设计能力。2-3实验原理（或对应的知识点）知识点数量：5（个）（1）煤原料气化技术（2）一氧

11、化碳变换（3）炉气净化技术（4）甲醇合成原理（5）精馏分离提纯原理包含煤制甲醇生产的五个工段工艺流程叙述：气化f变换f净化f合成f精制A.气化系统a、气化炉系统来自煤浆槽浓度为的水煤浆，由高压煤浆泵加压，投料前经煤浆循环阀循 环至煤浆槽。投料后经煤浆切断阀送至主烧嘴的环隙。空分装置送来的纯度为的氧气，由控制阀控制氧气压力为，在准备投料 后由氧气调节阀控制氧气流量经氧气上、下游切断阀分别送入主烧嘴的中心管、 外环隙。水煤浆和氧气在工艺烧嘴中充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室中，在约、 1200C条件下进行气化反应。生成以CO和H2为有效成份的粗煤气。粗煤气和熔 融态灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水

12、的激冷环沿下降管进入激冷室的水浴 中。大部分的熔渣经冷却固化后，落入激冷室底部。粗煤气从下降管和导气管的 环隙上升，出激冷室去洗涤塔。在激冷室合成气出口处设有工艺冷凝液冲洗，以 防止灰渣在出口管累积堵塞。由冷凝液冲洗水调节阀控制冲洗水量为23m3/h。激冷水经激冷水过滤器滤去可能堵塞激冷环的大颗粒，送入位于下降管上部 的激冷环。激冷水呈螺旋状沿下降管壁流下进入激冷室。激冷室底部黑水，经黑 水排放阀送入黑水处理系统，激冷室液位控制在60-65%。在开车期间，黑水经 黑水开工排放阀排向沉降槽。在气化炉预热期间，激冷室出口气体由开工抽引器排入大气。开工抽引器底 部通入低压蒸汽，通过调节预热烧嘴风门和

13、抽引蒸汽量来控制气化炉的真空度， 气化炉配备了预热烧嘴。b、粗煤气洗涤系统从激冷室出来的粗煤气与激冷水泵送出的激冷水充分混合，使粗煤气夹带的 固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内能快速除去。水蒸汽和粗煤气的混合物进入洗涤塔，沿下降管进入塔底的水浴中。合成气 向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与粗煤气分离。上升的粗煤气沿下 降管和导气管的环隙向上穿过四块冲击式塔板，与冷凝液循环泵送来的冷凝液逆 向接触，洗涤掉剩余的固体颗粒。粗煤气在洗涤塔顶部经过丝网除沫器，除去夹 带气体中的雾沫，然后离开洗涤塔进入变换工序。粗煤气水气比控制在之间，含尘量小于1mg/Nm3。在洗涤塔出口管线上设有在线分析仪，分

14、析合成气中ch4、o2、co、co2、h2等含量。在开车期间，粗煤气经背压前阀和背压阀排放至开工火炬来控制系统压力 在。火炬管线连续通ALN使火炬管线保持微正压。当洗涤塔出口粗煤气压力温 度正常后，经压力平衡阀使气化工序和变换工序压力平衡，缓慢打开粗煤气手动 控制阀向变换工序送粗煤气。!洗涤塔底部黑水经黑水排放阀排入高压闪蒸罐处理。除氧器的灰水由高压灰 水泵加压后进入洗涤塔，由洗涤塔的液位控制阀控制洗涤塔的液位在60%。工艺 冷凝液缓冲罐的冷凝液由工艺冷凝液循环泵加压后经洗涤塔补水控制阀控制塔 板上补水流量，另外当工艺冷凝液缓冲罐液位高时，由洗涤塔塔板下补水阀来降 低工艺冷凝液缓冲罐液位。当除

15、氧器的液位低时，由除氧器的补水阀来补充工业 水（PW2），用除氧器压力调节阀控制低压蒸汽量从而控制除氧器的压力。从洗 涤塔中下部抽取的灰水，由激冷水泵加压作为激冷水和进入洗涤塔的洗涤水。气化工段流程图X1001V1001V1002V1004E1001R1001V1008V1009氧气消氧气缓冲罐烧嘴冷却水槽事故烧嘴烧嘴冷却水气化炉 密封水罐烧嘴冷却回水冷却水罐冷却器分离罐LX1001V1004-1V1002ilMWcw WE1001CWR高压氮V1003-G七X1002V1010X10O5X1O06T10O1过滤器蒸汽抽引器文丘里洗涤器碳洗塔P1006V1015高压灰水泵除氧器P1008X10

