CN104020752A - 一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂及其化工设备 - Google Patents

Abstract

一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，包括化工装置生产区、控制区、Web服务器、视频服务器；其中，化工装置生产区内建有小型聚苯乙烯生产装置及带云台的摄像机，小型聚苯乙烯生产装置包括化工设备、化工仪表及装置框架；控制区由控制柜、工控机组成，与上述的小型聚苯乙烯生产装置通过信号电缆相连；Web服务器包括管理系统、自主学习系统及远程操作系统；视频服务器与化工装置生产区内的带云台的摄像机通过信号电缆连接，与Web服务器通过网线连接。解决了工业装置占地面积大、投资大、运行费用高及安全因素的问题。利用本发明实施教学，能够让学员操作到真实的化工生产装置，提高学员对化工设备及装置的认识。

Description

一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂及其化工设备

技术领域

本发明涉及一种化工领域的教学工厂，属于教育、化工工艺及设备技术领域，用于企业院校化工类及相关专业的教学、培训、实习，及进行化工类技师及高级技师的培训。

背景技术

由于化学工业的特殊性（易燃、易爆、有毒、有害及高温、高压等。），在进行实习、实训教学培训中不适合在工业装置上进行。费用及安全也是必须考虑的因素（其原材料消耗、能耗等，关键是重复训练中大量产物如何处理）。而化工产品种类繁多，其合成方法不尽相同。同一原料可以生产不同的化学品，同一产品可以由不同的原料生产，而同一原料的产品线其工艺也不完全相同。所以院校的教学、培训、实习一般采用某一分类选择进行，如固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器等；或放热反应、吸热反应等。目前用于化工类教学培训大致有以下三种：第一种就是去化工企业实习，学生在此可以认识化工设备、仪表及熟悉化工生产工艺流程，但学生只能看不能动，也就谈不上提高操作技能了；第二种就是流行多年的完全虚拟的化工装置，没有任何化工设备实物，仅能在计算机上进行虚拟操作，投入小运行成本更小，且安全节能环保，大部分院校均有此教学软件；第三种是建在大教室中的化工装置，有真实的化工设备、仿真仪表及仿真操作软件，不投化工原料，不产生化工产品。学生在此装置上可认识化工设备、仪表及熟悉化工生产工艺流程，还可以进行仿真操作。除投入比第一种大外，其运行成本等与第二种相近。由于是在模拟操作装置，学生在此环境下训练就会有虚假的感觉（与玩游戏一样，错了可以重来，不会产生真实化工装置那样的后果，也就是说如此训练很难投入，不会有身临其境之责任感。）。真实装置与模拟装置存在很大的差别，如其异常现象仿真是人预先设定的，而真实装置是由多种原因生产的，很难练出真功夫。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，以解决现有的模拟装置存在的虚假、不够真实的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

      一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：包括化工装置生产区、控制区、Web服务器、视频服务器；

   其中，化工装置生产区内建有小型聚苯乙烯生产装置及带云台的摄像机，小型聚苯乙烯生产装置包括化工设备、化工仪表及装置框架，装置框架为钢平台，化工设备、化工仪表设置在钢平台上，化工仪表与化工设备通过管线及电缆连接，带云台的摄像机安装在小型聚苯乙烯生产装置上方；

   控制区由控制柜、工控机组成，与上述的小型聚苯乙烯生产装置通过信号电缆相连；

Web服务器与控制区内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换，并对外发布，以使学生能够通过互联网进行学习与操作；

视频服务器与化工装置生产区内的带云台的摄像机通过信号电缆连接，与Web服务器通过网线连接。

所述化工设备包括带油浴的釜式反应器、磁力搅拌电机、冷凝回流器、PID控制器、测量报警仪、摄像机；其中，带油浴的釜式反应器包括釜盖、釜体及釜底；釜盖固定于装置框架中，釜盖上固定磁力搅拌电机，磁力搅拌电机下部连接有搅拌器，釜盖上连接有釜内温度传感器，釜盖上还连接有连接冷凝回流器，冷凝回流器连接有冷凝器出口温度传感器；釜体为双层，双层之间组成的夹套内设置有导热油；釜底设置有加热棒、放料口、溢油管、放油口，并连接有油浴温度传感器；釜体及釜底固定在装置框架中，可上下升降及水平翻转。

