工业合成系统控制系统自控工程课程设计

1、自控工程课程设计目 录第1章 工业合成系统控制系统11.1 工业合成系统背景及说明11.2 cad流程图2第2章 标准节流装置设计及计算程序设计32.1 gb/t2624-93概述32.2 计算实例3第3章 调节阀口径计算73.1 调节阀的选型73.2 调节阀口径计算73.3 计算实例8第4章 课程设计心得10参考文献11附录12第1章 工业合成系统控制系统1.1 工业合成系统背景及说明 （一）系统描述醋酸乙烯是一种十分重要的工业原料,其市场非常广阔.它的生产过程主要分为两个大的过程: 合成和精馏.前者是发生化学反映生成醋酸乙烯的过程, 后者则是将生成的醋酸乙烯通过化学,物理过程来进行提纯。

2、（二）本工艺的特点和难点 醋酸乙烯的生产是个塔体非常多的系统,调节回路众多,系统的关联性非常强,一个参数的控制的好坏直接影响到其他参数的控制的成败.一个系统的波动可能带垮整个系统.,因为其产品醋酸乙烯的浓度要求非常高,达到99.9%以上,因此对反应温度,以及流量等参数的控制要求非常平稳,合成反应器的中温要求170正负0.5度,醋酸蒸发器液位要求达到正负1%,还有乙炔的流量非常不稳定,可控性不太好.这些都对控制的精度提出了很高的要求. （三）工艺对控制系统的要求 a、实现各个单元操作的集中监控，包括：温度、压力、流量、液位等物理量的监测与控制。动态参数检测、控制必须准确、可靠。合成反应器的中温要

3、求170正负0.5度,醋酸蒸发器液位要求达到正负1%。 b、必要的遥控措施,对突发事件如停电等，系统应采取相应的保护措施，确保在紧急情况下或需要的时候对一些关键的控制点（阀门、马达等）实施遥控。 c、配置必要的报警和联锁。 d、重要参数的记录和方便地查阅其实时趋势和历史趋势。 e、可随时监测有关单元的有关参数或重要设备的运行情况。 f、控制系统操作简单，参数设置、调整方便，便于操作，人性化的操作界面。 g、操作员站显示整个生产工艺流程，修改和打印各种有关参数。 （四）控制策略及实施方案 （1）pid调节 在醋酸乙烯的生产过程中由于反应器中温控制要求比较严格,达到正负零点五度,而且他的好坏还关系

4、到最终产品的质量的高低,因此对反应中温的控制采用了串级控制.其结构框图如下: 图1-1 串级调节其他的所有的调节都是单回路调节,其结构图如下图:图1-2 单回路调节1.2 cad流程图图1-3 工业合成系统工艺流程图第2章 标准节流装置设计及计算程序设计2.1 gb/t2624-93概述gb/t2624-93全称为流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测量。1993年2月3日由国家技术监督局批准gb/t2624-93代替gb2624-81，1993年8月1日实施。该标准第一次等效采用iso5167（1991）与国际接轨，标志着我国现行的标准节流装置，在推广采用国际标准上的研究

5、成果、提高测量精度方面，以取得了突破性的进展。gb/t2624-93主要特点有：1.以流出系数c代替流量系数；c值的计算中的降阶计算由原流量系数计算中的最高阶20降至流出系数c计算中的最高阶8次幂。2.提出5种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。3.提出迭代计算方法，给出计算机计算程序框图。4.差压上限不再计算，而要由用户自行选定，要求设计者有更多的经验。5.管道粗糙度不再参加计算，而是在计算结果出来后验证。2.2 计算实例表2-1标准节流装置设计计算序号项目符号单位数值123456789已知条件被测介质名称被测介质温度被测介质压力管道直径截流件形式取压方式工况密度工况粘度最大流量tpd11

6、qvm/mpa.s/醋酸385000000.08孔板法兰718.230.0001993200 (一）辅助计算（1）计算流量标尺：qm=qv1=3200718.23=2298336kg/h，取标准流量为0.125 kg/s（2）计算差压上限： 再根据公式计算其中c=0.6,=1,=0.5,d=，代0.125 kg/s，全部代入得p=135078.47pa 因国产差变的系列值为1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取p =160000pa（3）求工况下管道直径：d=d20 1+d（t-20）=3001+0.0000116(60-20)=300.1339 m（4）求雷诺数：red=erro

