工艺流程设计课件

第二章工艺流程设计第二章工艺流程设计1本章主要内容：

2.1生产方法和工艺流程的选择

2.2工艺流程设计

2.3工艺流程图

2.4典型设备的自控方案

2.5用AutoCADP&ID绘制工艺流程图本章主要内容：2一、生产方法和工艺流程选择的原则（1）先进性

技术先进和经济上合理可行

先进性评价包括：技术先进性、建设投资、生产成本、消耗定额及对环境的危害等方面（2）可靠性

指生产方法和工艺流程是否成熟可靠。原料来源是否可靠。（3）合理性

国家资源的合理利用、建厂地区的发展规划、“三废”处理是否可行等。第一节生产方法和工艺流程的选择综合考虑各方面因素，进行流程优化和技术经济分析。一个化学过程如何实现工程化？在技术上能够实现的前提下进行工程设计。一、生产方法和工艺流程选择的原则第一节生产方法和工3二、生产方法和工艺流程确定的步骤（1）资料搜集与项目调研；①国内外生产方法及工艺流程；

②原料来源及产品应用情况；

③试验研究报告；

④综合利用及三废处理；

⑤生产技术的先进水平；⑥安全技术及劳动保护措施；

⑦设备的大型化及制造、运输情况；

⑧基本建设投资、产品成本、占地面积；⑨水、电、汽、燃料及主要基建材料的用量及供应；

⑩厂址、地质、水文、气象等资料；工厂环境与周围的情况。（2）生产设备类型与制造厂商调研——设备是实现化工技术的关键，同时在投资中占很大比例。（3）对调研结果进行全面分析对比二、生产方法和工艺流程确定的步骤①国内外生产方法及工艺流程4第二节工艺流程设计

一、工艺流程设计的任务（流程组织或过程合成）

按步骤逐步解决以下问题：（1）确定整个流程的组成；由哪些生产过程和单元过程构成？各个单元之间如何连接？流程组织：权衡技术与经济、安全、工程等方面的因素，在过程开发实验的基础上，结合化工生产过程的实际经验，将某个化工过程的原料准备、反应合成、产物分离三个阶段的有关单元操作有机地组合在一起，形成一个较优的工艺流程。第二节工艺流程设计一、工艺流程设计的任务（流程组织5以煤为原料生产合成氨为例：气化(造气)

C、O2、H2OCO、H2、CO2CO变换CO+H2O=CO2+H2脱硫、脱碳除去混合气体中的H2S、CO2甲烷化除去混合气体中剩余的少量CO、CO2合成

N2+H2=NH3?O2CCOH2CO2H2CO2N2H2空分H2S、CO2变换造气甲烷化脱硫脱碳分离合成氨原料循环气微量CO、CO2所以合成氨由以下生产过程组成：CNH3例如：脱硫和变换过程的顺序？要解决各个过程的生产方法、安排顺序问题以煤为原料生产合成氨为例：气化(造气)C、O6煤气化工艺的改变及钴钼耐硫催化剂的使用，改变了合成氨工艺流程中变换和脱硫的顺序。中压气化，先变换，再脱硫，避免煤气热—冷—热的流程以及产生能量的损失。同时副产蒸汽。从而大大减少蒸汽耗量，取得显著的节能降耗效果。这也是研制新型变换催化剂的原因和动力之所在。例如：脱硫和变换过程的顺序如何组织？煤气化工艺的改变及钴钼耐硫催化剂的使用，改变了合成氨工艺流程7以CO变换制氢生产过程为例，将CO由42%-65%降低至0.4%以下：CO+H2O==CO2+H2+△H可逆放热反应过程组成：粗煤气除水→预热→配比水蒸气（过量）→反应→降温(回收反应热)→反应→降温(回收反应热)→…降温(回收多余水蒸气)→

