工業(yè)合成系統(tǒng)控制系統(tǒng)自控工程課程設(shè)計

1、自控工程課程設(shè)計目 錄第1章 工業(yè)合成系統(tǒng)控制系統(tǒng)11.1 工業(yè)合成系統(tǒng)背景及說明11.2 cad流程圖2第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計及計算程序設(shè)計32.1 gb/t2624-93概述32.2 計算實例3第3章 調(diào)節(jié)閥口徑計算73.1 調(diào)節(jié)閥的選型73.2 調(diào)節(jié)閥口徑計算73.3 計算實例8第4章 課程設(shè)計心得10參考文獻(xiàn)11附錄12第1章 工業(yè)合成系統(tǒng)控制系統(tǒng)1.1 工業(yè)合成系統(tǒng)背景及說明 （一）系統(tǒng)描述醋酸乙烯是一種十分重要的工業(yè)原料,其市場非常廣闊.它的生產(chǎn)過程主要分為兩個大的過程: 合成和精餾.前者是發(fā)生化學(xué)反映生成醋酸乙烯的過程, 后者則是將生成的醋酸乙烯通過化學(xué),物理過程來進(jìn)行提純。

2、（二）本工藝的特點和難點 醋酸乙烯的生產(chǎn)是個塔體非常多的系統(tǒng),調(diào)節(jié)回路眾多,系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性非常強,一個參數(shù)的控制的好壞直接影響到其他參數(shù)的控制的成敗.一個系統(tǒng)的波動可能帶垮整個系統(tǒng).,因為其產(chǎn)品醋酸乙烯的濃度要求非常高,達(dá)到99.9%以上,因此對反應(yīng)溫度,以及流量等參數(shù)的控制要求非常平穩(wěn),合成反應(yīng)器的中溫要求170正負(fù)0.5度,醋酸蒸發(fā)器液位要求達(dá)到正負(fù)1%,還有乙炔的流量非常不穩(wěn)定,可控性不太好.這些都對控制的精度提出了很高的要求. （三）工藝對控制系統(tǒng)的要求 a、實現(xiàn)各個單元操作的集中監(jiān)控，包括：溫度、壓力、流量、液位等物理量的監(jiān)測與控制。動態(tài)參數(shù)檢測、控制必須準(zhǔn)確、可靠。合成反應(yīng)器的中溫要

3、求170正負(fù)0.5度,醋酸蒸發(fā)器液位要求達(dá)到正負(fù)1%。 b、必要的遙控措施,對突發(fā)事件如停電等，系統(tǒng)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，確保在緊急情況下或需要的時候?qū)σ恍╆P(guān)鍵的控制點（閥門、馬達(dá)等）實施遙控。 c、配置必要的報警和聯(lián)鎖。 d、重要參數(shù)的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。 e、可隨時監(jiān)測有關(guān)單元的有關(guān)參數(shù)或重要設(shè)備的運行情況。 f、控制系統(tǒng)操作簡單，參數(shù)設(shè)置、調(diào)整方便，便于操作，人性化的操作界面。 g、操作員站顯示整個生產(chǎn)工藝流程，修改和打印各種有關(guān)參數(shù)。 （四）控制策略及實施方案 （1）pid調(diào)節(jié) 在醋酸乙烯的生產(chǎn)過程中由于反應(yīng)器中溫控制要求比較嚴(yán)格,達(dá)到正負(fù)零點五度,而且他的好壞還關(guān)系

4、到最終產(chǎn)品的質(zhì)量的高低,因此對反應(yīng)中溫的控制采用了串級控制.其結(jié)構(gòu)框圖如下: 圖1-1 串級調(diào)節(jié)其他的所有的調(diào)節(jié)都是單回路調(diào)節(jié),其結(jié)構(gòu)圖如下圖:圖1-2 單回路調(diào)節(jié)1.2 cad流程圖圖1-3 工業(yè)合成系統(tǒng)工藝流程圖第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計及計算程序設(shè)計2.1 gb/t2624-93概述gb/t2624-93全稱為流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體測量。1993年2月3日由國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)gb/t2624-93代替gb2624-81，1993年8月1日實施。該標(biāo)準(zhǔn)第一次等效采用iso5167（1991）與國際接軌，標(biāo)志著我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，在推廣采用國際標(biāo)準(zhǔn)上的研究

5、成果、提高測量精度方面，以取得了突破性的進(jìn)展。gb/t2624-93主要特點有：1.以流出系數(shù)c代替流量系數(shù)；c值的計算中的降階計算由原流量系數(shù)計算中的最高階20降至流出系數(shù)c計算中的最高階8次冪。2.提出5種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計中各方面的需要。3.提出迭代計算方法，給出計算機計算程序框圖。4.差壓上限不再計算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計者有更多的經(jīng)驗。5.管道粗糙度不再參加計算，而是在計算結(jié)果出來后驗證。2.2 計算實例表2-1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計計算序號項目符號單位數(shù)值123456789已知條件被測介質(zhì)名稱被測介質(zhì)溫度被測介質(zhì)壓力管道直徑截流件形式取壓方式工況密度工況粘度最大流量tpd11

6、qvm/mpa.s/醋酸385000000.08孔板法蘭718.230.0001993200 (一）輔助計算（1）計算流量標(biāo)尺：qm=qv1=3200718.23=2298336kg/h，取標(biāo)準(zhǔn)流量為0.125 kg/s（2）計算差壓上限： 再根據(jù)公式計算其中c=0.6,=1,=0.5,d=，代0.125 kg/s，全部代入得p=135078.47pa 因國產(chǎn)差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取p =160000pa（3）求工況下管道直徑：d=d20 1+d（t-20）=3001+0.0000116(60-20)=300.1339 m（4）求雷諾數(shù)：red=erro

