大学化学, 2020, 35(12): 237-246 doi: 10.3866/PKU.DXHX202007088

化学实验

生物质裂解产物的制备及HPLC检测其成分的虚拟仿真实验开发

郭明,, 王珏, 熊蔓, 吴荣晖, 杨雪娟, 周建钟, 李铭慧, 栗嘉骏

Development of the Virtual Simulation Experiment of Preparation of Biomass Pyrolysis Products and HPLC Detection of Its Components

Guo Ming,, Wang Jue, Xiong Man, Wu Ronghui, Yang Xuejuan, Zhou Jianzhong, Li Minghui, Li Jiajun

通讯作者: 郭明,Email: guoming@zafu.edu.cn

收稿日期: 2020-07-31   接受日期: 2020-08-21  

基金资助: 浙江省高等教育十三五教学改革研究项目.  JG20180176
浙江省“十三五”高校虚拟仿真实验教学项目.  立项建设项目
浙江农林大学教改项目.  SY2018019
浙江农林大学教改项目.  JD17002
浙江农林大学教改项目.  KC18024
浙江农林大学教改项目.  ZDKG19010

Received: 2020-07-31   Accepted: 2020-08-21  

摘要

为提高信息化背景下高校实验教学质量和实践育人水平,解决实习实训环节开展困难的问题,开发了生物质快速热解及HPLC检测其成分的虚拟仿真实验平台。实验依据生物质快速热解制取裂解产物的工厂实际操作流程,结合高效液相检测化学成分的仪器分析实验过程,将虚拟实验划分为生物质样品预处理系统、生物质快速热解系统、生物油提质系统和复杂成分的大型仪器HPLC测定四个子系统,通过仿真使生物质裂解车间“真实”再现。该虚拟仿真实验充分将农林院校优势特色农林专业广泛涉及的生物质利用与基础化学课程(如有机化学、仪器分析、化工原理等)融合贯通,有利于全面提升人才培养质量,具有参考价值。

关键词: 生物质裂解工艺 ; 虚拟仿真实验平台 ; HPLC检测

Abstract

In order to improve university laboratory teaching and practical education under the background of information technology, as well as overcome the difficulty for practical training, develop a virtual simulation experiment platform for rapid pyrolysis of natal materials and high-performance liquid chromatographic (HPLC) detection of its components. The experiment integrates the actual operation process of the plant to produce cleaved products by rapid pyrolysis of biomass with HPLC detection. The virtual experiment is divided into biomass sample pretreatment, rapid biomass pyrolysis, bio-oil extraction, and HPLC determination of complex components, making the biomass cleavage workshop "real" through simulation. This virtual simulation experiment fully integrates the utilization of biomass resources and basic chemistry courses (such as organic chemistry, instrumental analysis, chemical engineering principles, etc.), which are widely involved in agricultural and forestry majors with advantageous characteristics value.

Keywords: Biomass pyrolysis technology ; Virtual simulation experiment platform ; HPLC detection

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本文引用格式

郭明, 王珏, 熊蔓, 吴荣晖, 杨雪娟, 周建钟, 李铭慧, 栗嘉骏. 生物质裂解产物的制备及HPLC检测其成分的虚拟仿真实验开发. 大学化学[J], 2020, 35(12): 237-246 doi:10.3866/PKU.DXHX202007088

Guo Ming. Development of the Virtual Simulation Experiment of Preparation of Biomass Pyrolysis Products and HPLC Detection of Its Components. University Chemistry[J], 2020, 35(12): 237-246 doi:10.3866/PKU.DXHX202007088

近年,社会对于创新性人才的需求与日俱增,多学科交叉培养人才模式是高校积极探索的目标。农林院校的多数自然科学类专业涉及化学基础课程,化学实验是农林专业学生学好后续实验课程的关键,更是今后工作中解决实际技术难题的基础。因此,构建化学实验教学创新体系极有必要性。

