生产过程自动化自动化毕业设计脱丙烷塔

目录1、 工艺介绍 第1页2、控制原理介绍 ………………….第2~3页3、仪表说明书 …….第3~4页4、孔板的设计计算 ……………第5~13页进料孔板的设计计算 第5〜8页提镏段孔板的设计计算 第8~13页5、调节阀的设计计算 第13〜15页进料调节阀的设计计算 第13〜14页提镏段调节阀的设计计算 第14~15页6、脱丙烷塔自控系统设备表 ………………第15〜17页7、节流装置数据表 …………….第17〜18页8、调节阀数据表 ……………….第18〜19页9、电气设备材料表 ………...……第19〜20页10、设计总结及心得体会 ………..第20页11、参考文献 ………第20页另附设计图纸五张(带控制点的流程图，仪表正面布置图背面接线图，架装仪表布置图和供电系统图)。1、工艺介绍脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。其中丙烷占10%，丁二烯占89%，其它杂质占1%。（1）主要工艺流程：进料主要含丙烷丁二烯的液态混合物，进料温度为72°C,进料压力为2.78Mpa（表）进料最大流量6225kg/h正常流量4175kg/h最小流量1826kg/h。精馏塔提留段温度为74C，压力为0.663Mpa（表）再沸器采用温度为111C，压力为0.1643mpa（表）的减压蒸汽进行加热。（2）进料混合液经过脱丙烷塔切割分馏，从而使混合物中的轻组分（低沸物）转移气相中。混合物中的重组分成为釜底液一部分进入再沸器以产生上升蒸汽进入提馏段再次分离,另一部分作为塔底产品采出。（3）本任务的主要控制对象为精馏塔，精馏塔的工艺要求需从质量指标•产品产量和能量消耗三方面进行考虑。对于本任务（二元精馏）来说，需在保证产品轻重组分的纯度的前提下，应得到尽可能高的收益。由精馏塔的原理知，用精馏塔分离混合液是要消耗一定能量的，要使分离的产品的质量提高，产品的产量越多，所需的能量就越大。精馏过程中消耗的能量，主要是再沸器的加热量的消耗以及附属设备和管线散失的部分能量。在一定纯度要求下，增加塔内上升蒸汽有利于提高产品的回收率，但意味再沸器消耗更多的能量。在单位进料一定的条件下，单位进料能耗增加到一定数值后，在继续增加塔内的上升蒸汽，产品的回收率增加不了多少。精馏塔的操作情况，必须从整个经济效益来衡量。综上知，质量指标使必要条件，在质量指标一定的条件下尽可能地提高产品的产量，同时能量消耗尽可能地低。4)脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低易挥发,易燃.易爆.生产装置处于露天。为确保精馏塔的正常安全运行，必须对液泛限.漏液限.压力限.临界温度限等操作参数进行限制。所谓液泛，也称气相速度限，即塔内气相速度过高时，雾沫夹带十分严重，实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生液泛，破坏正常操作。漏液限也称最小气相速度限，当气相速度小于某一值时，将产生塔板漏液，使塔板效率下降。防止液泛和漏液，可以通过塔压降或压差来监视气相速度。压力限是指塔的操作压力的限制，一般设最大操作压力限，即塔的操作压力不能过大，否则影响塔内的气液平衡，严重超限会影响安全生产。临界温度限主要指再沸器两侧的温度差，当这一温度差低于临界温度时，传热系数急剧下降，传热量随之下降，无法保证正常操作。针对本任务的主要限制条件是提留段温度和塔压的恒定。2、控制原理分析①单回路均匀控制回路根据工艺知，精馏塔的进料为单管传输，流量较平稳，回路扰动不大，控制要求不高。为了保证液位稳定在一定的的范围内，从而保证生产的正常进行，可采用均匀控制的方案。从经济和控制效果的角度综合考虑进料回路可选用简单均匀控制方案。②串级控制回路本控制方案的主要对象为精馏塔，精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的，一切因素均通过物料平衡和能量平衡来影响塔的正常操作。影响物料平衡的因素包括进料流量和进料成分的变化，以及塔低和塔顶出料的变化。影响能量平衡的主要因素是进料温度的变化.再沸器加热量的变化，以及环境温度的变化等。同时物料平衡和能量平衡之间又是互相影响的。而上述扰动中，进料流量和进料成分的波动是精馏塔操作的主要扰动，往往是不可控的。本任务中为保证进料流量稳定已采用单回路控制，进料成分为一定配比的混合物，成分波动及进料流量对精馏操作的扰动作用很微弱。塔顶部分在本任务中不做要求，即冷凝器冷凝量及产出成分对精馏操作影响不再考虑。综上所述，可知本任务对精馏操作的主要影响为塔低的回流温度..流量以及塔内压力，而温度主要受再沸器加热蒸汽流量的影响。回流温度可以借助提留段温度来体现，而提馏段温度直接影响塔底产品质量。即再沸器蒸汽流量和提镏段温度为本任务中精馏操作的主要影响因素。精馏塔的直接质量指标为产品成分，但由于检测的复杂性，仪表价格昂贵，仪表维护复杂，采样周期较长，可靠性不够等局限性。可以考虑间接质量指标来作为一个被控变量。在精馏操作中最常用的间接质量指标是温度。因为对于一个二元精馏来说，在一定的压力（本任务中压力恒定）下，沸点和产品成分之间有单值对应关系。