化工厂一氯苯氯化控制系统设计(共17页)

1、自控工程课程设计PAGE 东北(dngbi)石油大学课程设计任务书课程(kchng) 自控工程课程设计题目(tm) 化工厂一氯苯氯化控制系统设计专业 自动化 姓名 王美臣 学号 110601141218 主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：1.掌握利用Auto-CAD绘制化工厂一氯苯氯化控制工艺流程图；2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算；3.掌握调节阀的选型及口径计算；基本要求：1.在工程设计中，必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定；2.边学习标准和规定边上机设计；3.必须按阶段完成任务；4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告。主要参考资料：1HG

2、/T2063620639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)S .2GB/T2624-1993，流量测量节流装置 S . 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.完成期限 2014.11.102014.11.21 指导教师 专业负责人 2014年 10 月 20 日目录(ml)TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc31493 第1章 化工厂一氯苯控制系统(kn zh x tn)工艺 第1章 化工厂一氯苯控制系统(kn zh x tn)工艺(gngy)1.1一氯苯自控(z kn)采集控制系统控制方案分析一氯苯的标准分析法

3、是用己烷萃取，再用带电子捕获检测器的汽液色谱法检测。然而应用于实际的化工生产，大批量采集一氯苯要求我们采用新的方法。在此次的课程设计中可以采用一氯苯的氯化方法实现一氯苯的自控采集。其原理如图1-1所示。图1-1 化工厂一氯苯自控采集系统原理苯液相氯化法：苯与氯气在氯化铁催化下连续氯化得氯化液，经水洗、碱洗、中和、食盐干燥，进入初馏塔脱苯、脱焦油，粗氯代苯进入精馏塔，塔顶馏出一氯苯的成品，塔釜物料再经过一个精馏塔分离出一氯苯。苯气相氧氯化法：苯蒸气、空气、氯化氢气混合物（温度210）进入氯化反应器，在迪肯型催化剂（CuCl2、FeCl3附在三氧化铝上）存在下进行氧化。反应温度300，单程转化率1

4、015%，氯化氢转化率98%，生成物含多氯苯6%。一氯苯自控采集系统的设计实际是为了实现过程控制在化工业生产中合理有效应用。简单的控制系统由检测变送单元、控制器、执行器和被控对象组成。其流程简介：所有原料都必须经过充分干燥后，再加入FeCl3进行催化氯化。氯气输入管由塔顶插入到塔底，液苯由塔底通入。在分散孔与氯气相遇并反应。反应前和反应时通过控制器对反应进行控制。通过实时趋势曲线及设备的压力传感器和温度传感器对控制器返回参数，利用控制器对反应器进行实时监控，及时合理的做出调整。产物和多余的氯气分离运输，产物收集，多余的氯气重新干燥净化后 循环(xnhun)利用。在此之后对一氯苯和多氯苯进行中和

5、分离即可。1.2 化工厂一氯苯控制系统(kn zh x tn)CAD流程图一氯苯控制系统(kn zh x tn)组态王图：图1-2 化工厂一氯苯组态王图制作CAD流程图，如图1-3：图1-3 化工厂一氯苯CAD流程图绘制(huzh)CAD图：图1-4 化工厂一氯苯CAD图第2章 标准节流装置(zhungzh)设计及计算程序设计2.1 计算方法在石油化工生产中，流量计的应用非常广泛，而流量计中差压式流量计又占大部分。因而节流装置(zhungzh)的选型及其设计是自控工程设计的重要组成部分。1.国家标准(u ji bio zhn)特点1993年，国家技术监督局批准GB/T2624-1993实施，该

6、标准第一次等效采用ISO5167（1991）与国际接轨，这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成果、提高测量精度方面，已取得了突破性的进展。GB/T2624-1993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。其主要特点：(1)以流出系数代替流量系数；值的计算中的降阶计算由原流量系数计算中的最高阶降至流出系数计算中的最高阶次幂。(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需验证

7、。所谓“标准节流装置”就是他们的结构、尺寸和技术条件都有统一标准，有关计算步骤和方法都经过系统试验而有统一规定。按统一标准规定进行设计制造的节流装置，不必经过个别标定就可以使用。在GB/T2624-1993中规定的标准节流装置有以下几种：标准孔板：角接取压；法兰取压；径距取压（D-D/2）。标准喷嘴：ISA1932喷嘴；长颈喷嘴。文丘里管：文丘里喷嘴；经典文丘里管。2.2 设计计算的原则和依据(1)设计原则1、测量的精度应尽可能高； 2、流出系数C稳定； 3、节流件前后所需直管段长度，就尽可能短； 4、流体流经节流件的压力损失尽可能小。上述四点要求之间是存在矛盾的，而标准节流装置的设计计算，则

