实验要求
（1）专业与年级要求
本实验是《化工综合实训》实训课程的一部分，针对化学工程与工艺专业大学三年级学生开设。
（2）基本知识和能力要求
本实验要求学生掌握基本的无机化学、有机化学和物理化学等知识， 具有较强的自主学习能力和自主探索能力，能够在基础知识、分析设计、应用探索三个层次的实验中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识活学活用。
教学成果
实验平台支撑
实验教学科研成果
实验背景
本实验项目4学时，面向化学工程学院化学工程与工艺专业大三学生开设，有效支撑该专业核心主干课如《化工工艺学》《化工设计》《化学反应工程》《化工综合实训》等理论和实践课程的教学。实验可有效提高学生对化学反应工艺研发的认知和实践水平，培养学生具备解决反应工艺设计优化的复杂工程问题能力。
（1）绿色化工专业人才培养是国家重大战略的迫切需求
随着我国社会经济高速发展，资源消耗日益加剧。绿色化工对加快促进我国发展方式绿色转型，实现资源高效利用和循环利用，推动碳达峰、碳中和具有重要意义。培养秉持绿色发展理念、基础扎实、善于创新的化工专业人才，既是国家绿色发展战略的要求，也是行业发展的需要。
（2）绿色化工工艺开发是大学思政教育的生动教材
盐酸是化学工业的重要原料之一，广泛应用于化学原料、染料、医药、食品、印染、皮革、制糖、冶金等行业。近年来，化工行业废盐酸存储、运输中泄露事故时有发生，由于盐酸属于强腐蚀且高挥发性化学物质，一旦泄露会形成大面积白雾并带有浓厚的刺激气味，对周围环境和生态造成恶劣影响，导致停产整顿，造成很大经济损失。本实验为某公司副产废盐酸资源开发绿色处理工艺，将其转化成高附加值工业产品，鼓励学生将所学知识运用于实践中，培养其形成强烈的专业自豪感，坚定绿色发展理念和建设“绿色中国”的使命和信心。
（3）弥补实体实验不足，增强探究性，提升人才培养质量
化工类虚拟仿真实验可实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，在涉及高危或极端的环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目，实现学生在虚拟环境中运用虚拟实验设备完成相应的实验内容，达到预期的教学目标。
本实验项目所用的原料为浓盐酸和乙醇，存在强腐蚀性、高挥发性及易燃易爆等危险因素。采用虚拟仿真技术，避免了该项目实际生产过程中的高危险（强腐蚀、易燃易爆）、不可逆操作（工业生产一旦开车不可逆转）、高成本（设备投资成本大）、高消耗（每批次消耗大量试剂）及产生废酸、废水等环境有害物质，既让学生掌握了实验实践过程中的知识和技术，又保护了学生的人身安全。本项目基于虚拟仿真软件能够使学生在虚拟环境中短时间内完成工艺开发、设计与生产各环节，有效提高学生运用化学、化工原理与技术解决复杂化工问题的能力，提升高素质应用型化工人才的培养质量。
设计原则
随着我国社会经济高速发展，资源消耗日益加剧。绿色化工对加快促进我国发展方式绿色转型，实现资源高效利用和循环利用，推动碳达峰、碳中和具有重要意义。培养秉持绿色发展理念、基础扎实、善于创新的化工专业人才，既是国家绿色发展战略的要求，也是行业发展的需要。然而，化工工艺研发实训教学面临“周期长、难开展”，“成本高、难实现”和“高危险，难实践”的痛点，团队依托相关的教学、科研平台和成果，自主研发了废盐酸资源利用反应工艺研发虚拟仿真实验，设计原则为：
（1）本实验坚持“以学生为中心”的实验教学理念。综合采用了任务驱动式、情景体验式、容错探究式教学方法，引导学生运用控制变量法、推理法、趋势观察法、综合比较法等实验方法完成实验任务。
（2）以任务为主线，由浅入深的学习规律，教师引导学生开展自主学习，通过线上讨论和线下交流的方式为学生释疑，并鼓励学生互动研讨、协作互助。本实验构建了反应参数计算与优化，反应器选项与结构设计，反应系统集成与运行，异常工况与事故处置四个层次递进，环环相扣的教学实验环节。
（3）实验将绿色可持续发展课程思政贯穿始终，实施立德树人。实验中，学生通过努力学习，获取各环节的成绩，培养了学生自主学习，不断探索的精神。通过绿色化工前沿知识的应用，让学生感悟国家绿色可持续发展，树立科技强国责任感。
实验目标
本实验根据《化工综合实训》课程大纲及关键知识点，结合化学工程与工艺专业应用背景，构建了面向废盐酸资源利用工艺研发的虚拟仿真实验，以化学反应参数计算与优化-反应器选项与结构设计-反应系统集成与运行-异常工况与事故处置等环节为主线，开展实验，达到以下实验目的：
（1）掌握工艺路线的定性评价和选择的方法，树立资源循环利用的绿色环保理念。
（2）理解反应热力学与动力学参数对反应结果的影响，掌握计算方法；能够针对特定要求，优化反应条件，并理解其对反应器设计的影响。
