化工過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告--吸收塔和解吸塔的液位流量均勻控制系統(tǒng)

1、<p>　　《化工過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告》</p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： <

2、;/p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起止日期：2011年12月18日～2011年12月23日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的

3、2</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目和要求2</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)內(nèi)容2</b></p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)9</b></p><p><b>　　參考書(shū)目9</b></p><p><b>　　1.課

4、程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉吸收塔液位控制系統(tǒng)方法及應(yīng)用，將學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門(mén)課程及有關(guān)課程的基本知識(shí)去解決某一實(shí)際問(wèn)題，加深對(duì)該課程知識(shí)的理解。鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和查看資料來(lái)解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目和要求</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的

5、吸收塔和解吸塔的液位流量均勻控制系統(tǒng)。整個(gè)裝置根據(jù)分程控制系統(tǒng)的具體被控對(duì)象和控制要求獨(dú)立設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)控制方案。掌握分程控制系統(tǒng)，完成相應(yīng)的流量、液位及溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并畫(huà)出分程控制系統(tǒng)的原理圖和工藝流程圖。通過(guò)對(duì)典型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，并對(duì)其中一個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　3.1吸收塔和

6、解吸塔的控制</p><p>　　吸收是利用液體吸收劑收集或冷凝氣流中的某些組分的過(guò)程。而解吸過(guò)程剛好相反，它是將已吸收的組分從液體中除去或解吸出來(lái)。這兩個(gè)過(guò)程可以相互獨(dú)立地進(jìn)行，例如從煙道氣中吸收二氧化硫，或從“酸水”中解吸硫化氫。而更多的情況是這兩個(gè)過(guò)程聯(lián)合運(yùn)行，例如大型氨廠脫碳工序普遍采用聯(lián)合運(yùn)行的工藝流程，見(jiàn)圖</p><p>　　今以它為例簡(jiǎn)單的介紹如下：</p>

7、<p>　　溫度為250℃左右的低變氣用水淬冷到露點(diǎn)（178℃），然后進(jìn)入低變氣再沸器，放出大量冷凝熱作為再生熱源，本身冷卻到127℃。噴水淬冷的目的是降低氣體進(jìn)再沸器的溫度，減少殼側(cè)熱堿液的腐蝕，同時(shí)又能提高再沸器的傳熱效果。這是因?yàn)?，如果不淬冷，則傳熱是依靠氣體的降溫放熱。傳熱系數(shù)較小，而淬冷后是冷凝放熱，傳熱系數(shù)大。低變氣再進(jìn)液滴的分離器，分出冷凝水，然后進(jìn)入吸收塔的底部。</p><p>　　氣

8、體在吸收塔內(nèi)自下而上通過(guò)四層填料，與從上流下的熱堿逆流接觸。氣體中CO2被吸收，部分水蒸汽也同時(shí)冷凝，最后氣體中還剩余0.1CO2。出吸收塔的氣體再經(jīng)過(guò)一個(gè)液滴分離器，除去夾帶的溶液，然后將氣體送往甲烷加工工序。</p><p>　　吸收塔有兩個(gè)進(jìn)液口，從塔中部進(jìn)入的是半貧液。它來(lái)自解吸塔中部，用半貧液泵打入吸收塔，流過(guò)下邊兩層填料。</p><p>　　貧液從解吸塔底部流出經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱

9、器冷卻后，用貧液泵送到吸收塔頂，自上而下流過(guò)兩層填料，再與半貧液匯合。</p><p>　　吸收塔底的富液流出，利用自身壓力送到解吸塔頂。由于吸收塔壓力很高，所以富液可用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水力透平回收能量。這臺(tái)水力透平帶動(dòng)三臺(tái)半貧液泵中的一臺(tái)，其余兩臺(tái)由蒸汽透平來(lái)帶動(dòng)。水力透平設(shè)有旁路閥，在開(kāi)停車(chē)或事故時(shí)富液不經(jīng)過(guò)水力透平而直接送往解吸塔。</p><p>　　富液經(jīng)過(guò)水力透平減壓，在解吸塔頂就閃