16、09V1017X1010情性气体絮暴剂沉淀池压滤机真空泵管式混合器V1009V1008V100IP1003:去V14103废渣汽车运出M1001P1002V1002M1001 X1003V1010去开工火炬去变换系统P1010V1013P1007V1003P1001P1002 P1003V1006 V1005X1004 P1004V1007P1005V1011E1002V1012V1013V1014E1003V1016P1007P1009V1018 P1010E1004煤浆槽脱盐水泵 煤浆泵锁斗循环泵锁渣罐 渣池 渣池搅拌器渣水泵锁渣冲洗水罐激冷水泵高压闪蒸眦水加热器高压闪蒸分离罐低压闪蒸罐真

17、空闪蒸罐真空冷凝器真空闪蒸分高响降槽给料泵 沉降槽底流泵灰水槽低压灰水泵废水冷却器B.变换系统由气化碳洗塔来的粗水煤气（、232C ）经1#气液分离器（V201）分离掉 气体夹带的水分后，其中一部分进入原料气预热器（E201）与变换气换热至285C 左右进入变换炉（R201），与自身携带的水蒸气在耐硫变换催化剂作用下进行变 换反应，变换气出口 CO含量约为，出变换炉的高温气体（449C ）经原料气 预热器（E201）与进变换的粗水煤气换热后，温度降为381C与另一部分未进入 变换炉（R201）的水煤气（约76% ）汇合，然后进入1#低压蒸汽发生器（E202）, 副产蒸汽，温度降至200C之后进

18、入2#气液分离器（V202），进行气液分离，分 离的气体进入2#低压蒸汽发生器（E203）副产的低压蒸汽，温度降至180C， 然后进入3#气液分离器进行气液分离，之后气体进入1#除盐水预热器（E204） 最终冷却到40C进入4#气液分离器（V204），气液分离器顶部喷入冷密封水洗 涤气体中的NH3，然后气体送至净化系统，甲醇合成气。1#气液分离器（V201）排出的冷凝液送至3#气液分离器（V203），2#气 液分离器（V202）排出的冷凝液也送至3#气液分离器（V203），从3#气液分 离器（V203）排出的工艺热冷凝液出口分为两路：一路通过工艺热冷凝液泵 （P201）送至气化工段；另一路送至

19、外界。变换工段工艺流程图raw1*1顽心我 mmi.皿mwn3归riTL*口H JI心5A标春虹 中快炒品惶VW曜 ft * 村毒4”2*731。.净化装置包括：原料变换气冷却、酸性气体H2S/CO2吸收、甲醇溶液闪蒸再生与 有用气体h2、co等的回收、CO2解吸与CO2产品气回收、h2s浓缩（n2气提）、 甲醇溶液热再生与h2s回收、甲醇/水分离、尾气水洗回收甲醇。来自变换单元的变换气（温度：40c，压力：（G）,流量：97256kg/h），先 喷射少量甲醇（流量：663 kg/h），经E301与合成气、CO2气和尾气换热后，温 度降至-13C,并在V301罐分离甲醇/水混合物后，进入吸收塔

20、T301脱硫段，其中 T301分为四段，最下段为脱硫段（称为下塔），上面的三段为脱碳段（称为上塔）。 在脱硫段变换气经富含co2的甲醇液洗涤，脱除h2s、cos和部分co2等组分后 进入脱碳段，进入脱碳段的气体不含硫，在T301塔顶用贫甲醇液（温度：C， 流量 212362kg/h）洗涤。净化气（CO2W20PPm，H2S开放时间：（3）（4）己服务过的学生人数：400（5）是否面向社会提供服务： 是 否（6）实验教学项目相关网络要求描述3-1有效链接网址安徽师范大学化学化工虚拟仿真实验教学中心网络条件要求（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）带宽2Mb/s以上，系统提供带宽

21、测试服务。（2）说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）系统采用BS + CS模式，无需排队，即时启动。3-3用户操作系统要求（如Windows、Unix、IOS、Android等）（1）计算机操作系统和版本要求，仿真程序客户端操作系统采用Windows 7及其以上版本管理平台服务器操作系统采用Windows Server 2008及其以上版本（2）其他计算终端操作系统和版本要求暂不支持其它操作系统或终端（3）支持移动端：是否3-4用户非操作系统软件配置要求（如浏览器、特定软件等）需要特定插件是否、（勾选是请填写）插件名称 插件容量下载链接（3）其他计算终端非操作系统软件配置要求（

22、需说明是否可提供相关软件下载 服务）暂不支持其它操作系统或终端3-5用户硬件配置要求（如主频、内存、显存、存储容量等）（1）计算机硬件配置要求CPU： i5及以上运率；内存：4GB及以上；显卡：2GB显存及以上；硬盘：50GB及以上（2）其他计算终端硬件配置要求：无3-6用户特殊外置硬件要求（如可穿戴设备等）（1）计算机特殊外置硬件要求专业图形工作站（专业图形显卡，Q4000以上）（2）其他计算终端特殊外置硬件要求VR头盔；交互手柄；VR追踪套件；追踪器；数据线，信号线，电源线；支架， 云台实验教学项目技术架构及主要研发技术指标内容系统架构图及简要说明系统米用CS、BS架构相结合的架构方式。

