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一、 背景

多年來(lái)，高等院校化學(xué)工程、精細(xì)化工、應(yīng)用化學(xué)、高分子化學(xué)等專業(yè)（包括環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、自動(dòng)化過(guò)程控制專業(yè)和過(guò)程裝備與控制工程等專業(yè)）的教師們一直期待著有一種理想的多功能化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)：能夠兼容連續(xù)和間歇兩種典型的化學(xué)反應(yīng)；具有工業(yè)級(jí)規(guī)模動(dòng)態(tài)特性；危險(xiǎn)性最低（甚至沒(méi)有危險(xiǎn)性）；反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)污染、后處理簡(jiǎn)單；消耗最少的物料（甚至不消耗物料）；消耗最少的能源；除了化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)外，還可以進(jìn)行多種化學(xué)工程試驗(yàn)；可以靈活地進(jìn)行多種過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練；當(dāng)然還要投資省、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用省。

新一代實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)將小型半實(shí)物過(guò)程系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)與全數(shù)字仿真技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了集多種教學(xué)和實(shí)驗(yàn)功能于一身、真實(shí)感強(qiáng)、一機(jī)多用、無(wú)須物料、沒(méi)有產(chǎn)物和副產(chǎn)物、維修簡(jiǎn)單、節(jié)能、安全、環(huán)保等理想實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求，是教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)新的飛躍。

北京中泰研創(chuàng)科技有限公司為北京化工大學(xué)仿真中心開發(fā)的數(shù)據(jù)采集卡MPCE-1000全面應(yīng)用于多功能節(jié)能環(huán)保化學(xué)反應(yīng)及工程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，使這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于高等院校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)及自動(dòng)化工程師的考試中，發(fā)揮了積極的社會(huì)效益，得到了各界好評(píng)。

二、 多功能化學(xué)反應(yīng)及過(guò)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由小型流程設(shè)備盤臺(tái)、數(shù)字式軟儀表與接口硬件、系統(tǒng)監(jiān)控軟件及過(guò)程模型軟件四部分組成。四部分通過(guò)小型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)字通信協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成復(fù)雜的、高逼真度的半實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)。

1．小型流程設(shè)備盤臺(tái)

在鋼制的盤臺(tái)上安裝著由不銹鋼制的比例縮小（但卻能夠保持工業(yè)級(jí)大尺寸特性）的流程設(shè)備模型。主設(shè)備包括：一臺(tái)臥式儲(chǔ)罐（D-101）、兩臺(tái)高位計(jì)量罐（D-102、D-103）、一臺(tái)帶攪拌器的釜式反應(yīng)器（T-104）、一臺(tái)列管式熱交換器（E-105）、三臺(tái)離心泵（P-106、P-107、P-108）、十個(gè)手動(dòng)/自動(dòng)雙效閥門和若干管路系統(tǒng)。在垂直的儀表盤面上分布有壓力（P）、流量（F）、溫度（T）、物位（L）、功率（N）、組成（A）和閥位（V）等傳感器插孔和數(shù)字式軟儀表。本盤臺(tái)是學(xué)生直接操作和運(yùn)行過(guò)程系統(tǒng)的環(huán)境。本環(huán)境給學(xué)生以全真實(shí)的空間位置感覺(jué)、全真實(shí)的操作力度感覺(jué)和過(guò)程變化的時(shí)間特性感覺(jué)。由于真實(shí)過(guò)程裝置的壓力、流量、溫度、物位、功率、組成也是無(wú)法直接觀察的，必須通過(guò)儀表檢測(cè)，因此，本系統(tǒng)和真實(shí)系統(tǒng)的觀測(cè)界面完全一致。

2．動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型軟件

動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型軟件運(yùn)用動(dòng)態(tài)定量仿真模型，模擬真實(shí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程和工藝流程，并提供各變量瞬態(tài)值。具體分為以下流程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型：

（1）連續(xù)反應(yīng)（CSTR）動(dòng)態(tài)仿真模型

（2）間歇反應(yīng)動(dòng)態(tài)仿真模型

（3）離心泵及特性動(dòng)態(tài)仿真模型

（4）三級(jí)液位及傳熱動(dòng)態(tài)仿真模型

（5）壓力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型

（6）熱交換器過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型

能否采用半實(shí)物仿真技術(shù)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是關(guān)鍵。為了高逼真地進(jìn)行過(guò)程的開、停車、正常運(yùn)行、故障狀態(tài)操作及控制，必須解決如下建模問(wèn)題：

