化工生产的工艺参数与操作控制课件.ppt

1、2022-8-10化工生产的工艺参数与操作控制化工生产的工艺参数与化工生产的工艺参数与操作控制操作控制化工生产的工艺参数与操作控制1 12 23 34 4一、物理因素分析一、物理因素分析Physical factors二、热力学分析二、热力学分析Thermodynamic Analysis三、动力三、动力学分析学分析Kinetic Analysis四、工艺参数的确定四、工艺参数的确定Selection of Technological Conditions主要内主要内容容 化学工业出版社化工生产的工艺参数与操作控制1.原料的影响原料的影响(1)原料的纯度原料的纯度与杂质与杂质(2)原料的配比原

2、料的配比2.反应时间反应时间的影响的影响4.反应物浓反应物浓度的影响度的影响5.反应压反应压力的影响力的影响 一、物理因素分析一、物理因素分析3.空间速度空间速度与接触时间与接触时间的影响的影响化学工业出版社化工生产的工艺参数与操作控制 二、热力学分析二、热力学分析1.化学反应可行性分析化学反应可行性分析(G)T,p 0，反，反应不能自发进行应不能自发进行(G)T,p0，反应处于平衡状反应处于平衡状态态2.化学反应平衡移动分析化学反应平衡移动分析(1)温度温度 吸热反应，吸热反应，温度升高，反应向生温度升高，反应向生成物方向移动。放热成物方向移动。放热反应，反应，H 0，温度，温度下降，平衡向

3、反应物下降，平衡向反应物方向移动，方向移动，(2)压力压力 压力压力升高，反应平衡升高，反应平衡向分子数减少的向分子数减少的方向移动方向移动(3)反应物组成反应物组成化学工业出版社化工生产的工艺参数与操作控制三、动力学分三、动力学分析析 1.1.温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响图图3-5 反应速率与温度的关系反应速率与温度的关系2.催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响 催化剂是提高反应速率的一种最常用、也是很有效的办催化剂是提高反应速率的一种最常用、也是很有效的办法法 。化学工业出版社化工生产的工艺参数与操作控制 放热：T，K，应尽量降低温度；吸热：T，K，应尽量提高温

4、度。但对于有副反应的系统，（1）化学平衡）化学平衡（2）反应速率）反应速率通常情况下，T，r。但是，从相对速率看，升温有利于副反应。催化剂的存在一般使主反应的活化能最低化工生产的工艺参数与操作控制(3)催化剂活性温度范围催化剂活性温度范围确定适宜温度的首选条件确定适宜温度的首选条件(4)材质使用温度范围材质使用温度范围化工生产的工艺参数与操作控制 体积增加的反应：P，K，应尽量降低压力；体积减少的反应：P，K，应尽量提高压力。(2)反应速率反应速率一般来讲，不管是气相还是液相反应，P，r。(1)化学平衡化学平衡化工生产的工艺参数与操作控制P，设备材质要求，动力费用，运行的安全性。(3)对后续分

5、离的影响对后续分离的影响P，冷却温度，越易分离。(4)对设备费用和操作费用的影响对设备费用和操作费用的影响化工生产的工艺参数与操作控制aA+bBcC，按化学计量关系配比是较理想的。提高某一种原料的比例，可提高另一种原料的转化率。某种原料有毒有害或价格昂贵时，为提高其转化率，应使另一种反应物过量。(2)反应速率反应速率某种反应物浓度指数大于0时，则 c，r。（1）化学平衡）化学平衡化工生产的工艺参数与操作控制(3)反应物与产物的分离反应物与产物的分离(4)安全生产，配比应在爆炸极限之外安全生产，配比应在爆炸极限之外 化工生产的工艺参数与操作控制(3)热量的移除热量的移除(1)转化率、选择性与生产

6、能力转化率、选择性与生产能力(2)系统阻力，即动力消耗系统阻力，即动力消耗 (4)后续分离的难易后续分离的难易化工生产的工艺参数与操作控制(3)操作控制：操作控制：根据以上对比判断决定如何进行操作。操作人员通过对工艺操作规程所规定的控制点，以及主要的工艺操作参数(温度、压力、流量、液位）的操作控制，实现合格产品的生产。具体包括：(2)对比判断：对比判断：将观察到的参数值，与操作规程所规定的范围进行对比，判断是否正常，是否需要调节。(1)检测：检测：观察仪表所显示的参数化工生产的工艺参数与操作控制是对工艺是否正确运行的校验。操作规程中明确规定：和。巡检要详细做好：时间、工艺参数、加料、出料、取样

7、、不正常情况及排除、要求下一班人员引起注意的问题等。化工生产的工艺参数与操作控制n3.1.1 工业生产过程操作工业生产过程操作n现代工业生产过程存在的安全操作与控制问题：现代工业生产过程存在的安全操作与控制问题：n开车、停车开车、停车n工艺流程及设备间切换工艺流程及设备间切换n工艺运行中安全控制工艺运行中安全控制n间歇生产过程操作间歇生产过程操作n生产负荷的改变生产负荷的改变n异常状态下的紧急处理异常状态下的紧急处理化工生产的工艺参数与操作控制n对上述运行过程按一定的顺序操作对上述运行过程按一定的顺序操作n其他要求：其他要求：n监视和管理整个生产过程监视和管理整个生产过程n对生产过程进行规划、

