JYH880 化工廠虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐裝置

化工廠虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐裝置可進(jìn)行生物柴油及1,3-丙二醇的生產(chǎn)，主要裝置為a.酯交換生物柴油反應(yīng)單元（釜式反應(yīng)與反應(yīng)精餾），b.生物柴油精制分離（精餾與多效蒸發(fā)）、c.甘油氫解反應(yīng)單元（固定床與流化床）、d.1,3-丙二醇精制單元（多效精餾與真空精餾）、e.氫氣制備單元（電解與壓縮單元）、f.三廢處理單元（生化處理與膜過程）。

a. 酯交換生物柴油反應(yīng)單元

原料油和甲醇/酸催化劑在釜式反應(yīng)器（或微通道反應(yīng)器）進(jìn)行反應(yīng)水解和酯化，生成粗產(chǎn)物，產(chǎn)物包括粗甘油、粗生物柴油及甲醇、水；粗產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng)。粗產(chǎn)物在固體堿催化劑上進(jìn)一步與甲醇進(jìn)行深度酯交換反應(yīng)，該反應(yīng)在反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行，最終油酯的轉(zhuǎn)化率達(dá)以97%以上。

微型裝置為一撬裝置，由攪拌反應(yīng)釜、微通道反應(yīng)器、反應(yīng)精餾塔及附屬泵、預(yù)熱器、冷凝器及中間儲罐構(gòu)成，尺寸為2（長）×1（寬）×2.2（高）m。

b. 生物柴油精制分離單元

甘油與甲酯、未反應(yīng)的甲醇經(jīng)雙相分層后進(jìn)行粗餾塔回收甲醇，甲醇可循環(huán)到反應(yīng)單元；粗甘油進(jìn)行多效蒸發(fā)工段將甘油進(jìn)行提濃到70%以上。粗甲酯經(jīng)萃取水洗塔、真空脫水塔得到生物柴油。

微型裝置為一撬裝置，由雙相分離器、精餾塔、真空塔、多效蒸發(fā)器、萃取塔及附屬泵、預(yù)熱器、冷凝器及中間儲罐構(gòu)成，尺寸為2（長）×1（寬）×2.6（高）m。

c. 甘油氫解反應(yīng)單元

新鮮甘油、水、新鮮氫氣和循環(huán)甘油、循環(huán)水、循環(huán)氫氣混合后進(jìn)入氫解固定床反應(yīng)器（或漿態(tài)床反應(yīng)器）生成1,3-PDO，副產(chǎn)物為1,2-PDO、1-PrOH、2-PrOH。

微型裝置為一撬裝置，由高壓雙催化劑固定床、單塔漿態(tài)床及附屬泵、預(yù)熱器、冷凝器及中間儲罐構(gòu)成，尺寸為1.8（長）×1（寬）×2.2（高）m。

d. 1,3-丙二醇精制單元

氫解反應(yīng)后的粗產(chǎn)品進(jìn)入產(chǎn)品預(yù)分離塔，分為粗丙二醇和粗丙醇，粗丙二醇進(jìn)入脫水熱泵塔，分出的水進(jìn)行循環(huán)，脫水粗丙二醇進(jìn)入隔壁塔，精制1,3-PDO；剩余粗1,2-PDO、1,2-PDO精制塔得到精制1,2-PDO。同時(shí)粗丙醇進(jìn)入萃取精餾塔進(jìn)行萃取精餾，精制1-PrOH產(chǎn)物。

微型裝置為一撬裝置，由熱泵塔、隔壁塔、真空精餾塔、精制塔共5個(gè)塔構(gòu)成及附屬泵、預(yù)熱器、冷凝器及中間儲罐構(gòu)成，尺寸為2.8（長）×1（寬）×2.6（高）m。

e. 氫氣制備單元

水電解制氫是由浸沒在電解液中的一對電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜而構(gòu)成的水電解池，當(dāng)通以一定的直流電時(shí)，水就發(fā)生分解，在陰極析出氫氣，陽極析出氧氣。產(chǎn)生的氫氣進(jìn)入干燥部分，由干燥劑吸附氫氣攜帶的水分，并可進(jìn)行壓縮達(dá)到使用壓力。

