混合操作单元机械化、自动化设计指导方案

PAGEIVPAGE混合操作单元机械化、自动化设计指导方案目录1混合形式分类 12混合形式 12.1气-气物料混合形式 12.2气-液物料混合形式 12.3液-液物料混合形式 12.4液-固物料混合形式 22.5固-固物料混合形式 23混合操作方式 23.1气-气物料混合操作方式 23.2气-液体物料混合操作方式 23.3液-液物料混合操作方式 33.4液-固物料混合操作方式 33.5固-固物料混合操作方式 34机械化、自动化操作要求 44.1间歇操作 44.1.1进料 44.1.2出料 64.1.3混合过程 74.2连续操作 94.2.1进料 94.2.2出料 94.2.3混合过程 104.3其他 105集中控制的要求 106典型混合单元设计方案 116.1某企业消石灰与水混合“机械化换人、自动化减人”方案。 116.1.1卸料至原料料仓 116.1.2粉料输送与称重 116.1.3工艺水计量与温度调控 116.1.4配制乳液调控与出料切换 126.1.5混合系统机械化换人、自动化减人效果 12混合形式分类在化工生产过程中，经常要通过混合机械设备将原材料、中间体、产品、副产品和废弃物等各种物料进行混合处理进入到下一道工序，如：混合处理后进入下一步反应、后处理或制成品工序。这些机械混合过程就是将各种形态的物料混合均匀，有利于下一步反应、处理或成品质量稳定。根据混合的物料形态不同，物料混合形式可分为气-气混合、气-液混合、液-液混合、液-固混合、固-固混合等；按操作形式可分为：连续混合和间歇混合；按机械形式可分为：搅拌混合、管道混合、射流混合及强制循环混合等。混合形式气-气物料混合形式气体与气体物料的混合大多采用气体混配器、管道混合器或喷射混合器，混合动力来自于风机、压缩机等。气-液物料混合形式气体和液体物料的混合一般采用喷射混合或加压混合器，过程中往往伴随着溶解吸收和反应。化工生产中的物料种类繁多、物化性质各异，因此，气液混合涉及设备种类较多，主要由液体加压输送泵、气体加压输送泵、喷射器、气体分布器、专用气液吸收设备等。液-液物料混合形式两种或两种以上的液体物料的混合是最常见的物料混合形式，主要形式有：机械搅拌混合、强制循环混合与管道混合。机械混合是通过定量加料和机械搅拌来实现；强制循环混合是在混合容器中加入定量的物料，然后通过物料循环泵的强制循环，实现物料的混合；管道混合（静态混合器）是同时向管道混合器中均匀定量加料，在管道混合器中通过折返湍流（通过内装扭曲形态的构件）实现物料均匀混合。液-固物料混合形式两种或两种以上的液体、固体物料的混合是常见的物料混合形式，主要形式为：机械混合器，机械混合是通过定量加料和机械设备通过桨叶搅拌、高速剪切或机械研磨来粉碎、溶解或乳化物料，实现液固物料均匀混合。固-固物料混合形式两种或两种以上的固体物料的混合也是常见的物料混合形式，主要操作方式分为：连续混合和间歇混合，机械型式有：锥形混合机、犁刀式混合机、螺旋式混合机、行星混合机及无重力混合机等。混合操作方式3.1气-气物料混合操作方式气体物料从上一单元经管道进入气体输送设备（如：压缩机、风机、罗茨或螺杆泵等）加压，再经控制阀调节、流量计计量输送到气体混合器，气体在混合器内构件的作用下，产生折返湍流作用将气体混合成均匀的二元气或多元混合气体，再进入下一个单元。3.2气-液体物料混合操作方式用机械设备（如：风机、压缩机、泵）将气体和液体物料从上一单元经管道及管件、控制阀调节、流量计计量进入混合吸收或反应设备，在混合设备内采用喷射混合或加压混合溶解吸收，此混合过程操作多为连续操作，通过配置多级串联混合设备，控制进料量和滞留时间达到混合均一和浓度的要求，经在线检测和控制阀控制后进入下一单元。3.3液-液物料混合操作方式液体物料混合操作最为常见，将两种或多种液体物料用机械设备（如：泵）从上一单元经管道及管件、控制阀、流量计等设备，加入到混合设备中，启动混合设备机械搅拌或强制循环泵，在机械作用下使混合物料产生不规则的流动，流动过程中液液物料互相混溶或乳化混合，通过对搅拌频率、搅拌时间或循环时间的控制，使得液体物料混合均匀后放料控制进入下一单元。3.4液-固物料混合操作方式液体、固体物料混合操作较为常见，一种或多种液体和固体加入混合设备，溶解混合或乳化混合的过程；液体物料经机械设备（如：泵）从上一单元经管道及管件、压力表、温度计、控制阀、流量计等加入到混合设备中；启动机械混合设备，固体物料通过下料器、称重单元、加料器等逐一或分批加入到混合设备中，通过控制机械频率调节转速，控制混合搅拌强度和时间，达到溶解或乳化混合均匀的目的，经在线检测或取样合格后控制放料进入下一单元。3.5固-固物料混合操作方式粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，典型设备有：双螺旋锥形混合机、双螺旋混合机、双螺带混合机、无重力混合机、犁刀混合机、vh型混合机。