进一步的，磁力搅拌电机为无级变速磁力搅拌电机，釜体为双层石英玻璃,釜盖、釜底为304合金。

进一步的，所述控制区内的控制柜由国产智能仪表组成，工控机由国产组态软件组态实现装置的控制过程，具有动画功能的三维界面，还具有实时数据采集、数据历史保存、实时数据显示、历史数据查询、报表查询、曲线绘制、报表曲线打印、PID参数整定的功能、师生对话框。

进一步的，所述Web服务器包括管理系统、自主学习系统及远程操作系统，管理系统与控制区内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换；自主学习系统及远程操作系统通过互联网与Web服务器连接。

进一步的，所述管理系统由国产组态软件实现，通过内网与现场工控机连接，实现实时数据交换，并负责发布，其包括与现场操作界面完全相同的操作界面，有相关数据图表显示打印、远程实训课表、班级管理、学生信息管理、成绩管理、实训教师管理。

进一步的，所述远程操作系统由国产组态软件实现，通过互联网与Web服务器连接，以使学生能够通过互联网进行学习与操作，其包括与现场操作界面完全相同的远程操作界面，有相关数据图表显示打印、师生对话框、开停车步骤确认、数据结果。

进一步的，所述自主学习系统包括聚苯乙烯相关理论知识及仿真操作软件，由国产组态软件实现，其仿真操作软件包括与现场操作界面完全相同的仿真操作界面，有相关数据图表显示打印、操作步骤选择。

本发明的另一个目的是提供用于上述用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂的化工设备。采用以下技术方案：

一种用于上述用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂的化工设备，包括带油浴的釜式反应器、磁力搅拌电机、冷凝回流器、PID控制器、测量报警仪、摄像机；其中，带油浴的釜式反应器包括釜盖、釜体及釜底；釜盖上固定磁力搅拌电机，磁力搅拌电机下部连接有搅拌器，釜盖上连接有釜内温度传感器，釜盖上还连接有连接冷凝回流器，冷凝回流器连接有冷凝器出口温度传感器；釜体为双层，双层之间设置有导热油；釜底设置有加热棒、放料口、溢油管、放油口，并连接有油浴温度传感器。

本发明的有益效果是：本发明的结构是按工业装置进行缩小设计，并制造安装，以体现真实，仅是产量大小的不同，解决了工业装置占地面积大、投资大、运行费用高及安全因素的问题。利用本发明实施教学，能够让学员操作到真实的化工生产装置，提高学员对化工设备及装置的认识，能够提高学员的操作水平，培养学员的协作能力及团队意识。其远程操作，能使学员真正感受到集散控制（DCS）系统的强大。自主学习是学员进行真实装置操作前的一个准备过程，能够提高学员实际操作时准确度，以使真正培养和提高分析问题和解决问题的能力。可有效地缓解目前学校普遍存在的经费不足，寻找企业实训困难的弊端的问题。受训人员在校内进行装置的开车、停车、事故处理操作及工艺参数的验证，是工业企业不可能提供的培训条件。

附图说明

图1是本发明的示意图；

        图2是本发明的化工设备的结构示意图。

图中，1-化工装置生产区、2-控制区、3-Web服务器、4-视频服务器、10-釜式反应器、101-釜盖、102-釜体、103-釜底、11-搅拌器、12-磁力搅拌电机、13-釜内温度传感器，14-油浴温度传感器、15-冷凝回流器、16-冷凝器出口温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，包括化工装置生产区1、控制区2、Web服务器3、视频服务器4。

其中，化工装置生产区1内建有小型聚苯乙烯生产装置及带云台的摄像机，小型聚苯乙烯生产装置包括化工设备、化工仪表及装置框架，装置框架为钢平台，化工设备、化工仪表设置在钢平台上，化工仪表与化工设备通过管线及电缆连接，带云台的摄像机安装在小型聚苯乙烯生产装置上方。

控制区2由控制柜、工控机组成，与上述的小型聚苯乙烯生产装置通过信号电缆相连。

控制柜由国产智能仪表组成，工控机由国产组态软件组态实现装置的控制过程，具有动画功能的三维界面，还具有实时数据采集、数据历史保存、实时数据显示、历史数据查询、报表查询、曲线绘制、报表曲线打印、PID参数整定的功能、师生对话框。

