化工廠一氯苯氯化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共17頁)

1、自控工程課程設(shè)計(jì)PAGE 東北(dngbi)石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程(kchng) 自控工程課程設(shè)計(jì)題目(tm) 化工廠一氯苯氯化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 王美臣 學(xué)號(hào) 110601141218 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：1.掌握利用Auto-CAD繪制化工廠一氯苯氯化控制工藝流程圖；2.掌握節(jié)流裝置的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算；3.掌握調(diào)節(jié)閥的選型及口徑計(jì)算；基本要求：1.在工程設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格貫徹執(zhí)行一系列國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定；2.邊學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定邊上機(jī)設(shè)計(jì)；3.必須按階段完成任務(wù)；4.設(shè)計(jì)完成后交出一份包括上述三個(gè)部分符合撰寫規(guī)范的設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料：1HG

2、/T2063620639-1998，化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定(上下卷)S .2GB/T2624-1993，流量測量節(jié)流裝置 S . 3奚文群，翁維勤.調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算指南M.蘭州：化工部自控設(shè)計(jì)技術(shù)中 心站，1991.完成期限 2014.11.102014.11.21 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2014年 10 月 20 日目錄(ml)TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc31493 第1章 化工廠一氯苯控制系統(tǒng)(kn zh x tn)工藝 第1章 化工廠一氯苯控制系統(tǒng)(kn zh x tn)工藝(gngy)1.1一氯苯自控(z kn)采集控制系統(tǒng)控制方案分析一氯苯的標(biāo)準(zhǔn)分析法

3、是用己烷萃取，再用帶電子捕獲檢測器的汽液色譜法檢測。然而應(yīng)用于實(shí)際的化工生產(chǎn)，大批量采集一氯苯要求我們采用新的方法。在此次的課程設(shè)計(jì)中可以采用一氯苯的氯化方法實(shí)現(xiàn)一氯苯的自控采集。其原理如圖1-1所示。圖1-1 化工廠一氯苯自控采集系統(tǒng)原理苯液相氯化法：苯與氯氣在氯化鐵催化下連續(xù)氯化得氯化液，經(jīng)水洗、堿洗、中和、食鹽干燥，進(jìn)入初餾塔脫苯、脫焦油，粗氯代苯進(jìn)入精餾塔，塔頂餾出一氯苯的成品，塔釜物料再經(jīng)過一個(gè)精餾塔分離出一氯苯。苯氣相氧氯化法：苯蒸氣、空氣、氯化氫氣混合物（溫度210）進(jìn)入氯化反應(yīng)器，在迪肯型催化劑（CuCl2、FeCl3附在三氧化鋁上）存在下進(jìn)行氧化。反應(yīng)溫度300，單程轉(zhuǎn)化率1

4、015%，氯化氫轉(zhuǎn)化率98%，生成物含多氯苯6%。一氯苯自控采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)際是為了實(shí)現(xiàn)過程控制在化工業(yè)生產(chǎn)中合理有效應(yīng)用。簡單的控制系統(tǒng)由檢測變送單元、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。其流程簡介：所有原料都必須經(jīng)過充分干燥后，再加入FeCl3進(jìn)行催化氯化。氯氣輸入管由塔頂插入到塔底，液苯由塔底通入。在分散孔與氯氣相遇并反應(yīng)。反應(yīng)前和反應(yīng)時(shí)通過控制器對(duì)反應(yīng)進(jìn)行控制。通過實(shí)時(shí)趨勢曲線及設(shè)備的壓力傳感器和溫度傳感器對(duì)控制器返回參數(shù)，利用控制器對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)合理的做出調(diào)整。產(chǎn)物和多余的氯氣分離運(yùn)輸，產(chǎn)物收集，多余的氯氣重新干燥凈化后 循環(huán)(xnhun)利用。在此之后對(duì)一氯苯和多氯苯進(jìn)行中和

5、分離即可。1.2 化工廠一氯苯控制系統(tǒng)(kn zh x tn)CAD流程圖一氯苯控制系統(tǒng)(kn zh x tn)組態(tài)王圖：圖1-2 化工廠一氯苯組態(tài)王圖制作CAD流程圖，如圖1-3：圖1-3 化工廠一氯苯CAD流程圖繪制(huzh)CAD圖：圖1-4 化工廠一氯苯CAD圖第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(zhungzh)設(shè)計(jì)及計(jì)算程序設(shè)計(jì)2.1 計(jì)算方法在石油化工生產(chǎn)中，流量計(jì)的應(yīng)用非常廣泛，而流量計(jì)中差壓式流量計(jì)又占大部分。因而節(jié)流裝置(zhungzh)的選型及其設(shè)計(jì)是自控工程設(shè)計(jì)的重要組成部分。1.國家標(biāo)準(zhǔn)(u ji bio zhn)特點(diǎn)1993年，國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)GB/T2624-1993實(shí)施，該