用机械设备（如：下料器）将固体物料从料仓经称重模块及加料器等加入到混合设备中，关闭加料口，启动机械混合设备，固体物料在混合设备中在机械搅拌、重力及内件的配合作用下做多方向、无规则运动，通过控制混合设备运行频率、运转方向和时间，达到混合均匀的目标后卸料进入下一工序。机械化、自动化操作要求4.1间歇操作间歇操作的机械化或自动化操作要求主要是对进料、出料、混合过程等的控制。4.1.1进料4.1.1.1气体进料（1）采用动量输送设备（如风机、真空泵、压缩机等）向混合单元进料，设置流量计和自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如风机、真空泵等采用远程自动启停、调节；压缩机通过远程控制变频、调节或远程自动启停（根据工艺要求）。本章节涉及的此类设备按此要求执行。压力表、流量计采用远传显示、报警、联锁、调节等。本章节涉及的此类仪表按此要求执行。控制阀门采用远程自动控制。本章节涉及的此类阀门按此要求执行。（2）采用气化器向混合单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、气化器热源联锁，实现远程自动控制；（3）采用压差（如钢瓶）向混合单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀联锁，实现远程自动控制。4.1.1.2液体进料（1）采用动量输送设备（泵等）向混合单元进料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。（2）采用计量槽向混合单元进料①采用动量输送设备（泵等）向计量槽进料，进料管线设自动控制阀、计量槽设置液位计（或称重模块），液位（或重量）与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。②计量槽出料通过重力（或动量输送设备）向混合单元进料，计量槽设置称重模块（或液位计），重量（或液位）与计量槽出料阀和混合进料阀（泵）联锁，实现远程自动控制。（3）采用压料方式向混合设备进料，进料管线设置流量计、自动控制阀，流量与压料罐出料阀和混合设备进料阀联锁，实现远程自动控制。（4）小批次及特殊物料向混合设备进料，应当采用计量槽的进料方式，远程控制。4.1.1.3固体进料固体物料通常有粉末状、颗粒状、大粒状、块状等形态，物料的形态不同则进料方式不同。固体物料的进料方式主要有两种，一种是气力输送，另一种是机械输送。固体物料的投料应当根据工艺安全要求设置密闭添加设施。（1）采用机械输送或气力输送方式由料仓向计量罐进料，计量罐设料位计或称重模块，料位或重量与机械输送或气力输送系统联锁。计量罐设备出口设置给料器（如旋转阀）、插板阀，料位（或重量）与给料器、插板阀等输送设备联锁。实现远程自动控制。（2）小批次及特殊物料向混合设备进料，应当采用计量料仓的进料方式，实现远程自动控制。不同相态的物料其输送和计量方式不同，详见下表4-1。表4-1物料相态、输送及计量方式一览表物料相态输送方式计量方式气体压力输送、机械输送流量计和自动控制阀液体重力输送、机械输送、压力输送流量计和自动控制阀;计量槽（液位或重量）固体机械输送、气力输送计量料仓（物位或重量）;固定包装称重计量4.1.2出料4.1.2.1气体出料（1）采用动量输送设备（如风机、真空泵、压缩机等）出料，设置流量计和自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。（2）采用压差出料，设置流量计、自动控制阀，流量与自动控制阀联锁，实现远程自动控制。4.1.2.2液体出料混合设备可设液位计、称重模块、出料管线设流量开关，远程控制出料阀。（1）采用重力出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，实现远程自动控制。（2）采用动量输送设备出料无流量时，液位、重量、流量与出料阀联锁，同时联锁动量输送设备，实现远程自动控制。（3）采用气体压料或真空出料时，液位、重量、流量与出料阀联锁，同时联锁动力气源（如气源阀、真空泵、压缩机等），实现远程自动控制。4.1.2.3固体出料固体物料的出料方式主要有两种，一种是气力输送，另一种是机械输送。固体物料下游接收设备设料位或重量，料位或重量与气力输送或机械输送系统联锁，实现远程自动控制。4.1.3混合过程（1）搅拌混合控制参数为温度、压力、搅拌电机电流、变频、原料进料量等，实现混合过程的机械化、自动化操作要求：①远程监控温度、压力、搅拌电机电流等参数。搅拌电机通过远程控制变频、调节或远程自动启停（根据工艺要求）。本章节涉及的此类设备按此要求执行。②通过自动调节冷（热）媒量、原料进料量等远程控制原料进料温度或压力。混合器冷（热）媒系统采用远程自动控制。③混合器根据需要设置远传液位计或液位开关等检测报警仪表，达到设定值时联锁切断进料。