第三批自治区级一流本科课程申报书虚拟仿真实验教学课程.docx

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1、第三批自治区级一流本科课程申报书（虚拟仿真实验教学课程）课程名称：化工原理实验专业类代码：070302负责人：李启虔联系电话：申报学校：河池学院填表日期：2023.2.19自治区教育厅制填报说明1 .专业类代码指普通高等学校本科专业目录（2023）中的专业类代码（四位数字）。2 .文中。为单选；口可多选。3 .团队主要成员一般为近5年内讲授该课程教师。4 .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。5 .涉密课程或不能公开个人信息的涉密人员不得参与申报。1 .基本情况实验名称30万吨/年聚丙烯生产工艺操作过程虚拟仿真实验是否曾被推荐。是Od否实验所属课程（可填多

2、个）化工原理实验、环境工程原理实验、化工单元仿真实训性质。独立实验课OY课程实验实验对应专业应用化学、环境工程实验类型C）基础练习型Ot综合设计型C）研究探索型。其他虚拟仿真必要性口高危或极端环境团高成本、高消耗口不可逆操作W大型综合训练实验语言CW中文。中文+外文字幕（语种）C）外文（语种）实验已开设期次共5次：1. 2023年10月35人（18级环境工程专业）2. 2023年11月51人（18级应用化学专业）3. 2023年06月51人（18级应用化学专业）4. 2023年12月53人（17级应用化学专业）5. 2023年05月53人（17级应用化学专业）有效链接网址2 .教学服务团队情况

3、2-1团队主要成员（含负责人，总人数限5人以内）序号姓名出生年月单位职务职称手机号码电子邮箱承担任务1李启虔1986-07化生学院副院长副教授Q制定教学方案2黄秀香1969-09化生学院院长教授.com统筹项目实施3高丽霞1980-05化生学院副院长副教授hcxybio制定教学方案4韦正1986-01化生学院无副教授.com课程教学5卢福芝1984-10化生无高级1ufuzhi778课程教学学院实验师2-2团队其他成员序号姓名出生年月单位职务职称承担任务1潘立卫1987-02化生学院实验中心主任高级实验师规划授课模2杨桂正1991-09现代教育中心无讲师网页维护支3于倩倩1994-05化生学院

4、无讲师课程教学4钱丰1984-05化生学院无工程师课程教学5付跃1990-08化生学院无讲师课程教学6袁瑞1996-01北京欧倍尔软件技术有限公司无工程师网页管理团队总人数：11人其中高校人员数量：10人企业人员数量：1人2-3团队主要成员教学情况（限500字以内）（近5年来承担该实验教学任务情况，以及负责人开展教学研究、学术研究、获得教学奖励的情况）团队成员近五年承担应用化学、环境工程两个专业每学年下半学期开设的化工原理实验、环境工程原理实验、化工单元仿真实训这三门课程开设相关实验，其中实验课时与总课时的比例分别为30/48、30/48和36/48。本实训项目在化工原理实验、环境工程原理实验

5、、化工单元仿真实训三门课程中占的课时分别为4、2和3个课时。项目负责人教学研究情况：主持教改课题：创新创业教育背景下的地方本科院校生物工程专业综合实验课堂教学改革与实践，河池学院A类教改课题，2019.05-2023.05；教改论文：李启虔，付跃,覃拥灵.创新创业教育背景下的地方高校生物工程专业综合实验课程教学改革与实践J.广东化工,2023,47（16）:231-232.项目负责人教学获得教学奖励：协同创新、产教融合、培养高素质生物化工应用型人才2019河池学院教学成果奖三等奖；环境工程原理实验课（负责人）获2023年河池学院一流课程建设项目项目负责人学术研究情况：研究课题：（1）紫茎泽兰内

6、生细菌强化植物修复重金属污染土壤机制研究，广西高校中青年教小基础能力提升项目，2023-2023,主持在研，编号2023KY15017；（2）桂西北野生真菌新型纤维素酶结构及性质研究，国家自然科学基金，2017-2023,结题（第三），编号：学术论文：1 Qiqian1i,Jibing1i,1ongfeiJiang,eta1.Diversityandstructureofphenanthrenedegradingbacteria1communitiesassociatedwithfunga1bioremediationinpetro1eumcontaminatedsoi1.Journa1ofH

7、azardousMateria1s,2023(403),123895.2 Qiqian1i,Xuhui1iuandYongrongumphytoremediationpotentia1ofGnapha1iumaffineD.Donandphysio1ogica1responseinmeta1to1erance.IOPConferenceSeries：EarthandEnvironmenta1Science.2023(546),042029.3.实验描述37实验简介(实验的必要性及实用性，教学设计的合理性，实验系统的先进性)化工实践教学是工科专业教学的重要组成部分。常规的化工原理实训大多局限在各

8、单元操作的学习，而未形成一个有机整体，与实际的化工生产脱节。而在高校建立一套实际的化工工艺生产线也是不经济和不现实的，虚拟仿真的工厂模块有效的解决了这一问题。聚丙烯是化工工业的一项重要产品，其生产过程全面涵盖了传热、传质、流体输送、化工反应等多项化工单元操作。本实验采用30万吨/年聚丙烯生产的合成工段工艺流程进行虚拟仿真设计，同时结合实际的中试生产装置进行教学，通过构建虚拟的聚丙烯生产中心，并结合反应釜、换热器、阀门仪表等先进加工设备实物造型向学生展示，将化工生产各单元操作串联成一个整体。此外，本虚拟仿真实验通过模拟实现装置正常开车、正常停车、事故(停电、停水、原料中断等)处理等工段现场，以培