当前的农林优势特色人才培养方案中没有完美地设计基础化学实验体系,深度交融化学基础实验与专业课实验不足,实现由基础上升到专业实验知识的一体化有难度。其次,农林院校优势特色专业学生就业后,工作中涉及到大量农林类问题与化学知识的交叉,具备坚实化学基础的毕业生能更快适应工作,更具竞争力,即在人才培养中需要考虑化学与农林专业的实验交融。另外,高端的化学实验教学中,涉及大型精密仪器或工艺设备,比较昂贵,动辄几十万元,仪器台/套数量较少,大型仪器对场地的要求也较高。受到实验场地、仪器设备条件限制,部分学生仅能围观仪器分析等实验,动手环节落实不够到位[1]。然而,学校将有限的资源重点资助优势特色专业建设,农林院校基础化学实验条件有限,实践实验平台与创新研究条件难以跟上化学学科的实验发展,也难以与综合院校尤其是化学类院校竞争,造成化学知识水平与实验实践动手能力匹配度不完善、高端化学实验教学达不到预期效果、创新综合素养有缺憾的现象。通过改革教学模式是提高实验课程实效性的关键,开发综合性的虚拟仿真化学实验是解决上述不足的有效途径。因此,建立一个虚拟仿真实验平台有着重要的意义。

本虚拟仿真实验的开发基于化学学科在农林生物质研究领域的研究积累,也基于本学科所具有的“浙江省林业生物质化学利用重点实验室”的研究工作基础。虚拟仿真实验平台模拟生物质预处理、生物质快速热解、生物油提质和复杂成分的高效液相(HPLC)检测过程,通过四部分有机整合形成一个完整的虚拟仿真综合实验。该虚拟仿真实验的开发既满足了样品预处理的无机与分析化学实训,又满足了有机化学/化工原理的催化裂解机理与工艺的结合,同时满足了有效成分的提取分离和利用大型仪器检测鉴定复杂成分等内容的实验,学生可以更好地掌握生物质裂解产物的制取过程,推动理论教学和实验教学相结合。虚拟仿真实验的开展对农林院校特色专业学科人才的培养起到积极的作用。

1 生物质制裂解产物工艺过程

生物质材料主要由有机高分子物质组成,指由动物、植物、微生物等生命体中的一些天然成分作为基质或对其进行结构衍生、加工等方法得到的材料,具有可再生性和生物可降解性。生物质材料在自然界中广泛分布,典型的生物质材料有纤维素、壳聚糖、淀粉等。在实际的生物质热解制取生物油生产工艺流程中主要模拟以下四个过程:预处理系统、生物质快速热解系统、热解产物分离系统、生物油提质成分分析,设计的具体流程如图1所示。

图1

图1   生物质快速热解制取裂解产物系统流程示意图


1.1 预处理过程

生物质预处理方式分为干燥和破碎。干燥技术进行时反应温度在200到300 ℃之间,是生物质停滞在常压以及惰性气氛中进行的低温加热处理方式[2],目的是为了除去生物质材料中的水分以及挥发分,从而达到提高生产原料热解性能的目的[3, 4]。破碎法是利用切割、粉碎以及研磨方法对生产原料进行机械化处理,使原料尺寸及生物质结晶度降低。生物质细胞壁中含有纤维素、半纤维素和木质素组分,它们之间相互交联,生物质原材料的机械力度和能量密度偏低,严重影响其品质[5]。生物质材料破碎一般可分为两步:其一将生物质原料碎裂成为1–5 mm粒径大小的块状,其二采用粉碎机细磨成小于1 mm的颗粒。干燥过程中产生大量的CO2和水蒸汽,半纤维素会发生脱水反应、脱乙酰基反应和脱羟基反应,使得C含量增多,O含量减少,生物质材料的耐磨性[6]及疏水性[7]得到提高,生物质材料的热解性能得到改善。同时,随着温度的升高,热裂解液体产物的颜色加深[8]。但仅靠单一的干燥处理,对热解产物性质的改善程度有限。因此考虑将干燥与破碎预处理相结合,以得到更优的生物油品质。本虚拟实验平台依据真实的生物质预处理过程,先后通过干燥、破碎,模拟生物质进入热解反应器前的加工环节。

1.2 快速热解过程

生物质循环流化床反应器裂解流程:生物质材料经干燥、破碎后进入储料仓,经过加料器进入到反应器。先加热反应器中携带的传热砂,高温载气进一步携带传热砂至反应器与生物质材料混合,反应物吸收传热砂中的热量很快升温并开始热解反应。快速热解工艺特征[9]如下:物质原料的粒度较小;反应温度在500 ℃左右;蒸气在反应器中的停留时间为2 s之内;热解反应产生的蒸气快速冷却生产生物油[10]