Web服务器3与控制区2内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换，并对外发布，以使学生能够通过互联网进行学习与操作。

Web服务器3包括管理系统、自主学习系统及远程操作系统，管理系统与控制区内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换；自主学习系统及远程操作系统通过互联网与Web服务器连接。

管理系统由国产组态软件实现，通过内网与现场工控机连接，实现实时数据交换，并负责发布，其包括与现场操作界面完全相同的操作界面，有相关数据图表显示打印、远程实训课表、班级管理、学生信息管理、成绩管理、实训教师管理。

远程操作系统由国产组态软件实现，通过互联网与Web服务器连接，以使学生能够通过互联网进行学习与操作，其包括与现场操作界面完全相同的远程操作界面，有相关数据图表显示打印、师生对话框、开停车步骤确认、数据结果。

自主学习系统包括聚苯乙烯相关理论知识及仿真操作软件，由国产组态软件实现，其仿真操作软件包括与现场操作界面完全相同的仿真操作界面，有相关数据图表显示打印、操作步骤选择。

视频服务器4与化工装置生产区1内的带云台的摄像机通过信号电缆连接，与Web服务器3通过网线连接。

视频服务器可通过网络调整带云台的摄像机，以观察现场设备运行情况。

如图2所示，上述的化工设备包括：带油浴的釜式反应器10、磁力搅拌电机12、冷凝回流器15、温度传感器、PID控制器、测量报警仪、摄像机；其中，带油浴的釜式反应器10包括釜盖101、釜体102及釜底103；釜盖101固定于装置框架中，釜盖101上固定磁力搅拌电机12，磁力搅拌电机12下部连接有搅拌器11，釜盖101上连接有釜内温度传感器13，釜盖101上还连接有连接冷凝回流器15，冷凝回流器15连接有冷凝器出口温度传感器16；釜体102为双层石英玻璃，双层石英玻璃间设置有导热油；釜底103设置有加热棒、放料口、溢油管、放油口，并连接有油浴温度传感器14；釜体102及釜底103固定在装置框架中，可上下升降及水平翻转。

上述的磁力搅拌电机12采用无级变速磁力搅拌电机。

釜盖101、釜底103为304合金。

Web服务器3按工艺要求进行组态设计，包括理论学习、仿真操作、远程操作。视频服务器4将装置上方摄像机连接好，IP地址嵌入Web服务器中的视频链接。

本发明的操作过程如下：

现场操作：

（1）清洁釜式反应器10，并检查双层石英玻璃间的夹套是否有足够的导热油，不足请补充；

（2）确认各设备的位置，检查开关、阀门等是否处于关闭状态；

（3）在釜式反应器10中加入适量蒸馏水，并加入分散剂；

（4）接通电源，启动控制电脑按要求输入个人信息进入控制界面，检查各部仪表显示是否正常；

(5)确认装置正常可开车，开加热器使油浴及釜式反应器10内升温，开磁力搅拌电机12；

(6)打开进水总阀，开冷凝回流器15进水阀；

（7）称取适量苯乙烯于分液漏斗中，用10%NaOH溶液洗涤，洗涤时须剧烈振动，静止分层，弃去红色洗液，再用蒸馏水洗涤，静止分层，弃去红色洗液，重复洗涤止洗液不显红色为止；

（8）量取适量洗涤过的苯乙烯单体，加入引发剂过氧化苯甲酰，滴1～2滴石蜡油，搅拌均匀备用；

（9）当釜内温度传感器13的温度升至90℃时，加入溶有引发剂的单体，每隔30分钟记录一次实训过程与现象；

（10）反应结束后，将釜式反应器10内物料放入烧杯中用蒸馏水洗涤抽滤，抽滤后放入50℃烘箱中干燥或风干，称量、观察粒子是否透明均匀，计算产率；

（11）停水，关机并切断电源，清洁用品及工作区。

操作过程中随时可以在操作站上查看实时数据，历史数据查询、报表查询、曲线绘制、报表曲线打印和PID参数整定。

远程操作：

上例中除在电脑上操作部分外，均由指导教师配合做好。其考核通过在线远程确认相关步骤，并辅以老师提问方式。相关数据在结束时由老师在线提供。远程学员可通过现场摄像观察设备运行情况。