蒸汽冷凝液分离…催化剂（2）确定每个过程或工序的组成；每个过程又由许多单元过程组成。由哪些设备来完成？设备之间如何连接？设备主要工艺参数？原料预处理反应分离以CO变换制氢生产过程为例，将CO由42%-65%降低至0.8工艺流程设计的方法：流程组织（过程合成）化工过程的典型流程框图原料预处理阶段反应合成阶段产物分离阶段工艺流程设计即确定整个流程的组成，合理进行流程组织。工艺流程设计的方法：流程组织（过程合成）化工过程的典型流程框9原料预处理阶段：◆以物理方法为主，但不排除化学方法。◆可能要用到一些分离的单元操作。◆可能牵涉到“三废”处理。◆可能有副产品产出。反应合成阶段：◆可能是多步反应组成（多个反应器）。◆多个反应器之间可能穿插着分离单元操作。

产物分离阶段：◆可能要用到多种单元操作。◆重视“三废”处理技术问题。◆重视回收。问题：在两个反应器之间为什么可能要用到分离操作？经济效益的重要来源之一。原料预处理阶段：反应合成阶段：产物分离阶段：问题：经济效益的10耐硫变换流程示意图（3）确定工艺操作条件；确定整个生产工序或每台设备要达到和保持的操作条件。温度、压力、浓度、液位、流量…容积、换热面积…？（4）控制方案的确定；如何维持以上操作条件，及实现各参数之间的联系？确定正确控制方案，选用合适的控制仪表。耐硫变换流程示意图（3）确定工艺操作条件；确定整个生产工序或11德士古（GE）水煤浆气化概略流程磨煤机煤浆泵气化炉锁斗蒸发热水塔旋风分离器混合器第二节工艺流程设计

水洗塔合成气煤渣水酸气废渣德士古（GE）水煤浆气化概略流程磨煤机煤浆泵气化炉锁斗蒸发热12烷基化苯，甲苯塔苯塔乙苯塔乙苯塔苯乙烯乙苯脱氢乙烯多烷基苯苯,甲苯苯乙烯苯重物质乙苯回流苯回流①②乙烯:苯=1:5560K,600kPa850K例3-4苯乙烯制取过程：反应器之间穿插着分离单元操作，未反应完的物料重新回到反应器。烷基化苯，甲苯塔苯塔乙苯塔乙苯塔苯乙烯13第二节工艺流程设计

问题：流程组织得好不好，怎么来判断？产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。考虑环保、安全、占地面积等因素。化工领域包括相关领域的一些科技进步与发明，都可能对某个产品生产过程的流程组织带来显著的影响。流程模拟AspenPlus

流程图绘制AutoCADP&ID流程组织的依据:过程开发实验结果；设计人员的实践经验。进行方案比较计算机辅助设计：第二节工艺流程设计问题：产物收率、原材料单耗、能量单耗、14（5）原料与能量的合理利用；计算并确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率，同时合理地做好能量回收与综合利用，降低能耗以确定水、电、蒸汽和燃料的消耗（6）制定“三废”处理方案；对全流程中所排出的三废要尽量综合利用，对于暂时无法回收利用的，则须进行妥善处理。（7）制定安全生产措施。对设计出来的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施。第二节工艺流程设计

（5）原料与能量的合理利用；计算并确定各个生产过程的效率，得15耐硫变换工艺流程方案设计：变换反应分段；根据变换炉进出口气体温度设计合理的换热流程。变换过程核心设备：变换炉其他重要设备：换热设备要考虑高温、高压，氢腐蚀等因素。耐硫变换工艺流程方案设计：变换过程核心设备：变换炉其他重要设16各变换炉出口温度、变换率的确定CO+H2O==CO2+H2+△H图1变换炉平衡温度曲线、最适宜温度、操作线图各变换炉出口温度、变换率的确定CO+H2O==17第三节工艺流程图工艺物料流程图管道仪表流程图第三节工艺流程图18把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是工艺流程图。工艺流程图中的主要线型：第三节工艺流程图