生物质热解产物分离过程:生物质热解可以得到生物油、生物气及生物炭三种产物。焦炭作为生物质热解反应副产物对热解气中生物油成分二次裂解有催化作用。生物油出现粘度增加的现象是因为反应结束后过高的焦炭残存量,需要尽快将产物中的焦炭从系统中分离出来。旋风分离器、除尘器可用来去除焦炭。旋风分离器的分离效率可达能达到97%,设备结构简单、分离稳定性好,但是对粒径小于10 μm产物颗粒的分离效果并不好[11, 12];过滤式除尘器存在易堵塞问题。设计过滤式除尘器、旋风分离器两种方式除尘,通过比较两种方式得出旋风分离器更适合用于生物质热解气的除尘。因此本虚拟实验平台模拟采用旋风分离器去除热解气中的焦炭。

生物油冷凝过程:生物油冷凝过程可分为三个阶段:首先是通过冷凝器将产物蒸气冷却至液相临界点;其次产物油发生相变,由气相转变为液相;最后是液态生物油经冷却器持续冷却至室温。生物油的冷却对生物油的产量以及品质有直接的影响,如果生物油不快速冷却将会发生缩聚反应降低生物油产量。它的冷凝过程复杂,一般存在温度区间而不是一个固定液相临界点,目前生物油冷凝方式主要有直接接触式、间接接触式和分级冷凝式[1214]。本虚拟实验平台采用模拟分级传热器冷凝生物油。

本虚拟实验平台根据该过程模拟典型的生物质热解反应器——循环流化床反应器。在模拟实验操作时,主要模拟生物质在流化床反应器中的反应过程,生物质在流化床反应器中进一步热解,生成生物炭、生物气和生物油质组分,经过旋风分离器及冷凝器,使得生物油产出。这为后续的生物油提质及HPLC检测模拟实验的开展提供基础。其模拟反应器裂解流程图如图2所示。

图2

图2   循环流化床反应器裂解流程图


2 生物油催化提质工艺过程

实际生产工艺中得到的生物油是不透明、棕褐色、粘度介于汽油和重油之间的液体,伴随有刺激性刺鼻气味,物质的化学成分极其复杂。生物油具有水分多、含氧量高、酸性强、稳定性差、粘度大等缺点,这使得生物油难以直接作为燃料使用,必须经过提质工艺达到柴油、车用汽油等的标准。

本虚拟实验平台使用催化加氢和超临界醇提质两种方式模拟实际生物油提质工艺过程。

2.1 生物油催化加氢过程

催化加氢是在高压(10 MPa以上)和氢气氛围下加氢脱氧的过程,其中脱除氧的形式有CO2和H2O,加氢脱氧后生物油热值提高,热量可达42.3–45.3 mJ∙kg−1[15]。利用不含硫的负载型钌基催化剂Ru/γ-Al2O3对生物油经分子蒸馏得到的轻质馏分进行加氢试验[16]。传统催化加氢因为需要大量氢气,对流程中的反应设备要求很高,同时存在催化剂失活、反应器堵塞等一系列问题。但两段催化加氢是一项有效的生物油提质方式,使得上述问题有所改善。两段催化加氢是首先在较温和的反应条件下进行预加氢增加生物油稳定性,再在传统催化加氢的条件基础上进一步加氢。

本虚拟实验平台主要是对生物油两段催化加氢的方法进行仿真模拟,实验具体是模拟生物油进行水蒸汽脱氧后在传统的催化加氢反应器中进一步加氢生成液体燃料。模拟的具体流程如图3所示。

图3

图3   生物质快速热解催化加氢制取裂解产物系统详细流程图


2.2 生物油超临界醇提质过程

生物油的超临界醇提质[17, 18]过程是利用超临界流体良好的热能传递性能对生物质进行提纯,提质后产物油中大部分酸会转化为酯类物质,其产物油运动粘度、密度降低,反应过程中发热量、pH升高。提质反应条件比传统的催化加氢和催化裂解提质方式更加温和,具有氢气耗量少、基本没有结焦积碳、反应条件温和等优势。