6、標(biāo)準(zhǔn)第一次等效采用ISO5167（1991）與國際接軌，這標(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)上的研究成果、提高測量精度方面，已取得了突破性的進(jìn)展。GB/T2624-1993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。其主要特點(diǎn)：(1)以流出系數(shù)代替流量系數(shù)；值的計(jì)算中的降階計(jì)算由原流量系數(shù)計(jì)算中的最高階降至流出系數(shù)計(jì)算中的最高階次冪。(2)提出5種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計(jì)中各方面的需要。(3)提出迭代計(jì)算方法，給出計(jì)算機(jī)計(jì)算程序框圖。(4)差壓上限不再計(jì)算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計(jì)者有更多的經(jīng)驗(yàn)。(5)管道粗糙度不再參加計(jì)算，而是在計(jì)算結(jié)果出來后需驗(yàn)證

7、。所謂“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”就是他們的結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)計(jì)算步驟和方法都經(jīng)過系統(tǒng)試驗(yàn)而有統(tǒng)一規(guī)定。按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的節(jié)流裝置，不必經(jīng)過個(gè)別標(biāo)定就可以使用。在GB/T2624-1993中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有以下幾種：標(biāo)準(zhǔn)孔板：角接取壓；法蘭取壓；徑距取壓（D-D/2）。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：ISA1932噴嘴；長頸噴嘴。文丘里管：文丘里噴嘴；經(jīng)典文丘里管。2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算的原則和依據(jù)(1)設(shè)計(jì)原則1、測量的精度應(yīng)盡可能高； 2、流出系數(shù)C穩(wěn)定； 3、節(jié)流件前后所需直管段長度，就盡可能短； 4、流體流經(jīng)節(jié)流件的壓力損失盡可能小。上述四點(diǎn)要求之間是存在矛盾的，而標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，則

8、主要是根據(jù)具體情況統(tǒng)一考慮，妥善解決這些矛盾，找出合理的方案。(2)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)主要依據(jù)是工藝生產(chǎn)所提供的流量測量條件、要求和有關(guān)數(shù)據(jù)，具體的原始數(shù)據(jù)有：被測流體的名稱、狀態(tài)、組分；被測流體的流量；最大流量qmax；被測流體的工作狀態(tài)(zhungti)：工作壓力P1、工作溫度t1、及其變化范圍；被測流體的物理(wl)參數(shù)；這一部分較難確定；允許的壓力(yl)損失；管道材質(zhì)、在20時(shí)管道內(nèi)徑D20、管道內(nèi)表面情況；節(jié)流裝置安裝地點(diǎn)的平均大氣壓；管道敷設(shè)情況和局部阻力形式；其它方面的要求。2.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算是自控工程技術(shù)人員的基本功，此項(xiàng)訓(xùn)練十分重要,標(biāo)

9、準(zhǔn)節(jié)流裝置的計(jì)算命題，根據(jù)GB/T2624-93有五種命題。自控工程設(shè)計(jì)中主要涉及第二命題。(1)輔助計(jì)算1、根據(jù)原始數(shù)據(jù)的最大流量確定計(jì)算最大流量；2、根據(jù)工作狀態(tài)和被測量流體的成分，求物性參數(shù)，工作狀態(tài)下的粘度1、密度1，對(duì)于氣體還要求出對(duì)比壓力Pr，對(duì)比溫度Tr，以及工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù)Z和等熵指數(shù)K。3、求工作狀態(tài)下的管道內(nèi)徑；4、根據(jù)最大流量，求出相應(yīng)的雷諾數(shù)ReD；5、根據(jù)管道材質(zhì)及內(nèi)表面情況，確定管道內(nèi)壁的絕對(duì)平均粗糙度K。 6、確定差壓上限。 新標(biāo)準(zhǔn)中視為已知條件，由工藝人員或儀表人員自行確定。質(zhì)量流量的不確定度的計(jì)算公式： 2.4 節(jié)流裝置程序設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)