辅助物料管线其他如工艺设备、阀门、管件、仪表为细实线工艺主物料管线原有管道蒸汽伴热管道电伴热管道保温管道把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个19第三节工艺流程图（一）按设计阶段不同分类方案（不计入设计文件）工艺流程简图（草图）（示意图）初步设计文件（基础设计）

工艺物料流程图（PFD）管道仪表流程图（PID）施工图设计文件（详细工程设计）

管道仪表流程图（PID最终版）一、工艺流程图的种类ProcessFlowDiagram（PFD）PipingandInstrumentationDiagram（PID或P&ID）第三节工艺流程图（一）按设计阶段不同分类一、工艺流程图的种201、工艺流程草图

工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它定性地标出由原料转化成产品的变化、流向顺序以及生产中采用的各种化工单元及设备。用于工艺方案讨论。

脱硫系统工艺方案流程图第三节工艺流程图H2S约占总硫含量的90％1、工艺流程草图脱硫系统工艺方案流程图第三节工艺流程图H21半水煤气脱硫工艺流程说明：图2-1是合成氨工艺中原料气脱硫系统的工艺流程图。半水煤气自气柜用罗茨鼓风机1从底部鼓入脱硫塔2，稀氨水自氨水槽3用氨水泵4-1从脱硫塔顶部泵进入，用氨水吸收半水煤气中的硫化氢。由脱硫塔2底部出来的废氨水，经氨水泵4-2打入再生塔6的上部，用鼓风机5由再生塔下部向塔内吹进空气使废氨水解吸。解吸出来的硫化氢随空气流从塔顶排出（应该回收硫）。再生氨水则由再生塔底部排出，用氨水泵4-1送往脱硫塔循环使用。脱硫后的半水煤气经除尘塔7除尘后，去压缩工段进行压缩。半水煤气脱硫工艺流程说明：222、工艺物料流程图(PFD)

工艺物料流程图是把物料衡算和热量衡算的结果反映在流程图上。它是初步设计阶段最重要、最本质、最基础的图纸。苄基甲苯（MBT)和二苄基甲苯（DBT)物料流程图DBTDBT物料编号设备位号2、工艺物料流程图(PFD)苄基甲苯（MBT)和二苄基甲苯23R-101a,b原料储槽B-101原料泵R-101a,bB-101243、工艺管道仪表流程图(PID或P&ID)管道仪表流程图的内容画出全部工艺设备、所有工艺物料管线、辅助物料管线、全部阀门，以及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量和自动控制仪表的位置和功能代号。管道仪表流程图的作用各专业开展设计的依据之一；施工的依据；生产管理、操作、维修和开停车的指导性文件。3、工艺管道仪表流程图(PID或P&ID)管道仪表流程图的作25二、管道仪表流程图（PID）1版（详细设计1版）ForDetailEngineeringRev.12版（详细设计2版）ForDetailEngineeringRev.23版（施工版）ApprovedForConstruction工程版PID基础设计阶段：详细工程设计阶段：上述7版PID为常规PID开发过程，小型或成熟工艺至少完成三个版次。有些设计院划分为A、B、C、D、E、F、G版。2个设计阶段，7版次。A版（初步条件版）ApprovedForPlanningB版（内部审核版）IssueForReviewC版（用户批准版）IssueForApproval0版（设计版）ApprovedForDesign工艺版PID二、管道仪表流程图（PID）1版（详细设计1版）Fo26图样包括如下内容:(l）图形将各设备的简单形状按工艺流程次序，展示在同一平面上，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表控制点符号等。(2）标注注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸、数据等。(3）图例（首页图）。代号、符号及其他标注的注明，有时还有设备位号的索引等。(4）标题栏注写图名、图号、设计阶段、设计单位等。第三节工艺流程图第三节工艺流程图27第三节工艺流程图管道仪表流程图(PID)设计规定：设计规范：HG20559-93《管道仪表流程图设计规定》施工图规范：HG/T20519-2009《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》各设计院自己的设计规定第三节工艺流程图管道仪表流程图(PID)设计规定：设计规范28（一）通用设计规定

