化工专业毕业论文萃取精馏实验工厂电气仪表控制系统设计.docx
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化工专业毕业论文萃取精馏实验工厂电气仪表控制系统设计
化工专业毕业论文--萃取精馏实验工厂电气仪表控制系统设计
化工专业毕业论文--萃取精馏实验工厂电气仪表控制
系统设计
摘要
精馏是化工石油化工炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同通过加热的方法将各组分进行分离以达到规定的纯度对于沸点几乎相同的液体只能通过萃取即在混合液中添加萃取剂的方法加以分离萃取往往和精馏一起进行
萃取精馏实验工厂电气仪表控制系统为萃取精馏生产工艺提供电气制冷加热压缩空气等动力系统和过程参数的测量与监控是实验装置连续安全生产的基本条件本文在充分了解萃取精馏工艺过程的基础上明确了萃取精馏工艺的控制要求进行了电气控制系统设计测量和控制仪表选型系统控制方案的确定和仪表控制系统的设计并给出相应设计图纸本设计综合了自动控制原理计算机控制技术过程控制系统及电气传动等方面的专业知识训练了我们在生产工艺系统设计安装调试和运行维护等方面的能力
关键词萃取精馏电气控制仪表控制
ExtractiveDistillationPilotPlantElectricalInstrumentation
ControlSystemDesign
ABSTRACT
Distillationisthechemicalpetrochemicaloilrefiningproduction
processbeappliedwidelyintheprocessofmassandheattransfer
DistillationprocesswasdesignedusingthemixtureofvolatilecomponentsinthedifferentdegreebymeansofheatingthecomponentswereseparatedtoreachtherequiredpurityTheboilingpointisalmostidenticaltotheliquidonlythroughextractionnamelyinthemixedliquidextractantisseparatedtoaddmethodExtractionanddistillationoftentogether
ExtractiondistillationplantinstrumentationandelectricalcontrolsystemforextractivedistillationproductionprocesstoprovideelectricalrefrigerationheatingcompressedairpowersystemsandprocessparametermeasurementandcontrolexperimentaldeviceiscontinuousthebasicconditionsforsafeproductionInthispaperafullunderstandingoftheextractivedistillationprocessbasedonprocessmadecleartheextractivedistillationprocesscontrolrequirementsthedesignofelectricalcontrolsystemmeasurementandcontrolinstrumentselectionsystemcontrolschemeofinstrumentationandcontrolsystemdesignandthecorrespondingdesigndrawingsTheintegrateddesignprincipleofautomaticcontrolcomputercontroltechnologyprocesscontrolsystemandelectricdriveandotheraspectsofprofessionalknowledgetrainingweintheproductionprocesssystemdesigninstallationandoperationandmaintenanceskills
KeyWordsExtractivedistillationElectricalcontrolInstrumentcontrol
第一章绪论1
11过程控制的简介1
12萃取精馏的简介1
13天津公共实训中心的简介114设计目标及意义2
第二章萃取精馏的工艺过程和控制要求3
21工艺过程3
com馏原理及工艺过程3
com共实训中心萃取精馏工艺过程422控制要求5
第三章电气控制系统设计731主回路设计7
32二次回路设计9
第四章仪表控制系统设计1141过程控制仪表的简介1142仪表的选型规则12
com型的一般规则12
com压力流量物位仪表选型原则134316
第五章精馏塔控制方案1951基本控制方案19
com19
com品质量控制2052本系统控制方案22第六章控制系统的安装调试及后期维护24
61系统设备的安装24comAEOT模温机的安装24com冷水机安装25com的安装26
com表的安装27
62系统的调试运行28com统的调试28
com运行操作30
63系统的维护31参考文献32
附录A33
附录B34
附录C36
附录D38
附录E39
附录F41
附录G45
致谢47
