智驭分离：欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件赋能“人工智能化工”教学

2025年9月，工业和信息化部等七部门联合印发《石化化工行业稳增长工作方案（2025—2026年）》，明确要求“开展‘人工智能+石化化工’行动，加快行业高质量数据集建设，部署一批针对分离、蒸馏、提纯等行业典型单元操作需求的场景模型”。几乎同期发布的《石化化工行业数字化转型实施指南》更进一步提出，到2026年数字化研发设计工具普及率要达到75%以上，推动数字孪生、人工智能等技术在工艺流程优化中的深度应用。政策的双重驱动，使分离等典型单元操作教学的数字化转型从“可选项”变为“必选项”。

萃取是化工生产中广泛应用的液－液质量传递单元操作，其核心在于利用物质在两种互不相溶溶剂中溶解度或分配系数的差异实现分离、富集、提纯。萃取塔作为核心设备，其内部液滴分散、传质过程、界面控制等关键环节在真实装置中完全不可见，学生仅凭书本描述和静态流程图纸，难以理解“分散相破碎成液滴在连续相中传质”的物理本质。传统教学长期面临“不可见、不敢调、难重复”的三重困局。

在此背景下，北京欧倍尔推出的化工单元实训装置3D仿真软件系列中的催化剂萃取塔虚拟仿真软件及液液萃取塔实验3D虚拟仿真软件，正是精准回应这一时代需求的数字化解决方案，以高精度3D虚拟现实与动态数学模型为核心，构建了一个覆盖“设备认知——工艺操作——参数探究——事故应急”全流程的沉浸式虚拟仿真实训生态。

01 1:1高精度全流程复现：从硬件拆解到工艺逻辑的沉浸式穿越

萃取塔结构复杂，涉及塔体结构及相关内部组件、分散相入口与分布器、连续相流道等关键部件，传统教学中学生仅凭二维图纸难以建立空间认知。北京欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件采用虚拟现实技术，以真实的萃取塔工业装置为蓝本进行1:1三维精细建模，与天津大学化工基础实验中心真实设备配套使用，可用于建设企业、学校化工单元操作实训基地。使用者可在虚拟环境中360°无死角观察萃取塔从内到外的所有部件，从“看图纸”到“探结构”，实现设备认知的跃迁。

软件完整复现了萃取塔这一液-液质量传递装置的全流程工业应用工艺，例如萃取剂（水）来萃取丙烯酸丁酯生产过程的催化剂（对甲苯磺酸）。学生从自来水进料预充填、建立界面，到催化剂主物流进塔萃取、萃取后油相和水相的分流循环，全流程操作环环相扣。仿真工作站与后台数据库实时通讯，配合仿DCS控制系统，学生可在虚拟中控台实时监控流量调节、温度、压力等核心参数，体验“人在屏前，操控塔内”的工业级控制逻辑。

02 突破物理“黑箱”：参数化探究与不可见机理的可视化解密

萃取塔的工业应用价值在于其高效的质量传递能力。北京欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件最具教学价值的特征之一，是支持在安全、无损耗的虚拟环境中改变塔内结构参数(塔的高度、塔径等)和工作参数(原料油浓度、筛板振幅、分散相与连续相选择等)。软件基于动态数学模型，实时模拟液滴运动、界面波动、传质推动力等微观动态过程，生动呈现“分散相破碎成细小液滴，增大接触面积”的分离机理。

与传统物理实验中更换一次塔内构件即需全塔拆装不同，虚拟环境下学生可在极短时间内完成数十组工况的测试，通过对比不同参数组合下的萃取效率差异，自主归纳出“筛板振幅影响液滴破碎粒径”“连续相流道影响界面稳定性的传质规律”等工程结论。软件还可在练习模式及考核模式下实现“开车前准备——原料进料——萃取运行——产品出料”的全流程反复演练；对于工艺指标考核与步骤扣分体系亦有详细的规则设置，帮助学生将复杂的化工单元理论转化为严谨的操作习惯。

03 双核智能闭环：从AI评分赋能到教学赛证互通

北京欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件内置了演示模式、练习模式和精准考核模式三大核心功能，构建了“学-练-考”一体化闭环。在演示模式下，系统以三维动画方式完整展示萃取塔从设备预热、介质进料到萃取分离的标准化流程，帮助初学者快速建立整体认知；练习模式下，学生可在智能指引下反复进行阀门调节、参数优化等操作，系统动态将实时得分、扣分明细与出错预警同步反馈追踪；进入考核模式后，系统屏蔽所有提示，全面检验学生的独立操作能力。

软件内置智能评分系统，采用逆序扣分机制，只有当操作错误时才扣分，并可实时显示当前得分及扣分明细。可维护的大赛化评分列表使得执行任务与教学大纲无缝对标，评分结果支持导出、打印，便于教师进行教学评估和质量分析。液液萃取塔实验、流化床干燥实验、恒压过滤实验作为全国化工原理实验竞赛总决赛软件，其技术先进性已获得权威赛事的充分验证。

北京欧倍尔还为萃取塔、精馏、离心泵、吸收解吸、传热等全系列化工原理3D虚拟现实仿真软件配备了基于PC端和微信小程序端的虚拟仿真实验教学云平台，支持教师从教务管理端进行“仿真试卷创建、仿真考试分配、仿真成绩统计与仿真记录全回溯”的多维度精准管控。配合智慧实验报告系统中AI自动化客观打分与主观题目在线评审模块的无缝整合，实现了从日常练习、期中考核至专业技能大赛、岗位结业评级的完整数据闭环。

04 平台价值：破解萃取实验教学三大困局

北京欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件的应用，为化工基础实验教学带来了多维度的深刻变革。

破解高危高耗与不可逆困局：传统萃取实验涉及易燃有机溶剂和易燃品，操作危险性高，且塔内拆卸清洗一次需要消耗大量时间与物料。虚拟仿真软件让每位学生都能在个人电脑上“拥有”完整的萃取实验装置，在零风险、零损耗环境中进行无限次重复操作与参数调节，实现了教育资源的公平化与最大化。实现分离过程的透明化教学：传统教学中，萃取塔内部的液滴群传质过程“看不见、摸不着”。仿真软件通过3D动态可视化，将液相分散、溶质渗透等抽象传质原理转化为直观画面，使液-液平衡和传质机理变得清晰可感。赋能产教融合与化工数字化转型：该软件由计算机程序设计人员、虚拟现实技术人员、具有实际经验的一线化工工程师、专业教师合作完成，应用于中南区、华东区等全国六大区化工原理实验竞赛，成为推动化工专业数字化转型的核心力量。

从2025年七部门稳增长方案的“人工智能+石化化工”战略，到全国大学生化工实验大赛中南赛区、总决赛对欧倍尔软件的持续指定应用；从模拟一次分散相流量精细调节，到完成一整套萃取塔全流程质传分析与考核，北京欧倍尔萃取实验虚拟仿真软件构建的不仅是一个虚拟萃取塔，更是一座连接化工基本原理与现代分离工程的数字桥梁。

当学员们在虚拟控制台前精准完成萃取塔稳态操作与传质数据测定，并通过智能评分系统及时锁定核心工程指标时，他们锤炼的不仅是规范的单元操作能力，更是一种面向智慧化工时代的数据化推演与工艺优化思维。