化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)與操作控制

化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)與操作控制第1頁/共35頁1234一、物理因素分析Physicalfactors二、熱力學(xué)分析ThermodynamicAnalysis三、動力學(xué)分析KineticAnalysis四、工藝參數(shù)的確定SelectionofTechnologicalConditions主要內(nèi)容

化學(xué)工業(yè)出版社第2頁/共35頁1.原料的影響(1)原料的純度與雜質(zhì)(2)原料的配比2.反應(yīng)時間的影響4.反應(yīng)物濃度的影響5.反應(yīng)壓力的影響

一、物理因素分析3.空間速度與接觸時間的影響化學(xué)工業(yè)出版社第3頁/共35頁

二、熱力學(xué)分析1.化學(xué)反應(yīng)可行性分析(△G)T,p<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(△G)T,p>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行(△G)T,p＝0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)2.化學(xué)反應(yīng)平衡移動分析(1)溫度吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)向生成物方向移動。放熱反應(yīng)，△H<0，溫度下降，平衡向反應(yīng)物方向移動，(2)壓力壓力升高，反應(yīng)平衡向分子數(shù)減少的方向移動

(3)反應(yīng)物組成化學(xué)工業(yè)出版社第4頁/共35頁三、動力學(xué)分析

1.溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響圖3-5反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系2.催化劑對反應(yīng)速率的影響

催化劑是提高反應(yīng)速率的一種最常用、也是很有效的辦法。化學(xué)工業(yè)出版社第5頁/共35頁1.溫度放熱：T↑，K↓，應(yīng)盡量降低溫度；吸熱：T↑，K↑，應(yīng)盡量提高溫度。但對于有副反應(yīng)的系統(tǒng)，四、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)（1）化學(xué)平衡（2）反應(yīng)速率通常情況下，T↑，r↑。但是，從相對速率看，升溫有利于副反應(yīng)。催化劑的存在一般使主反應(yīng)的活化能最低第6頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(3)催化劑活性溫度范圍——確定適宜溫度的首選條件(4)材質(zhì)使用溫度范圍第7頁/共35頁2.壓力體積增加的反應(yīng)：P↑，K↓，應(yīng)盡量降低壓力；體積減少的反應(yīng)：P↑，K↑，應(yīng)盡量提高壓力。(2)反應(yīng)速率一般來講，不管是氣相還是液相反應(yīng)，P↑，r↑。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(1)化學(xué)平衡第8頁/共35頁P(yáng)↑，設(shè)備材質(zhì)要求↑，動力費(fèi)用↑，運(yùn)行的安全性↓。(3)對后續(xù)分離的影響P↑，冷卻溫度↑，越易分離。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(4)對設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的影響第9頁/共35頁3.原料配比aA+bB→cC，按化學(xué)計(jì)量關(guān)系配比是較理想的。提高某一種原料的比例，可提高另一種原料的轉(zhuǎn)化率。

某種原料有毒有害或價格昂貴時，為提高其轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使另一種反應(yīng)物過量。(2)反應(yīng)速率某種反應(yīng)物濃度指數(shù)大于0時，則c↑，r↑。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)（1）化學(xué)平衡第10頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(3)反應(yīng)物與產(chǎn)物的分離(4)安全生產(chǎn)，配比應(yīng)在爆炸極限之外第11頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)4.空速（停留時間）(3)熱量的移除(1)轉(zhuǎn)化率、選擇性與生產(chǎn)能力(2)系統(tǒng)阻力，即動力消耗(4)后續(xù)分離的難易第12頁/共35頁二、化工生產(chǎn)的操作控制1.操作控制(3)操作控制：根據(jù)以上對比判斷決定如何進(jìn)行操作。

操作人員通過對工藝操作規(guī)程所規(guī)定的控制點(diǎn)，以及主要的工藝操作參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位）的操作控制，實(shí)現(xiàn)合格產(chǎn)品的生產(chǎn)。具體包括：(2)對比判斷：將觀察到的參數(shù)值，與操作規(guī)程所規(guī)定的范圍進(jìn)行對比，判斷是否正常，是否需要調(diào)節(jié)。(1)檢測：觀察儀表所顯示的參數(shù)第13頁/共35頁二、化工生產(chǎn)的操作控制2.巡視與觀測是對工藝過程控制系統(tǒng)是否正確運(yùn)行的校驗(yàn)。操作規(guī)程中明確規(guī)定：巡回檢查的間隔時間和巡回檢查的路線和觀測點(diǎn)。巡檢要詳細(xì)做好原始記錄：時間、工藝參數(shù)、加料、出料、取樣、不正常情況及排除、要求下一班人員引起注意的問題等。第14頁/共35頁3.安全生產(chǎn)與運(yùn)行操作3.1.1工業(yè)生產(chǎn)過程操作現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程存在的安全操作與控制問題：開車、停車工藝流程及設(shè)備間切換工藝運(yùn)行中安全控制間歇生產(chǎn)過程操作生產(chǎn)負(fù)荷的改變異常狀態(tài)下的緊急處理第15頁/共35頁工業(yè)生產(chǎn)過程的安全要求對上述運(yùn)行過程按一定的順序操作其他要求：監(jiān)視和管理整個生產(chǎn)過程對生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)劃、調(diào)度和決策生產(chǎn)過程的異?，F(xiàn)象記錄，事故案例的積累以及安全操作與控制措施的總結(jié)第16頁/共35頁一個工廠、一個生產(chǎn)流程、一個生產(chǎn)裝置，均需按產(chǎn)品品質(zhì)和數(shù)量的要求、原材料供應(yīng)及公共設(shè)施情況，由工藝設(shè)備組建一定的工藝流程而后組織生產(chǎn)。工藝流程：主要是針對生產(chǎn)，為合理使用各種機(jī)械，提高機(jī)械使用率，提高總體生產(chǎn)力的一個工藝技術(shù)安排。生產(chǎn)過程中各種擾動、設(shè)備特性的改變、操作的穩(wěn)定均對安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。第17頁/共35頁影響工業(yè)生產(chǎn)的安全因素：原材料的組成變化產(chǎn)品性能與規(guī)格的變化生產(chǎn)過程中設(shè)備的安全可靠性裝置與裝置、工廠與工廠之間的關(guān)聯(lián)性生產(chǎn)設(shè)備特性的漂移控制系統(tǒng)失靈第18頁/共35頁

