化工仿真实训（课堂PPT）

1、1返回目录返回目录2 目目 录录 第一节 概述 第二节 离心泵仿真 第三节 换热器仿真 第四节 间歇反应釜仿真 第五节 固定床反应器仿真 第六节 管式加热炉仿真 第七节 吸收-解吸仿真 第八节 液位控制系统 第九节 精馏塔工艺仿真 第十节 在线仿真系统的安装与使用返回目录返回目录3第一节第一节 概述概述 一、化工总控工与化工仿真 化工总控工：操作总控室的仪表、计算机等，监控或调节一个或多个单元反应或单元操作，将原料经化学反应或物理处理过程制成合格产品的人员。 相关国家技能竞赛：化工生产技术 化工仪表自动化 化工生产设备维修返回目录返回目录4第一节第一节 概述概述 化工总控工返回目录返回目录5第

2、一节第一节 概述概述返回目录返回目录6 2013年全国职业院校技能竞赛化工生产技术 竞赛项目分为两个部分： 化工生产仿真操作（B）45% 120min 精馏操作（D） 55% 90min 将理论考试（选择、判断）作为 取得高级工证书的必需要求返返 回回第一节第一节 概述概述返回目录返回目录7 历届大赛仿真项目第一节第一节 概述概述时间时间项项 目（目（120分钟）分钟）2008年吸收-解吸仿真操作；流化床反应器仿真操作；固定床应器仿真操作；间歇釜反应器仿真操作。竞赛选项为三个：必做项为吸收-解吸仿真操作，选做项从其余随机抽取二个考核内容包括：开车，停车并回答两个相关的操作性问题；事故（屏蔽事故

3、名称）处理；正常工况维持（教师站施加干扰，考察选手判断及控制能力）。2009年（常州）考核反应单元和分离或加热炉单元各一项（B），项目组合分两种方案。方案一为间歇反应釜和吸收与解吸操作；方案二为固定床反应器和加热炉操作；具体考核项目组合在竞赛前由裁判长抽签确定。分别考核两个单元的冷态开车、正常运行、事故处理和正常停车等工况2010年（取消管路拆装）考核反应单元和分离或加热炉单元各一项，项目组合分两种方案。方案一为间歇反应釜和吸收与解吸操作；方案二为固定床反应器和加热炉操作；返回目录返回目录8第一节第一节 概述概述时间时间项项 目目2011年考核反应单元和分离或加热炉单元各一项，项目组合分两种方

4、案。方案一为间歇反应釜和吸收与解吸操作；方案二为固定床反应器和加热炉操作；具体考核项目组合在竞赛前由裁判长抽签确定。分别考核两个单元的冷态开车、正常运行、事故处理和正常停车等工况2012年选择间歇反应釜操作（或固定床反应器操作）、吸收与解吸分离操作和加热炉操作三个典型的化工单元操作进行考核，项目组合分两种方案。方案一为间歇反应釜操作+吸收与解吸操作+加热炉操作；方案二为固定床反应器操作+吸收与解吸操作+加热炉操作；具体考核项目组合在竞赛前由裁判长抽签确定。分别考核三个单元的冷态开车、正常运行、事故处理和正常停车等工况，并在操作过程中回答随机生成的操作思考题。返回目录返回目录9时间时间项项 目目

5、2013年选择间歇反应釜操作（或固定床反应器操作）、吸收与解吸分离操作和加热炉操作三个典型的化工单元操作进行考核，项目组合分两种方案。方案一为间歇反应釜操作+吸收与解吸操作+加热炉操作；方案二为固定床反应器操作+吸收与解吸操作+加热炉操作；具体考核项目组合在竞赛前由裁判长抽签确定。分别考核三个单元的冷态开车、正常运行、事故处理和正常停车等工况，并在操作过程中回答随机生成的操作思考题。 返回目录返回目录10化工仿真：模仿真实的化工生产，可分为物理仿真和软件仿真仿真软件是模拟化工厂DCS（集散式控制系统）系统生产过程的操作软件，它通过对温度、压力、流量、物位等四大参数的跟踪和控制，实现学习者对化工

6、装置的模拟生产操作过程。对仿真软件的操控，可以提高学习者发现问题、分析问题和解决问题的职业能力。第一节第一节 概述概述返回目录返回目录11 二、化工自动化及DCS系统 1.化工生产过程控制化工生产过程控制 化工生产过程要求各工艺参数要维持稳定，但是在生产过程中由于各种因素的影响，这些工艺参数经常出现波动，实际的数值与规定的数值之间存在偏差。要达到稳定操作，就必须对这些工艺变量进行实时监测，并对工艺生产过程进行控制，以消除偏差使工艺变量恢复到规定数值。 控制的方法可分为手动调节（人工调节）和自动调节（利用相关自动化控制仪表调节）第一节第一节 概述概述返回目录返回目录12第一节第一节 概述概述表表