因此塔压恒定，提镏段温度反映成分。而再沸器蒸汽流量为另一被控变量。综上考虑，可以采用串级控制系统以实现对两个变量的控制从而保证精馏操作。由于再沸器流量波动较大，滞后时间长，对提镏段温度影响较大，进而影响成分。提镏段温度能够就直接反映产品情况，温度稳定能较好地确保塔底产品的质量。当扰动进入提镏段时，会直接影响塔底成分。而提镏段温度控制比较及时，动态过程比较快，有较高的灵敏度，可以把提镏段温度做为主被控变量，再沸器流量作为副被控变量。将主要干扰包含于副回路中，从而发挥串级控制的优越性，实现精馏控制效果。3、仪表说明书FIC102FRC101选XMA5660VPDRS485:XMA:智能PID调节器5：设计序列6：控制类型：4~20mA恒流输出+上下限报警或控制6：输入信号类型：适配直流4~20mA0：给定类型:PID机内定值给定V:外形结构：80*160*80mm 竖表P：变送器配电电源：带直流24Vdc/30mA电源输出D：供电电源类型：供电电源24VDCRS485:通讯接口类型：带RS485隔离通讯接口（FBbus）TIC109选XMA6660VPDRS485:智能PID调节器6：设计序列：无6：控制类型：4~20mA恒流输出+上下限报警或控制6：输入信号类型：适配直流4~20mA0：给定类型:PID控制给定类型：机内定值给定V:外形结构：80*160*80mm竖表P：变送器配电电源：带直流24Vdc/30mA电源输出D：供电电源类型：供电电源24VDCRS485:通讯接口类型：带RS485隔离通讯接口（FBbus）FN101A,FN101B,FN102A,FN102B,FN103选用SFP5300:隔离变送装置1个5用SFP:隔离配电器或隔离变送器530:回路数：五回路隔离变送器，五路输入，五路输出，不带配电电源0：供电电源：供电电源24VDCFR102,FR101,TR109选用XMR3008B0800RS485102USBXMR30是智能八通道单色无纸记录仪（144*144*252）输入通道数：万能输入08个功能类别：B：为单色无纸记录仪继电器报警输出08路报警可组态0：无变送器输出要求，0：无PID调节输出要求通讯接口类型为RS485带RS485通讯1：支持以太网通讯，0：不带24VDC输出。2：带温压补偿的流量累积USB：带USB转存功能UA101选用XXS04ABC：XXS：闪光报警器04:具备XXS03所有功能，表内附加蜂鸣器。A：带确认，试验引出端子B:带记忆功能C:带通讯功能TTT09选用SFGW126ASFGW为温度变送器1：热电偶3：热电偶S：0~600c6:输出信号为4~20mAD:24VDC供电FY101,FY102选用川仪11厂的HEP-15型电气阀门定位器FN101,FN102选用EJA-110A差压变送器。4、孔板的设计（1）进料孔板设计方案已知：进料丙烷10%，丁二烯89%，杂质占1%进料密度：€=415kg/cm31进料温度：t=72°C1进料压力：p=2.78MPa（表压）1流量：q=6225kg/h,q=4175kg/h,q=1826kg/hmmaxmcommmin压损不限管道内径：D=80mm，材质：20号钢，新无缝钢管20辅助计算：工作状态下。质量流量标尺上限：q=6225kg/hmax管道材质的线膨胀系数：人6X10工作状态下的管道内径：D=D{1+AD（t201工作状态下的绝对压力：P1工作状态下混合物的粘度：nX10-3工作状态下水的密度：P=415k/m31管道粗糙度：K=0.075mm求R =354X10-3X（q /DnX104emin mminJ, 求R =354X10-3X（q /DnX104K,根据RX104由表4-2可知采用Bemin1, 由于压力损失不受限制:取3=0.41为确定差压上限的依据，确定差压上限：令r=1,R=105,332ReeD0AP=q2/{(0.003999a32D2)2P}=13484Pa取14Kpamaxmmax 01选用EJA-110AN,求AP=(q2 /q2 )Acommcommmax(3)计算令r=1根据AP,q,pD求(a32)的值Recommcom101(a32) =qXD2.3aP0 1 mcom 1 coma32) 301根据(a32),Re，求3的值。取接近a32) 3010 1 Dcom 1 Dcom值,由附录1-2-14查得31根据D/K,3,Re求r的值1 Dcom Rer=(r-1)(lgRe/6)2+1Re式中0r0DcomrRed,求（a32)的值02a32)=(a32)/r0201Ree,根据a32) ,Re，求3和a的值0 2 Dcom 2 0ReX104DReX104D3a0a3203a0a320当ReX104时DB'=0.405+°.4°6—°.4°52 0.10079—0.10027a'=0.6113+0.6115-0.61130 0.10079—0.10027B''=0.405+ 0.406—0.405 ()0.10066—0.10015a''=0.6106+0.6107—0.6106 ()0.10066—0.10015当ReX104时DB=0.4055+0.4058-0.4055()X104