本虚拟实验平台旨在建立生物油超临界醇提质的仿真过程,实验模拟生物油进行水蒸汽脱氧后加入乙醇进行超临界乙醇提质过程得到液体燃料。模拟的具体流程如图4所示。

图4

图4   生物质快速热解超临界乙醇提质制取裂解产物系统流程图


3 生物油成分HPLC色谱检测

生物油的复杂成分分析是了解其燃料性质的重要指标。目前对于生物油组分的分析多用于先将生物油采取溶剂萃取的方式分离出极性或酸碱性不同的组成部分,然后采用色谱或色质联用(HPLC-MS/GC-MS)等分析手段对各个部分所含化合物进行定性或粗略的定量分析,此外,也有关于柱层析法和离心分离等生物油分离技术的报道。

模拟实验平台利用HPLC分析生物油的复杂成分。HPLC分辨率高于其他色谱法,速度快、重复性高,高效液相色谱柱具有可反复使用、分析精度高的优点,模拟其检测化学成分的过程,可达到生物油的功能性成分鉴定的目的。

4 虚拟仿真实验平台建立

本实验以生物质快速热解制取裂解产物系统为对象,基于超临界乙醇提质和催化加氢两种具有应用前景的“生物油”提质改性方法,构建生物质快速热解超临界乙醇提质制取裂解产物系统和生物质快速热解催化加氢制取裂解产物系统工艺流程仿真实验,进而利用高效液相色谱仪检测“生物油”成分模拟实验,利用电脑软件建立系统的仿真模型。生物质快速热解制取阶段中“生物油”主要模拟过程包括:预处理、生物质快速热解、热解产物分离、“生物油”分析四个模拟过程,具体如下。

4.1 生物质预处理子系统

在软件中建立了预处理流程模拟仿真模块,模拟仿真方法中的预处理子系统仅包括干燥和粉碎。假设初始生物质含水量为50%,通过风机引入经过加热器加热后的空气,使生物质水分不断蒸发,达到平衡。此时,生物质含水量降低至13.9%。仿真中以“风机”模块进行鼓风,“加热”模块进行生物质加热处理,“破碎”模块对生物质进行破碎,“干燥生物质”模块表示已经干燥和粉碎处理的生物质。设置控速模块和检测模块,调整风机进气速度,改变和检测干燥破碎后生物质含水量。流程如图5所示。

图5

图5   预处理子系统仿真流程图


4.2 生物质快速热解子系统

在软件中建立生物质快速热解流程仿真模块,该模块包括生物质热解、气固分离、生物油的冷凝和收集、焦炭和不可凝气体的燃烧,由于该反应化学计量系数和反应动力学未知,但已知大致产率,热解反应机理复杂,并且没有有效的预测模型,因此采用热解反应器模块表示热解反应过程[19]。预处理后的生物质经过热解反应、裂解反应及旋风分离器得到生物油、焦炭和不可凝气体。气固分离由“旋风分离器”实现,对应的模拟状态为旋风分离器,分离效率假设为100%。经旋风分离器得到生物油、焦炭和不可凝气体进一步采用“分离器”分离、“分解器”分解后,将残留焦炭送进“炉膛”燃烧,得到的产物烟气和灰分进一步分离,产生的热量提供给“热解反应器”循环使用。裂解反应产生的热解气经过“旋风分离器”分离,再经“一级冷凝器”“二级冷凝器”冷凝得到生物油,未冷凝的热解气在模拟体系中进一步回收用于循环。所模拟的生物质热解体系工艺流程如图6所示。

图6

图6   生物质快速热解子系统仿真流程


4.3 生物油提质子系统

4.3.1 超临界醇提质子系统

在实验体系中建立超临界乙醇提质流程仿真模块如图7所示,生物油首先要经“减压蒸溜”模拟处理,之后经“分离器”分离成重质和轻质组分,重质组分与乙醇混合,加压至反应所需压力,再与氢气混合;经“换热器”和“加热器”加热至反应所需温度。混合组分经“超临界乙醇提质反应器”进行提质。提质产物再经“换热器”和“冷却器1”冷却后,用“分离器1”将提质产物从固态产物和气体产物中分离出来,最后用“分离器2”将提质产物中的乙醇和水分离出来,得到液体燃料。