自主学习：

学员通过互联网不受时间地点限制，用个人学号及密码登录进入系统。根据要求完成在线理论学习、仿真训练，达到规定学习时间可进行相应考核，考核通过者方可进行真实装置操作。

Claims (10)

1.一种用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：包括化工装置生产区、控制区、Web服务器、视频服务器；

其中，化工装置生产区内建有小型聚苯乙烯生产装置及带云台的摄像机，小型聚苯乙烯生产装置包括化工设备、化工仪表及装置框架，装置框架为钢平台，化工设备、化工仪表设置在钢平台上，化工仪表与化工设备通过管线及电缆连接，带云台的摄像机安装在小型聚苯乙烯生产装置上方；

控制区由控制柜、工控机组成，与上述的小型聚苯乙烯生产装置通过信号电缆相连；

Web服务器与控制区内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换，并对外发布，以使学生能够通过互联网进行学习与操作；

视频服务器与化工装置生产区内的带云台的摄像机通过信号电缆连接，与Web服务器通过网线连接。

2.如权利要求1所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：化工设备包括带油浴的釜式反应器、磁力搅拌电机、冷凝回流器、PID控制器、测量报警仪、摄像机；其中，带油浴的釜式反应器包括釜盖、釜体及釜底；釜盖固定于装置框架中，釜盖上固定磁力搅拌电机，磁力搅拌电机下部连接有搅拌器，釜盖上连接有釜内温度传感器，釜盖上还连接有连接冷凝回流器，冷凝回流器连接有冷凝器出口温度传感器；釜体为双层，双层之间组成的夹套内设置有导热油；釜底设置有加热棒、放料口、溢油管、放油口，并连接有油浴温度传感器；釜体及釜底固定在装置框架中，可上下升降及水平翻转。

3.如权利要求2所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：磁力搅拌电机为无级变速磁力搅拌电机，釜体为双层石英玻璃，釜盖、釜底为304合金。

4.如权利要求1所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述控制区内的控制柜由国产智能仪表组成，工控机由国产组态软件组态实现装置的控制过程，具有动画功能的三维界面，还具有实时数据采集、数据历史保存、实时数据显示、历史数据查询、报表查询、曲线绘制、报表曲线打印、PID参数整定的功能、师生对话框。

5.如权利要求1所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述Web服务器包括管理系统、自主学习系统及远程操作系统，管理系统与控制区内的工控机通过网线相连，实现实时数据交换；自主学习系统及远程操作系统通过互联网与Web服务器连接。

6.如权利要求5所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述管理系统由国产组态软件实现，通过内网与现场工控机连接，实现实时数据交换，并负责发布，其包括与现场操作界面完全相同的操作界面，有相关数据图表显示打印、远程实训课表、班级管理、学生信息管理、成绩管理、实训教师管理。

7.如权利要求5所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述远程操作系统由国产组态软件实现，通过互联网与Web服务器连接，以使学生能够通过互联网进行学习与操作，其包括与现场操作界面完全相同的远程操作界面，有相关数据图表显示打印、师生对话框、开停车步骤确认、数据结果。

8.如权利要求5所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述自主学习系统包括聚苯乙烯相关理论知识及仿真操作软件，由国产组态软件实现，其仿真操作软件包括与现场操作界面完全相同的仿真操作界面，有相关数据图表显示打印、操作步骤选择。

9.如权利要求1所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂，其特征在于：所述视频服务器可通过网络调整带云台的摄像机，以观察现场设备运行情况。

10.用于权利要求1-9任一所述的用于教学培训的聚苯乙烯教学工厂的化工设备，其特征在于：包括带油浴的釜式反应器、磁力搅拌电机、冷凝回流器、PID控制器、测量报警仪、摄像机；其中，带油浴的釜式反应器包括釜盖、釜体及釜底；釜盖上固定磁力搅拌电机，磁力搅拌电机下部连接有搅拌器，釜盖上连接有釜内温度传感器，釜盖上还连接有连接冷凝回流器，冷凝回流器连接有冷凝器出口温度传感器；釜体为双层,双层之间组成的夹套内设置有导热油；釜底设置有加热棒、放料口、溢油管、放油口，并连接有油浴温度传感器。