7、1.1：工艺常见的参数及其代号：工艺常见的参数及其代号工艺参数工艺参数代号代号温度T压力P液位L流量F质量W速度（频率）S湿度K返回目录返回目录13 2.化工仪表及自动化化工仪表及自动化 对化工生产过程变量的检测、变送和显示，是由化工仪表来实现的。常见仪表功能及代号见表1.2第一节第一节 概述概述表表1.2：常见仪表功能及其代号：常见仪表功能及其代号 仪表功能仪表功能代号代号指示I记录R控制C报警A积分Q联锁S变送T返回目录返回目录14 化工仪表第一节第一节 概述概述返回目录返回目录15 仪表的图示方法仪表的图示方法 工艺图上常用圆来表示仪表，上半圆填写字母表示所测变量以及仪表功能；下半圆填写

8、数字表示仪表的位号。 如：第一节第一节 概述概述压力指示仪表，位号压力指示仪表，位号101流量记录控制仪表，位号流量记录控制仪表，位号101返回目录返回目录16 仿真软件中仪表的表示：第一节第一节 概述概述返回目录返回目录17 3.DCS控制系统 DCS即集散控制系统，即分散控制（各工艺参数分散控制），集中操作。它与计算机技术的发展息息相关，目前广泛应用于各类工业生产的控制 仿真软件系统中可使用多种风格的DCS系统第一节第一节 概述概述返回目录返回目录18 三、东方仿真软件操作界面如右图：在DCS图中通过PID控制器调整自动阀门的开关闭合。在PID控制器中可以实现自动/AUT、手动/MAN、串

9、级/CAS三种控制模式的切换。【AUT】计算机自动控制【MAN】计算机手动控制【CAS】串级控制，两个调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的设定值【PV】实际测量值【SP】自动控制时候的设定值，仪表可以根据SP值和PV值之间的偏差，自动调节阀门的开度；在自动/AUT模式下可以调节此参数。【OP】计算机手动设定值。输入0100的数据调节阀门的开度；在手动/MAN模式下可以调节此参数。第一节第一节 概述概述返回目录返回目录19 四、PISP平台评分系统（指导、诊断、评测）第一节第一节 概述概述返回目录返回目录20 1.操作状态指示第一节第一节 概述概述返回目录返回目录21n 一

10、、流体输送机械概述一、流体输送机械概述第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录22n 一、流体输送机械概述一、流体输送机械概述1.为流体提供动力为流体提供动力,以满足输送要求以满足输送要求; 2.为工艺过程创造必要的压强条件为工艺过程创造必要的压强条件;按输送流体性质：气体输送机械按输送流体性质：气体输送机械 液体输送机械（泵）液体输送机械（泵）按作用原理：离心式按作用原理：离心式 容积式容积式 流体作用式流体作用式 第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录23n 二、离心泵的结构与工作原理二、离心泵的结构与工作原理电机：电机：动力部分动力部分叶轮：叶轮：将电机的机械能传给

11、液体将电机的机械能传给液体泵轴：泵轴：叶轮紧固于泵轴上叶轮紧固于泵轴上泵壳泵壳(蜗壳蜗壳)：作用是汇集内叶轮抛出的液体，：作用是汇集内叶轮抛出的液体，同时将高速液体的部分动能转化为静压能同时将高速液体的部分动能转化为静压能轴封装置轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。内。第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录24n 二、离心泵的结构与工作原理二、离心泵的结构与工作原理第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返

12、回目录返回目录25n 二、离心泵的结构与工作原理二、离心泵的结构与工作原理第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录26n 二、离心泵的结构与工作原理二、离心泵的结构与工作原理第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录27n 二、离心泵的结构与工作原理二、离心泵的结构与工作原理离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。在启动前向壳内灌满液体，赶出气体。做好壳体的密封工作，灌水的阀门和莲蓬头不能漏水密封性要好。 第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录28n

13、三、离心泵的操作（软件仿真）三、离心泵的操作（软件仿真）第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录29第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录30V101V101的压力由调节器的压力由调节器PIC101PIC101分程控制，调节阀分程控制，调节阀PV101PV101的分程动作示意的分程动作示意图如图所示。图如图所示。第二节第二节 离心泵仿真离心泵仿真返回目录返回目录31第三节第三节 换热器仿真换热器仿真套管换热器套管换热器蛇管换热器蛇管换热器返回目录返回目录32第三节第三节 换热器仿真换热器仿真板式换热器套管换热器返回目录返回目录33一、换热器的工业用途第三节第三节 换热器仿