23、通过BS架构，用户访问管理平台，查看 相关功能（软件列表，课程列表）和统 计信息（学习记录，考试成绩），并启动 3D仿真项目。启动3D项目后，采用CS架构模式在用 户本机启动3D仿真程序及其附属程序。3D仿真程序独立的与网站后台，数据后 台进行交互。3D仿真程序与本地2D仿真，后台数据 模型程序进行交互。实验教学项目开发技术（如：3D仿真、VR 技术、AR技术、动画技术、 WebGL技术、OpenGL技术等）通过3D仿真技术实现虚拟教学仿真3D 引擎在Windows平台下通过DirectX技 术实现3D渲染。通过骨骼动画、关键帧 和序列帧动画制作3D动画。通过计算机 图形学（实时阴影，光照贴图

24、，凹凸贴 图等）和计算几何学（碰撞检测、射线 检测、刚体、流体模拟等）等实现现象 仿真。通过后台模块化模型的搭建和链 接实现数据仿真。通过VR，AR和动作捕 捉技术，实现增强虚拟化变现和交互性。开发工具（如：VIVE WAVE、 Daydream 、Unity3d、Virtools、 Cult3D、Visual Studio、Adobe Flash、百度VR内容展示SDK 等）采用Unity3d作为3D引擎，采用C#语言 并通过Visual Studio工具进行程序开 发。通过SVN，Microsoft Project等工具进行 程序版本控制和项目管理。通过Maya，3D Max等工具制作仿真

25、资 源（模型，贴图，动画）。项目品质（如：单场景模型总 面数、贴图分辨率、每帧渲染 次数、动作反馈时间、显示刷 新率、分辨率等）单场景的模型总面数不会超过100万，贴图分辨率为512*512/1024*1024两类，软件分辨率为1920*1080，每帧渲染次数不少于30次、动作反馈时间不大于30ms。管理平台开发语言（如：JAVA、.Net、 PHP 等）JAVA开发工具（如：Eclipse、Visual Studio、NetBeans、百度 VR 课 堂SDK等）IntelliJ IDEA采用的数据库（如：HBASE、Mysql、SQL Server、Oracle 等）Mysql（体现虚拟仿

26、真实验项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对 传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）（1）实验方案设计思路：煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目依托安徽师范大学化学国家级实验 教学示范中心进行建设。随着企业对于安全及生产的高标准要求，工科学生进行 真实环境的实习难度较大，因此，与目前行业中的龙头企业（如华亿化工）合作 开展虚拟仿真工厂项目建设是一个较好的解决途径。（2）教学方法：教学采用线下与线上（网络平台）结合的方式进行。内操外操相结合。虚实结合（3）评价体系：三部分构成仿真实训实验预备知识考试（）仿真操作考核。（）内外操团队合作考核（）（4）传统教学的延伸与拓展：我校在煤

27、制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目建设上形成了以下特点：（1）虚实资源结合，相互补充根据化工专业特点和人才能力培养需求，构建了完整的虚拟仿真实验教学体 系，与真实实验教学资源虚实结合，相互补充，进一步拓展了实验教学资源，使 实验教学体系更加完善。虚拟仿真实验教学资源丰富，涵盖煤制甲醇身产工艺全流程，具有鲜明的化工特色。（2）校企合作，协同创新，资源共享建立了与科研机构、生产企业和软件开发公司多家企业协同创新的虚拟仿真 实验资源与平台建设合作联盟，企业专家深度参与中心建设。根据化工企业的架 构，参照化工企业的工艺流程，全方位复原了煤制甲醇工厂的车间、流程及工艺 全貌。并针对不同的工段，设计制作了化

28、工基础单元装置及虚拟软件，让学生更 加直观的感受化工企业的组成单元，使学生对典型的全流程工艺，正常工况的工 艺参数范围，控制系统的原理，阀门及关键操作点的作用以及开车、停车规程等 更加详细的了解，并掌握典型化工生产过程的开车、停车、运行和排除事故的能 力。虚拟仿真实验项目面向同类高校学生专业实验和化工企业技术人员培训开 放，实现了虚拟仿真实验教学资源的高效共享和有偿使用。（3）创新激励机制，调动教师参与中心建设的积极性煤制甲醇半实物仿真工厂实习实训项目是我校化学国家级实验教学示范中 心的重要组成部分，建设经费实行专款专用。学校对教师开发的虚拟仿真实验项 目作为科研项目或教研成果进行认定，鼓励教师将科研成果转化为虚拟仿真实验 教