（1）動(dòng)態(tài)模型應(yīng)能反映被仿真裝置的實(shí)際尺寸，包括設(shè)備尺寸、管道尺寸、閥門尺寸等，應(yīng)能反映系統(tǒng)物料和能量的變化與傳遞的定量關(guān)系。

（2）動(dòng)態(tài)模型應(yīng)能反映被仿真系統(tǒng)的物理化學(xué)變化的規(guī)律，如反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性、氣液平衡特性、流體力學(xué)特性等，這些特性常常是非線性的。

（3）動(dòng)態(tài)模型應(yīng)能反映被仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)、慣性、時(shí)間滯后、多容高階特性。

（4）動(dòng)態(tài)模型的求解速度應(yīng)達(dá)到實(shí)時(shí)要求、求解精度應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)要求。

得益于本工程中心十五年來(lái)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建模經(jīng)驗(yàn)，以上問(wèn)題都得到較好的解決。傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所存在的弱點(diǎn)，幾乎都是借助于動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的實(shí)時(shí)仿真計(jì)算得到克服。為了進(jìn)行復(fù)雜的控制實(shí)驗(yàn)，除了過(guò)程模型外還特別開發(fā)了常用控制算法模塊庫(kù)，可以方便地通過(guò)"軟連接"構(gòu)造多種多樣的控制系統(tǒng)。

3．控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件

為了便于學(xué)生（教師）靈活地設(shè)計(jì)組合多種多樣的控制方案，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供自行開發(fā)的、專用的VC++控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件。能夠在計(jì)算機(jī)"桌面"上通過(guò)圖形軟連接、在"菜單"提示下填寫參數(shù)和數(shù)據(jù)等方法完成控制系統(tǒng)組態(tài)。這種組態(tài)方法與集散型控制系統(tǒng)（DCS）組態(tài)完全相同，因此，比教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的進(jìn)口軟件MATLAB 更直觀、更簡(jiǎn)明、更符合工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)的要求。控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件提供以下具體功能：

（1） 提供常見的PID 控制算法，允許學(xué)生配置參數(shù)

（2） 控制方案的設(shè)計(jì)，允許學(xué)生自行設(shè)計(jì)控制方案。

（3） 提供兩種方式的控制算法組態(tài)：圖形化控制算法組態(tài)工具；標(biāo)準(zhǔn)DLL 工程，將其它計(jì)算機(jī)的控制算法動(dòng)態(tài)鏈接到當(dāng)前控制回路中。

（4） 信號(hào)發(fā)生器組態(tài)。提供常用的信號(hào)發(fā)生器，可與當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行疊加。

（5） 信號(hào)輸出組態(tài)。提供信號(hào)輸出顯示、歷史趨勢(shì)記錄、文件保存等功能，以進(jìn)行信號(hào)后處理。

為了方便使用，控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件具有錯(cuò)誤組態(tài)方案的自診斷功能。當(dāng)組態(tài)的方案不合理時(shí)，軟件能給出提示。此外，還具有智能化自動(dòng)排序功能，能夠保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件

盤臺(tái)上的所有操作和顯示變量都能由軟件控制，可以在瞬間設(shè)定新的狀態(tài)，我們稱其為狀態(tài)"全恢復(fù)"功能。本功能是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一大特色，利用本特點(diǎn)可以任意設(shè)定干擾、故障狀態(tài)或某一特定狀態(tài)、重演過(guò)去記錄的狀態(tài)及某時(shí)間段落的變化狀態(tài)等。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件對(duì)每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)提供工程管理，便于學(xué)生選擇不同的實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理。具體分為以下功能：

（1）實(shí)驗(yàn)開始、暫停、恢復(fù)及自檢驗(yàn)功能

（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目切換

（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目當(dāng)前狀態(tài)（又稱為"快照"）存儲(chǔ)