图7

图7   超临界乙醇“生物油”提质子系统仿真流程图


轻质组分经“加压泵1”加压下与水混合,轻质组分和水的混合物经“加热器3”和“换热器1”加热到水蒸汽重整反应所需的温度,采用“水蒸汽重整反应器”循环反应。

水蒸汽重整反应产物经“换热器1”和“冷却器4”冷却后,经变压吸附将H2分离出来,变压吸附的功能由“分离器2”来进行。分离出的氢气用两台“压缩机”压缩,一部分作为超临界乙醇提质反应的氢源,另一部分作为副产品输出到系统外。

4.3.2 催化加氢提质子系统

生物油催化加氢提质子系统模块的流程图如图8所示,该模块与超临界醇提质模块的区别在于:重、轻质组分可直接通过无减压蒸馏分离获得,通过调整分离器的分离比例,使得生物油水蒸汽重整制得的氢气量正好满足生物油催化加氢的要求;生物油的催化加氢过程中无需消耗乙醇;重整反应器内发生的化学反应根据生物油的成分需要重新整合。

图8

图8   催化加氢“生物油”提质子系统化仿真流程图


在实验体系中建立催化加氢提质流程仿真模块,生物油直接经“分离器”分离成生物油重质生物油1和轻质组分生物油3,生物油1通过泵加压至反应所需压力,再与氢气混合;经“换热器”和“加热器”加热至反应所需温度。混合产物经超“提质反应器”进行提质。提质产物再经“换热器”和“冷却器1”冷却后,用“分离器1”将提质产物从固态产物和气体产物分离出来,最后用“分离器”将提质产物中的烟气和水分离出来,得到液体燃料。

生物油3经“加压泵1”加压下与水2混合,气质组分和水的混合物经“换热器”加热到水蒸汽重整反应所需的温度,采用“水蒸汽重整反应器”循环反应。

水蒸汽重整反应产物气质组分3经“换热器”和“冷却器4”冷却后,经变压吸附将H2分离出来,变压吸附的功能由“分离器”来进行。分离出的氢气用两台“压缩机”压缩,一部分作为催化加氢提质反应的氢源,另一部分作为副产品输出到系统外。

4.4 生物油复杂成分的HPLC检测

高效液相色谱仪是一种分离分析复杂有机混合物的有效手段,可有效分离复杂混合物组分并利用相应的检测器进行成分分析,具备速度快、效率高、灵敏度高、操作自动化的特点。这是由于其基于色谱理论基础,在技术上采用了高压泵、高效分离系统和高灵敏度检测器。本虚拟仿真实验在软件中建立HPLC仿真模块,具体按照图9进行仿真。

图9

图9   HPLC检测“生物油”复杂成分系统化仿真流程图


成分分析模拟检测系统通常分为5个主要部分:高压注入模拟系统、注射模拟系统、分离模拟系统、检测模拟系统以及显示和打印模拟系统。它还配备了模拟辅助设备,例如自动采样和数据处理。一般工作过程如下:首先,用高压泵对储液罐中的流动相溶剂加压,然后通过采样器送至色谱柱,然后从控制器的出口排出。当注入待分离的样品生物油时,样品流经采样器,并被储层的流动相带入色谱柱进行分离,然后依次进入检测器,记录器记录检测器发送的信号获得液相色谱。分析色谱图以获得生物油成分。

