华东理工大学自动化工程设计报告

华东理工大学自动化工程设计报告内容摘要：

氢反应器操作条件 :温度 0~40℃。 压力 1 6~3 6 MPa。 催化剂 0 1%(质量分数 )钯 /氧化铝。 混合相反应器出口物流冷却后进入分离塔 ,塔釜富含 C3 组份液体引入 高压脱丙烷塔顶作为回流液 ,分离塔顶气相物流经蒸汽加热后进入气相加氢反应器。 任何乙炔选择加氢催化剂都可用在此种气相加 氢反应器中 ,目前最普遍使用的是钯催化剂 ,而且其性能也较好。 气相加氢反应器出口物流通过冷箱 ,用 C3 冷却剂进行冷却和部分冷凝后 ,进入分离塔分离成一种气相物流和一种液相物流。 富含乙烯、甲烷和 氢气等轻组份的气相从塔顶送往下游的脱甲烷塔和 /或脱乙烷塔及其它进一步分离各组份的分离设备。 富含丙烯和丙烷的液体从塔釜引出 ,用泵输送 ,一部分与分离塔塔釜液合并作为前脱丙烷塔顶回流液 ,另 一部分作为混合相加氢反应器 进料。 3． 6 裂解气混合相选择加氢工艺 Cosyns 等 [23]提出裂解气混合相选择加氢工艺 (图 5)。 该工艺将裂解气干燥器出口气相 (裂解气 )和液相 (已加氢的裂解汽油 )混合进入列管式混合相加氢反应器 (开车时液相进料改用甲苯 ),反应器出口物流冷却后送入有 10 块塔盘的蒸馏塔 ,塔顶气相物流含有氢气、甲烷、 C2馏份、 C3 馏份和 C4 馏份 ,送往下游分离装置。 塔釜液相物流含有 C5~C9 裂解汽油和少量 C4,一部分用泵循环与气相裂解气混合 ,其余作为汽油出售或送往芳烃装置。 裂解气混合相选择 加氢反应条件 :气相空速 2500h1(标准状况 )。 压力 20MPa。 温度 40℃。 液相空速 10 h1(标准状况 )。 催化剂 0 05%(质量分数 )钯 /氧化铝。 裂解气混合相选择加氢反应结果 :C2 馏份中乙炔摩尔分数 5 106。 裂解汽油中顺丁烯二酸酐值 3。 辛烷值约 98。 双烯烃摩尔分数 0 3%。 烯烃摩尔分数约10%。 运行 2个月的反应结果见表 1。 华东理工大学 自动化工程设计报告 工业上乙炔选择加氢一般采用绝热式固定床反应器 ,碳二原料经过换热和预热 ,反应器入口温度在 25~100℃ ,当温度较高时有利于副反应的发生 ,特别是乙炔直接加氢生成乙烷伴随着 大量的反应热生成 ,使物料温度继续升高 ,这样整个反应过程会进入恶性循环 ,最后催化剂床层有可能会出现飞温现象。 所以碳二加氢反应对催化剂的选择性要 求很高 ,另外实际操作过程中对工艺参数的控制也很重要 ,应控制较低的入口温度和合适的氢气量 主反应 C2H2+H2C2H4(1) 副反应 C2H4+H2—— C2H6(2) C2H2+2H2—— C2H6(3) 剩余乙炔被加氢至小于 5ppm 以下 在初始反应稳定后，反应器入口条件为 温度 25~34℃ 压力 物料流量 12020~14000m3/hr 氢气流量 90~140 m3/hr 华东理工大学 自动化工程设计报告 乙炔浓度 ~% 利用这些数据对反应器模拟计算，计算结果如表 从表中模拟计算结果看，反应出口温度和乙炔浓度计算结果和实际相差不大。 由于工业操作参数的变化，有时反应器出口温度和乙炔浓度的相应变化会有一些滞后，所以有个别数据偏差较大。 一般来说在稳定操作条件下，模拟结果能很好地和实际运行结果吻合。 由于初期催化剂活性和选择性好，与小试得出动力学方程的条件相似。 在这种条件下利用动力学方程模拟计算结果与实际相差较小。 但是当催化剂运行一段时间后，由于副反 应的增加，加上反应生成的低聚物覆盖在催化剂表面，此时的反应过程与小试条件相差大，在这种条件下模拟计算结果误差较大。 为了保证 C2加氢等温反应器及绝热反应器的反应效果 , 要求 C2 加氢的进料流量与氢气的流量按着一定的比值进行调节 , 氢气量随着进料量的变化而变化。 氢气 /进料流量比值要根据氢气 /乙炔比计算得出 , 首先根据进料中炔烃的摩尔含量 ( 由在线分析仪测量 ) 计算出加氢所需的氢气的摩尔量 , 再换算成重量 , 进而得出氢气 / 进料流量比值。 因此 , 氢气 / 乙炔进料流量比值控制又可称为氢气 /乙炔进料流量变比值控制。 氢炔比控制，要求根据乙炔动恋数泣，及时调节各床氢加入量，蔚足规定的华东理工大学 自动化工程设计报告 氢炔比条件，保证各床转化率和产品中乙炔合格。 四、 仪表自控设计方案 罐体控制工作原理是 : 原料在煅烧时由于某种原因出现偏差 e 时 , 控制器便按设置的控制温度对偏差进行运算 , 然后再输出一个控制量 v u到执行机构以减 少偏差 , 直到满足控制要求为止 , 此时控制器输出 u 便维持在一定的值上不再改变。 整个系统采用闭环控制 , 能有效的消除给定值与被控参数的偏差 , 以及与煅 （ 7）罐体单回路控制 烧温度和时间的跟踪。 模块输出 4~ 20mA 信号 , 控制执行机构动作 , 改变煤气流量 , 达到控制温度的目的 ,同时 , 为保证燃烧的经济性 , 煤气与空气必须按一定比 例混合 , 本系统采用比值与反馈控制系统 , 通过控制煤气空气的流量 , 使温度保持在一定范围内。 加氢裂化加热炉的串级控制 华东理工大学 自动化工程设计报告 （ 8）加氢裂化工艺流程简图 加热炉的主要作用是把待加热的物料加热到规定的温度后送出，因此要求自动控制系统能快速、准确地克服扰动对加热炉物料出口温度的影响。 对自动控制系统的要求主要体现在快速性和准确性两个方面。 而影响加热炉出口物料温度的因素有以下几个方面：燃料的流量（压力）、燃料的质量、物料的流量，即负荷、物料的温度、环境的温度以及加热炉的结构。 