（4）參數(shù)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)改變

（5）多畫面切換

5．系統(tǒng)硬件功能

（1）硬件組態(tài)功能。在液晶顯示器上彩色顯示15 個(gè)數(shù)據(jù)單元（5 個(gè)棒圖顯示和10 個(gè)數(shù)碼顯示），每個(gè)顯示單元都有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入插孔。另外在設(shè)備和管道上布置了幾十個(gè)數(shù)據(jù)檢測(cè)輸出插孔。通過(guò)導(dǎo)線連接完成對(duì)顯示單元顯示數(shù)據(jù)內(nèi)容的確定。

（2）硬件單元的自摘除功能。在本系統(tǒng)上可以完成規(guī)模不同的試驗(yàn)，每次進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中投入使用的設(shè)備種類和數(shù)量可以通過(guò)組態(tài)軟件定義。

（3）所有盤臺(tái)上的閥門都是自動(dòng)/手動(dòng)可定義的雙效閥門。

（4）即插即用功能。硬件單元通過(guò)地址開關(guān)設(shè)定地址。同類型的硬件單元可以互換。

（5）現(xiàn)場(chǎng)"全恢復(fù)"功能。現(xiàn)場(chǎng)的全部硬件設(shè)備可以通過(guò)軟件設(shè)定為任意的工作狀態(tài)。

三、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程與工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

多功能實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練系統(tǒng)的工藝流程圖見圖 2 所示。由于采用了半實(shí)物模擬新技術(shù)，在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)盤臺(tái)上可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件控制，自動(dòng)組合成連續(xù)反應(yīng)、間歇反應(yīng)和多種工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以全面重組和變化，重組和變化不需要附加管路和閥門、不必對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新機(jī)電組裝，只需通過(guò)軟件組態(tài)方式或改變信號(hào)線連接，由軟件初始化一秒鐘即可實(shí)現(xiàn)，易如反掌。主要反應(yīng)過(guò)程和工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：

1．連續(xù)反應(yīng)（CSTR）系統(tǒng)

本項(xiàng)目解決了工藝過(guò)程實(shí)訓(xùn)的一項(xiàng)重要空缺。本連續(xù)反應(yīng)過(guò)程是工業(yè)常見的典型的帶攪拌的釜式反應(yīng)器（CSTR）系統(tǒng)，同時(shí)又是高分子聚合反應(yīng)，具有廣泛的代表性。

本系統(tǒng)在圖 2 中的部位是：兩臺(tái)高位計(jì)量罐（D-102、D-103）、D-102 罐液位L2，入口雙效閥V3，出口雙效閥V4，D-103 罐液位L3，入口雙效閥V2，出口雙效閥V5，帶攪拌器的釜式反應(yīng)器（T-104）、反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物濃度A，反應(yīng)溫度T1，液位L4，T-104 出口流量F9，出口雙效閥V9，出口泵（P-108），出口泵開關(guān)S5（開關(guān)），反應(yīng)器第一夾套冷卻水入口流量F7，雙效閥V7，反應(yīng)器第二夾套冷卻水入口流量F8，雙效閥V8，反應(yīng)器夾套加熱熱水閥S6（開關(guān)），催化劑進(jìn)料雙效閥V6，反應(yīng)器攪拌電機(jī)開關(guān)S8。

本實(shí)驗(yàn)與間歇反應(yīng)系統(tǒng)一樣，是當(dāng)前工藝全實(shí)物實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法進(jìn)行的高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)，又是非常需要的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，全實(shí)物實(shí)驗(yàn)還面臨物料消耗、能量消耗、反應(yīng)產(chǎn)物的處理、廢氣廢液的處理和環(huán)境污染問(wèn)題，以上各項(xiàng)問(wèn)題比間歇反應(yīng)更嚴(yán)重，因?yàn)檫B續(xù)反應(yīng)的處理量大大超過(guò)間歇過(guò)程。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的連續(xù)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上都是水位及流量系統(tǒng)，根本沒(méi)有反應(yīng)現(xiàn)象。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)開、停車試驗(yàn)；多因素（進(jìn)料量、冷卻量、催化劑量、攪拌等）影響試驗(yàn)與分析；全混流連續(xù)反應(yīng)平均停留時(shí)間測(cè)試與估算；全混流連續(xù)反應(yīng)平均轉(zhuǎn)化率測(cè)試與產(chǎn)量計(jì)算；多組分汽液平衡壓力測(cè)試與估算；除了進(jìn)行常規(guī)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練外，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以進(jìn)行安全分析和過(guò)程控制訓(xùn)練。