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程，能量平衡接近于臨界狀態(tài)，一個局部的擾動，就會在整個生產(chǎn)過程傳播開來，給安全生產(chǎn)帶來威脅。蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，可能在美國得克薩斯州引起一場龍卷風(fēng)。在初始條件下的十分微小的變化，經(jīng)過不斷放大，對事物未來會造成極其巨大的影響與后果。第19頁/共35頁

為了使一個工業(yè)生產(chǎn)過程或一個企業(yè)良好、高效地運(yùn)行，都離不開對整個生產(chǎn)過程物料、能源、人力等的管理、組織和運(yùn)作。要達(dá)到此目的，必須對工業(yè)生產(chǎn)過程的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的檢測和控制。生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、安全穩(wěn)定地生產(chǎn)與操作等，都離不開自動化技術(shù)。第20頁/共35頁企業(yè)生產(chǎn)過程管理與控制的遞階結(jié)構(gòu)由有關(guān)的生產(chǎn)過程工藝設(shè)備如容器、泵、機(jī)器、管道等組成由生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的測量變送儀表、儀器、自動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。由計(jì)算機(jī)(或DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成用于自動監(jiān)視和代替人工自動控制工業(yè)生產(chǎn)過程的最基本的自動化設(shè)備實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制層無法做到的多變量控制由計(jì)算機(jī)(或DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成為先進(jìn)控制層提供優(yōu)化給定值、優(yōu)化控制軌跡或生產(chǎn)方案優(yōu)化監(jiān)控層提供各種優(yōu)化目標(biāo)或約束條件第21頁/共35頁

常規(guī)控制：所謂常規(guī)控制是指采用經(jīng)典的PID(由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成

)控制算法或其他簡單的控制算法，使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，在遭受到外來擾動情況下，穩(wěn)定地維持在預(yù)先的給定值上。三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。

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這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路(單個參數(shù)的控制)負(fù)反饋控制系統(tǒng)(或叫反饋控制回路)第23頁/共35頁如果外來的擾動是可以測量的，則可組成單回路的反饋加前饋控制系統(tǒng)第24頁/共35頁先進(jìn)控制是對那些不同于常規(guī)單回路PID控制，并具有比常規(guī)PID控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計(jì)算機(jī)控制算法。第25頁/共35頁3.3生產(chǎn)過程安全控制系統(tǒng)組成簡單控制系統(tǒng)是最基本、最常見、應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)，約占控制回路的80%以上。簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)。在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)中，也往往把它作為最低層的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的第26頁/共35頁簡單控制系統(tǒng)組成①被控對象也稱對象，是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。被控對象需要控制的變量稱為被控變量。②測量變送器測量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號的輸出，作為測量值。標(biāo)準(zhǔn)信號的含義是其上下限符合規(guī)定系列:0~l0mA,4~20mA,0.02~0.1MPa等。③執(zhí)行器常用的是控制閥。接受控制器來的信號直接改變操縱變量,通過操作這個變量可克服擾動對被控變量的影響，通常是由執(zhí)行器控制的某工藝流量。④控制器也稱調(diào)節(jié)器。它將被控變量的設(shè)定值與測量值進(jìn)行比較得出偏差信號，并按一定規(guī)律給出控制信號。第27頁/共35頁液位控制系統(tǒng)液位h是需要控制的工藝變量，稱為被控變量。

Qo為操縱變量進(jìn)水量Qi是造成被控變量產(chǎn)生不期望波動的原因，稱為擾動液位人工控制示意圖第28頁/共35頁①用眼睛觀察液位計(jì)實(shí)際液位的指示值，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦;②通過大腦對眼睛觀測到的實(shí)際液位值與事先在大腦中儲存好的希望值即給定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差的大小和方向，經(jīng)過分析、思考，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出命令;③根據(jù)大腦發(fā)出的控制命令，通過手去改變出水閥門開度，以改變Q。來控制液位;④反復(fù)執(zhí)行上述操作，直到將液位控制到所希望的數(shù)值上。第29頁/共35頁工藝控制流程圖，它是用自控設(shè)計(jì)的文字符號和圖形符號在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程自動控制的原理圖。圖中，小圓圈表示某些自動化儀表，圓內(nèi)由兩位以上字母，第一位字母表示被測量變量，后繼字母表示儀表的功能。第30頁/共35頁采用液位測量變送器LT檢測液位值并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號，如4~20mA。這一測量信號送往液位控制器LC，控制器的設(shè)定值由人工給定?？刂破鞲鶕?jù)偏差的正負(fù)、大小及變化情況，發(fā)出控制信號。控制器的輸出送往執(zhí)行器，此處為控制閥，控制閥根據(jù)控制信號變化增大或減小閥門的開度，調(diào)節(jié)出水流量，使測量值接近或等于給定值。第31