5 虚拟仿真实验教学学生评价体系

该虚拟仿真系统的设计开发中,除了具体的仿真实验外,还设计了对学生实验进行考评和学生的课堂评价两个模块,便于虚拟仿真实验的教学管理。具体如下。

5.1 学生考核指标

学生考核指标包括课前学习过程评价、虚拟仿真项目评价、教学课堂互动显示度评价、虚拟仿真操作动手能力评价、实验报告质量评价,设计的考核指标见表1

表1   虚拟仿真实验教学学生考核指标

一级指标二级指标评价体系(按照百分制计算成相应分数)
虚拟仿真项目评价(5分)仿真内容(2分)合理[100-90分]较合理[89-70分]基本合理[69-60分]不合理[59-0分]
建设项目(3分)优[100-90分]较优[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]
学习过程考核(10分)学习态度(7分)优[100-90分]较优[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]
实验开展(3分)优秀[100-90分]较优[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]
教学课堂互动显示度(25分)基本准备(10分)充足[100-90分]较充足[89-70分]一般[69-60分]不合要求[59-0分]
积极程度(5分)达到要求[100-90分]基本达到要求[89-70分]一般[69-60分]不合格[59-0分]
场景融入(5分)达到要求[100-90分]基本达到要求[89-70分]一般[69-60分]不合格[59-0分]
拓展资源(5分)拓展度高[100-90分]有拓展度[89-70分]一般[69-60分]没有拓展[59-0分]
虚拟操作动手能力(20分)操作熟练度(10分)优[100-90分]良[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]
基础能力(10分)优[100-90分]良[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]
实验报告质量评价(40分)书面表述(4分)合理[100-90分]较合理[89-70分]基本合理[69-60分]不合理[59-0分]
结果准确(8分)好[100-90分]较好[89-70分]一般[69-60分]无效[59-0分]
学习程度(6分)优[100-90分]良[89-70分]合格[69-60分]不合格[59-0分]

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5.2 课堂评价体系

建立学生评价实验课堂教学体系,通过打分制对虚拟仿真实验进行多维度评价,见表2

表2   虚拟仿真实验课堂评价体系

一级指标二级指标课堂教学质量评价具体内容
教学态度认知度备课认真,能反映学科领域最新研究成果[100-90分]备课较认真,较能反映学科领域最新研究成果[89-70分]备课一般,基本反映学科领域研究成果[69-60分]备课不认真,未反映学科领域研究成果[59-0分]
执行力有教学计划,并认真执行[100-90分]执行教学计划较好[89-70分]执行教学计划一般[69-60分]上课随意性大,无计划[59-0分]
责任感教学认真负责,责任感强[100-90分]教学认真,责任感较强[89-70分]教学认真[69-60分]教学不认真[59-0分]
教学能力知识能力专业知识基础扎实、全面[100-90分]专业知识基础较全面[89-70分]专业知识基础一般[69-60分]专业知识基础水平不高[59-0分]
组织能力课堂教学组织良好,氛围好[100-90分]氛围良好[89-70分]氛围一般[69-60分]组织性、课堂氛围较差[59-0分]
表达能力语言清晰、流畅[100-90分]语言清晰、表达较流畅[89-70分]语言表达较准确[69-60分]语言表达不清晰[59-0分]
教学内容前沿性内容前沿、观点新颖、有独特见解[100-90分]内容较前沿、观点较新颖、具有一些想法[89-70分]内容一般、无新见解[69-60分]内容陈旧,思想僵化[59-0分]
系统性知识体系完整全面、信息量大[100-90分]知识体系较完整、信息较大[89-70分]知识体系不够完整、信息量一般[69-60分]知识体系不清晰、信息量少[59-0分]
关联性与学科前沿方向结合紧密[100-90分]与学科前沿方向结合较紧密[89-70分]与学科前沿方向结合不紧密[69-60分]与学科前沿方向关系不大[59-0分]
教学方法技能传授运用各类教学方式传授知识,教学效果很好[100-90分]各类教学方式运用得当,教学效果好[89-70分]能应用各类教学方式,教学效果好[69-60分]能应用各类教学方式,教学效果一般[59-0分]
授课方式多媒体、板书等授课载体综合应用,搭配很合理[100-90分]多媒体、板书等授课载体搭配较合理[89-70分]授课载体使用单一,搭配合理[69-60分]使用授课载体不合理[59-0分]
课程考核课程考核科学有效[100-90分]课程考核比较有效[89-70分]课程考核有效性一般[69-60分]课程考核效果差[59-0分]
教学效果知识积累知识掌握系统全面[100-90分]知识掌握较系统全面[89-70分]知识掌握一般[69-60分]知识掌握较少至没有[59-0分]
创新思维对学生创新思维能力的培养很好[100-90分]对学生创新思维能力的培养较好[89-70分]对学生创新思维能力的培养一般[69-60分]对学生创新思维能力的培养效果较差[59-0分]
能力培养学生分析解决问题能力显著提高[100-90分]学生分析解决问题能力明显提高[89-70分]学生分析解决问题能力提高不明显[69-60分]学生分析解决问题能力没有提高[59-0分]