10、位號(hào)：FR102工作介質(zhì)：氯苯 取壓方式：法蘭取壓孔板操作溫度：125 工況密度：1256.45Kg/m3工作壓力：0.9MPa 工況粘度：20910-6 Pa.S管道內(nèi)徑：90mm 最大流量：8600 kg/h管道材質(zhì)：20#鋼 節(jié)流件材質(zhì)：1CR18NI9TI1.輔助計(jì)算（1）計(jì)算流量標(biāo)尺：qm=qv1=3001.4/3600=0.116666666Kg/s ，取標(biāo)準(zhǔn)流量為0.125 Kg/s（2）計(jì)算(j sun)差壓上限：再根據(jù)(gnj)公式計(jì)算(j sun)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，

11、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）=0.08001+0.00001338(60-20)=0.080042816 m（4）求雷諾數(shù)：ReD= = =11605.04793（5）求A2A2= = =0.1096573952.計(jì)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（0.4219728

12、31）2.10.1840（0.421972831）8+0.0029（0.421972831）2.5（106/11605.04793）0.75=0.610298229，= =0.000625927（4）精確度判斷(pndun)=0.0057080283.進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定(sh dn)第二個(gè)假定值X2X2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此(ync)= =-0.0000041122所以4.進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第三個(gè)假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.496

13、2970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以(suy) 由于(yuy) =0.0000000005 精確度達(dá)到(d do)要求。5.此題用計(jì)算機(jī)編程求解時(shí)：工作溫度下的管道直徑D=0.080042816雷諾數(shù) ReD=11605.04793不變量 A2=0.109657395matlab程序見附錄，運(yùn)行結(jié)果d =33.7578b1=0.4220把精確度判斷定為510-10，程序參照附錄， 計(jì)算結(jié)果列于下表2-1。表2-1計(jì)算結(jié)果n123X0.25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.0030274617

14、0.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 計(jì)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)閥選型及計(jì)算(j sun)3.1 調(diào)節(jié)閥的選擇(xunz)傳感器通常用來在電子系統(tǒng)中監(jiān)視溫度，并提供保護(hù)，以免產(chǎn)生過度的溫度偏移。下面我們列出幾種在電子系統(tǒng)中最常用的溫度傳感器技術(shù)。電偶由兩根不同的金屬線連在一

15、起形成(xngchng)，金屬線之間的連接點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)與溫度近似成比例的電壓。其特點(diǎn)包括：寬溫度范圍(高達(dá)1250C)、低成本、極低輸出電壓(對(duì)于K型，可低至40V/C量級(jí))、適當(dāng)?shù)木€性及中等復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理(冷端補(bǔ)償及放大)。有幾種不同的熱電偶類型，分別用字母來表示。最常見的是K型。由Maxim制造的IC (MAX6674及MAX6675)具有調(diào)整K型熱電偶信號(hào)的功能，從而可簡化設(shè)計(jì)，并極大地減少信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、輸出量化所需的器件數(shù)量。熱電偶可采用帶有裸露引線的探針形式。鑒于傳感器在工業(yè)生產(chǎn)上非常重要，設(shè)備制造商正在把計(jì)算機(jī)控制的這些傳感器部件集成起來。在此次的化工廠一氯苯自控采集控制系統(tǒng)設(shè)

16、計(jì)中，運(yùn)用組態(tài)王軟件建立了仿真PLC設(shè)備。通過仿真PLC設(shè)備可以用于控制溫度、壓力、混合劑、濃縮度等，還可以使用一些簡單的傳感器來檢測產(chǎn)品的相關(guān)情況。傳感器在執(zhí)行簡單任務(wù)時(shí)，比人的效率更高，速度快，出錯(cuò)概率小。傳感器的分類方法有很多?？梢苑譃槟M傳感器和數(shù)字傳感器。在此次實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用傳感器感應(yīng)溫度和壓力的變化。溫度是模擬信息，通常溫度介于090之間時(shí)，模擬傳感器可以探測到溫度值，并向PLC輸出相應(yīng)的電流。溫度越高，傳感器輸出的電流值也越高。壓力傳感器也是一種模擬傳感器，依據(jù)探測到的壓力不同，提供在一定范圍內(nèi)變化的電壓值。由于化工廠一氯苯自控采集過程中，反應(yīng)對(duì)溫度環(huán)境的要求較高，為此，設(shè)計(jì)過程中