2．間歇反應(yīng)系統(tǒng)

本項(xiàng)目解決了工藝過(guò)程實(shí)訓(xùn)的另一項(xiàng)重要空缺。本間歇反應(yīng)過(guò)程是工業(yè)常見的典型的間歇過(guò)程，在精細(xì)化工、催化劑制備、制藥業(yè)、溶劑與染料中間體等行業(yè)具有廣泛的代表性。本系統(tǒng)在圖 2 中的部位是：兩臺(tái)高位計(jì)量罐（D-102、D-103）、D-102 罐液位L2，入口雙效閥V3，出口雙效閥V4，D-103 罐液位L3，入口雙效閥V2，出口雙效閥V5，帶攪拌器的釜式反應(yīng)器（T-104）、反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物濃度A，反應(yīng)溫度T1，液位L4，T-104 出口流量F9，出口雙效閥V9，出口泵（P-108），出口泵開關(guān)S5（開關(guān)），反應(yīng)器蛇管冷卻水入口

流量F7，雙效閥V7，反應(yīng)器夾套冷卻水入口流量F8，雙效閥V8，反應(yīng)器夾套加熱蒸氣閥S6（開關(guān)），反應(yīng)器放空閥V6，反應(yīng)器攪拌電機(jī)開關(guān)S8。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇了間歇反應(yīng)過(guò)程中最為復(fù)雜的一種，具有主副反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)、放熱劇烈、壓力隨溫度急劇變化等特點(diǎn)，是當(dāng)前工藝全實(shí)物實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法進(jìn)行的高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)，又是非常需要的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，全實(shí)物實(shí)驗(yàn)還面臨物料消耗、能量消耗、反應(yīng)產(chǎn)物的處理、廢氣廢液的處理和環(huán)境污染問(wèn)題。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上都是水位及流量系統(tǒng)，根本沒(méi)有反應(yīng)現(xiàn)象。

本間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行開、停車試驗(yàn)；多因素影響試驗(yàn)與分析；物料量的計(jì)量與核算；主、副反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)試驗(yàn)與分析；反應(yīng)主產(chǎn)物濃度變化規(guī)律測(cè)試與分析；反應(yīng)溫度變化規(guī)律測(cè)試與分析；反應(yīng)壓力變化規(guī)律測(cè)試與分析等。此外還可以進(jìn)行安全分析、計(jì)算機(jī)控制、故障診斷和高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。

3．離心泵及液位系統(tǒng)

本系統(tǒng)在圖 2 中的部位是：臥式儲(chǔ)罐（D-101），其上游的雙效閥V1，入口流量F1，儲(chǔ)罐壓力P1，儲(chǔ)罐液位L1，儲(chǔ)罐下部出口快開閥S1（開關(guān)），離心泵（P-106），離心泵入口壓力P2，離心泵出口壓力P3，離心泵出口流量F2，離心泵高點(diǎn)排氣閥S3（開關(guān)），排氣完成指示燈D1，離心泵出口雙效閥V2。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行非線性液位特性測(cè)試；離心泵開、停；離心泵特性測(cè)試；離心泵故障實(shí)驗(yàn)；離心泵相關(guān)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；離心泵與相關(guān)設(shè)備聯(lián)合后的深層知識(shí)專家系統(tǒng)（SDG法）故障診斷等。

4．三級(jí)液位系統(tǒng)

本系統(tǒng)在圖2 中的部位是：第一級(jí)液位系統(tǒng)，臥式儲(chǔ)罐（D-101），其上游的雙效閥V1，入口流量F1，儲(chǔ)罐壓力P1，儲(chǔ)罐液位L1，儲(chǔ)罐下部出口快開閥S1（開關(guān)），離心泵（P-106），離心泵入口壓力P2，離心泵出口壓力P3，離心泵出口流量F2，離心泵高點(diǎn)排氣閥S3（開關(guān)），排氣完成指示燈D1，離心泵出口雙效閥V2；第二級(jí)液位系統(tǒng)，高位非線性計(jì)量罐（D-103），該罐的上部是直圓桶型，其液位變化為線性特性，下部為圓錐型，其液位變化為非線性特性，罐內(nèi)壓力P5，溫度T6，液位L3，罐出口流量F5，出口雙效閥V5；第三級(jí)液位系統(tǒng)，釜式反應(yīng)器（T-104），反應(yīng)器內(nèi)壓力P7，溫度T1，液位L4，罐出口流量F9，出口雙效閥V9，出口泵（P-108），出口泵開關(guān)S5（開關(guān)）。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行串聯(lián)容器物料平衡實(shí)驗(yàn)與計(jì)算；液位自衡實(shí)驗(yàn)及流體力學(xué)計(jì)算；多級(jí)液位控制訓(xùn)練。此外，與常規(guī)三級(jí)液位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相比，特別增加了非線性環(huán)節(jié)，為復(fù)雜控制方法的實(shí)驗(yàn)提供了可能。