（1）图幅多采用A1图幅或A0图幅

PID分主项绘制，主项较大时，一个主项的流程图一般分成数张绘制，每张图纸按顺序编写图号。

（2）图线与比例流程图不要求比例，但设备大小相对比例要协调。名称图线线宽主要用途粗实线0.8～0.9主物料管道流程线中粗线0.4～0.5辅助物料管道线细实线0.15～0.25设备、阀门、管件轮廓线图线宽度推荐值第三节工艺流程图（3）文字与字母的标注字体大小7、5、3.5、3（4）图面布置

（一）通用设计规定（2）图线与比例流程图不要求比例，但291.设备图形（1）按规定图例画出设备外形轮廓和内部、外部结构特征简图（P35）；图例可参照HG-20519.2（2）设备之间的相对位置及管口位置：设备示意图之间的距离以布置流程线合理方便为原则；▲设备示意图之间的高低位置及设备上接管口的位置应符合实际情况；（3）设备保温及伴热：画出一段隔热层或伴热管示意。第三节工艺流程图（二）设备的表示方法绝热层伴热管1.设备图形第三节工艺流程图（二）设备的表示方法绝热层30▲设备接管口的位置应符合实际情况：对于图中换热器，管程流体？壳程流体？进出口位置？BBAABBAA▲设备接管口的位置应符合实际情况：对于图中换热器，管程流31A流体走壳程，B流体走管程。固定管板换热器：A流体走壳程，B流体走管程。固定管板换热器：32通过本课程的学习，了解一些化工设备的知识。只有了解设备才能正确画好流程图！通过本课程的学习，了解一些化工设备的知识。33双管程四管程分程隔板釜式换热器双管程四管程分程隔板釜式换热器34化工设备的结构特点共同特点：主体（外壳）是压力容器，内部装有各种强化传热、传质的构件。填料塔、板式塔如何画？化工设备的结构特点共同特点：填料塔、板式塔如何画？35列管式：反应同时换热固定床：气体通过静止的催化剂床层流化床：固体催化剂颗粒处于悬浮运动状态反应器：列管式：反应同时换热固定床：气体通过静止的催化剂床层流化床：36（1）标注内容：设备位号和名称设备位号的一致性：同一工程设计中同一设备在不同设计阶段的所有图样中，位号必须一致。不同的设计阶段设备增减时怎么办？施工图设计阶段取消设备则保留空号，增加设备则在该主项内按已存在的同类设备顺序号后依次编号。例：初步设计阶段：R101R102R103R104施工图设计阶段：R101空号

R103R104施工图设计阶段：R101R102

R105

R103R1042、设备的标注第三节工艺流程图（1）标注内容：设备位号和名称设备位号的一致性：同一工程设计37第二种编写方式（2）设备位号和名称的编写规则：（P39）PL精制塔给料泵P301a,bPL精制塔T301PL残液冷却器E303PL中间槽V0301P32-33流程图的设备位号和名称:第三节工艺流程图PL精制塔再沸器E302精PL泵P02PL精制塔顶冷凝器E301精PL储槽V302a,b设备位号——在主项内分类按顺序编写，不得重复。P－301a,bPL精制塔给料泵设备类别代号主项代号同类设备顺序号相同设备尾号位号线(粗实线)可省略A.设备位号第二种编写方式（2）设备位号和名称的编写规则：（P39）PL38设备顺序号在同一主项内，按照设备类别，按流程顺序依次编号。相同设备尾号所谓相同设备是指设备结构大小完全相同、设备执行的任务完全一致。作用有两种：增加生产能力或备用设备。如设计选用三台泵，2开1备例如：P0302A

P0302B

P0302C

例如合成氨的生产过程：造气、变换、脱硫脱碳、甲烷化、合成设备分类代号：

HG20559-2009、HG20559-93主项代号：按生产过程特点划分，用数字代号表示不同的工序。设备顺序号在同一主项内，按照设备类别，按流程顺序39B.设备名称的编写a)