17、選用的是熱電阻溫度傳感器。其精度高，對(duì)溫度的感應(yīng)靈敏。壓力傳感器一般用來測量和控制流體，如氣體和液體等。對(duì)測量方法和儀表的選擇，必須熟悉流量儀表和生產(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，還要考慮經(jīng)濟(jì)因素，歸納起來有五個(gè)方面因素，即性能要求，流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用。 對(duì)某一應(yīng)用場所可以采用的儀表可能有幾種方案，如選擇時(shí)只憑以往經(jīng)驗(yàn)和單純考慮初裝費(fèi)用貿(mào)然作出決定，從而失去了選擇最適和儀表的機(jī)會(huì)。例如儀表的流量范圍和實(shí)際流量不匹配、對(duì)測量要求不高的場所選用過于復(fù)雜和昂貴的儀表、儀表安裝后就不能正常工作，這些情況是屢見不鮮的。如渦街波動(dòng)劇烈，孔板超出量程范圍。有時(shí)候還會(huì)產(chǎn)生事故，如易閃蒸液體燒毀渦

18、輪流量計(jì)的渦輪，在負(fù)壓下拉壞電磁流量計(jì)襯里等。圖3-1 分析五方面因素(yn s)程序如果僅希望知道管道中流體是否在輸送流動(dòng)，其大體流量，那么選用流動(dòng)窺視窗或流動(dòng)指示器就能以較低費(fèi)用達(dá)到這一目標(biāo)。他們是一些結(jié)構(gòu)簡單的器具，往往有一活動(dòng)體（板、球、翼輪等）顯示流體是否流動(dòng)，有些能知識(shí)流動(dòng)快慢的大體程度，精確度很低，誤差一般在2030之間，或更大。 國內(nèi)流量儀表制造業(yè)對(duì)窺視窗和流動(dòng)指示器重視宣傳不夠，僅有幾個(gè)(j )企業(yè)提供產(chǎn)品，從而設(shè)計(jì)單位和直接用戶忽視了這類簡易器具，或想使用因品種單一，不能在多種形式中選擇合用產(chǎn)品。反觀從國外引進(jìn)石化成套設(shè)置中，在較多的工位上裝有流動(dòng)窺視窗或指示器。 如果測量

19、要求比上述高些，指示流量誤差在210之間，則安裝一臺(tái)流量儀表。若按后文選擇步序認(rèn)為選擇差壓式儀表,也不一定要專門安裝孔板節(jié)流體等流量傳感器，可利用彎管流量計(jì)或或用外夾裝便攜式超聲流量計(jì)。圖3-2 五方面因素(yn s)相互關(guān)系實(shí)際中的工業(yè)氯化方法有熱氯化法、光氯化法以及催化氯化法，鑒于本實(shí)驗(yàn)采取的是熱氯化法，故在自控采集過程中要實(shí)時(shí)對(duì)反應(yīng)器、管道及各儲(chǔ)存容器的壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。因此選用了若干壓力傳感器及溫度傳感器。執(zhí)行器位于控制回路的最終端，對(duì)控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)有著十分重要的作用。最常用的執(zhí)行器是控制閥，設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)控制器。3.2 調(diào)節(jié)閥口徑(kujng)計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算的主

20、要內(nèi)容有流量系數(shù)計(jì)算及口徑選定等。流量系數(shù)計(jì)算公式的建立與發(fā)展(fzhn)已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，其中氣體與液體的單相流計(jì)算公式比較成熟，雙相流公式還有待進(jìn)一步完善。精度較高的計(jì)算公式，還需要有正確的原始數(shù)據(jù)，才能得到滿意的結(jié)果。調(diào)節(jié)閥口徑(kujng)計(jì)算所需數(shù)據(jù)及條件：（1）介質(zhì)名稱、性質(zhì)及主要物化參數(shù)（等）。（2）工藝參數(shù)（等）（3）配管情況（型式、閥前后管徑、系統(tǒng)阻力計(jì)算、預(yù)估S值等）（4）調(diào)節(jié)對(duì)象類型、特點(diǎn)，如主調(diào)參數(shù)及主要干擾因素等（5）調(diào)節(jié)性能要求，如泄漏量、穩(wěn)定性等要求。調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算數(shù)據(jù)：位號(hào)：LIC302 工作介質(zhì)：氯苯 單座閥： 操作溫度：32 工況密度：1256.45Kg/m3閥前壓力：1.3MPa 工況粘度：20910-6 Pa.S閥后壓力：0.9MPa 最大流量：8600 kg/h管道內(nèi)徑：90mm 飽和蒸汽壓力P=0.016MPa計(jì)算結(jié)果（參考）KV=250 閥的公稱直徑：150mm計(jì)算過程:(1)計(jì)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