CN102031883B

CN102031883B - 苯加氢制环己烷的仿真教学工厂

Info

Publication number: CN102031883B
Application number: CN2011100033355A
Authority: CN
Inventors: 陈学梅; 周莲凤; 许宁
Original assignee: Nanjing College of Chemical Technology
Current assignee: Nanjing College of Chemical Technology
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-01-10
Also published as: CN102031883A

Abstract

本发明涉及一种苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，包括化工装置建设区、室内操作区和教学讨论区，化工装置建设区内设置有小型化工装置、装置框架等；室内操作区内设置控制***，控制***与小型化工装置通过信号电缆联通；教学讨论区设置有与室内操作区内的控制***通过信号电缆相连的计算机及多媒体教学设施。本发明与工厂实际情况基本一致，可切实了解到真实化工生产装置的构成及概况，提高对化工设备的认识，增强实际操作水平，培养协作能力及团队意识。可使学员了解真实用DCS控制的化工生产装置的构成及大致概况，并能够接受化工生产DCS操作训练，还可以培养和提高分析和解决问题的能力。

Description

苯加氢制环己烷的仿真教学工厂

技术领域

本发明涉及一种化工领域的仿真教学工厂，具体讲是涉及一种苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，属于教育、化工工艺及设备技术领域，用于进行各类院校化工类及其相关专业的理实一体化教学及专业实习，及化工类技师及高级技师的培训。

背景技术

为了实现高职教育的化工工艺专业职业化人才培养目标，“教—学—做一体化”教学模式成为当今高等职业教育的必然要求，其最有效的途径是将典型的化工生产装置“移植”到教学实践中来。

由于化工原料和产品多属有毒、有害的物质，生产又通常在高温、高压下进行，在教学实训室难以保证安全和环保问题。因此，生产装置很难被移植到教学实训室。在教学中只能以工艺流程图的形式展示或仿真训练，学生只是看到设备大致外形和主要物料走向，不能看到生产装置的全貌和生产的实现，即使去企业实训，也只能看，不能操作，学生很难理解从原料到产品的整个生产过程的实现，影响了学生对生产过程的认识、感知和生产操作技能的培养，化工工艺类专业毕业生的知识、技能和素质难以与企业实现“零距离”对接，不能满足企业的要求。

发明内容

为了克服现有教学方法的不足，本发明的目的在于提供一种实践性、操作性强，可完好实现理论与实践一体化教学目的的苯加氢环己烷仿真教学工厂。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于包括化工装置建设区、室内操作区和教学讨论区，其中，化工装置建设区内设置有小型化工装置、装置框架和化工仪表，装置框架为安装支撑架，小型化工装置设置在装置框架上，化工仪表与小型化工装置中的各个仪器相连接；室内操作区内设置有控制***，控制***与上述的小型化工装置通过信号电缆联通；教学讨论区设置有计算机及多媒体教学设施，计算机和多媒体教学设施与室内操作区内的控制***通过信号电缆相连；所述的化工设备包括苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备及废热回收设备，其中，苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备依次顺序连接；所述的加氢反应设备包括加氢反应器、废热锅炉和原料的流量控制装置，其中，加氢反应器为2个，分别为前加氢反应釜、后加氢反应器，在2个加氢反应器中间连接一脱硫反应器，进行顺序连接；所述的前加氢反应器为等温列管式加氢反应器，后加氢反应器为绝热式加氢反应器。

前述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的化工仪表包括流量计、液位计和检测仪表，所述的流量计为孔板流量计，所述的液位计为光柱式液位计，所述的检测仪表为仿真或真实仪表。

前述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的控制***包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下位仪表和上位机分别与中间PLC连通，而中间PLC又与化工装置建设区内的化工仪表连通。

前述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的装置框架设置为上、中、下三层，采用不锈钢结构。

本发明的有益效果是：本发明的结构设计与工厂的设备的实际设计情况基本保持一致，在利用本发明进行教学的过程中，能够让学员切实了解到真实化工生产装置的构成及大致概况，提高了学员对各类化工设备的认识，增强了学员的实际操作水平，培养了学员的协作能力及团队意识，此外，本发明设置的控制***可使学员了解真实用DCS控制的化工生产装置的构成及大致概况，并能够接受化工生产DCS操作训练，利用软件的开发环境同时还可能培养和提高分析和解决问题的能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程简图。