（2）管道混合器混合控制参数为温度、压力、物料输送电机电流、变频、原料进料量等，实现混合过程的机械化、自动化操作要求：①远程监控温度、压力、物料输送电机电流等参数。输送电机通过远程控制变频、调节或远程自动启停（根据工艺要求）。本章节涉及的此类设备按此要求执行。②通过自动调节冷（热）媒量、原料进料量等远程控制原料进料温度或压力。混合器冷（热）媒系统采用远程自动控制。（3）射流混合控制参数为温度、压力、射流泵电机电流、变频等，实现混合过程的机械化、自动化操作要求：①远程监控温度、压力、射流泵电机电流、变频等参数。射流泵电机通过远程控制变频、调节或远程自动启停（根据工艺要求）。本章节涉及的此类设备按此要求执行。②通过自动调节冷（热）媒量、原料进料量等远程控制原料进料温度或压力。混合器冷（热）媒系统采用远程自动控制。③混合器根据需要设置远传液位计或液位开关等检测报警仪表，达到设定值时联锁切断进料。（4）强制循环混合控制参数为温度、压力、循环泵电机电流、原料进料量等，实现混合过程的机械化、自动化操作要求：①远程监控温度、压力、循环泵电机电流等参数。②通过自动调节冷（热）媒量、原料进料量等远程控制原料进料温度或压力。混合器冷（热）媒系统采用远程自动控制。③混合器根据需要设置远传液位计或液位开关等检测报警仪表，达到设定值时联锁切断进料。4.2连续操作连续操作的机械化或自动化手段主要是对进料、出料、混合过程的控制。4.2.1进料气体进料气体采用动量输送设备（如压缩机等）、气化器、压差等向混合器连续进料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。液体进料液体经动量输送设备（如泵等）、压差等向混合器连续进料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。固体进料固体物料通常有粉末状、颗粒状、大粒状、块状等形态，物料的形态不同则进料方式不同。固体物料的进料方式主要有两种，一种是气力输送进料，另一种是机械输送进料。固体物料的投料应当根据工艺安全要求设置密闭添加设施。采用机械输送或气力输送方式由料仓向计量罐进料，计量罐进料系统设料位计或称重模块，料位或重量与机械输送或气力输送系统联锁。计量罐出口设置下料器（如旋转阀）、插板阀，料位（或重量）与下料器、插板阀等输送设备联锁。实现远程自动控制。4.2.2出料当液相出料时，混合器可设置液位计，出料管线可设置流量计和控制阀，通过液位或流量控制出料。当气相出料时，出料管线可设置流量计和控制阀，通过流量控制出料。当出料量控制有难度时，混合器的出料量由混合器的进料量控制。4.2.3混合过程实现混合过程的机械化或自动化手段：①远程监控温度、压力、电机电流等参数。②通过自动调节冷（热）媒量、原料进料量等远程控制原料进料温度或压力。混合器冷（热）媒系统采用远程自动控制。③混合器根据需要设置远传液位计或液位开关等检测报警仪表，达到设定值时联锁切断进料。4.3其他针对特殊的工艺物料，如特殊的易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等介质，在混合过程（进料、混合、出料）中存在诸多安全风险，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP），及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定量定性风险评价方法，对整个混合过程的危险性进行分析。根据分析结果设置相应的机械化及自动化混合方式。混合过程（进料、出料）中如有人员现场操作，如现场阀门的开关切换等操作过程，应采用机械化和自动化的手段来实现现场无人操作。集中控制的要求针对各种气、液、固物料的间歇或连续混合单元操作，实施以下集中控制要求。混合单元操作过程的参数，如变频、电流、转速、流量、液位、料位、PH值、温度、压力、时间及称重参数等，应远传至DCS系统，实现远程自动控制。动量输送设备与混合设备的启停、进料与出料阀控制与切换操作、混合过程操作等应通过DCS系统实现远程控制。混合均匀程度的达标控制结合生产经验和实测数据设置混合设备的混合时间、混合强度或混合滞留时长来实现。典型混合单元设计方案6.1某企业消石灰与水混合“机械化换人、自动化减人”方案。6.1.1卸料至原料料仓卸料入仓：消石灰由袋装改为罐车包装运输至现场，通过气力输送将粉料打入料仓中，气力输送粉尘经布袋除尘器回收处理后全部回用。料仓料位、压力等参数远传至DCS系统，设置料位高高、低低报警。不仅减少人工装卸与破包操作，而且节约成本，减少抛洒与粉尘。6.1.2粉料输送与称重料仓中消石灰先通过远程控制的星型卸料器下料，可以通过变频调节实现下料量控制，防止下级输送阻塞，保证下料顺畅，料仓底部设置震荡器，防止粉料搭桥造成空转；粉状消石灰通过出料口布料器进入皮带秤，皮