设备原名加工艺用途的限定词；（尽可能反映设备的用途）如：贮槽：精PL贮槽

；泵：精PL泵b)附属于主设备的辅助设备名称前应加上主设备名称的限定词，但可简化；如：

PL精制塔给料泵；

萃取解吸塔蒸发器

→

萃解塔蒸发器

预精馏塔回流泵→预塔回流泵

（3）标注方式第一处：在设备图旁边或形内标注位号，此处不注名称。第二处：标注设备位号、名称，标注在设备图形的正上方或下方；B.设备名称的编写（3）标注方式40（4）标出设备管口画出管口及法兰，用字母标示出每个管口。第三节工艺流程图（4）标出设备管口第三节工艺流程图41

（三）管道的表示方法

1．管道的画法P43表2-7和表2-8图上一般应画出所有工艺管道、阀门、主要管件和辅助物料及公用物料（如蒸汽、冷却水、冷冻盐水等）的管道。第三节工艺流程图(2）交叉与转弯

(3）放气阀、排液阀及液封液封U型液封管尽可能按实际比例长度表示。

(1）线型规定（三）管道的表示方法第三节工艺流程图(2）交叉与42(4）管道的接续各流程图之间的管道连接符号CWS公用工程物料：所连接的管道（物料）所连接的设备（同一主项）所连接的图号（同一主项）图纸左侧的接续符号：图纸右侧的接续符号：工艺物料：(4）管道的接续各流程图之间的管道连接符号C43物料代号：P41管道序号：又称管道分段顺序号，在主项内按物料分类编写，相同类别的物料在同一主项内以流向先后为序，依次编号。公称直径(DN)：mm,是管子的名义直径，以DN表示。凡是同一公称直径的管子，外径必定相同，而内径则因壁厚不同而异。如：DN50φ57×3.5φ57×4DN100φ108×4φ108×6在管道组合号PG0601-50A1A-H中，50即代表公称直径DN50。公称压力(PN)：MPa

1.0,1.6,2.0,2.5,4.0,6.4,10.0,16…与内径相近的整数2．管道的标注物料代号：P41与内径相近的整数2．管道的标注44ASME(美国标准)425℃对应常温下的压力SI(国内及欧洲标准)常温(<120℃)等级代号LB(LB)PN(MPa)等级代号PN(MPa)等级代号PN(MPa)A150(260℃)2H0.25R10.0B3005K0.6S16.0C400L1.0T20.0D60011M1.6U22.0E90015N2.5V25.0F150026P4.0W32.0G250042O6.4ANSI（AmericanNationalStandardsInstitute美国国家标准学会）压力等级标记为CL150,CL300…和PN2.0,PN4.0…管道公称压力：管道、管件和阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力ASME（AmericanSocietyofMechanicalEngineers）美国机械工程师学会管道公称压力等级代号表对照(1LB/in2=6894.8Pa)

ASME(美国标准)对应常温下的压力SI(国内及欧洲标准45管道及管道元件的连接：管道通过标准法兰连接要求公称直径、公称压力相同。根据公称直径和公称压力选用设备和管道标准件。管道及管道元件的连接：根据公称直径和公称压力选用设备和管道标46同一管道等级顺序号：相同管道等级的顺序号。管道材质代号：用大写字母表示。

材质铸铁碳钢普通低合金钢合金钢不锈钢有色金属非金属衬里及内防腐代号ABCDEFGH简化标注当工艺流程简单、管道较少时，简化标注管道：如：PG0601-50A1C-H简化为