图中主要附图标记含义为:

101为化工装置建设区，102为室内操作区，103为教学讨论区，1为苯蒸发器，2为前加氢反应器，3为脱硫反应器，4为后加氢反应器，5为苯预热器，6为成品冷凝器，7为氢气循环压缩机，8为环己烷冷却器，9为氨冷却器，10为环己烷气液分离器，11为油水分离器，12为环己烷缓冲罐，13为吸附***，14为热油膨胀槽，15为废热锅炉，16为锅炉排水冷却器。

具体实施方式

下面将结合附图，详细说明本发明的具体实施方式：

图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的工艺流程简图。

如图1至图2所示，本发明的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，包括化工装置建设区101、室内操作区102和教学讨论区103，其中，化工装置建设区101内设置有小型化工装置、装置框架和化工仪表（图中未示出），装置框架为安装支撑架，小型化工装置设置在装置框架上，化工仪表与小型化工装置中的各个仪器相连接，室内操作区102内设置有控制***，控制***与上述的小型化工装置通过信号电缆联通，而教学讨论区103设置有多台计算机及多媒体教学设施，如果计算机为30台，即具有30个座位（操作站）。计算机和多媒体教学设施与室内操作区102内的控制***通过信号电缆相连。控制***给计算机和多媒体教学设施传输信号。

实施例：

如图2所示，本实施例以建设场地净高度为3.8米时建设苯加氢制环己烷的仿真教学工厂为例（但并不限定于此尺寸），其具体工艺流程如下：

化工装置建设区101内的小型化工装置包括苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备及废热回收设备，其中，苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备依次顺序连接。苯蒸发设备包括苯蒸发器1和苯预热器5，加氢反应设备包括前加氢反应器2、后加氢反应器4、废热锅炉15和原料的流量控制装置，脱硫反应设备为脱硫反应器3，脱硫反应器3安装在前加氢反应器2和后加氢反应器4之间，顺序连接。前加氢反应器2可以采用等温列管式反应器或其它，后加氢反应器4可以采用绝热式反应器或其它。废热回收设备主要用于在反应前为原料和反应器预热升温提供热量，反应后为反应器保持恒定的反应温度而移出热量。在实训中，装置并不进真实的物料，操作控制***采用仿真DCS操作。

化工仪表可以包括流量计、液位计和检测仪表等，流量计采用孔板流量计，液位计采用光柱式液位计，检测仪表采用仿真或真实仪表。

实训时，合格的苯经苯预热器5送至苯蒸发器1，苯蒸发所需要的热量由苯预热器5的循环热油提供。新鲜氢、循环氢和来自脱氢工序的氢气共3股氢气的混合物作为苯蒸发器1的氢气进料，苯蒸发器1顶部苯、氢混合气进入前加氢反应器2，经脱硫反应器3脱除生成的硫化氢，未反应的苯在装有铂催化剂的绝热式后加氢反应器4内进一步反应完全，生成环己烷。前加氢反应器2中的反应热由循环热油移走，后加氢反应器4出来的混合气体先后经苯预热器5、苯进料换热器和成品冷凝器6冷凝冷却，在环己烷气液分离器10中进行气液分离，得到产品环己烷。绝大部分气相经氢气循环压缩机7压缩送去苯蒸发器1作为氢气进料，少部分气体经深冷器深冷后，经吸附排空。

在具体的实施过程中，可根据所选实训场地的实际情况，确定各设备大小，并进行装置框架及设备布置等施工图设计。在设计过程中一方面要考虑装置的原貌，同时也要充分考虑教学功能，留有足够的教学空间。为节省空间，可以将装置框架设计成上、中、下三层，下层高度1.5米，二层高度为0.8米，三层高度1.5米，或其它的尺寸。装置框架可以采用不锈钢结构，装置框架立柱、主梁、次梁采用焊接连接，另外，小型化工装置的主要设备——反应器可以均采用不锈钢材质，其他采用碳钢，小型化工装置与装置框架可以通过支耳或支腿采用焊接或螺栓连接。连接方式并不限定于上述的方式，当然也可以采用其他的连接方式。

