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文化用纸定量和水分控制虚拟仿真实验

文化用纸定量和水分控制虚拟仿真实验

实验简介本实验是基于虚拟仿真技术结合造纸浆水平衡的原理搭建一个文化用纸的虚拟仿真实验的平台,采用工业化生产的工艺流程和实际生产运行的工艺参数进行虚拟仿真实验,以文化用纸的水分和定量控制问题为导向,应用虚拟仿真软件真实量化的控制手段和控制方案,探索出影响定量和水分的主要因素及其变化规律,实验中采用实验小组形式开展启发式、互动性、探究式的实验教学方法,培养学生全面性和深入性分析问题和解决问题的能力,引导学生提出综合性的解决问题的方案,从而全面提高学生工程实践和

南京林业大学

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实验简介


本实验是基于虚拟仿真技术结合造纸浆水平衡的原理搭建一个文化用纸的虚拟仿真实验的平台,采用工业化生产的工艺流程和实际生产运行的工艺参数进行虚拟仿真实验,以文化用纸的水分和定量控制问题为导向,应用虚拟仿真软件真实量化的控制手段和控制方案,探索出影响定量和水分的主要因素及其变化规律,实验中采用实验小组形式开展启发式、互动性、探究式的实验教学方法,培养学生全面性和深入性分析问题和解决问题的能力,引导学生提出综合性的解决问题的方案,从而全面提高学生工程实践和科研创新能力,真正做到了“以虚补实、以虚促实、虚实结合”。



设计原则


应用虚拟仿真的教学和实验手段来提高学生对于整个造纸系统的全面认识的理解,同时结合工厂的实际生产订单设计的实验内容和实验任务可以全面提升学生的对于整个造纸系统的认知能力。并应用相关的原理思考和分析影响纸张定量和水分的主要因素,设定主要的工艺参数,提出解决问题的最优化的工艺方案。现代化的造纸生产的特点现代化造纸工业的具有大型化,高速化,智能化和复杂性的特点。(1)大型化:现代化的大型造纸机宽度12 m,长度超过200 m。(2)高速化:造纸的生产过程涉及众多高速运转的造纸机械装备,现代化文化用纸生产的纸机运行车速已经达到1800米/分,实验者存在安全风险,导致生产实际全真体验不能在实验室实现。(3)智能化:目前造纸的生产都采用大型自动化DCS控制生产线,受限于场地和费用,导致大规模生产设备不能在实验室再现、大规格生产原料不能在实验室应用。(4)复杂性:造纸的生产包括原料碎浆和打浆系统、配浆系统、供浆系统、流送系统、网部成形及真空脱水系统、压榨脱水系统、烘缸部干燥系统、水分定量控制系统、压光和卷取系统等;造纸工艺复杂、设备繁多、造纸工艺参数相互关联度高,在实验教学中难以全方位多角度地展示真实完整的造纸过程以及参数设置对生产过程与产品质量的影响。



实验目的


本项目以静电复印纸为实验对象,建设具有自主知识产权的静电复印纸定量 和水分控制的虚拟仿真实验系统,旨在让学生通过实验达到以下目的:(1)通过虚拟仿真实验,加强和巩固学生对所学课程《造纸原理与工程》、《制浆造纸工程设计》、《制浆造纸机械与设备》、《造纸化学》、《纸和纸板的结构和性能》等理论知识的理解。(2)模拟年产 30 万吨文化用纸(以静电复印纸为例)工厂真实生产过程,了解并熟练掌握静电复印纸生产的总体工艺流程、工艺操作规程、安全生产注意事项和产品质量的影响因素等。(3)对虚拟实验技术参数进行预设值和适量变动,了解年产 30 万吨的静电复印纸生产线相关工艺技术参数要求,掌握各工段参数对生产线运行稳定性的影响规律。(4)对虚拟仿真实验静电复印纸的定量和水分的产品质量进行监测,了解静电复印纸的定量和水分的影响规律,评价并优化工艺流程,培养学生自主研发的能力。(5)理论联系实践,提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的工程实践能力和创新意识,为毕业后适应科研院所继续科研和在造纸厂工作的要求打下基础,培养全方位的多种实验技能。(6)传统专业与现代计算机软件仿真技术有机结合,创新教学方法,提高学生学习兴趣。



实验要求


整个实验分为以下三个环节进行:  环节一:静电复印纸生产主要工艺参数的设定 学生课前做好预习,自主学习造纸工艺流程和工艺参数的影响因素以及核心设备;课上针对静电复印纸生产线的具体工艺参数设定学习,掌握完整工艺流程,培养学生对工艺流程以及参数设定的理论认识。  环节二:定量和水分控制的虚拟仿真实验在前期学习和实践的基础上系统的分析和研究影响静电复印纸的主要工艺参数,通过以下两种形式进行实验教学工作:1.采用头脑风暴的形式组织学生参与和讨论影响静电复印纸的定量和水分的主要因素。 2.会议结束后,每个同学通过思维导图的形式理顺影响静电复印纸的各个因素之间的相互作用关系,并形成一张逻辑清晰、结构合理、系统全面的思维导图,为后期进行定量和水分调节和控制的优化提供理论指导。应用头脑风暴法激起学生的思维“灵感”,促使学生提出新的设想和思路。主持者只需根据“头脑风暴”的原则进行适当引导即可。学生发言量越大,意见越多种多样,所论问题越广、越深,出现有价值设想的概率就越大。应用思维导图的方式来分析影响静电复印纸定量和水分的主要因素可以将学生经过头脑风暴的思路和想法经过思维导图进行发散性、联想性、条理性和整体性的归纳和总结,形成一整套影响纸张定量和水分的主要因素以及相互之间作用关系的思维导图。并根据该思维导图制定出调节纸张定量和水分的具体方案。然后应用虚拟仿真软件进行定量和水分调节工作,从而优化工艺,得到完善的工艺技术方案。环节三:影响静电复印纸水分和定量的主要因素变化规律的探究 在上述实验的基础上,通过系统的分析研究,发现影响纸张定量和水分的主要因素。上网浓度、上网流量以及助留剂用量是工业化生产过程中的核心要素。基于核心要素对于纸张定量和水分的影响规律,在目前的工业化生产中和理论分析过程中都没有相关的规律可循,因此非常有必要建立内在的作用关系规律。要求学生通过改变上网浓度、上网流量以及助留剂用量,观察纸张定量和水分的变化规律,形成一个对于工业化生产具有理论指导作用的数据库,以可视化的形式表现出来。学生在操作过程中根据设定的静电复印纸定量和水分的主要工艺参数改变上网浓度、流量和留着率上述工艺参数,记录其相应的定量和水分数值,并绘制出影响定量和水分的二维或三维视图,上传结果。系统自动给出纸张定量结果;系统出考核成绩。关闭操作软件,关闭人机交互操作平台。进行后期实验数据处理和分析,撰写本次实验报告。



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