9、养学生应急处理和创新能力。借助于先进的虚拟现实及现代信息技术手段，将抽象概念转化为直观、可控的仿真图形并深入浅出地展开实验，使学生能够逐步的理解与专业相关设备的运行原理及操作过程，学会不同设备反应类型的操作原理，并能结合实体设备操作应用于实际运用的生产的流程中，提高学生专业兴趣和理论联系实际的能力。3-2实验教学目标(实验后应该达到的知识、能力水平)(1)熟悉化工各单元操作并进行调控(2)初步掌握化工生产流程和设备选型(3)掌握聚丙烯工艺过程及不同反应条件下产品的质量特点，优化反应条件提高产品质量(4)能够分析出生产过程常见的事故原因并进行处理(5)掌握生产过程中三废的处理方法；(6)建立绿色

10、化工生产理念，掌握节能降耗的措施，培养学生科学严谨的工作态度，树立保护生态自然的价值观3-3实验课时(1)实验所属课程课时：32学时(2)该实验所占课时：4学时3-4实验原理(1)实验原理(限IOOo字以内)本实验以仿DCS操作为主，对聚丙烯生产流程现场操作进行适当简化，以能配合内操(DCS)操作为准则，并能实现全流程的开工，正常运行，停工及事故处理操作。聚丙烯的反应过程为催化剂聚合过程，使用钛系催化剂体系。催化剂系统包括三种组分：MgCI2为载体的钛催化剂、三乙基铝(TEA1)和给电子体(一种有机硅烷)。丙烯在催化剂作用下聚合，得到立体结构规整性的聚丙烯。聚丙烯生产工艺流程主要由精制系统、聚

11、合系统、闪蒸系统、丙烯回收系统、循环水系统等几部分组成。丙烯聚合反应的机理比较复杂，一般来说，主要是阴离子配位聚合机理，可以分为四个基本反应步骤：活化反应形成活性中心、链引发、链增长及链终止。活化：助催化剂TEA1与载体催化剂表面的四氯化钛反应，将Ti，+还原为Ti3+,被还原的Ti即被活化，形成了TEA1-TiC14化合物，Ti作为聚合反应的活性中心。引发：丙烯分子插入活性中心开始形成大分子链。增长：丙烯分子在活性中心连续插入，聚合物链从催化剂颗粒表面开始增长，Ti-C键的插入可以有两种方式发生。Ti-P+CH2=CH-CH3Ti-CH2-CH(CH3)-PTi-P+CH2=CH-CH3Ti

12、-CH(CH3)-CH2-P终止：链终止反应主要有三种方式分别为向单体链转移、向助催化剂转移、向氢气转移。这三个转移反应中，向氢气转移是最有效的链终止方式。因此，氢气用作聚合物分子量的控制剂。丙烯聚合的反应速度常用下式表示：Rp=kpC*M丙烯的聚合速度与反应速度常数、活性中心浓度以及丙烯单体浓度成正比。聚合反应速度随时间先增加后衰减，最终达到稳态。聚丙烯的反应动力学受催化剂和聚合条件的影响，如催化剂的化学物理结构和活化剂的性能、催化剂和活化剂的比例及浓度、氢浓度、温度、搅拌速度等。催化剂体系的复杂性以及非均相特性使得准确分析动力学参数非常困难，对于不同类型的催化剂，其反应速度常数有很大差别。

13、通过虚拟仿真来辅助实现该生产工艺主要基于以下考虑：聚丙烯生产是一个过程繁杂及耗时长的综合性实验，在实际是实验课中无法实现，见习过程中存在一些“走马观花”的现象。因此，通过半实物虚拟仿真，按照“虚实结合”的原则将整个生产工艺一一呈现给学生，学生对各个环节所需调控参数进行操作，既能达到动手实验的目的，又能在课堂教学上培养从整体上分析问题和解决问题的能力。知识点：共6个(1)聚丙烯生产工艺技术及进展；(2)聚丙烯催化剂的研究进展；(3)工艺过程及不同反应条件下产品的质量特点；(4)控制反应釜的条件，优化产品质量；(5)生产过程中三废的处理；(6)生产过程常见的事故处理方案。(2)核心要素仿真设计(对

14、系统或对象的仿真模型体现的客观结构、功能及其运动规律的实验场景进行如实描述，限500字以内)面向真实化工生产的工艺设计及生产流程：本实验涵盖化学生产基础理论，线上的虚拟仿真实验教学项目和实际的中试生产装置相结合，构建虚拟的聚丙烯生产中心。反应釜、阀门仪等先进加工设备与实际化工生产操作完全一致。基于生产数据的数值仿真：包括温度、压力、催化剂选择、流体输送等生产全过程相应数据均参考实际工业生产实测数据资料。生产事故模拟：采取虚拟工厂情境与实际工厂生产相结合的践教学模式，使学生从虚拟“生产事故”和工厂安全生产实践中体会到企业的工作环境和生产管理过程，为充分发挥学生的积极性和创造性，培养学生独立思考、

15、灵活运用所学基本理论知识分析问题和解决问题的能力。3-5实验教学过程与实验方法在聚丙烯生产加工过程虚拟仿真实验教学中，借助于先进的虚拟现实及现代信息技术手段，以逼真的半实物造型构建虚拟的聚丙烯生产中心、反应釜、阀门仪等先进加工设备与测试仪器。通过对半实体和软件操作的相互结合，使学生身临其境理解与掌握实际聚丙烯生产的有关理论知识。在此基础上，通过生产过程反应釜中反应条件的实际测量与反馈，深入理解聚丙烯生产的原理与过程，实现现代信息传感技术、大数据、人工智能等知识点的覆盖，以及对于面向虚拟生产的过程状态的感知。从实验准备到生产工艺路线制定，从生产过程中关键参数的设定到反应釜中运行情况，在最短时间内完成了工厂反应实验所不能完成的实验内容，让每一位学生模拟操作与经历了一次完整