PG0601-φ57×3.5C

隔热或隔音代号：

PG0601-50A1C-H同一管道等级顺序号：相同管道等级的顺序号。材质铸铁碳钢普通低47流程图中需要标注的限位尺寸有：孔板距弯头的距离；液封管高度排气口高于E010201管口i23300mmE010201i2液封管：应尽量按实际比例长度画(如右图，脱水塔塔底液封)：3．限位尺寸标注流程图中需要标注的限位尺寸有：排气口高于E010201E0148（四）阀门与管件的表示方法a)内容：在管道上应画出全部阀门和各种管件（如补偿器、软管、疏水器、视镜、盲板等）；b)线型：细实线；c)图形：按规定图例，HG20519.2—2009；参见P43d)要求：阀门的位置尽量体现实际安装情况；（四）阀门与管件的表示方法a)内容：在管道上应画出全部阀门和49平衡角式截止、节流阀球阀图例：安装在管道中：球阀蝶阀平衡角式截止、节流阀球阀图例：安装在管道中：球阀蝶阀50（四）阀门与管件的表示方法（四）阀门与管件的表示方法51（五）仪表控制点的表示方法工程版管道仪表流程图(PID)上应该表示全部与工艺有关的检测和控制仪表。

（1）仪表的功能标志P44-45表2-9，2-10一个仪表只有一个参量代号，但可以集中实现多个功能，一般不超过4个。后继字母的排列顺序：IRCTQSAK（指示、记录、控制、变送、积分、连锁、报警、操作器）例TIRC，LICA，PSA，FFICA？首位字母(+修饰词)表示被测变量后继字母表示仪表的功能。+（2）仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成。P46图2-6（五）仪表控制点的表示方法工程版管道仪表流程图(PID)上应52可编程逻辑控制（PLC控制）DCS控制就地仪表嵌装在管道中控制室仪表盘安装就地仪表盘安装单台常规仪表：控制系统中的仪表：计算机功能（3）图形符号P46表2-1图形符号表示监控仪表的类型和安装位置。可编程逻辑控制DCS控制就地仪表嵌装在管道中控制室仪表盘安装53流量测量仪表图形符号（检测装置镶嵌安装在管道中）流量测量仪表种类繁多，主要有差压式流量计(节流装置)和非差压式流量计两类。FT5FE5流量测量仪表图形符号（检测装置镶嵌安装在管道中）流量测量仪表54工艺流程设计ppt课件55

（六）首页图P47图2-7

每个单独装置编制一份首页图。

课后阅读和总结首页图的主要内容。复习总结设备、管道、阀门及仪表控制点的表示方法。（六）首页图P47图2-756自力式压力调节阀结构自力式压力调节阀结构57课堂作业1、根据课堂讲解的设备编号和管道编号规则，指出下面设备位号或管号的含义：设备位号：V0203B；R2101A/B管道代号：AM0604-50A1B-H；PL2105-100A2A-H2、指出下列管道的内径、外径、壁厚及公称直径。φ159×6，φ89×4，φ328×83、根据课本表1-6，1-7指出下列仪表代号的含义：PIC；FQIR；LICA4、说明下列符号在流程图上的作用。课堂作业4、说明下列符号在流程图上的作用。58作业

绘制课本30页M/DBT工艺物料流程图

要求：根据首页图的主要规定标注设备位号和名称，标注在正确位置。作业59管道仪表流程图(PID)

阅读P32-33管道仪表流程图，回答以下问题：该流程完成的任务，有哪些工艺设备？主要物料是什么？辅助物料有哪些？举一例说明设备位号的编写规则。举一例说明管道位号的编写规则。塔底物料的温度如何控制？塔顶物料回流量如何控制？控制阀在仪表能源中断时的状态？管道仪表流程图(PID)阅读P32-33管道仪表流程图，回答60化工流程中经常需要控制的工艺变量（参数）：温度压力流量液位搅拌转速PH值浊度、粘度、各种组份浓度如何对一个化工流程进行控制人工控制（手动操作阀门）仪表和计算机控制（自动控制阀）第四节典型设备自控方案化工流程中经常需要控制的工艺变量（参数）：温度压力61自动调节：1）测量液位并变送特定的信号（电流）——测量元件或变送器。2）把变送器送来的信号与设定液位值比较，将结果用特定的信号发送出去——自动调节仪表。LIC0502被控变量：液位操作变量：进料流量LT3）能自动地根据调动器送出来的信号改变阀门的开启度——调节阀。通过改变进料流量控制液位了解自动控制(调节)系统的构成，被控变量和操作变量是什么。自动调节：LIC被控变量：液位LT3）能自动地根据调动器送62

