熟悉各种典型工艺过程 掌握自动化控制设计内涵

《熟悉各种典型工艺过程 掌握自动化控制设计内涵》由会员分享，可在线阅读，更多相关《熟悉各种典型工艺过程 掌握自动化控制设计内涵（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、熟悉各种典型工艺过程 掌握 自动化控制设计内涵熟悉各种典型工艺过程 掌握自动化控制设计内涵任务1 精馏塔的基本结构与控制工艺设计要求 1.1.1 精馏塔的基本结构精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程 。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到 规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度 ，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相 中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 1按需分离组分的多少可分为二元精馏和多元精馏；按混合物中组分挥 发度的差异，可分为一般精馏和特殊精馏。精馏塔从结构上分，有板式塔和

2、 填料塔两大类。而板式塔根据结构不同，又有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿 流板塔、浮喷塔、浮舌塔等，各种塔板的改造趋势是提高设备的生产能力， 简化结构，降低造价，同时提高分离效率。 板式塔根据结构不同，又有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流板塔、浮喷 塔、浮舌塔等，各种塔板的改造趋势是提高设备的生产能力，简化结构，降 低造价，同时提高分离效率。填料塔是另一类传热设备，它的主要特点是结 构简单，易用耐腐蚀材料制作，阻力小等，一般适用于直径小的塔。2一般精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐以及再沸器等设 备组成，如图1-1所示。再沸器为混合物液相中轻组分 图1-1 精馏塔 结构示意图的转移提供能量；冷凝器将

3、塔顶来的上升蒸气冷凝为液相 ，并提供精馏所需的回流。精馏塔是实现混合物组分分离的主要设备 ，一般为圆柱形体，内部装有提供汽液分离的塔板或填料，塔身设有 混合物进料口和产品出料口。3精馏塔每块塔板有适当高度的液层，回流液经溢流管由上一塔 板流至下一塔板；蒸汽则由底部上升，通过塔板上小孔由下一塔板进 入上一塔板，与塔板上的液体接触。在每块塔板上，将同时发生上升 蒸汽部分冷凝和回流液体部分汽化的传热过程，与此同时还发生易挥 发组分不断汽化，从液相转入汽相；而难挥发组分不断冷凝，从汽相 转入液相的传质过程。也就是说，在每块塔板上不断地进行传热、传 质过程。 从整个塔来看，易挥发组分浓度由下而上逐渐增加

4、，而难挥发组 分浓度则由上而下逐渐增加。在一定压力下，整个塔自下而上随着易 挥发组分的增加，温度就逐渐减低。工业中把这种过程称为精馏过程，把体现精流过程的重要设备叫做精馏塔 。进料板把全塔分成两段，进料板以上叫做精馏段；进料板以下称为提馏段 。精馏段塔板的作用是使塔顶获得较纯的易挥发组分；而提馏段塔板则是将 易挥发组分;而提馏段塔板则是将易挥发组分蒸发上去，最后在塔底获得较纯 的难挥发组分。精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔 的回收率最高、能耗最低，即总收益最大，成本最小。在实际生产过程中，精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。对石油化 工等大型生产过程，主要采用连续精馏。随

5、着石油化工的迅速发展，精馏操 作的应用越来越广，分离物料的组分越来越多，分离的产品纯度要求越来越 高，对精馏过程的控制也提出了越来越高的要求，也越来越被人们所重视。1.1.2 精馏塔的控制工艺要求精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控制要求可从质 量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四方面考虑。1保证质量指标质量指标（即产品纯度）必须符合规定的要求。一般应使塔顶或塔底产品之 一达到规定的纯度，另一个产品的纯度也应该维持在规定的范围之内。2产品产量指标化工产品的生产，要求在达到一定质量指标的前提下，应得到尽可能高的收 率。这对于提高经济效益显然是有利的。3能耗要求和经济性指标精馏过程

6、中消耗的能量，主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗；此 外，塔和附属设备及管线也要散失部分能量。4精馏塔操作参数的约束条件精馏过程是复杂传质传热过程。为了满足稳定和安全操作的要求，对精 馏塔操作参数有一定的约束条件。常见的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限 、压力限及临界温差限等。1.1.3 精馏塔的操作步骤 1准备工作: 检查仪器、仪表、阀门、等是否齐全正确灵活，做好开始前 的准备。2预进料:先打开放空阀，冲氮置换系统中的空气，以防止进料时出现事 故，当压力达到规定的指标后停止，先打开进料阀，打入指定液位高度后停 止。 3再沸器投入使用:打开塔顶冷凝器的冷却水，再沸器通过蒸汽进行加热 。4建