2 〈8—5〉x104a=0.6114+0.6114―0.6107()X104=0.61196

0 〈8—5,x104求d值:d=DBX0.40574=32.48mm2验算：q=rd2：„、込Pmcom0Re * 1 comc=4178.896二4175X100%=0.093%〈0.2%m 4175上述计算合格求d值20AX10—6d=d/{1+A土0.016mm20I.求实际的最大压力损失8值1-a„201,a„20Ap1-0.100541+0.10054…14000L=20D=1600mm14）计算流量检测总误差L=6D=480mm21-a„201,a„20Ap1-0.100541+0.10054…14000L=20D=1600mm14）计算流量检测总误差L=6D=480mm2L=0表4-60~^m“qm式子中L“'0.251,2卩4,100(r-1),卩2GgR-6》,50/D%— Re eD='1.4268%‘•¥—I-丿2“2.03582=0〔•D丿2=4‘0.405744)0.61196丿2…0.72“0.003840.61196丿1<1,AP2“143'Ap4com1・1・竺03 63002•0.032“0.009962“0.1721‘•)——”11•0.032“0.0002254上气”1的确定方法可见误差计算部分的各项规定。九二（2.0358+0.00384+0.00996+0.0002251/2%二1.4323%，1.4%qm5）根据本例算得孔板，加工和安装后经检验有以下几项指标不符合标准规定：a,孔板直角入口边缘不锐利，圆弧半径的实测值r二，任意rkk的单侧值与平均值比较，最大偏差不超过20%b,在规定的孔板的位子上，设有一个d二的疏气孔nC孔板安装后与管道不同心，其偏心率不符合ex/D<0-015（土-1）的规定，而e1.4%，此即孔板的精度等级。qm1.4%，此即孔板的精度等级。qm（2）提镏段孔板设计方案（l）a,被测介质；减压蒸汽b,流量；qb,流量；q二1365kg/hmmaxqvmaxmmaxp1=16O061Om3・hq二q二910kghmcomq 二455kg.hmmin '-amcom-=1067.073m3.hvcom p1q="mmin•533.537m3hvmin p1C,工作压力；=0.063MPa（表）工作温度；t二111c1压力损失；切不限e,管道内径；200mm材质。20#钢系新无缝钢管