10、蒸出一些CO2。液體從上而下流經(jīng)填料層，與從下而上的熱氣體（水蒸汽和CO2混合物）逆流接觸。氣液間互相換熱和傳質(zhì)，液體溫度不斷上升，溶解的CO2不斷放出。只經(jīng)過(guò)兩層填料的半貧液從解吸塔中部抽出，用半貧液泵送往吸收塔中部。小部分溶液（約占總量）繼續(xù)流過(guò)最下一層填料，再進(jìn)一步再生，最后流入變換氣再沸器和蒸汽再沸器，加熱保持沸騰狀態(tài)，使溶液中的CO2脫除到規(guī)定的要求，返回解吸塔底部。隨后貧液經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器，被給水所冷卻，然后用貧液泵送往吸收

11、塔頂。</p><p>　　解吸出來(lái)的CO2氣體從解吸塔頂出去，經(jīng)冷凝器冷卻，并在液滴分離器中分出冷凝水后，送往氨加工車(chē)間。</p><p><b>　　工藝流程圖</b></p><p>　　3.1.2控制方案的論證與選擇</p><p>　　在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)設(shè)備是緊密聯(lián)系在一起的，前一設(shè)備的出料往往是后一設(shè)備的

12、進(jìn)料，特別是石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，前后塔器之間操作密切，互相關(guān)聯(lián)，前一精餾塔的出料就是后面塔的進(jìn)料，為了保證塔器的正常運(yùn)行，要求進(jìn)入塔的流量變化平緩，同時(shí)要求塔釜液位穩(wěn)定。如果對(duì)前面精餾塔采取液位控制，對(duì)后面塔采取流量控制，其調(diào)節(jié)參數(shù)都是塔底出料量，顯然，這兩個(gè)控制系統(tǒng)工作時(shí)是有矛盾的，因?yàn)楫?dāng)前面塔的液位由于干擾作用而升高時(shí)，液位調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)使調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，塔底出料量增大（即送入后面塔的進(jìn)料量增大）。為了保持后面塔進(jìn)料量的穩(wěn)定，流量調(diào)節(jié)器

13、輸出信號(hào)使流量調(diào)節(jié)閥關(guān)小，這樣串聯(lián)在同一管道上的前后兩個(gè)流量調(diào)節(jié)閥動(dòng)作方向相反，發(fā)生矛盾。因此這種不協(xié)調(diào)的控制方案是不可取的。 </p><p>　　為了解決前后兩塔供求之間的矛盾，可在兩塔之間設(shè)置一個(gè)中間貯槽，這樣既滿(mǎn)足了前面塔液位調(diào)節(jié)的要求，又緩沖了后面塔進(jìn)料量的波動(dòng)，但增加了設(shè)備和投資，而且遇有化合物易于分解或聚合時(shí)，不宜在貯槽內(nèi)貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，于是企圖設(shè)法采用自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)模擬中間貯槽的緩沖作用，力圖使液位和流

14、量能均勻地變化，組成所謂均勻控制系統(tǒng)。由此可知均勻控制是指控制目的，而不是指控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　均勻控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程控制質(zhì)量指標(biāo)要求服從于控制目的，塔釜液位和塔底出料量之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，往往兩個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)質(zhì)量都要照顧，只要兩個(gè)參數(shù)在某一范圍內(nèi)作緩慢變化，前后工序維持正常就達(dá)到了目的。</p><p>　　據(jù)上所述，均勻控制應(yīng)具有以下特點(diǎn)： </p>&

