流化床干燥综合3D虚拟仿真试验项目操作说明

流化床干燥综合3D

虚拟仿真实验项目操作说明

流化床干燥综合3D虚拟仿真实验项目是利用动态数学模型实时模拟真实实验流化床干燥的现象和过程，通过3D 仿真实验装置交互式操作，产生和真实实验相一致的实验现象和结果。根据学生的需求与知识结构，构建了两个层次（基础理论型、仿真操作型）四个教学单元的实验内容，使实践教学内容由验证理论向综合应用、研究设计延伸，使不同层次、不同类型的学生都能在本仿真项目中，根据自己的需要来进行自主学习。能够体现化工实验步骤和数据梳理等基本实验过程，满足工艺操作要求，满足流程操作训练要求，能够安全、长周期运行。既能让每位学生都能亲自动手做实验，观察实验现象，记录实验数据，达到验证公式和原理的目的，且能够进一步通过对设备参数的改变，来加深对知识点和原理的理解。

一、干燥工艺及相关设备的认识

本单元主要包括干燥工艺的主要原理、流程、设备及过程特点等，并拓展介绍相关的流体输送设备、传热流程及设备。通过手动设备拆装，观察流化床干燥器内部构件，达到了解其整体结构的目的。

二、流化床干燥单元操作的开车、停车

本单元的主要目的是让学生掌握流化床干燥单元的开、停车方法过程中所需要控制的相

关参数等。在这一单元，采用指导模式和自主操作两种学习方式。指导模式的学习，是学生在软件提示下，进行设备的开停车步骤操作。学生也可以选择自主操作模式，自主操作设备的开车、正常运行和停车步骤。

基本操作

1、快捷键操作：W（前）S（后）A（左）D（右）、鼠标右键（视角旋转）。

图 1-1

注：在非中文输入状态下，点击 W 可逐步放大页面，点击 A 界面右移，可使左边装置进入视角，点击 D 界面左移，可使右边装置进入视角，点击 S，退出拉近，界面恢复。

2、进入主场景后，可进入相应实验室，如流体力学实验室，完成实验的全部操作，进入实验室后可回到主场景中。按住鼠标滚轮上下移动鼠标可进行视角的调整。

3、拉近镜头：鼠标左键双击设备进行操作，还可使用快捷键 W。

4、开关阀门或者其他电源键或者泵开启键为鼠标左键单击操作。

（二）、仿真操作

启动软件后，首先进入如下界面：

实验介绍：介绍实验的基本情况，如实验目的及内容、实验原理、实验装置基本情况，实验方法及步骤和实验注意事项等。

设置：可设置全局标签和环境音效。

退出：点击退出出现如下界面，继续点击确定，则退出软件。

图1-3

进入系统：点击进入系统，进入仿真学习界面。

图1-4 流化床干燥仿真学习界面

仿真学习界面分为4 部分内容。

1、流化床干燥实验设计参数：流化床干燥实验可设计的参数为塔径、床层高度、加水量、干燥物料。在学生练习过程中，可以自由选择不同的实验条件进行实验操作。

2、实验装置图。

3、实验的简单介绍以及软件的优点和简单操作说明。

4、启动按钮，点击启动，进入流化床干燥实验室（图1-5）进行仿真操作。

图1-5

实验室上方有菜单键功能说明（图1-6）：

图1-6

【返回主页】：点击返回主页。（图1-7）

图1-7

点击确定，则会返回到仿真学习界面（图1-4）。

【实验介绍】：介绍实验的基本情况，如实验目的及内容、实验原理、实验装置基本情况，实验方法及步骤和实验注意事项等。

【记录数据】：实现数据记录功能。（图1-8）

图1-8

1、实验参数，和仿真实验界面选择的参数一致。

2、实验记录过程：①点击新增一行；②填入数据；③记录完数据点击提交。

【设备列表】：对设备进行分类，单击类别能迅速定位到目标。（图1-9）

图1-9

【查看图表】：点击查看图表（图1-10）

图1-10

操作方法：①点击图表处理，系统会自动计算干燥速率*10^3（kg 水/kg 干物*min-1）；②点击保存结果，保存干燥曲线；③点击生成干燥速率曲线，则会生成干燥速率曲线；④点击保存结果，保存干燥速率曲线；⑤点击，关闭查看图表界面。

【实验分析】：实验分析包括选择题、判断题等，做完之后点击提交。

【生成报告】：仿真软件可生成打印报告作为预习报告提交给实验老师。（图1-11）

图1-11

【系统设置】：可设置全局标签、环境音效。

【退出】：点击退出实验。（图1-12）

图1-12

（三）、详细说明

1、阀门开度调节（图1-13）

可调阀的调节方式有三种：（1）点击，控制开关度；（2）点击开关度显示条上的数字，变为可输入模式，直接输入开度数字；

（3）拖动开关度显示条，拖到合适的位置。

图 1-13

2.流量计及其他刻度显示计读数，只需把鼠标放在有刻度的位置，即出现数值显示（图 1-14）

图1-14

3.数值显示表：该类表为显示表，没有任何操作，直接显示对应数值。

图1-15

4.温度表

图1-16

点击，温度表设定值增大；点击，温度表设定值减小。

三、设备参数的变化对干燥过程的影响

化床设备的设计和设备参数的调整，如流化床塔径、床层高度、床层面积等，是化工单元操作实践教学中很重要的内容。借助虚拟仿真实验技术，可以实现零成本、快速地按照设计或计算得到的参数对设备进行调整，然后在改造后的虚拟实验设备上开展干燥操作，通过虚拟实验来验证设计和计算的正确性，以确定下一步的设计方案。

四、操作条件的变化对干燥过程的影响

在干燥操作中，过程参数如空气流量、空气湿度、空气温度等因素都对干燥结果产生影响。掌握这些因素影响的机理，对理解干燥操作和保证干燥过程的稳定至关重要。在实际的干燥实验中，由于设备条件的限制，过程参数的稳定需要较长时间。在虚拟仿真实验中，可以便捷地对这些影响干燥过程的因素进行考察，让学生通过思考、探索、分析、调整的过程参与体验，培养学生分析问题、解决工程问题的能力。

学生要按照要求完成一个完整的干燥单元操作开车、维持正常运行和停车过程，需要完成如下程序：

（1）打开加水斗阀门，向预先装填在流化床干燥器中的硅胶床层中滴加220-300mL水，边滴加边通入空气流化搅拌，使硅胶物料均匀吸水；

（2）预先调节风量，使床层中颗粒层处于良好的流化状态；

（3）加水斗中的水滴加完后，关闭加水斗阀门；

（4）打开电源开关；

（5）打开空气旁路阀门；

（6）开启电加热开关预热空气，并先使空气经旁路阀门排空；

（7）待空气温度升至95℃左右，再将旁路放空阀关闭，将热空气切换至床层；（8）切换床层后，待床层温度升至38℃左右，点击物料取样器，取样器旋转180度样品放入取样槽中，此时计时器自动开始计时，并记录时间和相应床层温度；（9）取样器取得样品后，再次点击取样器，取样器中的样品自动放入准备的称量瓶中，完成一次取样；

（10）点击右上方“空瓶+湿物称重”按钮，对取样称重并记录；

（11）点击右上方“空瓶+干物称重”按钮，对取样干燥后称重并记录；

（12）取样次数不少于12次。建议取样时间设置：床层温度低于45℃每隔3分钟取样一次，45至50℃时每隔5分钟取样一次，高于50℃每隔10分钟取样一次；

其中，每个程序都需要学生进行多个步骤的操作。