第一章绪论
11过程控制的简介
过程控制是生产过程自动化的简称它泛指石油化工电力冶金轻工建材核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制是自动化技术的重要组成部分过程控制正在为实现工业生产中各种最有经济指标提高经济效益和社会效益节约能源改善劳动条件保护生态环境等方面起着越来越大的作用
过程控制通常是对生产过程中的温度压力流量液位成分和物性等工艺参数进行控制使其保持为定值或按一定规律变化以确保产品质量和生产安全并使生产过程按优化目标自动进行
12萃取精馏的简介
精馏是化工石油化工炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同通过加热的方法将各组分进行分离以达到规定的纯度对于沸点几乎相同的液体只能通过萃取即在混合液中添加萃取剂的方法加以分离萃取往往和精馏一起进行而随着科学技术的日新月异和现代工业的发展萃取精馏已成为不可或缺的一部分它作为一种分离络合物近沸点混合物及其他低相对挥发度混合物技术在石油化学工业中的13-丁二烯的分离芳烃抽提乙醇水分离环己烷提纯等过程得到广泛的应用
13天津公共实训中心的简介
天津公共实训中心萃取精馏实验工厂是工厂化实验装置该实验装置目前仅在天津公共实训中心萃取精馏实验工厂中配备为鉴定和培养高级技能人才天津职业技能公共实训中心全国设施最好规模最大功能最完善的高技能人才培养基地与各院校及职业技能培训学校错位发展专门培养高级技能人才培训专业领域
依据本市制造业发展方向的需求一期工程已基本完成建有现代制造现代控制和信息三个技术实训中心二期工程
第二章萃取精馏的工艺过程和控制要求
21工艺过程
com馏原理及工艺过程
1精馏萃取
精馏是化工石油化工炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同通过加热的方法将各组分进行分离以达到规定的纯度对于沸点几乎相同的液体只能通过萃取即在混合液中添加萃取剂的方法加以分离萃取往往和精馏一起进行
精馏就是将一定浓度的溶液送入精馏装置使其反复地进行部分汽化和部分冷凝从而得到预期的塔顶与塔底产品的操作完成这一操作的设备除精馏塔外还有再沸器冷凝器与回流罐等如下图21所示
图21精馏塔控制图
comDistillationcolumncontrolchart
2过程控制
过程控制就是要实现工业生产过程的自动化其主要任务之一就是要实现工业生产中过程的参数例如温度压力流量与液位的测量与控制其系统一般框图如图22所示
图22过程控制一般框图
comEngineeringcontrolblockdiagram
变送单元一般为热电耦热电阻压力变送器孔板流量计转子流量计差压液位
计磁翻板液位计等
控制器一般为PID调节器即
式中KPTIcom共实训中心萃取精馏工艺过程
天津工工实训中心萃取精馏总工艺图见附录A
本工艺采用三个塔进行连续精馏操作1塔为预处理塔采用常压精馏原料液由泵送入1精馏塔的进料口在此处与自塔上部下降的回液体汇合后通过填料向下流动最后流入塔底加热器中通过填料层时回流液体与上升蒸汽互相接触进行热和质的传递过程操作时连续的从精馏塔底部出料口取出部分液体作为塔底产品釜残液部分液体汽化产生上升蒸汽依次通过各层塔板塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液体其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品馏出液此产品做为下一步萃取精的原料进入下一步的操作
2塔为加盐萃取塔采用常压精馏底部进料口进1塔的产品做为原料上部进料口进入配制好的萃取剂塔顶为脱水后的无水乙醇塔釜为乙二醇水和盐的混合物3塔为萃取剂回收塔采用减压精馏工艺把2塔的塔釜内混合物用泵打入3塔的进料口塔顶部分为水排掉塔底部分为萃取剂和盐的混合物用泵打入2塔的萃取剂进口重复使用流程示意图23所示
图23工艺流程示意图
comProcessflowdiagram
22控制要求
萃取精馏工艺控制要求
1WinCC界面提示本地操作R-101搅拌配料V-101进料V-103V-104进料阀关闭V-102进料阀打开1塔其他手动阀位开关置于工作位置准备气源
2远程就地控制选择开关自动手动控制置于远程控制WinCC界面远程启动冷热源
3液位LI-10130开启P-101LI-10110或LI-20595停止P-101关闭FV1102
4投入T-101塔底液位控制液位LIC106与流量调节阀FV1102单回路控制
6温度TIC-104达到预定值开始全回流同时WinCC界面提示本地开启1冷却水阀全回流开始计时一旦预设的时间满足或温度TIC-104达到70?
时开始投入自动控制按照单回路自动控制
7WinCC界面提示延时时间可设定前馏分采样分析
8当前馏分采样值90本地关闭前馏罐V-102进料阀根据液位LI-103LI-104本地开启V-103或V-104对V-103或V-104采样分析采样值92本地开启V-105进料阀采样值92本地开启V-101进料阀
9WinCC界面提示本地操作R-101搅拌萃取剂配料V-201进料23塔其他手动阀位开关置于工作位置
10液位LI-105且LI-201达到30启动真空泵自锁真空泵
11液位LI-20130开启P-201液位LI-10510停止P-201关闭FV2102
12液位LIC-201和真空度PI-307达到规定值WinCC界面提示本地开启2塔导热油阀
13温度TIC-206上升时启动泵P-203
14温度TI-202达到100?