15、lt;p>　　1. 前后兩個(gè)設(shè)備的兩個(gè)參數(shù)都應(yīng)該是緩慢變化的。當(dāng)采取液位定值調(diào)節(jié)時(shí)，是通過(guò)調(diào)節(jié)流量的手段達(dá)到的，因此要使液位平穩(wěn)，流量變化就較大，這樣就不能滿(mǎn)足下一工序平穩(wěn)進(jìn)料的要求；如果采取流量定值調(diào)節(jié)，流量穩(wěn)定，但前一設(shè)備的液位波動(dòng)就比較大；如果采取均勻控制，就能兼顧液位和流量都在允許范圍內(nèi)緩慢均勻地變化，因此符合均勻控制的目的。 </p><p>　　2. 前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)參數(shù)應(yīng)保持在工藝

16、操作所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。如塔釜液位過(guò)高會(huì)造成沖塔現(xiàn)象，液位過(guò)低又會(huì)使塔釜有流干的危險(xiǎn)，而后塔的進(jìn)料量也不能超過(guò)它所能承受的最大負(fù)荷和最低處理量。 </p><p>　　3.1.3分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求,選擇吸收塔底富液液位高度作為被控變量,吸收塔底富液的流量作為操縱變量，并選用分程控制系統(tǒng)對(duì)液位進(jìn)行控制。</p><p>　　具體

17、工作過(guò)程如圖所示</p><p>　　LRC-1工藝流程圖</p><p>　　LRC-1分程控制控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　3.1.4控制系統(tǒng)硬件選擇</p><p><b>　　(1)控制閥的選擇</b></p><p>　　根據(jù)工藝的要求兩個(gè)控制閥都選氣開(kāi)式，當(dāng)最大體積流量為,流體密

18、度為，閥前后的壓差Δp=0.2MPa，計(jì)算得出控制閥的流通能力C為</p><p><b>　　(8-1)</b></p><p>　　從表中查得，，Dg=40mm,dg=40mm。又根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求和控制要求，控制閥的流量特性選用理想流量特性中的對(duì)數(shù)流量特性。</p><p>　　(2) 液位控制器的選擇</p><p&

19、gt;　　控制器正反作用的選擇：控制系統(tǒng)中的副流量測(cè)量變送器在所測(cè)流量升高時(shí)，變送器的輸出增大，所以相當(dāng)于正特性。而控制閥為氣關(guān)閥，所以也是正特性。對(duì)于副環(huán)來(lái)說(shuō)當(dāng)流量升高時(shí)，副測(cè)量變送器的輸出增大，即副控制器的輸入增大。此時(shí)需要控制閥的開(kāi)度減小液體流量，控制閥接受的控制信號(hào)減小，即副控制器的輸出減小。所以說(shuō)在副控制器輸入值增大而輸出要增大，副控制器應(yīng)選正作用形式。</p><p>　　控制系統(tǒng)中的主液位測(cè)量變送器

20、在所測(cè)流量升高時(shí)，變送器的輸出增大，所以相當(dāng)于正特性?？梢园迅杯h(huán)整個(gè)看成是正特性。對(duì)于主環(huán)來(lái)說(shuō)被控對(duì)象是減小流量。要想控制系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)小于零，即主變送器、主控制器、被控對(duì)象、副環(huán)整體的放大倍數(shù)的乘積為負(fù)值。所以主控制器應(yīng)選反作用形式才能保證系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為負(fù)[2]。</p><p>　　控制器控制規(guī)律的選擇：最基本的控制規(guī)律有三種，比例P、積分I、微分D。比例P控制及時(shí)但是有余差，適用于控制精度不

21、高的場(chǎng)合。積分I控制不及時(shí)但可消除余差，使用語(yǔ)控制精度高、滯后小的場(chǎng)合。微分D能實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，用于系統(tǒng)有滯后的情況。根據(jù)實(shí)際情況，副環(huán)要求控制及時(shí)，但溫度測(cè)量又有較大的滯后，所以副控制器選擇比例微分（PD）控制規(guī)律。主控制器控制的也是溫度對(duì)象，所以選擇比例積分微分(PID)控制規(guī)律。</p><p>　　3.1.7測(cè)量變送器的選擇</p><p>　　在常用的用于測(cè)量流量原件孔板流量計(jì)，節(jié)