(2)辅助计算工作状态下，质量流量标尺上限，q€1370kghm •管道材质的线膨胀系数A€12.12,10-6mm：mm。c附录1-2-40■'€D€D1+a„-20）］2001+12.12（111—20）x10-6」D€200.2205工作状态下的绝对压力p€p+p,.€0.1013+0.063€0.1643MPa1气 „表…工作状态下水的粘度耳€12.52x10-6pa.s 附录I-2T1工作状态下水的密度p€0.8528kgm3h,管径与粗糙度之比DK€2002205008€2502823<1000故可采用法兰取压标准孔板。i,求ReDminR =354x10-3x—eDmin€354€354x10-3x12.52x10-6x200.2112€64.25x106x10-3€6.425x104r,求r的值eDcom910R€ x354x10-3€1.285x10-5eDcom12.52x10-6x200.2205S,根据R €6.425x104和用户提出的采用法兰取压标准孔板的要求，eDmin由表4-4可知，只有p<0.50时由于流量变化所引起的流量系数a改变,其附加误差才不超过0.5%。t,由于压力损失不受限制，取卩€0.45为确定差压上限的依据。u,确定差压上限1令rRe，1,R，106,P，0.45,取„P2，0.12459eD 0（2）Apmaxq2X ，mmax X b.003999x„P2xD2』p0113652€0.003999X0.12459x200.2205^>2x0.8528，5501.3817PaAAPmax（3）Apcom

（q—vcom<q丿vmax11365丿，3667Pax55013817(4),选用EJA-110A差压变送器3，计算coma；令8,1,根据q,p,Ap ,D求Cp2）值comTOC\o"1-5"\h\zvcom1com 0 1P2丿, vcom1 0 1 0.003999xD2xJAPcom, 910—0.003999x200.22052xJ3667x.08528，0.1016附录1-2-14b;根据Cp2）,D,R ,求P的值，取P，附录1-2-141 eDcom 1C,求8 =%29=°.7752APP-36%6300,0022s，1上小035xp4）XTx1，0.9928d,求Cp2)的值2

，0.102336e,求…和„的值R=8R=8x104eD…„…2R=5x105eD…„…20409-0408 / 、0.408+—9__.— (0.102336-0.1017丿，0.40922 0.10222-0.1017„0,0・6109+0X毗⑴02236-0・10170)=°・61110.409-0.408〃，0.408+ (0.102336-0.10149丿，0.40962 0.10201-0.10149„:,0・6097+。需；-需礼⑴02336-0・10149°・6113R，1.285x105时eD…，0.4092+0.4096-0.4092(1.285-0.6425)x1052 (5-0.8)x105，0.40926„0，0^111+琴-忘)％%285-0-6425)X105，0.6113a.求d的值d，D…，200.2205x0.40926，81.932