7、立回流:在全回路情况下继续加热，直到塔温塔压均达到指标，产品 质量符合要求。5进料与采出产品:打开进料阀进料，同时从塔顶和塔釜采出产品，调节 到指定回流比。6控制调节:当塔板类型及结构尺寸与物系确定后，精馏塔控制与调节的 实质是控制塔内气液相负荷的大小，以保持塔设备良好的热传递，获得合格 的产品，但气液相负荷是无法直接控制的，生产主要通过控制温度、压力、 进料量和回流比来实现的。运行中要注意各参数的变化，及时调整。 7停车:先停进料，然后停再沸器，当质量不能达到质量指标时停止采出产 品，最后停冷却水。 1.1.4 精馏塔的扰动分析 1精馏是在一定物料平衡和能量平衡的基础上进行的。物料平衡指 进

8、出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常 平稳操作，以及上下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回 流罐）与塔釜液位一定（介于规定的上、下限之间）为目标的。能量平 衡要保证精馏塔产品质量、产品产量的同时，考虑降低能量的消耗，使 能量平衡，实现较好的经济性。 2影响物料平衡的因素包括进料量和进料成分的变化、塔顶馏出物 及底部出料量的变化。影响能量平衡的因素主要包括进料温度或釜温的 变化、再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化及塔的环境温度的变化等。 同时物料平衡和能量平衡之间又是相互影响的。 3精馏塔在生产上可能遇到的主要干扰有： （1）进料流量和进料成分； （2）进料温度和

9、进料热焓值； （3）再沸器加热蒸汽压力； （4）冷却水压力和温度； （5）环境温度。 在上述各扰动因素中，有的扰动是可控的，有的扰动是不可控的。 1.1.5 精馏塔的工艺流程及控制操作指标 本精馏塔过程控制区（低、高沸点塔）是精馏生产过程装置中的一 部分。工艺流程图 由压缩机将氯化氢与乙炔合成反应后的粗氯乙烯单体，其组份主要有 二氯乙炔打到全凝器中，经0水的冷凝后（压力在5.5kg/cm2,温度在 20左右）通过中间槽除水后进入低沸点塔，其进料口应在塔顶冷凝器 下层塔盘，精馏的过程是物理过程，是根据混合液沸点的不同将其分离 出各种的物质，低沸点塔的任务是将混合液中的沸点最轻的乙炔及其轻 组份从

10、塔顶蒸出并排出塔外另工艺处理，剩下的其他部分由塔底部排出 并进入到高沸点塔继续精馏，（应从塔中部入料）。而高塔的任务是将 该塔的轻组份氯乙烯从塔顶蒸出经成品冷却器冷却后成为合格的中间产 品。二氯乙炔及其它重组份则从塔底排出塔外另工艺处理，精馏过程的 原理是将进入到塔中的物料由塔釜再沸器加热到沸腾状态。 低沸点塔釜的压力在5.05.4 kg/cm2，温度在43左右，高沸点塔 釜的压力在4.24.6 kg/cm2，温度在32左右，两塔液位控制在总量程 50%60%。上升到塔顶的气体通过塔顶冷凝器进行回流，将沸点高的 部分冷却回塔中，低沸点塔的压力在4.85.2 kg/cm2，温度在2628 左右，

11、高沸点塔顶的压力在2.93.1 kg/cm2，温度在2225左右，通 过各塔盘中上升的气体与下降的液体不断充分传质传热，从而建立塔内 物料平衡和能量平衡及正常的压力梯度、温度梯度和组份梯度，使精馏 系统达到稳定最优化的工作状态，使生产产量最大、质量最优、消耗最 低，再加上意外事故紧急联锁系统使生产的全过程安全可靠的运行。 1精馏塔主要工艺指标 低沸点塔进料：5.5 kg/cm2 2025低沸点塔塔釜: 5.05.4 kg/cm2 43冷凝器回流至低沸点塔：4.85.2 kg/cm2 2628高沸点塔塔釜：4.24.6 kg/cm2 32冷凝器回流至高沸点塔：2.93.1 kg/cm2 2225