8、调度和决策对生产过程进行规划、调度和决策n生产过程的异常现象记录，事故案例的积累以生产过程的异常现象记录，事故案例的积累以及安全操作与控制措施的总结及安全操作与控制措施的总结化工生产的工艺参数与操作控制n一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组织生产。织生产。n工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工

9、械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工艺技术安排。艺技术安排。n生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的稳定均对安全生产产生影响。稳定均对安全生产产生影响。化工生产的工艺参数与操作控制n影响工业生产的安全因素：影响工业生产的安全因素：n原材料的组成变化原材料的组成变化n产品性能与规格的变化产品性能与规格的变化n生产过程中设备的安全可靠性生产过程中设备的安全可靠性n装置与装置、工厂与工厂之间的关联性装置与装置、工厂与工厂之间的关联性n生产设备特性的漂移生产设备特性的漂移n控制系统失灵控制系统失灵化工生产的工艺参数与操作控制n 现代工业生产过程，能量

10、平衡接近于临界状现代工业生产过程，能量平衡接近于临界状态，一个局部的扰动，就会在整个生产过程传播态，一个局部的扰动，就会在整个生产过程传播开来，给安全生产带来威胁。开来，给安全生产带来威胁。n蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，可能在蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，可能在美国得克萨斯州引起一场龙卷风。美国得克萨斯州引起一场龙卷风。n在初始条件下的十分微小的变化，经过不断放在初始条件下的十分微小的变化，经过不断放大，对事物未来会造成极其巨大的影响与后果。大，对事物未来会造成极其巨大的影响与后果。化工生产的工艺参数与操作控制n 为了使一个工业生产过程或一个企业良好、为了使一个工业生产过程或一个企业

11、良好、高效地运行高效地运行，都离不开对整个生产过程物料、能，都离不开对整个生产过程物料、能源、人力等的管理、组织和运作。要达到此目的，源、人力等的管理、组织和运作。要达到此目的，必须对工业生产过程的信息、数据进行及时的检必须对工业生产过程的信息、数据进行及时的检测和控制。测和控制。n 生产计划生产计划、生产调度、安全稳定地生产与操、生产调度、安全稳定地生产与操作等，都离不开作等，都离不开 自动化技术自动化技术。化工生产的工艺参数与操作控制企业生产过程管理与控制的递阶结构企业生产过程管理与控制的递阶结构由有关由有关 的生的生 产过程产过程 工艺工艺设设 备备 如容器如容器、泵、泵、机器、机器、管

12、管 道道 等组成等组成 由生产过程工艺参数的测由生产过程工艺参数的测量变送仪表、仪器、自动执量变送仪表、仪器、自动执行机构组成行机构组成。由计由计 算机算机(或或 DCS)和有和有关软件及控制算法等组成关软件及控制算法等组成用于自动监视和代替用于自动监视和代替人工自动控制工业生人工自动控制工业生产过程产过程 的最基本的最基本 的的 自动化设备自动化设备实现常规控制层无法实现常规控制层无法 做到的多变量控制做到的多变量控制由计由计 算机算机(或或 DCS)和有和有关软件及控制算法等组成关软件及控制算法等组成为先进控制层提供优为先进控制层提供优化给定值化给定值、优化控制、优化控制轨迹或生产方案轨迹

13、或生产方案优化监控层提供各种优化监控层提供各种优化目标或约束条件优化目标或约束条件化工生产的工艺参数与操作控制n 常规控制：所谓常规控制是指采用经典的常规控制：所谓常规控制是指采用经典的 PID(PID(由比由比例单元（例单元（P）、积分单元（）、积分单元（I）和微分单元（）和微分单元（D）组成）组成)控控制算法或其他简单的控制算法，使工业生产过程的被控制算法或其他简单的控制算法，使工业生产过程的被控变量，在遭受到外来扰动情况下，稳定地维持在预先的变量，在遭受到外来扰动情况下，稳定地维持在预先的给定值上。给定值上。三个部分：测量、比较和执行。测量关心的三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量

14、，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。的响应。化工生产的工艺参数与操作控制n 这种控制系统最典型的是单回路这种控制系统最典型的是单回路 (单个参数的控制单个参数的控制)负反馈控制系统负反馈控制系统 (或叫反馈控制回路或叫反馈控制回路)化工生产的工艺参数与操作控制n如果外来如果外来 的扰动是可的扰动是可 以测量以测量 的，则可组成的，则可组成 单回路的反馈单回路的反馈加前馈控制系统加前馈控制系统化工生产的工艺参数与操作控制n先进控制是对那些不同于常规单回路先进控制是对那些不同于常规单回路 PID控制，并具有比控制，并具有比常规常规 P