5．氣體壓縮系統(tǒng)

本系統(tǒng)在圖 2 中的部位是：透平式氣體壓縮機(jī)（P107），壓縮機(jī)出口壓力P4，出口流量F3，出口雙效閥V3，氣體緩沖罐（D-102），罐內(nèi)壓力P5，罐出口流量F4，罐出口雙效閥V4，釜式反應(yīng)器（T-104），反應(yīng)器內(nèi)壓力P7。

本系統(tǒng)可以進(jìn)行氣體大口徑管道輸送流量測(cè)量及管路阻力和壓降試驗(yàn)；氣體體積流量換算實(shí)驗(yàn)；透平式氣體壓縮機(jī)特性試驗(yàn)；設(shè)備惰性氣體置換充壓過(guò)程及氣體壓力與流量控制訓(xùn)練。

6．熱交換系統(tǒng)

列管式熱交換器傳熱系統(tǒng)在圖2 中的部位是：列管式熱交換器（E-105）和帶攪拌器的釜式反應(yīng)器（T-104），E-105 管程入口流量F9，管程入口雙效閥V9，管程入口溫度T2，管程出口溫度T3，殼程入口流量F10，殼程入口雙效閥V10，殼程入口溫度T4，殼程出口溫度T5，殼程高點(diǎn)排氣閥S7（開關(guān)），排氣指示燈D2。

本系統(tǒng)可以進(jìn)行列管式熱交換器開、停車試驗(yàn)；多工況對(duì)數(shù)溫差測(cè)試與核算；多工況總傳熱系數(shù)測(cè)試與核算；列管式熱交換過(guò)程溫度控制訓(xùn)練。此外，列管式熱交換器屬于變時(shí)間常數(shù)、高階動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)，可以進(jìn)行高級(jí)控制規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。

四、多功能反應(yīng)與過(guò)程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

本系統(tǒng)由于能夠組合成兩類化學(xué)反應(yīng)、多種工藝過(guò)程的對(duì)象，因此可以進(jìn)行多種反應(yīng)過(guò)程和化工單元操作實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練。事實(shí)上，在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以進(jìn)行的過(guò)程系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是排列組合的概念，即可以達(dá)到數(shù)百種之多。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)可變化的內(nèi)容包括了5 種工藝過(guò)程、設(shè)備尺寸可變、物料特性可變、工藝條件可變、10 個(gè)自動(dòng)控制閥4 種閥特性的選擇、29 個(gè)傳感器信號(hào)選擇、多點(diǎn)自由設(shè)定干擾、控制系統(tǒng)自由組態(tài)、控制算法自由嵌入等。所以，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以進(jìn)行的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、化工過(guò)程和自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的變化具有多樣性。這也是本系統(tǒng)革新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要方面。由于這種自由組合功能，為學(xué)生和教師提供了一個(gè)多樣化的驗(yàn)證型、綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型、探索型實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容非常豐富，為了便于結(jié)合各校教學(xué)大綱選擇所需要的實(shí)驗(yàn)，本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)提供5 個(gè)單元，共計(jì)36 種實(shí)驗(yàn)案例如下：

第一單元：連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)

（1） 連續(xù)反應(yīng)開、停車試驗(yàn)

（2） 連續(xù)反應(yīng)多因素影響試驗(yàn)與分析

（3） 全混流連續(xù)反應(yīng)平均停留時(shí)間測(cè)試與估算

（4） 全混流連續(xù)反應(yīng)平均轉(zhuǎn)化率測(cè)試與產(chǎn)量計(jì)算

（5） 多組分汽液平衡壓力測(cè)試與估算

（6） 連續(xù)反應(yīng)多回路（溫度、壓力、液位、流量）控制訓(xùn)練

（7） 連續(xù)反應(yīng)故障試驗(yàn)與"如果-怎么辦？方法"安全分析

第二單元：間歇反應(yīng)系統(tǒng)