8、主要是根据具体情况统一考虑，妥善解决这些矛盾，找出合理的方案。(2)标准节流装置设计计算的依据主要依据是工艺生产所提供的流量测量条件、要求和有关数据，具体的原始数据有：被测流体的名称、状态、组分；被测流体的流量；最大流量qmax；被测流体的工作状态(zhungti)：工作压力P1、工作温度t1、及其变化范围；被测流体的物理(wl)参数；这一部分较难确定；允许的压力(yl)损失；管道材质、在20时管道内径D20、管道内表面情况；节流装置安装地点的平均大气压；管道敷设情况和局部阻力形式；其它方面的要求。2.3 标准节流装置的设计标准节流装置的设计计算是自控工程技术人员的基本功，此项训练十分重要,标

9、准节流装置的计算命题，根据GB/T2624-93有五种命题。自控工程设计中主要涉及第二命题。(1)辅助计算1、根据原始数据的最大流量确定计算最大流量；2、根据工作状态和被测量流体的成分，求物性参数，工作状态下的粘度1、密度1，对于气体还要求出对比压力Pr，对比温度Tr，以及工作状态下的压缩系数Z和等熵指数K。3、求工作状态下的管道内径；4、根据最大流量，求出相应的雷诺数ReD；5、根据管道材质及内表面情况，确定管道内壁的绝对平均粗糙度K。 6、确定差压上限。 新标准中视为已知条件，由工艺人员或仪表人员自行确定。质量流量的不确定度的计算公式： 2.4 节流装置程序设计流程标准节流装置设计计算数据

10、位号：FR102工作介质：氯苯 取压方式：法兰取压孔板操作温度：125 工况密度：1256.45Kg/m3工作压力：0.9MPa 工况粘度：20910-6 Pa.S管道内径：90mm 最大流量：8600 kg/h管道材质：20#钢 节流件材质：1CR18NI9TI1.辅助计算（1）计算流量标尺：qm=qv1=3001.4/3600=0.116666666Kg/s ，取标准流量为0.125 Kg/s（2）计算(j sun)差压上限：再根据(gnj)公式计算(j sun)其中C=0.6,=1,=0.5,d=，代0.125 Kg/s，全部代入得P=135078.47Pa 因国产差变的系列值为1.0，

11、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）=0.08001+0.00001338(60-20)=0.080042816 m（4）求雷诺数：ReD= = =11605.04793（5）求A2A2= = =0.1096573952.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（0.4219728

12、31）2.10.1840（0.421972831）8+0.0029（0.421972831）2.5（106/11605.04793）0.75=0.610298229，= =0.000625927（4）精确度判断(pndun)=0.0057080283.进行迭代计算，设定(sh dn)第二个假定值X2X2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此(ync)= =-0.0000041122所以4.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=0.496

13、2970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以(suy) 由于(yuy) =0.0000000005 精确度达到(d do)要求。5.此题用计算机编程求解时：工作温度下的管道直径D=0.080042816雷诺数 ReD=11605.04793不变量 A2=0.109657395matlab程序见附录，运行结果d =33.7578b1=0.4220把精确度判断定为510-10，程序参照附录， 计算结果列于下表2-1。表2-1计算结果n123X0.25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.0030274617

14、0.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 计算结果因此得：=0.4220 C = =0.6041852546求= =33.73974249最后得： =33.740（mm）第3章 调节阀选型及计算(j sun)3.1 调节阀的选择(xunz)传感器通常用来在电子系统中监视温度，并提供保护，以免产生过度的温度偏移。下面我们列出几种在电子系统中最常用的温度传感器技术。电偶由两根不同的金属线连在一

15、起形成(xngchng)，金属线之间的连接点产生一个与温度近似成比例的电压。其特点包括：宽温度范围(高达1250C)、低成本、极低输出电压(对于K型，可低至40V/C量级)、适当的线性及中等复杂的信号调理(冷端补偿及放大)。有几种不同的热电偶类型，分别用字母来表示。最常见的是K型。由Maxim制造的IC (MAX6674及MAX6675)具有调整K型热电偶信号的功能，从而可简化设计，并极大地减少信号放大、冷端补偿、输出量化所需的器件数量。热电偶可采用带有裸露引线的探针形式。鉴于传感器在工业生产上非常重要，设备制造商正在把计算机控制的这些传感器部件集成起来。在此次的化工厂一氯苯自控采集控制系统设