15、ID控制更好控制效果的控制策略的统称，而非专指控制更好控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。某种计算机控制算法。化工生产的工艺参数与操作控制n简单控制系统是最基本、最常见、应用最广泛的控制系统，简单控制系统是最基本、最常见、应用最广泛的控制系统，约占控制回路的约占控制回路的80%以上。以上。n简单控制系统的特点是结构简单，易于实现，适应性强。简单控制系统的特点是结构简单，易于实现，适应性强。在简单控制系统的基础上在简单控制系统的基础上，发展起各种复杂控制系统，发展起各种复杂控制系统。n在工业过程计算机集成控制系统中，也往往把它作在工业过程计算机集成控制系统中，也往往把它作 为最

16、为最低层低层 的控制系统。的控制系统。n自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的化工生产的工艺参数与操作控制n 被控对象也称对象被控对象也称对象 ，是指被控制的生产设备或装置。，是指被控制的生产设备或装置。被控对象需要控制的变量称为被控变量。被控对象需要控制的变量称为被控变量。n 测量变送器测量变送器 测量被控变量，并按一定的规律将其测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号的输出，作为测量值。标准信号的含义转换为标准信号的输出，作为测量值。标准信号的含义是其上下限符合规定系列是其上下限符合规定系列:0l0mA,420mA,:0l0m

17、A,420mA,0.020.1MPa0.020.1MPa等。等。n 执行器常用的是控制阀。接受控制器来的信号执行器常用的是控制阀。接受控制器来的信号 直接直接改变操纵变量改变操纵变量,通过操作这个变量可克服扰动对被控变通过操作这个变量可克服扰动对被控变量的影响，通常是由执行器控制的某工艺流量。量的影响，通常是由执行器控制的某工艺流量。n 控制器控制器 也称调节器。它将被控变量的设定值与测量也称调节器。它将被控变量的设定值与测量值进行比较得出偏差信号值进行比较得出偏差信号 ，并按一定规律给出控制信，并按一定规律给出控制信号。号。化工生产的工艺参数与操作控制n液位控制系统n液位 h是需要控制的工艺

18、变量，称为被控变量被控变量。n Qo为操纵变量操纵变量n进水量Qi是造成被控变量产生不期望波动的原因，称为扰动扰动液位人工控制示意图液位人工控制示意图化工生产的工艺参数与操作控制n用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神经系统用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神经系统告诉大脑告诉大脑;n 通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大脑中通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大脑中储存好的希望值即给定值进行比较，根据偏差的大小和方储存好的希望值即给定值进行比较，根据偏差的大小和方向，经过分析、思考，然后根据操作经验发出命令向，经过分析、思考，然后根据操作经验发出命令;n 根据大脑发出的控

19、制命令，通过手去改变出水阀门开根据大脑发出的控制命令，通过手去改变出水阀门开度，以改变度，以改变 Q。来控制液位。来控制液位;n 反复执行上述操作反复执行上述操作，直到将液位控制到所希望的数值，直到将液位控制到所希望的数值上。上。化工生产的工艺参数与操作控制n工艺控制流程图，它是用自控设计的文字符号和图形符号在工艺流程图工艺控制流程图，它是用自控设计的文字符号和图形符号在工艺流程图上描述生产过程上描述生产过程 自动控制的原理图。自动控制的原理图。n图中，小圆圈表示某些自动化仪表图中，小圆圈表示某些自动化仪表 ，圆内由两位以上字母，圆内由两位以上字母 ，第一位字，第一位字母表示被测量变量，后继字

20、母表示仪表的功能。母表示被测量变量，后继字母表示仪表的功能。化工生产的工艺参数与操作控制n采用液位测量变送器采用液位测量变送器LTLT检测液位值并转换为标准信号检测液位值并转换为标准信号 ，如如420mA420mA。n这一测量信号送往液位控制器这一测量信号送往液位控制器 LCLC，控制器的设定值由人，控制器的设定值由人工给定。控制器根据偏差的正负、大小及变化情况，发出工给定。控制器根据偏差的正负、大小及变化情况，发出控制信号。控制信号。n控制器的输出送往执行器，此处为控制阀，控制阀根据控控制器的输出送往执行器，此处为控制阀，控制阀根据控制信号变化增大或减小阀门的开度，调节出水流量，使测制信号变

21、化增大或减小阀门的开度，调节出水流量，使测量值接近或等于给定值。量值接近或等于给定值。化工生产的工艺参数与操作控制n3.3.13.3.1温度控制系统温度控制系统n蒸汽加热器的温度自动控制系统蒸汽加热器的温度自动控制系统:由蒸汽加热器、温度变由蒸汽加热器、温度变送器送器TT,TT,温度控制器温度控制器 TCTC和蒸汽流量控制阀组成。控制的目和蒸汽流量控制阀组成。控制的目标是保持流体出口温度恒定。标是保持流体出口温度恒定。化工生产的工艺参数与操作控制n3.3.2 3.3.2 流量控制系统流量控制系统n由管路系统、孔板和差压变送器、流量控制器由管路系统、孔板和差压变送器、流量控制器FCFC和流量控和流量控制阀组成。控制的目标是保持流量恒定。制阀组成。控制的目标是保持流量恒定。2022-8-10化工生产的工艺参数与操作控制