1.离心泵(a)控制泵的出口阀门开度(b)控制泵的出口旁路第二节典型设备的自控方案二、泵类的自控方案①出口节流法：②旁路调节法(回流法)：离心泵旁路调节较为耗费能量，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。旁路调节法(回流法)：

2.容积泵容积泵只能而且必须有旁路调节。被控变量？操作变量？考虑离心泵效率最大值在适当的流量范围内调节流量管路阻力、旁路流量1.离心泵(a)控制泵的出口阀门开度63流量P=E+K’L’2P=E+KL2往复泵离心泵节流调节时工作点的变化流量P=E+K’L’2P=E+KL2往复泵离心泵节流调节64三、压缩机的自控方案

图2-10压缩机分程控制方案分程控制方案三种方式入口端流量控制+出口端流量辅助控制不适用于压差大的场合第二节典型设备的自控方案压缩机效率低调节原动机的转速效率最高，节能。①②被控变量？操作变量？旁路回流方案图2-11压缩机旁路控制方案三、压缩机的自控方案图2-10压缩机分程控制方案分程控制65四、换热器的自控方案(一)无相变时换热器的自控方案1．控制载热体的流量被控变量：主变量

工艺物料温度T副变量载热体流量F操作变量：载热体流量F被控变量：工艺物料温度T操作变量：载热体流量F(a)单回路控制(b)串级控制(c)旁路控制第二节典型设备的自控方案用三通控制阀分流载热体（物料1）2滞后较少此控制回路惯性小缺点？管程流体？壳程流体？四、换热器的自控方案(一)无相变时换热器的自控方案被控变量66(b)串级控制副变量载热体流量发生变化时，流量控制器首先给控制阀发出信号，控制载热体流量，减少了对主变量温度影响。主、副回路相互配合，加速响应，稳定主变量，提高了对主变量的控制质量。干扰F1干扰F2(b)串级控制副变量载热体流量发生变化时，流量控制器67CO变换制氢：CO+H2O==CO2+H2+△H催化剂耐硫变换流程示意图变换炉进料温度：控制煤气的旁路流量。CO变换制氢：CO+H2O==CO2+H2+△68(a)改变被控物料流量(b)改变物料旁路流量(一)无相变时换热器的自控方案2．控制被控物料的流量图2-13第二节典型设备的自控方案被控变量：工艺物料温度T操作变量：工艺物料流量F被控变量：工艺物料温度T操作变量：工艺物料旁路流量F图2-13(b)=图2-12(c)(a)改变被控物料流量69(二)有相变时的换热器控制方案——相变潜热起主要作用1．加热器的温度控制方案(a)改变入口蒸汽流量(b)温度与蒸汽压力的串级控制方案减少蒸汽压力波动的干扰，减少滞后，提高控制品质（1）直接控制蒸汽流量考虑仪表空气中断时，控制阀的状态？(二)有相变时的换热器控制方案——相变潜热起主要作用(a70(二)有相变时的换热器控制方案1．加热器的温度控制方案（2）控制换热器的有效换热面积(a)改变换热面积(b)温度-液位串级控制减少蒸汽压力波动的干扰，提高控制品质(c)温度-流量串级控制蒸汽冷凝液提高响应，改善控制品质。时间滞后较大液位对应一定的传热面积有效换热面积？管程流体？壳程流体？(二)有相变时的换热器控制方案（2）控制换热器的有效换热面71蒸汽冷凝液管程流体？壳程流体？有效换热面积？蒸汽冷凝液管程流体？壳程流体？有效换热面积？72(二)有相变时的换热器控制方案2．冷却器的温度控制方案(a)用冷却剂流量控制(b)温度-液位串级控制(c)用冷却剂的气化压力控制气氨液氨（控制液氨的液位）有效换热面积：气相？液相？（控制液氨的蒸发速度）LC控制液氨维持一定的液位，因此换热面积稳定。液氨气相压力减少时，气化速度大大增加，温度下降。(二)有相变时的换热器控制方案(a)用冷却剂流量控制(b)73五、反应器的自控方案1.釜式反应器的温度自动控制(a)用进料温度控制(b)用传热量控制(1)控制进料温度(2)控制传热量反应釜传热面积小，滞后很大被控变量：反应釜温度操纵变量：热载体流量五、反应器的自控方案(a)用进料温度控制(b)用传热量控制74五、反应器的自控方案1.釜式反应器的温度自动控制(c)载热体流量-釜温串级控制(d)夹套温度-釜温串级控制(e)釜压-釜温串级控制(3)串级控制用于压力随温度变化敏感的场合,防止压力失控。载热体的流量和温度哪个波动大？选择影响较大的参数为副变量。此控制回路惯性小五、反应器的自控方案(c)载热体流量-釜温串级控制75

