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(chǔ)罐構(gòu)成，尺寸為2（長(zhǎng)）×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(chǔ)罐構(gòu)成，尺寸為2（長(zhǎng)）×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(chǔ)罐構(gòu)成，尺寸為1.8（長(zhǎng)）×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(chǔ)罐構(gòu)成，尺寸為2.8（長(zhǎng)）×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(duì)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(chǔ)罐；氫氣壓縮機(jī)等。尺寸為1.0（長(zhǎng)）×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(shì)

（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(jiǎn)單，組合方便。該裝置將化工原理等相關(guān)專業(yè)知識(shí)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(jí)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(yíng)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。