14、真换热器仿真 1.处理工艺介质以达到规定温度 2.生产过程中加热或降温 3.工艺过程中改变相态：如工厂中的锅炉房 4.回收热量返回目录返回目录34第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 二、换热器冷态开车仿真操作二、换热器冷态开车仿真操作 1.工艺流程返回目录返回目录35冷物料流程冷物料流程进口温度92加热至出口温度加热至出口温度145热物料流程热物料流程进口温度225返回目录返回目录36第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 二、换热器冷态开车仿真操作二、换热器冷态开车仿真操作 1.工艺流程 2.本单元复杂控制说明返回目录返回目录37第三节第三节 换热器仿真换热器仿真复杂控制：热物流的出口温度控制复

15、杂控制：热物流的出口温度控制进换热器进换热器不进换热器不进换热器0.0%100%0.0%100.0%T V 101AT V 101B调 节 器 输 出位阀TV101BTV101A点击返回点击返回点击返回点击返回返回目录返回目录40第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 二、换热器冷态开车仿真操作二、换热器冷态开车仿真操作 1.工艺流程 2.本单元复杂控制说明 3. 冷态开车步骤 阶段一：冷料进料 阶段二：热料进料 步骤一：启动冷物流进料泵P101A 步骤二：冷物流E101进料 步骤一：启动热物流入口泵P102A 步骤二：热物流进料椰子返回目录返回目录41第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 三、换热

16、器的故障判断三、换热器的故障判断换热器的故障处理换热器的故障处理返回目录返回目录42第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 三、换热器的故障判断三、换热器的故障判断 1.故障现象观看故障现象观看故障现象故障类型主要现象FIC101阀卡（冷进料阀）阀卡（冷进料阀）P101A泵坏（冷料泵）泵坏（冷料泵） P102A A TV101A阀卡阀卡部分管堵部分管堵换热器结垢严重换热器结垢严重FIC101流量P101泵出口压力冷物流出口温度P101泵出口压力急骤下降FIC101流量急骤减小。冷出口温度，汽化率P102泵出口压力急骤下降。冷出口温度，汽化率热物流经换热后的温度降低冷物流出口温度降低。热物流流量冷出

17、口温度，汽化率热物流P102泵出口压略热物流出口温度高换热器常见故障及其现象返回目录返回目录44 三、换热器的故障判断三、换热器的故障判断 1.故障现象 2.故障判断练习第三节第三节 换热器仿真换热器仿真观察未知故障现象，判断故障类型观察未知故障现象，判断故障类型返回目录返回目录45 四、课堂小结第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 一、一、换热器的工业用途换热器的工业用途 换热器的换热器的仿真操作仿真操作 二、二、换热器的冷态开车仿真操作换热器的冷态开车仿真操作A:先进冷物料先进冷物料B:先进热物料先进热物料返回目录返回目录46 四、课堂小结第三节第三节 换热器仿真换热器仿真 一、一、换热器的

18、工业用途换热器的工业用途 换热器的换热器的仿真操作仿真操作 二、二、换热器的冷态开车仿真操作换热器的冷态开车仿真操作 三、三、换热器的故障判断换热器的故障判断返回目录返回目录47一、间歇反应釜介绍第四节第四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录48 冷却方式第四节第四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录49 二、工艺简述 间歇反应在助剂、制药、染料等行业的生产过程中很常见。本工艺过程的产品（2巯基苯并噻唑）就是橡胶制品硫化促进剂DM（2,2-二硫代苯并噻唑）的中间产品 工序共有三种原料，多硫化钠（Na2Sn）、邻硝基氯苯（C6H4ClNO2）及二硫化碳（CS2）。第四节第

19、四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录50 主反应如下： +Na2SnC12H8N2S2O4+2NaCl+(n-2)S C12H8N2S2O4+2CS2+2H2O+3Na2Sn2C7H4NS2Na+2H2S +3Na2S2O3+(3n+4)S 副反应如下： C6H4NClO2Na2SnH2O C6H6NCl+Na2S2O3+S第四节第四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真ClNO2返回目录返回目录51 三、控制要点 本工艺流程中，主反应的活化能要比副反应的活化能要高，因此升温后更利于主反应收率。在90的时候，主反应和副反应的速度比较接近，因此，要尽量延长反应温度在90以上时的时间，以获

20、得更多的主反应产物。第四节第四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录52关于反应控制：关于反应控制：90以上有利于主反应，120以上温度较难控制，128以上发生危险，连锁启动（若启动则搅拌器关闭且温度迅速下降无法控制，点击“连锁重置”来解除）1.保证安全的情况下迅速升温来减少副产物2.温度升至75时将TIC101开51%，开启冷却水。温度升至110之前应逐渐加大至100%，避免温度过高3.温度控制在115，为反应最佳温度。第四节第四节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录53第五节第五节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿真返回目录返回目录54第五节第五节 间歇反应釜仿真间歇反应釜仿

