實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：

課程團(tuán)隊(duì)依托礦鹽資源深度利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心、江蘇省鹽化工實(shí)驗(yàn)室等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本實(shí)驗(yàn)源于團(tuán)隊(duì)老師為某上市公司開(kāi)發(fā)的“副產(chǎn)鹽酸生產(chǎn)氯乙烷工藝開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，入選2017年度江蘇省技術(shù)轉(zhuǎn)移聯(lián)盟“十大技術(shù)轉(zhuǎn)移優(yōu)秀案例”。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，積極推進(jìn)科研反哺教學(xué)，踐行OBE理念，契合新工科教育背景下，化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)課程體系發(fā)展需求和專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求。實(shí)驗(yàn)以為某公司開(kāi)發(fā)廢鹽酸資源綜合利用反應(yīng)工藝為目的開(kāi)展，學(xué)生首先完成處理工藝的選擇，針對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)化，確定最佳工藝條件；然后對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，確定合適的反應(yīng)器型式；最后通過(guò)學(xué)生自主設(shè)計(jì)，選取反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備并集成工藝流程，根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況優(yōu)化反應(yīng)工藝，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)背景：

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4學(xué)時(shí)，面向化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)大三學(xué)生開(kāi)設(shè)，有效支撐該專(zhuān)業(yè)核心主干課如《化工工藝學(xué)》《化工設(shè)計(jì)》《化學(xué)反應(yīng)工程》《化工綜合實(shí)訓(xùn)》等理論和實(shí)踐課程的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)可有效提高學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工藝研發(fā)的認(rèn)知和實(shí)踐水平，培養(yǎng)學(xué)生具備解決反應(yīng)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化的復(fù)雜工程問(wèn)題能力。

（1）綠色化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)是國(guó)家重大戰(zhàn)略的迫切需求

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，資源消耗日益加劇。綠色化工對(duì)加快促進(jìn)我國(guó)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)資源高效利用和循環(huán)利用，推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和具有重要意義。培養(yǎng)秉持綠色發(fā)展理念、基礎(chǔ)扎實(shí)、善于創(chuàng)新的化工專(zhuān)業(yè)人才，既是國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的要求，也是行業(yè)發(fā)展的需要。

（2）綠色化工工藝開(kāi)發(fā)是大學(xué)思政教育的生動(dòng)教材

鹽酸是化學(xué)工業(yè)的重要原料之一，廣泛應(yīng)用于化學(xué)原料、染料、醫(yī)藥、食品、印染、皮革、制糖、冶金等行業(yè)。近年來(lái)，化工行業(yè)廢鹽酸存儲(chǔ)、運(yùn)輸中泄露事故時(shí)有發(fā)生，由于鹽酸屬于強(qiáng)腐蝕且高揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，一旦泄露會(huì)形成大面積白霧并帶有濃厚的刺激氣味，對(duì)周?chē)h(huán)境和生態(tài)造成惡劣影響，導(dǎo)致停產(chǎn)整頓，造成很大經(jīng)濟(jì)損失。本實(shí)驗(yàn)為某公司副產(chǎn)廢鹽酸資源開(kāi)發(fā)綠色處理工藝，將其轉(zhuǎn)化成高附加值工業(yè)產(chǎn)品，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中，培養(yǎng)其形成強(qiáng)烈的專(zhuān)業(yè)自豪感，堅(jiān)定綠色發(fā)展理念和建設(shè)“綠色中國(guó)”的使命和信心。

（3）彌補(bǔ)實(shí)體實(shí)驗(yàn)不足，增強(qiáng)探究性，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量

化工類(lèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，在涉及高?；驑O端的環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時(shí)，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在虛擬環(huán)境中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所用的原料為濃鹽酸和乙醇，存在強(qiáng)腐蝕性、高揮發(fā)性及易燃易爆等危險(xiǎn)因素。采用虛擬仿真技術(shù)，避免了該項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的高危險(xiǎn)（強(qiáng)腐蝕、易燃易爆）、不可逆操作（工業(yè)生產(chǎn)一旦開(kāi)車(chē)不可逆轉(zhuǎn)）、高成本（設(shè)備投資成本大）、高消耗（每批次消耗大量試劑）及產(chǎn)生廢酸、廢水等環(huán)境有害物質(zhì)，既讓學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程中的知識(shí)和技術(shù)，又保護(hù)了學(xué)生的人身安全。本項(xiàng)目基于虛擬仿真軟件能夠使學(xué)生在虛擬環(huán)境中短時(shí)間內(nèi)完成工藝開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，有效提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)、化工原理與技術(shù)解決復(fù)雜化工問(wèn)題的能力，提升高素質(zhì)應(yīng)用型化工人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