（8） 間歇反應(yīng)開、停車試驗(yàn)

（9） 間歇反應(yīng)多因素影響試驗(yàn)與分析

（10） 間歇反應(yīng)物料量的計(jì)量與核算

（11） 間歇反應(yīng)過(guò)程主、副反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)試驗(yàn)與分析

（12） 間歇反應(yīng)過(guò)程主產(chǎn)物濃度變化規(guī)律測(cè)試與分析

（13） 間歇反應(yīng)過(guò)程溫度變化規(guī)律測(cè)試與分析

（14） 間歇反應(yīng)過(guò)程壓力變化規(guī)律測(cè)試與分析

（15） 間歇反應(yīng)過(guò)程最優(yōu)操作試驗(yàn)與分析

（16） 間歇反應(yīng)過(guò)程故障試驗(yàn)與"如果-怎么辦？方法"安全分析

第三單元：離心泵與液位系統(tǒng)

（17） 離心泵及液位系統(tǒng)開、停車試驗(yàn)

（18） 液位與流量的非線性特性實(shí)驗(yàn)

（19） 離心泵特性實(shí)驗(yàn)

（20） 閥門特性試驗(yàn)與計(jì)算

（21） 離心泵與液位系統(tǒng)的流量、液位和壓力控制訓(xùn)練

（22） 離心泵與液位故障試驗(yàn)與"檢查表法"分析

（23） SDG 方法離心泵與液位故障診斷實(shí)驗(yàn)

第四單元：三級(jí)液位系統(tǒng)

（24） 三級(jí)液位系統(tǒng)開、停車訓(xùn)練

（25） 串聯(lián)容器物料平衡實(shí)驗(yàn)與計(jì)算

（26） 液位自衡實(shí)驗(yàn)及流體力學(xué)計(jì)算

（27） 多級(jí)液位控制訓(xùn)練

第五單元：氣體壓縮系統(tǒng)

（28） 壓縮機(jī)充壓開、停車試驗(yàn)

（29） 透平式壓縮機(jī)特性測(cè)試

（30） 氣體體積流量測(cè)量及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量換算

（31） 流體阻力與管路壓降測(cè)試與計(jì)算

（32） 氣體壓縮系統(tǒng)壓力控制訓(xùn)練

第六單元：熱交換系統(tǒng)

（33） 列管式熱交換器開、停車試驗(yàn)

（34） 列管式熱交換器多工況對(duì)數(shù)溫差測(cè)試與核算

（35） 列管式熱交換器多工況總傳熱系數(shù)測(cè)試與核算

（36） 列管式熱交換過(guò)程溫度控制訓(xùn)練

五、優(yōu)點(diǎn)

綜上所述，多功能化學(xué)反應(yīng)及過(guò)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)。

易學(xué)、易用、易操作、易維護(hù)；

徹底解決了連續(xù)和間歇化學(xué)反應(yīng)的工程化實(shí)驗(yàn)難題；

具有工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)和控制實(shí)驗(yàn)雙重用途；

能組合出大量工藝過(guò)程和系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；

具有工業(yè)級(jí)裝置與流程的增益、時(shí)間常數(shù)與動(dòng)態(tài)特性；

工藝及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)經(jīng)得起工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的審核；

達(dá)到了工業(yè)級(jí)高精度、高重復(fù)性驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)要求；

達(dá)到了的綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型、探索型實(shí)驗(yàn)要求；

可以滿足多層次實(shí)驗(yàn)需要；

是真正的安全、節(jié)能、環(huán)保的"綠色實(shí)驗(yàn)"系統(tǒng)；

適用專業(yè)面寬（包括化學(xué)工程、精細(xì)化工、制藥、應(yīng)用化學(xué)、高分子材料、生命科

學(xué)、環(huán)境科學(xué)、過(guò)程自動(dòng)化、過(guò)程裝備與控制工程等多專業(yè)）。

多功能化學(xué)反應(yīng)及過(guò)程實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)景