22、流裝置結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡(jiǎn)單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉。 　　▲孔板計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與加工 　　▲應(yīng)用范圍廣，全部單相流皆可測(cè)量，部分混相流亦可應(yīng)用。 　　▲標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置無(wú)須實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用。 　　▲一體型孔板安裝更簡(jiǎn)單，無(wú)須引壓管，可直接接差壓變送器。 　　▲采用進(jìn)口單晶硅智能差壓變送器 　　▲高精度，完善的自診斷功能 　　▲智能孔板流量計(jì)其量程可自編程調(diào)整。 　　▲可同時(shí)顯示累計(jì)流量、瞬時(shí)流量、壓力、

23、溫度。 　　▲具有在線、動(dòng)態(tài)全補(bǔ)償功能外，還具有自診斷、自行設(shè)定量程。 　　▲配有多種通訊接口 　　▲穩(wěn)定性高 　　▲量程范圍寬、大于10：13.1.8控制系統(tǒng)的實(shí)際工作過(guò)程</p><p>　　液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)方塊圖所示</p><p>　　只有副環(huán)有干擾作用時(shí)，假設(shè)現(xiàn)在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)有干擾2作用于副流量對(duì)象時(shí)，使管道中流量增大。使塔內(nèi)液位升高，那么副回路的副

24、流量測(cè)量變送器的輸出信號(hào)將增大，此輸出信號(hào)送入副回路的副控制器——副回路控制器TC2，因?yàn)楦绷髁靠刂破鱐C2為正作用控制器，所以副流量控制器TC2的輸出的控制信號(hào)也將小。此控制信號(hào)作用于控制閥，因?yàn)榭刂崎y為氣關(guān)閥，所以當(dāng)控制信號(hào)曾大時(shí)，閥的開(kāi)度減小，通過(guò)閥的流量將減小，塔內(nèi)液位降低，直至回到塔內(nèi)液位穩(wěn)定時(shí)所要求的高度。此時(shí)副溫度控制器TC2的給定值也不變，副溫度變送器的輸出信號(hào)與此給定信號(hào)做偏差數(shù)值變小。同理當(dāng)干擾使副回路中塔內(nèi)液位變大

25、，副流量測(cè)量變送器的輸出增大，副流量控制器TC2的輸出將減小，控制閥的開(kāi)度關(guān)閉，進(jìn)入塔內(nèi)流量隨之增小，控制液位高度，直到到達(dá)穩(wěn)定時(shí)塔內(nèi)液位的高度。所以當(dāng)有干擾作用在副環(huán)內(nèi)時(shí)能夠很快的被消除，在干擾影響到主控變量之前就會(huì)被消除，這使得控制器的反應(yīng)速度大大加快。所以應(yīng)盡可能的吧干擾包圍在副環(huán)內(nèi)，尤其是對(duì) 主控變量有很大影響的干擾，這樣可以很大程度的提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。</p><p>　　只有主環(huán)有干擾作用時(shí)，

26、假設(shè)現(xiàn)在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)有干擾1作用于主液位對(duì)象時(shí)，塔內(nèi)的液位升高，那么主液位測(cè)量變送器的輸出將增大，因?yàn)橹饕何豢刂破鱐C1為正作用閥，所以其輸出控制信號(hào)將減小，即副流量控制器TC2的給定值減小了。而副流量控制器TC2的測(cè)量值沒(méi)變，所以測(cè)量值與給定值的偏差信號(hào)減小，副流量控制器TC2也為正作用，其輸出將增大，所以閥的開(kāi)度減小，塔內(nèi)的液位減小。</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)</b>

27、</p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工

28、作前一個(gè)必不少的過(guò)程．”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。</p>

29、<p>　　由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂(lè)意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。</p><p><b>　　參考書(shū)目</b></p><p>　　1. 孫洪程，魏杰，翁維勤，《過(guò)程控制系統(tǒng)及工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2010年</p><p>　　2. 林德杰，《過(guò)程控制儀