21、真返回目录返回目录55第五节第五节 固定床反应器固定床反应器 一、固定床反应器简介 有机化工中常用以催化反应。所谓固定指装填固体催化剂或固体反应物，堆积成一定高度（或厚度）的床层，反应中床层静止（固定），流体通过床层进行反应。 固定床反应器主要用于气固相催化反应或气固相或液固相非催化反应返回目录返回目录56 固定床列管反应器固定床列管反应器第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录57 二、工艺简述 本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。 主反应为：nC2H22nH2(C2H6)n，该反应是放热反应。 冷却介质为液态丁烷，

22、通过丁烷蒸发带走反应器中的热量 第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录58 工艺流程第五节第五节 固定床反应器固定床反应器C2H6去去EV423储罐储罐LI1426EH423H2C2H2蒸汽蒸汽EH424ER424AER424BEV429EH429PI1424ATI1427BPI1424BTI1427APIC1426FIC1425FIC1427TIC1466丁烷丁烷固定床反应器PID工艺流程图返回目录返回目录59第五节第五节 固定床反应器固定床反应器EH423H2C2H2C2H6去去EV423储罐储罐蒸汽蒸汽EH424ER424AEV429EH429PI1424ATI1427A

23、LI1426PIC1426FIC1425FIC1427TIC1466丁烷丁烷固定床反应器PID工艺流程图返回目录返回目录60C2H6去去EV423储罐储罐LI1426EH423H2C2H2蒸汽蒸汽EH424ER424AER424BEV429EH429PI1424ATI1427BPI1424BTI1427APIC1426FIC1425FIC1427TIC1466丁烷丁烷固定床反应器PID工艺流程图第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录61三、控制要点1.C2H2的流量从开始就要控制，稳定在56186.8，允许偏差1000 为了使反应器能快速升压到2.523MPa，KXV1413应

24、尽量保持小开度 3.H2流量的控制(开H2前确认TIC1466温度值稳定在38 1) 第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录62返回目录返回目录63第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录64第五节第五节 固定床反应器固定床反应器返回目录返回目录65第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真 一、单元操作-传热 热量传递（传热）是化工单元操作中最常见的过程之一，化工生产中常伴随着热量变化，需要进行加热、冷却、保温、回收热量等过程，都涉及到传热 传热的基本方式有三种：热传导、热对流、热辐射固体导热固体导热流体导热流体导热电磁波电磁波(高温高温)返回目录返回目录66 二、传热

25、设备第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真返回目录返回目录67第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真返回目录返回目录68 三、仿真工艺流程简述 本单元选择的是石油化工生产中最常用的管式加热炉。管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真返回目录返回目录69第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真 四、操作要点排烟排烟通风通风返回目录返回目录70第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真 余热回收：采暖水返回目录返回目录71 四、仿真界面第六节第六节 加热炉仿真加热炉仿真故障故障返回目录返回目录7

26、2 一、吸收与解吸 1.吸收 吸收是化工单元操作中常见的一种，用以分离气体混合物 其原理是利用气体混合物中各个组分在液体(吸收剂)中的溶解度不同,来实现分离。可分为物理和化学吸收。 吸收涉及气液两相接触，常用两相逆流操作。操作一般在填料吸收塔内进行 气相液相第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录73富气吸收液（贫液）富液贫气吸收过程示意图吸收过程示意图第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录74 2.解吸 解吸是吸收的逆过程。 解吸操作不但能获得纯度较高的气体溶质，而且可使吸收剂得以再生和循环使用。因此，工业上采用吸收和解吸联合操作的流程 常用的解吸方法是减压

27、、升温或吹气（空气或水蒸气）。第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录75第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真 气吸收液（富液，来自吸收塔）吸收液（富液，来自吸收塔）贫液（可循环使用）贫液（可循环使用）富气解吸过程示意图解吸过程示意图返回目录返回目录76 二、仿真工艺简介 该单元以C6油为吸收剂,分离气体混合物(其中C4:25.13，CO和CO2:6.26，N2:64.58，H2:3.5，O2:0.53)中的C4组分(吸收质)。第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录77第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真吸收塔冷凝器C6油储罐泵贫油贫气富气（含C4）富油去解析塔排空吸收工艺流程吸收工艺流程换热器解吸塔再沸器泵冷凝器回流罐C4产品贫油解吸工艺流程解吸工艺流程返回目录返回目录79第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录80 三、仿真界面第七节第七节 吸收吸收-解吸仿真解吸仿真返回目录返回目录