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6 展望

该虚拟仿真项目涉及传统的无机化学分离、有机化学蒸馏、分析化学检测、化工原理生物质裂解过程等内容。通过此虚拟仿真实验可以实现无机、有机、分析、化工流程的综合虚拟操作,达到延伸和拓展传统教学的功效。同时,虚拟实验项目可与传统教学中网络平台的使用相结合,使得配套教学资源丰富,管理和评价系统完善。基于虚拟仿真实验平台,结合实验数据建立生物质快速热解制取液体燃料系统的过程仿真模型,通过工艺推演及生产流程的独自摸索,学生在仿真生产环境下,感悟实验操作、生物质能源生产的特性,构建出自己认知的工程意识;通过虚拟仿真培训,学生可以具备相应的化学化工素质。

本仿真实习项目若进一步建有开放的网络使用平台,可满足大规模线上使用需求,一次下载客户端后,不受带宽限制,仅通过网络认证许可便可使用;建设配套的电子教材和视频,以及“二维码”形式的设备原理、结构和使用方法教学资源,便于学生自主学习;仿真项目同时建有功能强大的“教师站”管理评价系统,能够保证在线管理和考试的顺利开展,保证教师网上授课的开展。

虚拟仿真实验平台的构建一定意义上促进了学科交叉融合,使得农林类专业的学生能够充分学习大学化学中大型仪器的工艺流程和高效液相色谱测试方法且不受场地限制。

参考文献

张大伟,宋云霞,韦军.农林院校仪器分析实验课中"计算机虚拟实验"的实践与思考//中国化学会第28届学术年会论文集.中国化学会. 2012: 1.

[本文引用: 1]

Girard P. ; Shah N. REUR Technical Series 1991, 20, 101.

[本文引用: 1]

Zheng A. Q. ; Zhao Z. L. ; Chang S. Energy & Fuels 2012, 26 (5), 2968.

[本文引用: 1]

杨晴; 梅艳阳; 郝宏蒙. 农业工程学报, 2013, 29 (20), 214.

URL     [本文引用: 1]

曹忠耀; 张守玉; 黄小河. 洁净煤技术, 2019, 25 (1), 12.

URL     [本文引用: 1]

Sabil K. M. ; Aziz M. A. ; Lal B. Biomass and Bioenergy 2013, 56, 351.

DOI:10.1016/j.biombioe.2013.05.015      [本文引用: 1]

郝宏蒙; 杨海平; 刘汝杰; 陈应泉; 李攀; 陈汉平. 中国电机工程学报, 2013, 33 (8), 90.

URL     [本文引用: 1]

陈登宇.干燥和烘焙预处理制备高品质生物质原料的基础研究[D].合肥:中国科学技术大学, 2013.

[本文引用: 1]

苗真勇; 厉伟; 顾永琴. 节能与环保, 2005, (2), 13.

URL     [本文引用: 1]

刘状; 廖传华; 李亚丽. 湖北农业科学, 2017, 56 (21), 4001.

URL     [本文引用: 1]

Hoekstra E. ; Hogendoom K. J. ; Wang X. ; Westerhof R. J. M. ; Kersten S. R. A. ; Van Swaaij W. P. M. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48 (10), 4744.

DOI:10.1021/ie8017274      [本文引用: 1]

Oasmaa A. ; Sipila K. ; Solantausta Y. ; Kuoppala E. Energy & Fuels 2005, 19 (6), 2556.

[本文引用: 2]

王丽红; 贾官臣; 柏雪源; 易维明; 殷哲. 太阳能学报, 2009, 30 (8), 765.

URL    

Gooty A. T. ; Li D. B. ; Briens C. ; Berruti F. Sep. Purif. Technol. 2014, 124 (18), 81.

[本文引用: 1]

李美莲; 柏雪源; 李永军; 高晓凤. 生物质化学工程, 2012, 46 (3), 49.

URL     [本文引用: 1]

Huber G. W. ; Iborra S. ; Corma A. Chem. Rev. 2006, 106 (9), 4044.

DOI:10.1021/cr068360d      [本文引用: 1]

姚燕.生物油的分馏及品位提升试验研究[D].杭州:浙江大学, 2008.

[本文引用: 1]

郑小明; 楼辉. 催化学报, 2009, 30 (8), 765.

URL     [本文引用: 1]

Zhang L. ; Liu R. H. ; Yin R. Z. ; Mei Y. F. Renew. Sust. Energ. Rev. 2013, 24, 66.

DOI:10.1016/j.rser.2013.03.027      [本文引用: 1]

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