（3）理解化学反应信息和相平衡性质与反应器类型及其结构的关联，并能据此完成反应器选型、结构初步设计与部件组装。
（4）能够综合考虑安全、能量利用等因素合理选择、连接反应器周边设备，设计优化可行的反应工艺方案。
（5）掌握异常工况与事故综合处置措施与流程，提升学生异常工况和突发事故处置的能力。
实验在传授知识的基础上，利用计算机信息化、虚拟现实等手段弥补化工实训实验和设计方面的不足，拓展教学的深度和广度，提升了教学效果，对标人才培养目标。同时在实验中融合了立德树人和课程思政元素，实现学生培养的素质目标，对高水平化工专业领域人才培养具有重要意义。课程通过实验提升学生专业知识和实践能力，培养学生专业知识应用、专业技能和专业素养。
成绩评定
本实验针对考核点设计了实验成绩评价模型。以该模型为基础，系统可分别针对学生4个实验环节的完成情况自动评分。实验总分为100分，每个实验环节的实验成绩评价标准如下：
1. “处理工艺选取”环节（占总成绩3%）
（1）废盐酸背景介绍；
（2）废盐酸资源利用处理工艺选择（3分）
2. “反应参数计算与优化”环节（占总成绩17%）
（1）反应热力学参数计算与判定（9分）
1）标准摩尔反应焓计算与判断（3分）
①计算标准摩尔反应焓，满分2分；第一次计算正确得2分，第二次计算正确1.6分。
②根据标准摩尔反应焓计算结果判定该反应属于吸热还是放热反应，满分1分；第一次判定正确1分，第二次正确0.8分。
2）标准摩尔吉布斯函数计算与判断（3分）
①计算标准摩尔吉布斯函数，满分2分；第一次计算正确得2分，第二次计算正确1.6分。
②根据标准摩尔吉布斯函数计算结果判定该反应能否自发进行，满分1分；第一次判定正确1分，第二次正确0.8分。
3）标准平衡常数计算与判断（3分）
①计算标准平衡常数，满分2分；第一次计算正确得2分，第二次计算正确1.6分。
②根据标准平衡常数计算结果判定该反应进行的程度，满分1分；第一次判定正确1分，第二次正确0.8分。
（2）反应参数优化（8分）
1）反应温度优化（4分）
通过小试实验，设定反应温度检测反应物转化率和产物转化率，得到不同温度条件下的转化率和收率曲线，选取合适的温度，满分4分；第一正确满分，第二次3.2分。
2）反应温度优化（4分）
通过小试实验，设定反应时间检测反应物转化率和产物转化率，得到不同反应时间条件下的转化率和收率曲线，选取合适的反应时间，满分4分；第一正确满分，第二次3.2分。
3. “反应器选型与结构设计”环节（占总成绩32%）
（1）反应器压力优化（2分）
调节反应器压力，根据反应体系特点选取合适压力值，满分2分。
（2）反应器选型（6分）
1）根据物料特性，先进行物相选择，满分2分；
2）依据反应器特点，选取合适的反应器型式，满分4分，选择若出现错误-1分。
（3）反应器体积计算（16分）
1）根据年处理量等信息计算单位时间处理量，每小时处理盐酸的量2分、每小时处理乙醇的量2分；第一次正确满分，第二次正确为满分的80%，第三次正确为满分的60%；
2）根据提示信息，计算出所选类型反应器的反应体积，满分4分，第一次正确4分，第二次正确为3.2分，第三次正确2.4分；
3）计算总体积，满分4分，第一次正确满分，第二次正确为满分的80%，第三次正确为满分的60%；
4）根据总体积结果选取合适结构参数的反应器，满分4分，第一次正确满分，第二次正确为满分的80%，第三次正确为满分的60%。（以上计算误差允许在5%范围内）。
（4）反应器附属设备组装搭建（8分）
完成所有必选部件的选择和组装搭建；+8分，遗漏一项-1分
4. “反应系统集成与运行”环节（占总成绩28%）
（1）反应系统集成（16分）
1）反应设备选取（8分）
选取反应设备，满分8分；遗漏一项-1分；
2）反应设备连接（8分）
选取反应设备，满分8分；遗漏一项-1分；
（2）反应系统运行（12分）
根据提示正确完成所有部件开启关闭，完成系统的冷态开车，满分12分，遗漏一项-1分。
5. “异常工况与事故处置”环节（占总成绩20%）
（1）盐酸泵流量异常工况（10分）
1）异常工况的紧急处置（5分）
出现异常后，判断紧急处理方案，满分5分；第一次正确满分，第二次正确60%。
2）异常工况规范处置（5分）
① 选择合理处置流程，满分5分，第一次正确满分，第二次正确60%。
② 动画完成后续冲洗、修理阀门、污水排放处理。
（2）反应器飞温异常工况（10分）
1）异常工况的紧急处置（5分）
出现异常后，判断紧急处理方案，满分5分；第一次正确满分，第二次正确60%。
2）异常工况规范处置（5分）
① 选择合理处置流程，满分5分，全部正确满分，漏选一个扣1分，错选扣2分。
②动画完成后续水冲洗反应系统、开启事故罐、氮气保护、冲洗事故现场、污水排放处理。