(2)固定床反应器的温度控制

(a)用进料浓度控制(b)用进料温度控制Ⅰ(c)用进料温度控制Ⅱ(d)用冷料量控制(1)改变进料浓度(2)改变进料温度(3)改变段间冷料量部分原料用于下一段床层的冷激。改变反应物浓度配比，从而改变反应放热的速度。热载体加热冷物料。载热体为反应后的热物料。操作变量：氨气流量被控变量：催化剂床层温度T操作变量：热载体流量操作变量：冷料流量NH3+O2→NO+H2O变比值控制系统:K=Q2/Q1，随温度而改变Q1Q2(2)固定床反应器的温度控制(a)用进料浓度控制76变比值控制系统变比值控制系统：按照工艺指标自行修正比值系数的变化值。以某种质量指标X（第三参数）为主变量，以两个流量比为副变量的串级控制系统。F1F2FfCTC反应器T反应器变比值控制系统变比值控制系统：按照工艺指标自行修正比77变比值控制系统变比值控制系统78氨氧化炉系统工作原理当出现氨气空气比值变化干扰时，通过比值控制系统及时克服保持氧化炉温度不变。当其它干扰引起炉温变化时，主控制器输出变化，相当于比值控制器给定值变化，改变比值大小，从而改变温度。温度升高测量值升高主控制器输出减小比值控制器输出减小控制阀开度减小氨气流量减小温度下降假设控制器均为反作用形式，控制阀为气开式，主回路工作原理如下氨氧化炉系统工作原理当出现氨气空气比值变化干扰时，通过比值控791、按提馏段指标控制（P53图2-19a）塔底为主要产品；以提馏段温度为控制质量指标,以再沸器加热为控制手段;用提馏段塔板温度控制加热蒸汽量，从而塔内蒸气量VS,保持回流量LR恒定。2、按精馏段指标控制（图2-19b）塔顶为主要产品；以精馏段温度为控制质量指标，以回流量为控制手段；以回流量LR、馏出液量D或塔内蒸气量VS作为调节参数.六、蒸馏塔的控制方案1、按提馏段指标控制（P53图2-19a）六、蒸馏塔的控制80六、蒸馏塔的控制方案T、P、F、L(a)提馏段控制方案(b)精馏段控制方案回流罐回流罐精馏塔精馏塔FWDLR关键被控变量：提馏段温度T操作变量：加热蒸汽流量关键被控变量：精馏段温度T操作变量：回流量LRVSFWDVSLR满足产品的纯度要求六、蒸馏塔的控制方案T、P、F、L(a)提馏段控制813、蒸馏塔的双温差控制（P53图2-20）（P48图2-19）用温差作为质量指标的间接变量,消除塔压波动对产品的影响.分别在加料板附近的精馏段和提馏段上选取温差信号ΔT1和ΔT2。将两温差信号相减后的信号作为控制器的测量信号。被控变量：温差操作变量：馏出液量D保持蒸发量Vs、釜液量