主要任务是把原 制 油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。 加热炉的工艺流程图如图 所示。 燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管中，就被加热到 出口温度 θ1。 在燃料油管道上装设一个调节阀，用它来控制燃油量以达到调节温度 θ1 的目的。 （ 1）主、副操纵变量的选择 主操纵变量：应选择具有较快动态响应的操纵变量 副操纵变量：应选择较好静态性能的操纵变量 主、副控制器的选择 双重控制系统的主、副控制器均起定值控制作用，为了消除余差，主、副调节器均应选择 PI 控制的控制器，通常不加微分控制作用，当被控对象的时间常数较大时，为加速主对象的响应，可适当加入微分。 对于副控制，由于起缓慢调节作用，因此，也可以选用纯 积分的控制器。 （ 2）主、副控制器正、反作用的选择 先确定控制阀的气开、气关形式，然后根据动态响应被控对象的特性确定主控制器的正、反作用形式，最后根据慢响应被控对象的特性确定副控制器的正、反作用方式。 （ 3）双重控制系统的投运和参数整定 与简单控制系统投运相同。 在手、自动切换时，应该无扰动切换；投运方式是先主后副，即先使快响应对象切入自动，然后再切入慢响应控制回路。 主控制器参数整定要求：具有快的动态响应。 副控制器参数整定以缓慢变化、不造成对系统的扰动为目标，可采用宽比例度和大积分时间、甚至可采用纯积分作用。 五、 仪表计算和选型 检测仪表（元件）选型 1)工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。 2)操作上的重要性 各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。 一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺华东理工大学 自动化工程设计报告 过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。 3)经济性和统一性 仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能／价格比。 为便于仪表的维修和管理，在 选型时也要注意到仪表的统一性。 尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。 4)仪表的使用和供应情况 选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。 . 检测仪表（元件）及控制阀选型 检测仪表（元件）及控制阀选型的一般原则如下： （ 1）工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。 （ 2）操作上的重要性 各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。 一般来说，对工艺过程影响不大，但需监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；上些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。 （ 3）经济性和统一性 仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能 /价格比。 为便 于仪表的维修和管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。 尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。 （ 4）仪表的使用和供应情况 选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。 温度仪表的选型 ． 1 一般原则 （ 1）单位及标度（刻度） 温度仪表的标度（刻度）单位，统一采用摄氏温度（℃）。 （ 2）检出（测）元件插入长度 1）插入长度的选择应以检出（测）元件插至被测介质温度变化灵敏具有华东理工大学 自动化工程设计报告 代表性的位置为原则。 但在一般情况下，为了便于互换，往往整个装置统一选择一至二挡长度。 2）在烟道、炉膛及带绝热材料砌体设备上安装时，应按实际需要选用。 （ 3）检出（测）元件保护套材质不应低于设备或管道材质。 如定型产品保护套太薄或不耐腐蚀（如铠装热电偶），应另加保护套管。 （ 4）安装在易燃易爆场所的就地带电接点的温度仪表、温度开关、温度检出（测）元件和变送器等，应选用防爆型。 集中温度仪表的选型 （ 1）检出（测）元件 1）根据温度测量范围，选用相应分度号的热电偶、热电阻或热敏电阻。 2）热电偶适用于一般场合。 热电阻适用于无振动场合。 热敏电阻适用于要求测量反应速度快的场合。 3）根据测量对象对响应速度的要求，可选用下列时间常数的检出（测）元件： ①热电偶： 600s、 100s 和 20s 三级； ②热电阻： 90～ 180s、 30～ 90s、 10～ 30s 和＜ 10s 四级； ③热敏电阻：＜ 1s。 4）根据使用环境条件，按下列原则选用接线盒： ①普通式：条件较好的场所； ②防溅式、防水式：潮湿或露天的场所； ③隔爆式：易燃、易爆的场所； ④插座式：仅适用于特殊场合。 5）一般情况可选用螺纹连接方式，对下列场合应选用法兰连接方式： ①在设备、衬。