12、高沸点塔提馏段二氯乙烷与氯乙烯单体组分的灵敏板上的温度：30 2流程图中各设备说明 DT-201 低沸点塔 GT-301 高沸点塔 DE-202 低沸点冷凝器 GE-302 高沸点塔冷凝器 DV-203 低沸点回流罐 GV-303 高沸点塔回流罐 DE-204 低沸点再沸器 GE-304 高沸点塔再沸器 任务2 冶金工业控制工艺设计分析 由于冶金工业生产过程的多样性和复杂性，有些过程采用简单的 控制系统，往往不能满足要求，而必须根据其特点，组成复杂的控制 系统。在冶金工业生产过程控制工程设计中，应用到的复杂系统有前 馈-反馈控制系统、比值控制系统、串级控制系统、自动选择性控制 系统、非线性的连

13、续控制系统、采样控制系统、最佳（也称最优）控 制系统等，其中以前面三种控制系统用得较多。 1.2.1 冶金工业前馈-反馈控制工程设计 常见的单回路控制系统多属于反馈控制。反馈控制的特点是，必 须在被控量出现偏差后，控制器才对操作量进行调整，以补偿扰动对 被控量的影响。如果扰动已经发生，而被控量还未变化，或者说尚未 出现偏差时，控制器是不会发出控制信号的，所以这种控制作用，总 是落后干扰动作用，是“不及时”的控制。由于冶金过程多少具有滞后 的特性，这种“不及时”的控制，往往要使被控量经历一段较长的时间 ，才能回复至给定数值，而且波动的幅度也较大，在温度及成分的控 制过程中，这种情况较多。因此对于

14、一些滞后较大，或扰动较大、较 频繁的过程，采用反馈控制，往往不能满足生产的要求。 1设计前馈控制 是按照扰动作用的大小进行控制的。 2设计前馈-反馈控制系统 应首先对过程的各种扰动进行具体的分 析，选择其中最主要的扰动进行前馈控制。在前馈-反馈控制系统中，至少有一个前馈回路与一个反馈回路。 前馈控制回路有开环与闭环两类，多数采用开环。前馈控制所使用的控 制器，不同于反馈控制中所用的控制动作，它的控制动作必须根据过程 的特点来制定，一般要用特定控制动作的前馈控制器（或称前馈调节器 ）。 1.2.2 冶金工业炉燃料燃烧比值控制系统设计在生产过程中，常需要自动控制两种物料流量成一定比例，例如冶 金炉

15、燃料燃烧过程，就需要自动控制煤气量与空气量成一定比例混合进 入炉膛，才能保证合理燃烧。这种把两个量自动保持一定比例的控制系 统，称为比值控制系统。其中炉膛温度由热电偶测出，通过变送器转换 成控制器所需温度信号，当炉膛温度高于或低于给定数值时，温度控制 器即发出控制信号，要求改变煤气量，煤气量改变，空气量也随之按一 定比值变化，在此煤气量是主变量，空气量是从变量。煤气量的变化， 对空气量而言，就相当于空气量的给定值变了，空气量自然就要跟随改 变。因此比值控制系统，可看成是独立的单回路控制系统的组合，为了 保证质量，所用控制器必须是PI（或PID）控制动作才行。 1.2.3 冶金工业沸腾焙烧炉串级控制系统设计对于一些惯性较大或纯滞后也较大的过程，采用单回路的自动控 制系统，往往不能满足生产过程对控制的要求，这时可考虑采用另一 种较复杂的串级控制系统。例如沸腾焙烧炉的汽水分离器水位控制就 可采用液面-流量串级控制系统如图所示。这个系统的任务是保持汽 包水位一定，这一目的通过给水量的调整来达到。但当给水压力或流量发生变化时，必须等到水位变化后才能进行调 整，而在供水量波动较大且频繁时，就会影响水位的控制质量。若增加 一个给水流量控制的副回路（由管段、流量变送器、流量控制器及控制 阀组成副回路），不但可使控制过程的过渡时间缩短，更可使水位的波 动减小，因为