根据工艺流程图将各化工装置之间用工艺管道连接成工艺流程，工艺管道与小型化工装置间采用法兰连接，管路中的管件如弯头、三通等采用焊接连接，管路中的阀门根据所选用的阀门种类分别采用焊接或螺纹连接，管路中的化工仪表根据所选用不同种类的仪表分别采用焊接或螺纹连接。连接方式并不限定于上述的方式，当然也可以采用其他的连接方式。施工过程中应严格按化工装置的各种施工规范进行，确保装置与真实化工生产装置无异。

本发明所述的控制***通过信号电缆与现场仪表相连，控制***包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下位仪表和上位机分别与中间PLC连通，而中间PLC又与化工装置建设区101内的化工仪表连通。现场生产装置产生的信号通过中间PLC、经过以态网传到上位机软件，上位机软件送出的信号经过以态网通过中间PLC对现场化工仪表实施控制，并在控制***的下位仪表上进行显示。施工完成后进行***连调，此外，在进行DCS操作时，与真实的生产装置一样，由几台教学讨论区103内的操作站共同完成装置的开停车等操作，同时教学讨论区103内的工程师站(相当于教师站)可以对其开停车等操作进行考核，各操作站也可以脱离装置独立进行操作，工程师站可以对各操作站进行单独考核。上述操作都通过软件来实现。

本发明控制***采用仿真DCS操作，将实际生产装置的运行数据和生产状态通过计算机模拟组态实现DCS操作。可供化工类各专业进行相关课程的教学及专业实习，化工装置与控制***可以实现与真实化工生产一样的操作，但由于装置并不投原料，可以反复进行操作训练，运行成本较低。教学讨论区103内的多媒体教学设施又能满足理论教学功能，因此在本发明内可以边学边做，实现做中学、学中做，真正的实现理实一体化教学。

本发明在进行生产操作过程中，还可以故意设置一些故障地方，其目的是培养学员(学生或企业职工)发现问题、分析问题和处理问题的能力，以及进行技改技措能力，特别适合于技师及高级技师的培训。

利用本发明可实现化工装置工艺流程图的绘制、各类化工设备的认识实习、各类化工仪表的认识实习、DCS操作训练、根据所给装置开停车步骤分组进行化工装置开停车训练并同时培养学员的协作能力及团队意识、还可以让学员根据装置开停车情况找出装置不足之处，并提出改进措施等。本发明能够实现装置故障的设置和处理等操作，同时能实现岗位分工，内外操操作，并且比真实生产装置更加灵活，可整套装置实训操作，也可取任一岗位进行独立实训操作，可一台计算机操作，也可多台计算机联合操作。灵活性非常强。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于包括化工装置建设区、室内操作区和教学讨论区，其中，化工装置建设区内设置有小型化工装置、装置框架和化工仪表，装置框架为安装支撑架，小型化工装置设置在装置框架上，化工仪表与小型化工装置中的各个仪器相连接；室内操作区内设置有控制***，控制***与上述的小型化工装置通过信号电缆联通；教学讨论区设置有计算机及多媒体教学设施，计算机和多媒体教学设施与室内操作区内的控制***通过信号电缆相连；所述的化工设备包括苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备及废热回收设备，其中，苯蒸发设备、加氢反应设备、脱硫反应设备、冷凝设备、分离设备、吸附设备依次顺序连接；所述的加氢反应设备包括加氢反应器、废热锅炉和原料的流量控制装置，其中，加氢反应器为2个，分别为前加氢反应釜、后加氢反应器，在2个加氢反应器中间连接一脱硫反应器，进行顺序连接；所述的前加氢反应器为等温列管式加氢反应器，后加氢反应器为绝热式加氢反应器。

2.根据权利要求1所述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的化工仪表包括流量计、液位计和检测仪表，所述的流量计为孔板流量计，所述的液位计为光柱式液位计，所述的检测仪表为仿真或真实仪表。

3.根据权利要求1所述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的控制***包括下位仪表、中间PLC和上位机，其中下位仪表和上位机分别与中间PLC连通，而中间PLC又与化工装置建设区内的化工仪表连通。

4.根据权利要求1所述的苯加氢制环己烷的仿真教学工厂，其特征在于所述的装置框架设置为上、中、下三层，采用不锈钢结构。