設(shè)計(jì)原則：

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，資源消耗日益加劇。綠色化工對(duì)加快促進(jìn)我國(guó)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)資源高效利用和循環(huán)利用，推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和具有重要意義。培養(yǎng)秉持綠色發(fā)展理念、基礎(chǔ)扎實(shí)、善于創(chuàng)新的化工專(zhuān)業(yè)人才，既是國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略的要求，也是行業(yè)發(fā)展的需要。然而，化工工藝研發(fā)實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨“周期長(zhǎng)、難開(kāi)展”，“成本高、難實(shí)現(xiàn)”和“高危險(xiǎn)，難實(shí)踐”的痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)依托相關(guān)的教學(xué)、科研平臺(tái)和成果，自主研發(fā)了廢鹽酸資源利用反應(yīng)工藝研發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)原則為：

（1）本實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。綜合采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、情景體驗(yàn)式、容錯(cuò)探究式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法、推理法、趨勢(shì)觀(guān)察法、綜合比較法等實(shí)驗(yàn)方法完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（2）以任務(wù)為主線(xiàn)，由淺入深的學(xué)習(xí)規(guī)律，教師引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，通過(guò)線(xiàn)上討論和線(xiàn)下交流的方式為學(xué)生釋疑，并鼓勵(lì)學(xué)生互動(dòng)研討、協(xié)作互助。本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了反應(yīng)參數(shù)計(jì)算與優(yōu)化，反應(yīng)器選項(xiàng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，反應(yīng)系統(tǒng)集成與運(yùn)行，異常工況與事故處置四個(gè)層次遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

（3）實(shí)驗(yàn)將綠色可持續(xù)發(fā)展課程思政貫穿始終，實(shí)施立德樹(shù)人。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)努力學(xué)習(xí)，獲取各環(huán)節(jié)的成績(jī)，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)，不斷探索的精神。通過(guò)綠色化工前沿知識(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生感悟國(guó)家綠色可持續(xù)發(fā)展，樹(shù)立科技強(qiáng)國(guó)責(zé)任感。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)《化工綜合實(shí)訓(xùn)》課程大綱及關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)應(yīng)用背景，構(gòu)建了面向廢鹽酸資源利用工藝研發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以化學(xué)反應(yīng)參數(shù)計(jì)算與優(yōu)化-反應(yīng)器選項(xiàng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-反應(yīng)系統(tǒng)集成與運(yùn)行-異常工況與事故處置等環(huán)節(jié)為主線(xiàn)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到以下實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（1）掌握工藝路線(xiàn)的定性評(píng)價(jià)和選擇的方法，樹(shù)立資源循環(huán)利用的綠色環(huán)保理念。

（2）理解反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，掌握計(jì)算方法；能夠針對(duì)特定要求，優(yōu)化反應(yīng)條件，并理解其對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的影響。

（3）理解化學(xué)反應(yīng)信息和相平衡性質(zhì)與反應(yīng)器類(lèi)型及其結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，并能據(jù)此完成反應(yīng)器選型、結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)與部件組裝。

（4）能夠綜合考慮安全、能量利用等因素合理選擇、連接反應(yīng)器周邊設(shè)備，設(shè)計(jì)優(yōu)化可行的反應(yīng)工藝方案。

（5）掌握異常工況與事故綜合處置措施與流程，提升學(xué)生異常工況和突發(fā)事故處置的能力。

實(shí)驗(yàn)在傳授知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)信息化、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段彌補(bǔ)化工實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方面的不足，拓展教學(xué)的深度和廣度，提升了教學(xué)效果，對(duì)標(biāo)人才培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中融合了立德樹(shù)人和課程思政元素，實(shí)現(xiàn)學(xué)生培養(yǎng)的素質(zhì)目標(biāo)，對(duì)高水平化工專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域人才培養(yǎng)具有重要意義。課程通過(guò)實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用、專(zhuān)業(yè)技能和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)要求：

（1）專(zhuān)業(yè)與年級(jí)要求

本實(shí)驗(yàn)是《化工綜合實(shí)訓(xùn)》實(shí)訓(xùn)課程的一部分，針對(duì)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)。

（2）基本知識(shí)和能力要求

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握基本的無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)等知識(shí)，具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和自主探索能力，能夠在基礎(chǔ)知識(shí)、分析設(shè)計(jì)、應(yīng)用探索三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)分析特定實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后的原因，將專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)活學(xué)活用。