g验算；qvcom„0.003999<sd2g验算；qvcom„0.003999<sd2j',p““卩fr1coi5q„v„0.003999x0.61113x0.9928x81.932^.'366708528„106798m3.h1067.98二1067・073x10%„0.09%<…0.2% 故上过程计算合格。1067.073d值20ad„17x10_6mm；mm。c„/11+Ad(111―20)]d20TOC\o"1-5"\h\z„ 81.93 、d20„1+17x10-6G11—20)„81.8048i.求实际最大压损切值;1—aB2bp„ ,P1+ap21_0.10233 <“12父„ x5501381+0.10233„4479.9867Pa5p值1_010233如„r_丽面x3667„2986-18PaL„14D„2803.087mm,L„6D„1201.323mm,表4-6124，计算流量测量总误差；bqvq„trs™―a>a丿+42rs>a丿2r+4\1+2rs™>d丿+1rs其中， 「„±0.03%,™4>，P丿rs2„0.09=±2化,Ipi丿%二±2(3667„.164300%二±0.446%(8„2…討二0.0024„8„2-^DD丿=4“(040926)4£0.6113X12=0.01232=41-0.409260.61132x0.052二0.011二0.0625二0.56258二0.5625-—r—1丿■二±(0.09+0.002+0.0123+0.011+0.125+0.5625”%二±0.83%qv5、调节阀的设计1）进料调节阀设计方案已知：D=D=80mm12T1=273.15+72=345.2K P1=2881KpaM=6225kg/hLvX10_3Pa•SP=415kg/m3LAP=2881KPa-llKpaT60Kpa=2706Kpa阀选型为气动单座阀（流开）1）判短是否阻塞流，查得F=0.9LP=4330Kpa P=1216KpaXC V T则临界压力系数为F互亘！fP4330C产生阻塞流胡最低压差为

AP=F2（P-FP2TL11FV已知最大计算压差为AP=2706Kpa,所以AP〉AP为阻塞流情T况。2）计算最大流量系数C2）计算最大流量系数CmaxMxlO-2L■1F2(P—FP)LL1FV62.25673;0.415x0.92(2881—0.812x1216)673其中，€换算为€=/cm3LL3）用C值，查出阀口径和C，初选阀口径C=20100C=20100d=12mmg4）低雷诺数修正707002— 70700x6.225 “R= 厶一 x106eg.C0.415x0.009972.4673式中计算时将质量流量M换成了条件体积流量Q。计算出LL的Rx106x104，不用作雷诺数修正。e5）口径确定选C二20 阀公称通径D=20 阀座直径d=100gg12（2）提镏段调节阀设计方案1，判断是否为阻塞流查得，x=0.72,k=1.29 比热比系数TkF二——二0.92k1.4临界压差比；x'二FX二0.92x0.72二0.66TKT压差比；x，AP-63P1，0.38nx€XF164压差比；x，AP-63P1，0.38nx€XF164TK所以为非阻塞流2，计算正常流量系数；Y，1-X，1-0.38，0.8

3Fx 3x0.66KTC，比n1S3.16Yxpp910x ，49.3773.16x0.8 0.38x1.64x0.85283,计算最大流量系数cmaxS，1-n2G-S\-G.5)2G-0.48)=0.17Qmax n[QIQnor竺,1.5]910丿rs~m，n «—S■Qmax,'0.9475=1.^-0^3.54APS，n AP+APmax空00 ，0.947563000+3849C，m„c，3.54„49.377，175.79maxnD，D，d，100mm，ggC，176。100故选用气动薄膜单座柱塞型流开式正装阀。6、脱丙烷塔自控系统设备表控制工程设备表设计单位名称工程名称裂解气分离装置自动化控制设备表编辑图号校核设计项目脱丙烷审核系统位号名称塔进料流量均匀控制系统

仪表位号FE-101FT-101FR-101FRC-101FV-101FN-101仪表及其附件数量111112附件名称标准孔板智能差变记录仪调节器调节阀阀门定位器隔离器型号EJA110AXMR3008B0800XMA5660VPD气动薄膜HEP-51SFP5300规格Dg=80mmdg=12mmPID环室：20#钢单座流开式附：切断阀芯体1Cr18Ni9Ti：阀体：不锈钢操介质C3,C4C3,C4