微型氫氣制備單元裝置采用最新PEM水電解制氫，系統(tǒng)包括下列單體設(shè)備：PEM水電解槽及分離器、冷卻器、原料水制備裝置；堿液制備及貯存裝置；氫氣純化裝置；氫氣儲罐；氫氣壓縮機(jī)等。尺寸為1.0（長）×0.8（寬）×1.6（高）m。

f. 三廢處理單元

三廢處理單元主要是處理精餾過程中的廢水，將廢水的COD處理到排放的標(biāo)準(zhǔn)，采用的微電解和芬頓法。水集進(jìn)入到酸堿中和池，通過加液堿中和ＰH值到之間后由提升泵提升送到微電解池,微電解池內(nèi)填裝Fe-C填料并通入空氣。水停留一段時(shí)間后自流進(jìn)入芬頓塔通過投加芬頓試劑，經(jīng)過氧化后的水自流進(jìn)入氧化池。氧化池配套臭氧機(jī)，通過臭氧機(jī)投入氧化池內(nèi)強(qiáng)氧化劑去除病原體。出水經(jīng)過柱狀活性炭過濾吸附水的固體懸浮物和部分有機(jī)物，出水可以達(dá)到排放目的。一部分水可進(jìn)膜處理系統(tǒng)達(dá)到回用到前面反應(yīng)系統(tǒng)。中水經(jīng)過陶瓷膜作為反滲透的預(yù)處理，陶瓷膜去除了水中的懸浮物，細(xì)菌等雜質(zhì)，陶瓷膜清液經(jīng)泵進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，反滲透產(chǎn)品水經(jīng)收集回用。

微型裝置三廢處理單元主要包括調(diào)節(jié)池、電解池、氧化塔、臭氧發(fā)生器、中間水槽、超濾納濾膜過濾、反滲透膜組件等，及相關(guān)輸入泵。

2.1.2裝置優(yōu)勢

（1）裝置微型化、模塊化程度高，組合方便

基于釜式反應(yīng)與反應(yīng)精餾、精餾與多效蒸發(fā)、固定床與流化床、多效精餾與真空精餾、電解與壓縮單元及生化處理與膜過程，建設(shè)化工單元實(shí)驗(yàn)裝置。將化工單元進(jìn)行微型化處理，使裝置移動(dòng)方便，有利于老師在多種環(huán)境下（如實(shí)驗(yàn)室、課堂、大賽等）進(jìn)行相關(guān)化工實(shí)驗(yàn)的講解及操作演示?；卧K標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可直接進(jìn)行化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，同時(shí)也兼顧單工藝的使用與組合運(yùn)行，操作簡單，組合方便。該裝置將化工原理等相關(guān)專業(yè)知識與實(shí)驗(yàn)中相結(jié)合，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、實(shí)踐能力。

（2）涉及工藝類型多，流程級的綜合能力培養(yǎng)

該裝置包含釜式反應(yīng)與反應(yīng)精餾、精餾與多效蒸發(fā)、固定床與流化床、多效精餾與真空精餾、電解與壓縮及生化處理與膜過程等工藝，類型多樣且均為化工原理等相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)中普遍的、重要的工藝。裝置以最新的BIOX生物柴油生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，生產(chǎn)生物柴油和甘油，采用大化所的甘油氫解固定床工藝生產(chǎn)1,3-丙二醇。流程完善且反應(yīng)的安全系數(shù)高，學(xué)生可進(jìn)行認(rèn)知、實(shí)踐操作學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生對反應(yīng)、工藝、實(shí)驗(yàn)操作等的綜合能力。

（3）支持科研成果的實(shí)體化、教學(xué)化轉(zhuǎn)換

裝置中包含的多種工藝既可單獨(dú)使用，也可以組合運(yùn)行，因此，相關(guān)的創(chuàng)新想法、科研成果等內(nèi)容均可以通過該裝置進(jìn)行驗(yàn)證、校核，將科研成果實(shí)體化，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。同時(shí)，可將驗(yàn)證后的科研成果應(yīng)用于教學(xué)，有利于拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的寬度和深度，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力并提升學(xué)生的專業(yè)文化素養(yǎng)。

2.2三維可視化綜合管控系統(tǒng)模塊

2.2.1數(shù)據(jù)可視化

系統(tǒng)在三維仿真模型和DCS的基礎(chǔ)上對微型化工廠的運(yùn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并通過工藝圖、數(shù)據(jù)圖等形式展示生產(chǎn)過程及過程中的數(shù)據(jù)變化，通過清晰、準(zhǔn)確、簡潔的數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)圖，為用戶提供的信息服務(wù)，幫助其掌握化工廠的運(yùn)行狀況。此外，數(shù)據(jù)可視化還有利于解決化工廠運(yùn)營管理過程中數(shù)據(jù)碎片化、數(shù)據(jù)異構(gòu)化的可視問題。