典型催化剂制备工艺仿真模拟软件开发

杨旭雄，王淑勤，李洪宇

（华北电力大学 环境科学与工程系，河北 保定 071003）

摘  要：运用AutoCAD、3Dmax等软件，对催化剂的实验室制备、工业生产流程、工业生产中的相关设备等进行仿真模拟，最后利用Visual Studio软件中的C#进行整合与编程，完成仿真模拟软件的开发。使用过程中，结合图片与文字讲解，使初学者对SCR脱硝催化剂的工业生产流程有一个基础的认识和了解，加深印象，达到快速学习的目的。

关键词：催化剂的实验室制备，AutoCAD，3DMAX，Visual Studio，仿真模拟

教改项目：华北电力大学核心课程建设项目（13002217）

第一作者简介：杨旭雄（1994-），男，在读硕士研究生

引 言

近年来，随着计算机功能的多样化，各大高校在实践教学的环节中，对于计算机仿真模拟技术应用成为重要的组成部分，也提高大学生创新实践的能力[1]。在传统的教学体系中，老师对工艺流程的讲解，对于学生的要求是死记硬背，但是如果对动态的工艺流程没有一点认识，学生对于老师的讲解感到隐晦难懂，难以达成让学生自己形成自己学习的兴趣[2]。根据化工教学独有的特点，如果将化工类的仿真模拟技术引入到实践教学课程中，就可以使难以理解的理论具体化，进而缩减了理论与实践的差距[3]。

催化剂是现代化学工业的基础，许多化工生产中的各种反应（如甲烷化反应、加氢脱硫、氨合成、甲醇合成、SCR脱硝等）都需要催化剂的参与。化工专业不仅对于学生的动手和实践要求高，而且在实践过程中存在着各种各样的危险，因此很难在实践教学中保证学生百分之百的安全[4]，故在讲授SCR脱硝催化剂的基本知识的情况下，可选择采用虚拟仿真软件将SCR脱硝催化剂的工业生产流程、相关设备直观的展示给学生，并结合图片与文字讲解，可以提高学生工程意识，加深对工艺流程的理解，也可以更大程度的保证学生的安全。

在SCR脱硝催化剂模拟方面，郑州大学的王桂芳[5]对于SCR反应进行了数值模拟并且进行了优化，建立了新的优化模型，新增了SCR催化剂和反应物的接触时间，提升了脱硝效率；江苏维尔利环保科技集团股份有限公司陈玉龙[6]等运用Aspenplus软件对烧结机烟气脱硝进行工艺模拟，模拟了热风炉、换热器、脱硝塔和喷氨的组合，对氨氮的最佳摩尔比进行了测量；华北电力大学的吕旭光[7]对SCR系统的经济型进行了优化和模拟，构建了联合脱硝运行成本的模型，也用Aspenplus模拟了SCR工艺流程，对SCR系统的运行成本进行了优化。如以上研究可知，运用Aspenplus等计算机软件进行关于工业流程的模拟，加深对于各种工业流程的研究，可以有效的为所模拟的工业流程提供研究方向，为在该方面深化研究的学者奠定基础。而目前，关于SCR脱硝催化剂的相关模拟很少，在SCR催化剂工艺流程方面的研究和仿真模拟也存在空缺，所以这次运用AutoCAD、3Dmax、Visual Studio软件中的C#进行整合与编程，对于SCR工业上常用的三种移动源催化剂工业生产流程进行仿真模拟，开发出整合了三种典型工业催化剂生产流程的仿真模拟软件。此外，Visual Studio软件中的C#与Aspenplus软件开发的工业流程相比，具有简单操作，易于理解的特点，不仅运用图文结合的方式，还引入3D建模，二者相辅相成，使得内容更加丰富，更加适用于初学者；而Aspenplus软件适用于工厂模拟、研发、生产。因此，本软件的设计，不仅为要在相关领域进行深入研究的学者奠定基础，而且也提高了学生工程意识与老师教学质量。

1 工艺流程的绘制

采用Visual Studio软件中的C#进行编程，将催化剂的实验室制备、工业生产流程直观的展现出来，可以清楚看到催化剂各个生产工艺之间的联系，明确在生产工艺中所需要添加的试剂，这在催化剂生产中十分重要。绘图软件采用的是AutoCAD，本软件是用计算机辅助设计人员进行设计作业，在各行各业应用广泛。结合Visual Studio软件中的C#进行编程，把工艺流程图与文字解说整合在一起，可以对SCR脱硝催化剂的实验室制备和工业生产流程有一个基础的认识和了解。

2 生产设备和成品的仿真模拟

对于生产设备和成品的仿真，使用3Dmax软件来制作。3DMAX是一款应用广泛的建模软件，包括动画、效果渲染、三维建模等功能，并且在各行业都得到了极强的应用。例如影视广告的设计、游戏动画的开发等领域[8]。在学习SCR催化剂制备的过程中，我们很难理解和区分各个工艺流程所对应的生产设备，以及不同生产设备的作用，但是我们通过建模，按照一定的比例将设备复制出来，在教学时将设备与工艺流程一一对应，可以极大程度的提高学生的学习兴趣。

3 仿真模拟软件的开发

采用直接罗列的方式将SCR脱硝系统以及SCR脱硝催化剂生产的相关工业流程直观展现在使用者面前，可以更加清楚地对3种典型工业脱硝催化剂：蜂窝式催化剂，平板式催化剂，波纹式催化剂生产流程和所生产催化剂单体模型有较清晰的认识，再与文字讲解相结合，使初学者能够更加直观的了解和学习到关于SCR脱硝系统以及SCR脱硝催化剂生产的相关工业流程。这在SCR脱硝催化剂的学习中是十分重要的。绘图软件主要运用了AutoCAD和3Dmax，然后运用Visual Studio软件中的C#模块进行仿真模拟软件的制作和编程。

本软件将基本知识概念、工艺结合图片文字说明，从而方便使用者系统全面地学习工业有关脱硝催化剂专业知识。首先，如图1所示是软件的初始界面，在进入主界面后，可以打开“SCR实验室流程图”，“SCR工艺流程图”，“蜂窝式催化剂单体”，“平板式催化剂工业制备流程”，“蜂窝式催化剂工业制备流程”，“波纹式催化剂工业制备流程”六个窗口。

（杨旭雄）典型催化剂制备工艺仿真模拟软件开发.pdf