16、计中，运用组态王软件建立了仿真PLC设备。通过仿真PLC设备可以用于控制温度、压力、混合剂、浓缩度等，还可以使用一些简单的传感器来检测产品的相关情况。传感器在执行简单任务时，比人的效率更高，速度快，出错概率小。传感器的分类方法有很多。可以分为模拟传感器和数字传感器。在此次实验中，运用传感器感应温度和压力的变化。温度是模拟信息，通常温度介于090之间时，模拟传感器可以探测到温度值，并向PLC输出相应的电流。温度越高，传感器输出的电流值也越高。压力传感器也是一种模拟传感器，依据探测到的压力不同，提供在一定范围内变化的电压值。由于化工厂一氯苯自控采集过程中，反应对温度环境的要求较高，为此，设计过程中

17、选用的是热电阻温度传感器。其精度高，对温度的感应灵敏。压力传感器一般用来测量和控制流体，如气体和液体等。对测量方法和仪表的选择，必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，还要考虑经济因素，归纳起来有五个方面因素，即性能要求，流体特性、安装要求、环境条件和费用。 对某一应用场所可以采用的仪表可能有几种方案，如选择时只凭以往经验和单纯考虑初装费用贸然作出决定，从而失去了选择最适和仪表的机会。例如仪表的流量范围和实际流量不匹配、对测量要求不高的场所选用过于复杂和昂贵的仪表、仪表安装后就不能正常工作，这些情况是屡见不鲜的。如涡街波动剧烈，孔板超出量程范围。有时候还会产生事故，如易闪蒸液体烧毁涡

18、轮流量计的涡轮，在负压下拉坏电磁流量计衬里等。图3-1 分析五方面因素(yn s)程序如果仅希望知道管道中流体是否在输送流动，其大体流量，那么选用流动窥视窗或流动指示器就能以较低费用达到这一目标。他们是一些结构简单的器具，往往有一活动体（板、球、翼轮等）显示流体是否流动，有些能知识流动快慢的大体程度，精确度很低，误差一般在2030之间，或更大。 国内流量仪表制造业对窥视窗和流动指示器重视宣传不够，仅有几个(j )企业提供产品，从而设计单位和直接用户忽视了这类简易器具，或想使用因品种单一，不能在多种形式中选择合用产品。反观从国外引进石化成套设置中，在较多的工位上装有流动窥视窗或指示器。 如果测量

19、要求比上述高些，指示流量误差在210之间，则安装一台流量仪表。若按后文选择步序认为选择差压式仪表,也不一定要专门安装孔板节流体等流量传感器，可利用弯管流量计或或用外夹装便携式超声流量计。图3-2 五方面因素(yn s)相互关系实际中的工业氯化方法有热氯化法、光氯化法以及催化氯化法，鉴于本实验采取的是热氯化法，故在自控采集过程中要实时对反应器、管道及各储存容器的压力和温度进行监视和调整。因此选用了若干压力传感器及温度传感器。执行器位于控制回路的最终端，对控制系统的控制性能指标有着十分重要的作用。最常用的执行器是控制阀，设计中使用了一个控制器。3.2 调节阀口径(kujng)计算调节阀口径计算的主

20、要内容有流量系数计算及口径选定等。流量系数计算公式的建立与发展(fzhn)已有半个多世纪的历史，其中气体与液体的单相流计算公式比较成熟，双相流公式还有待进一步完善。精度较高的计算公式，还需要有正确的原始数据，才能得到满意的结果。调节阀口径(kujng)计算所需数据及条件：（1）介质名称、性质及主要物化参数（等）。（2）工艺参数（等）（3）配管情况（型式、阀前后管径、系统阻力计算、预估S值等）（4）调节对象类型、特点，如主调参数及主要干扰因素等（5）调节性能要求，如泄漏量、稳定性等要求。调节阀口径计算数据：位号：LIC302 工作介质：氯苯 单座阀： 操作温度：32 工况密度：1256.45Kg/m3阀前压力：1.3MPa 工况粘度：20910-6 Pa.S阀后压力：0.9MPa 最大流量：8600 kg/h管道内径：90mm 饱和蒸汽压力P=0.016MPa计算结果（参考）KV=250 阀的公称直径：150mm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