甲基叔丁基醚装置虚拟仿真教学软件的开发和设计

摘要

随着科技的发展，化工生产装置越来越大型化、连续化、自动化，高校学生很难进入厂区实习，但是实习又是化工专业学生的一项必修课程，所以，本课题针对甲基叔丁基醚(MTBE)装置设计和开发了全流程级的虚拟仿真教学软件，可以满足学生认识实习和生产实习的要求，并且可以模拟整套装置的开车、停车、事故处理等流程。本课题的主要研究内容包括MTBE装置数学模型搭建、仿DCS系统开发以及虚拟厂区的搭建和设置。
　　结合甲基叔丁基醚生产工艺流程，介绍了其中的管网、离心泵、换热器、反应器、萃取塔以及催化精馏塔等重要单元的数学模型，为了满足仿真速度的要求，根据设备特点对反应器、萃取塔和催化精馏塔的数学模型进行了合理简化，数学模型采用序贯模块法搭建。仿DCS系统的开发包括点组态、流程图组态、通讯组态和标准画面组态，模拟中控室的操作，满足内操人员的培训需求。对三维虚拟环境的搭建进行了介绍，三维虚拟环境与真实厂区近乎一致，可以使学生产生一种沉浸感，除此之外，本软件在虚拟环境中加入了知识点学习与考核环节、巡检环节，允许学生在软件中进行化工认识实习和化工生产实习。
　　本文对甲基叔丁基醚装置虚拟仿真教学软件的模拟结果进行了阐述与对比，结果表明:第一，学生能够快速熟悉虚拟环境并在其中熟练操作，完成设置的实习任务;第二，稳态模拟数据与实际数据误差较小，在仿真精度范围内，表明数学模型的模拟精度较好;第三，动态模拟结果的数据表明数学模型的响应速度与变化趋势都很好，满足仿真速度的要求。因此，本课题所开发的软件可以用来培训在校学生或者操作工人。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 化工系统工程

1．2 化工流程模拟

1．2．1 流程模拟系统的组成

1．2．2 流程模拟的方法

1．2．3 流程模拟技术的发展沿革

1．3 虚拟现实技术

1．3．1 虚拟现实技术的介绍

1．3．2 虚拟现实技术的分类

1．3．3 虚拟现实技术的应用

1．4 化工仿真培训系统

1．4．1 化工仿真培训系统的结构

1．4．2 化工仿真培训系统的数学模型

1．4．3 化工虚拟仿真

1．5 甲基叔丁基醚生产概述

1．5．1 甲基叔丁基醚概述

1．5．2 甲基叔丁基醚生产工艺

1．6 本文的研究目的及内容

第二章 MTBE装置工艺流程及数学模型

2．1 MTBE装置工艺流程

2．1．1 工艺原理及特点

2．1．2 工艺流程说明

2．2 MTBE装置数学模型

2．2．1 管网数学模型

2．2．2 离心泵数学模型

2．2．3 热物流有相变换热器数学模型

2．2．4 预反应器数学模型

2．2．5 催化精馏塔数学模型

2．2．6 甲醇萃取塔数学模型

2．2．7 数学模型的计算

2．3 本章小结

第三章 MTBE装置虚拟仿真教学软件开发

3．1 仿真PI图

3．2 物料衡算

3．3 模型搭建与调试

3．4 仿DCS组态

3．4．1 点组态

3．4．2 通讯组态

3．4．3 流程图组态

3．4．4 标准画面组态

3．4．5 评分系统组态

3．5 三维场景搭建

3．5．1 场景搭建

3．5．2 认识实习开发

3．5．3 生产实习开发

3．6 本章小结

第四章 MTBE装置仿真结果

4．1 MTBE装置仿真速度

4．2 MTBE装置稳态运行仿真结果

4．2．1 预反应器的稳态运行结果

4．2．2 催化精馏塔的稳态运行结果

4．2．3 甲醇萃取塔的稳态运行结果

4．2．4 甲醇精馏塔的稳态运行结果

4．3 MTBE装置动态运行仿真结果

4．3．1 循环水中断

4．3．2 加热蒸汽中断

4．3．3 甲醇精馏塔回流泵故障

4．3．4 醇烯比的控制

4．4 本章小结

第五章 虚拟现实仿真结果

5．1 认识实习仿真流程

5．2 生产实习仿真流程

5．2．1 巡检

5．2．2 事故处理

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者和导师简介