作条件密度415kg/m3415kg/m3温度(°C)7272表压(MPa)2.78MPa(表压)流量或液位最大6225kg/h6225kg/h正常4175kg/h4175kg/h最小1826kg/h就地1826kg/h安装地点MA1801-801IP1IPMA-1801-801IP安装位号备注控制工程设备表设计单位名称工程名称裂解气分离装置自动化控制设备表编辑图号校核

设计项目脱丙烷审核系统位号名称提镏段温度串级控制仪表位号FE-102FTT02FR-102FIC-102TIC-109FV-102FN-102数量1111112名称标准孔板智能差变记录仪主调节器副调节器调节阀隔离器型号EJA110AXMR3008B0800XMA5660VPDXMA6660VPD气动薄膜SFP5300规格D=200mm,d=81.872mm0~6KpaC100=176单座流开式环室：20#钢PID

附：切断阀芯体：1Cr18Ni9Ti阀体：不锈钢操作条件介质密度减压蒸汽减压蒸汽0.8528kg/m30.8528kg/m3温度(°C)111111表压(MPa)0.063MPa(表压)流量或液位最大1365kg/h1365kg/h正常910kg/h910kg/h最小455kg/h就地455kg/h安装地点LS1802-2001IP1IP1IPLS1802-2001IP

7、节流装置数据表节流装置计算数据表自动化毕业班工程名称裂解气分离装置设计项目脱丙烷塔自控编制控制阀计算数据表编制校核审核第1页共1页序号1234控制阀位号FE-102FE-101用途蒸汽流量测量进料流量测量操作条件介质及成分饱和蒸汽C3,C4等混液温度（°C）72111阀前绝压（MPa）阀后绝压（MPa）流量液体(Kg/h)最大13656225蒸汽(Kg/h)最小9104175

气体(Kg/h)正常4551826密度液体（Kg/m3）415蒸汽（Kg/m3）2）耳，12.52xlO-6pa.snX10_3管道规格（mm）©200©80管道材料20#钢20#钢安装方式水平水平选用仪表显示仪表型号流量刻度变送器型号EJAT10AEJA-110A最大差压（kpa）14节流装置数量11节流装置环室式标准孔板环室式标准孔板取压方式角接角接制造孔径及公差„0.41土0.016mm孔板材料lCrl8Ni9Ti1Cr18Ni9Ti环室材料20#钢20#钢

附件切断阀1对切断阀1对8、调节阀数据表调节阀数据表自动化毕业班工程名称裂解气分离装置设计项目脱丙烷塔自控编制调节阀计算数据表编制校核审核第1页共1页序号1234控制阀位号FV-102FV-101用途提馏段温度控制进料控制操作条件介质及成分饱和蒸汽C3,C4等混液温度（°C）72111阀前绝压（MPa）阀后绝压（MPa）流量液体(Kg/h)最大13656225蒸汽(Kg/h)最小9104175

气体(Kg/h)正常4551826密度液体（Kg/m3）415蒸汽（Kg/m3）2）耳，12.52xlO-6pa.snX10_3管道规格（mm）©200©80计算结果最大流量系数176执行机构或调节阀体数量11流量特性等百分比等百分比公称流量系数C口径DN(mm)10020型号材料阀芯1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti阀体不锈钢不锈钢填料V型聚四氟乙烯V型聚四氟乙烯其他规格型号9、电气设备材料表电气设备材料表

自动化毕业班工程名称裂解气分离装置设计项目脱丙烷塔自控编制电气设备材料表编号校对审核序号名称型号及规格单位数量备注非盘装电气设备1电缆接线盒BJX-8/5个12控制电缆m3电力电缆m盘装电气设备1供电箱KXGT10T0/3个UDN-5223-0040个SFYT110K