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大连理工大学--沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯虚拟仿真实验

2020-07-28
【摘要】:
北京欧倍尔沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯虚拟仿真实验,是以具有大连理工大学自主知识产权的“膜乙苯脱氢制苯乙烯”工艺为背景,依托已有模式实验教学装置建设的仿真实践教学项目。该项目是北京欧倍尔为大连理工大学定制开发,并成功协助学校将其申报为2018年度国家虚拟仿真实验教学项目。

北京欧倍尔沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯虚拟仿真实验是以具有大连理工大学自主知识产权的“膜乙苯脱氢制苯乙烯”工艺为背景,依托已有模式实验教学装置建设的仿真实践教学项目。该项目是北京欧倍尔为大连理工大学定制开发,并成功协助学校将其申报为2018年度国家虚拟仿真实验教学项目

乙苯脱氢制苯乙烯工艺集三传和一反等课程于一体,但是由于反应涉及芳烃和氢气具有高危、高毒、高风险的特点。其中,芳烃危害人体;氢气易燃、易爆。尤其是在近600°C的反应工况下,工艺过程存在发生安全事故的风险。因此,基于该工艺的实践教学环节在诸多方面难于开展,比如:误操作引起的后果,芳烃及氢气环境下的实验操作等。     

沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯虚拟仿真实验将固定床催化反应与膜分离技术相结合,使学生深刻认识到“反应工程”与“分离工程”两者的联系及其相互促进关系。进一步来说,可以使学生清楚地掌握“分离技术强化催化反应”的原理、工艺过程,以及相关设备与操作流程。沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯虚拟仿真实验包括线下教学和线上教学(粉色虚线内)两部分内容各部分教学的目的、实施过程与实施效果如下:

教学层次结构与相应教学模块

第一部分:线下实验教学——模拟介质实验

模拟介质实验是要强化学生在沸石膜乙苯脱氢制苯乙烯工艺学习中的线下体验。在实验中,工艺原料采用水或其它低风险的有机溶剂代替,学生可以在安全的环境下操作。

第二部分:线上实验教学——虚拟仿真实验

第一层次:理论知识

虚拟仿真项目中的“理论知识”部分,将化工安全环保知识、膜分离原理、固定床反应以及减压精馏等相关知识有针对性的展现在学生面前以化工安全环保知识模块的学习为例:在仿真实训中通过安全隐患场景的设计,学生不仅有身处实验室火灾现场的体验,而且还可以学习到灭火器、灭火毯等用具的正确使用方法。

安全环保模块的教学场景

第二层次:仿真操作

1模块:固定床反应模块

在此模块的仿真实训中,学生可以改变空速、水烃比和温度等因素来考察乙苯转化率及苯乙烯收率的变化规律。
2模块:膜分离固定床反应模块

该模块位于一段固定床反应器后端,是膜分离器与二段固定床反应器的集合体。其中,膜分离器可将一段膜反应器生成的氢气从原料气中分离,提升二段反应器的乙苯转化率及苯乙烯收率。与固定床反应模块相同,该模块同样可以考察空速、水烃比和温度等因素对乙苯转化率及苯乙烯收率的影响,相比于常规固定床反应的乙苯转化率,学生可以掌握膜分离强化反应的技术优势。

 

固定床和膜分离固定床反应模块

第三层次:拓展训练

1模块:乙苯/苯乙烯减压精馏模块

用于液-液分离后富含乙苯及苯乙烯的有机相。在拓展实训中,仿真软件不仅可向学生展示精馏塔内部的相态变化、精馏塔的温度与压力的分布,而且还可通过直观的动画演示,使学生掌握减压精馏的分离原理与精馏塔的结构特征。进一步可通过塔板的优选,了解塔板类型对分离效率的影响。

2模块:沸石膜气体渗透性能分析模块

通过这一模块的仿真模拟,可以获得不同气体在沸石膜中的分离因数及渗透量。并借助二段反应器的收率变化,加深学生对“分离强化反应”这一知识点的理解。最终,依据气体的分离因数,学生可以确定最佳、最经济的膜分离器及操作参数。

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