7、r! no bookmark name given. = =11605.04793（5）求a2a2= = =0.109657395 （二）計算初值（1）求設(shè)： c0=c=0.6060，=1，并令 =0.180952798又 =0.421972831（2）求因被測介質(zhì)為液體，所以（3）求=0.5959+0.031212.10.184018+0.002912.5（106/red）0.75故=0.5959+0.0312（0.421972831）2.10.1840（0.421972831）8+0.0029（0.421972831）2.5（106/11605.04793）0.75=0.610298229

8、，= =0.000625927（4）精確度判斷=0.005708028 （三） 進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第二個假定值x2x2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此 = =-0.0000041122所以 （四） 進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第三個假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.4962970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以 由于 =0.0000000005 精確度達(dá)到要求。 （五）此題用計算機編程求解時：工作溫度下的管道直徑d

9、=0.080042816雷諾數(shù) red=11605.04793不變量 a2=0.109657395 （六）計算結(jié)果 因此得：=0.4220 c = =0.6041852546 求= =33.73974249 最后得： =33.740（mm）第3章 調(diào)節(jié)閥口徑計算3.1 調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥的閥體種類很多，常用的閥體種類有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時，可做如下考慮: （1）閥芯形狀結(jié)構(gòu)：主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。 （2）耐磨損性：當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內(nèi)部材料要堅硬。 （3）耐腐蝕性：由于介

10、質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。 （4）介質(zhì)的溫度、壓力：當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。（5）防止閃蒸和空化：閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。對于單作用的氣動執(zhí)行機構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。對執(zhí)行機構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機構(gòu)。從節(jié)能方面考

11、慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機構(gòu)。若調(diào)節(jié)精度高，可選擇液動執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構(gòu)時才有，其作用方式通過執(zhí)行機構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關(guān)型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關(guān)型)，通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:工藝生產(chǎn)安全；介質(zhì)的特性；保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)損失最小。3.2 調(diào)節(jié)閥口徑計算從調(diào)節(jié)閥的kv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：（1）計算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的qmax和qmin。（2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥

12、流量特性及系統(tǒng)特點選定s(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。（3）計算kv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得kvmax和kvmin。（4）選用kv。根據(jù)kvmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取kvmax且與其最接近的一級c。（5）調(diào)節(jié)閥開度驗算。一般要求最大計算流量時的開度90%，最小計算流量時的開度10%。（6）調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比10。（7）閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)c確定。3.3 計算實例表3-1 調(diào)節(jié)閥口徑計算任務(wù)書序號項 目符 號單 位數(shù) 值123456789已知條件：調(diào)節(jié)閥類型被測介質(zhì)名稱被測介質(zhì)溫度最大體積流量閥前壓力閥后壓力管道內(nèi)徑

13、工作狀態(tài)下密度工作狀態(tài)下運動粘度tqmaxp1p2d11/hmpampammkg/m3pas單座閥燃料油3832000.90.580718,230.000199計算過程:(1) 計算 (2)選定口徑值圓整、放大，查產(chǎn)品目錄，取=1.6（）,選單座閥（jp）其放大系數(shù)為： 查表2，知滿足m=1.28時，閥最大開度90%，所以值應(yīng)再向上取一擋，即取=2（），此時m值滿足要求。開度驗算開度82.3%可滿足要求(3)結(jié)論選定單座閥，取為選定口徑，因為非阻塞流工況，故不作噪音預(yù)估及管件形狀修正。因為，,可調(diào)比滿足要求。第4章 課程設(shè)計心得課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題

14、,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.通過本次課程設(shè)計，使我學(xué)到了很多的東西，把以前學(xué)過的知識又重新學(xué)了一遍，并且學(xué)會了怎么樣做好一個課程設(shè)計，使我的理論知識與實踐相結(jié)合，鍛煉了我的實際動手操作能力。這次的課程設(shè)計對我馬上要開始的畢業(yè)設(shè)計作了一個很好的鋪墊，我學(xué)會了怎么選題，如何查資料，怎么樣做好一個設(shè)計等等，通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這次設(shè)計不論是對我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進(jìn)

15、和幫助，我相信，通過這次的課程設(shè)計，在下一階段的學(xué)習(xí)中我會更加努力，力爭把專業(yè)課學(xué)好，學(xué)精。隨著不斷的聯(lián)系總結(jié)我深知做學(xué)問的艱辛，使得我對本專業(yè)的認(rèn)識又加深了一步，為將來的就業(yè)增加了機會，使得自己對于今后的工作生活充滿了信心。在這里對學(xué)校開設(shè)這門課程的做法非常感謝，同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻(xiàn)1李宏達(dá)，邵美娟.化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定m.北京：清華大學(xué)出版社，1995.2周英力，王宏偉.流量測量節(jié)流裝置 m.湖南：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.3奚文群，翁維勤.調(diào)節(jié)閥口徑計算指南m.蘭州：化工部自控設(shè)計技術(shù)中心站，1991.4董德發(fā)，張?zhí)齑?自控工程設(shè)計基礎(chǔ)m.大慶：大慶石油學(xué)院，1999.5王驥程，祝和云.化工過程控制工程m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.6hg/t2063620639-1998，化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定(上下卷)s .附錄matlab程序如下：clear all;red=11605.4793;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1;a1=0.10965739