过程系统原理实验指导书程明

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1、过程系统原理实验指导书程明编写南京工业大学自动化与电气工程学院2013年08月III目录预备知识1一、过程系统仿真实习技术简介1二、仿真实习软件操作方法3三、过程系统操作要点11实验一离心泵仿真实验21一、实验目的21二、实验原理21三、实验内容24四、实验结果26五、实验讨论27实验二热交换器仿真实验28一、实验目的28二、实验原理28三、实验内容29四、实验结果31五、实验讨论32实验三气体吸收仿真实验33一、实验目的33二、实验原理33三、实验内容37四、实验结果41五、实验讨论42实验四液体蒸馏仿真实验43一、实验目的43

2、二、实验原理43三、实验内容47四、实验结果52III五、实验讨论54实验五换热器设计实验55一、实验目的55二、程序设计原理55三、实验结果55四、实验讨论56实验六精馏塔设计实验57一、实验目的57二、程序设计原理57三、实验结果57四、实验讨论58附录：58设计型实验报告写作要求：58III预备知识一、过程系统仿真实习技术简介1、什么是仿真实习技术仿真实习技术是以仿真机为工具，用实时运行的动态数学模型代替真实工厂进行教学实习的一门新技术。仿真机是基于电子计算机、网络或多媒体部件，由人工建造的，模拟工厂操作与控制或工业过程的设

3、备，同时也是动态数学模型实时运行的环境。动态数学模型是仿真系统的核心，是依据工业过程的数据源由人工建立的数学描述。这种数学描述能够产生与工业过程相似的行为数据。动态数学模型一般由微分方程组成。用于仿真实习的动态数学模型应当满足：数值求解的实时性、全量程随机可操作性、逼真性和高度可靠性。2、仿真实习技术的产生背景80年代中期以来，由于国产过程仿真培训系统的研制成功，采用仿真技术解决生产实习的过程工业类大学、中专和技校迅速增多。1995年以后，随着微型计算机性能大幅度提高，价格下降，以及国产化仿真培训系统日趋成熟，为仿真实习技术广泛普

4、及创造了条件。在仿真实习技术尚未出现之前，学校只有下厂实习一条路可走。工厂由于顾及安全和效益，一般不允许学生动手操作，因此下厂实习效果普遍不好。学校由于缺乏经费，难于承受不断上涨的实习费用。学生实习难已经成为长期困扰学校的普遍性问题。仿真实习技术是解决以上难题的最佳选择和理想方法。目前，仿真实习技术已成为一种国际公认的高效现代化教学手段。3、仿真实习的优点与传统的下厂实习相比，仿真实习有如下优点。（1）为学生提供了充分动手的机会，可在仿真机上反复进行开车、停车训练，这在真实工厂中是难于实现的。（2）高质量的仿真器具有较强的交互性能

5、，使学生在仿真实习过程中能够发挥学习主动性，实习效果突出。（3）仿真软件提供快门设定、工况冻结、时标设定、成绩评定、趋势记录、报警记录、参数设定等特殊功能，便于教师实施各种新的教学与培训方法。真实工厂无法实现。（4）可以设定各种事故和极限运行状态，提高学生分析能力和在复杂情况下的决策能力。真实工厂根本不允许进行。59（5）在仿真机上，学生变成学习的主体。学生可以根据自己的具体情况有选择地学习。例如自行设计、试验不同的开、停车方案，试验复杂控制方案、优化操作方案等。真实工厂考虑到生产安全及正常生产计划，决不允许这样做。（6）仿真实习

6、软件具有自动评价功能，对学生掌握知识的水平随时进行测评。在下厂实习中，一位教师无法同时跟踪众多学生进行测评。（7）安全性。其一是指学生在仿真器上进行事故训练不会发生人身危险，其二是不会造成设备破坏和环境污染等经济损失。因此，仿真实习是一种最安全的实习方法。（8）节省开支。采用仿真实习技术解决实习教学，可以节省设备运行费、物料能量损耗费、实习人员下厂经费等大量开支。综上所述，仿真实习与传统的下厂实习相比，在许多方面具有更好的效果。4、仿真实习的作用任何一项新的技术都有其局限性。由于高档图形工作站价格昂贵，当前的仿真实习系统还难于实现

7、化工过程三维动态视景功能，无法产生真实化工生产过程的临境感受，也无法实现对不同设备的拆装技能和力度训练。这些功能可能将来部分由虚拟现实（VR）技术实现。当前仿真实习在化工类学校主要起如下作用：（1）深入了解化工过程系统的操作原理，提高学生对典型化工过程的开车、停车运行能力；（2）掌握调节器的基本操作技能，进而熟悉ＰＩＤ参数的在线整定；（3）掌握复杂控制系统的投运和调整技术；（4）提高对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力，通过仿真实习训练能够提出最优开车方案；（5）在熟悉开、停车和复杂控制系统的调整基础上，训练识别事故和排除事故的

8、能力；（6）科学地、严格地考核与评价学生经过学习训练后所达到的操作水平以及理论联系实际的能力。以上六种作用表明，仿真实习对于学生了解工艺和控制系统的动态特性，提高对工艺过程的运行和调整控制能力具有特殊的作用。这种运行、调整和控制能力集中反映了学生运