7、r! no bookmark name given. = =11605.04793（5）求a2a2= = =0.109657395 （二）计算初值（1）求设： c0=c=0.6060，=1，并令 =0.180952798又 =0.421972831（2）求因被测介质为液体，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）精确度判断=0.005708028 （三） 进行迭代计算，设定第二个假定值x2x2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此 = =-0.0000041122所以 （四） 进行迭代计算，设定第三个假定值，利用快速收敛弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.4962970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以 由于 =0.0000000005 精确度达到要求。 （五）此题用计算机编程求解时：工作温度下的管道直径d

9、=0.080042816雷诺数 red=11605.04793不变量 a2=0.109657395 （六）计算结果 因此得：=0.4220 c = =0.6041852546 求= =33.73974249 最后得： =33.740（mm）第3章 调节阀口径计算3.1 调节阀的选型调节阀的阀体种类很多，常用的阀体种类有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等。在具体选择时，可做如下考虑: （1）阀芯形状结构：主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。 （2）耐磨损性：当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀的内部材料要坚硬。 （3）耐腐蚀性：由于介

10、质具有腐蚀性，尽量选择结构简单阀门。 （4）介质的温度、压力：当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。（5）防止闪蒸和空化：闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中，闪蒸和空化会形成振动和噪声，缩短阀门的使用寿命，选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。对于双作用的气动、液动、电动执行机构，一般都没有复位弹簧。对于单作用的气动执行机构，输出力与阀门的开度有关，调节阀上的出现的力也将影响运动特性，因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡。对执行机构输出力确定后，根据工艺使用环境要求，选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时，应选用气动执行机构。从节能方面考

11、虑，应尽量选用电动执行机构。若调节精度高，可选择液动执行机构。调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有，其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成。组合形式有4种即正正(气关型)、正反(气开型)、反正(气开型)、反反(气关型)，通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种。对于调节阀作用方式的选择，主要从三方面考虑:工艺生产安全；介质的特性；保证产品质量，经济损失最小。3.2 调节阀口径计算从调节阀的kv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：（1）计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的qmax和qmin。（2）阀前后压差的确定。根据已选择的阀

12、流量特性及系统特点选定s(阻力系数)，再确定计算压差。（3）计算kv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得kvmax和kvmin。（4）选用kv。根据kvmax,在所选择的产品标准系列中选取kvmax且与其最接近的一级c。（5）调节阀开度验算。一般要求最大计算流量时的开度90%，最小计算流量时的开度10%。（6）调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比10。（7）阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据c确定。3.3 计算实例表3-1 调节阀口径计算任务书序号项 目符 号单 位数 值123456789已知条件：调节阀类型被测介质名称被测介质温度最大体积流量阀前压力阀后压力管道内径

13、工作状态下密度工作状态下运动粘度tqmaxp1p2d11/hmpampammkg/m3pas单座阀燃料油3832000.90.580718,230.000199计算过程:(1) 计算 (2)选定口径值圆整、放大，查产品目录，取=1.6（）,选单座阀（jp）其放大系数为： 查表2，知满足m=1.28时，阀最大开度90%，所以值应再向上取一挡，即取=2（），此时m值满足要求。开度验算开度82.3%可满足要求(3)结论选定单座阀，取为选定口径，因为非阻塞流工况，故不作噪音预估及管件形状修正。因为，,可调比满足要求。第4章 课程设计心得课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题

14、,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.通过本次课程设计，使我学到了很多的东西，把以前学过的知识又重新学了一遍，并且学会了怎么样做好一个课程设计，使我的理论知识与实践相结合，锻炼了我的实际动手操作能力。这次的课程设计对我马上要开始的毕业设计作了一个很好的铺垫，我学会了怎么选题，如何查资料，怎么样做好一个设计等等，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次设计不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进

15、和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把专业课学好，学精。随着不断的联系总结我深知做学问的艰辛，使得我对本专业的认识又加深了一步，为将来的就业增加了机会，使得自己对于今后的工作生活充满了信心。在这里对学校开设这门课程的做法非常感谢，同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献1李宏达，邵美娟.化工装置自控工程设计规定m.北京：清华大学出版社，1995.2周英力，王宏伟.流量测量节流装置 m.湖南：化学工业出版社，1989.3奚文群，翁维勤.调节阀口径计算指南m.兰州：化工部自控设计技术中心站，1991.4董德发，张天春.自控工程设计基础m.大庆：大庆石油学院，1999.5王骥程，祝和云.化工过程控制工程m.北京：化学工业出版社，2003.6hg/t2063620639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)s .附录matlab程序如下：clear all;red=11605.4793;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1;a1=0.10965739