且液位LIC-201到规定值时开启萃取剂回收泵P-301液位LIC-20110停止P-301
15液位LIC-301到达规定值WinCC界面提示本地开启3塔导热油阀
16温度TIC-206达到预定值开始全回流同时WinCC界面提示本地开启2塔冷却水阀全回流开始计时一旦预设的时间满足后开始投入自动控制按照单回路自动控制
17WinCC界面提示延时时间可设定产出物采样分析含水量02时合格产品放至V-205将前期不合格产品放回V-105共沸物储罐
18温度TIC-304达到预定值开始全回流同时WinCC界面提示本地开启3塔冷却水阀全回流开始计时一旦预设的时间满足后开始投入自动控制按照单回路自动控制
19WinCC界面提示本地开启V-301V-302进料阀回收废水
20液位LIC-301达到设定值启动P-303液位LIC-20110停止P-303液位LI-20210WinCC界面提示本地操作补充萃取剂
1停止P-101关闭FV1102WinCC界面提示当LIC-10110本地关闭1塔导热油阀冷却水阀手动恢复1塔工况
2液位LI-10510停止P-201关闭FV2102继续循环运行一段时间可设定本地监视视镜当2塔没有产出物本地关闭2塔导热油阀2塔冷却水阀停止P-203
3液位LIC-20110停止P-301及P-303
4本地监视视镜当3塔没有产出物时本地关闭3塔导热油阀及3塔冷却水阀
5远程就地控制选择开关自动手动控制置于就地控制
31主回路设计
萃取精馏生产线控制柜是为控制精馏生产线专门设计制作的面板包括3块电压表3块电流表工作指示灯急停指示灯12个电机工作指示灯12组电机启停按钮自动手动按钮和急停按钮
控制柜内包括加热设备电源制冷设备电源生产线各泵的电源控制柜提供的24V电源供给自身继电器的开合与生产线仪表的电源无关
控制柜内所有电器元件为施耐德品牌具体排列情况见图31所示
31电气控制柜排布图
comElectricalcontrolcabinetarrangementdiagram
控制柜接收PCS7柜信号可以对生产线进行自动控制也可以拨动自动手动转换开关进行控制
如有紧急情况可按下急停按钮此时急停指示灯点亮各输送泵被停止运行等待认为恢复
主电路图及电气控制柜设备表见附录B附录E
从主电路图可以看出各泵和各电机电路是一样的现以搅拌电机电路图如图32所示为例进行说明
32搅拌机电路图
comMixercircuit
FR1为热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量使有不同膨胀系数的双金属片发生形变当形变达到一定距离时就推动连杆动作使控制电路断开从而使接触器失电主电路断开实现电动机的过载保护继电器作为电动机的过载保护元件以其体积小结构简单成本低等优点在生产中得到了广泛应用
FQ1为断路器在正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合迅速切断故障电流防止事故扩大从而保证系统安全运行
FQ2为空气开关空气开关是用来做电路保护的一旦出现短路事故就会断开
电路因为采用空气作为灭弧介质所以成为空气开关其基本原理是短路电流远大于正常负载电流短路电流导致脱扣器脱扣动触头在弹簧作用下与静触头分开使得电路断开短路电流如何导致脱扣器脱扣有多种实现方式一般是采用电磁铁的原理实现的线圈中经过负载电流时候电磁铁吸力小经过短路电流时候吸力足以使衔铁动作带动脱扣器脱扣大点的空气开关还带有过负荷保护就是一般采用双金属片当电路过负荷达到一定时间的时候热量会使双金属片变形导致脱扣器脱扣从而断开电路32二次回路设计
萃取精馏生产线电气柜制冷机组加热设备及真空泵系统位于动力间内
电气柜为制冷机组加热设备及各输送泵电机提供动力电源具体二次回路见附录C其中典型二次回路如图33所示
图33典型二次回路
comTypicaltwoloop
KM4为主接触器线圈FR4为热保护触点H6为指示灯SB7SB8为手动启停按钮J28为手自动切换触点J6J7为自动启停触点X615161314为就地启停触点
制冷机组和加热设备为独立的台套设备为萃取精馏生产线提供冷凝和加热所需的冷热源其介质分别为冷水和热油可就地远程启停
气动调节阀压缩空气由实训中心集中供给
第四章仪表控制系统设计
41过程控制仪表的简介
在过程控制中常将调节器含可编程程序控制器电气转换器执行器安全栅等称为过程控制仪表它们是实现工业生产过程自动化的核心装置在过程控制系统中参数检测仪表将被控量转换成电流电压1调节器的功能
一般调节器除了对偏差信号进行各种控制运算外还需具备如下功能
1偏差显示调节器的输入电路接收测量信号和给定信号两者相减后的偏差
信号由偏差显示仪表显示其大小和正负
2输出显示调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示习惯上显示仪表也称为阀位表阀位表不仅显示调节阀的开度而且通过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程
3内外给定的选择当调节器用于定值控制时给定信号常由调节器内部提供称为内给定而在随动控制系统中调节器的给定信号往往来自调节器的外部则称为外给定内外给定信号由内外给定开关进行选择或由软件实现
4正反作用的选择工程上通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时称为正作用调节器而将调节器的输出随反馈的增大而减小时称为反作用调节器为了构成一个负反馈控制系统必须正确地确定调节器的正反作用否则整个系统将无法正常运行调节器的正反作用可通过正反作用开关进行选择或由软件实现
5手动切换操作调节器的手动操作功能是必不可少的在控制系统投入运行时往往先进行手动操作改变调节器的输出待系统基本稳定后在切换到自动运行状态当自动控制时的工况不正常或调节器失灵时必须切换到手动状态以防止系统失控通过调节器的手动自动双向切换开关可以对调节器进行手动自动切换而在切换过程中又希望切换操作不会给控制系统带来扰动即要求无扰动切换
6其他功能除了上述功能外有的调节器还有一些附加功能如抗积分饱和输出限幅输入越限报警偏差报警软手动扰漂移停电对策等所有这些附加功能都
是为了进一步提高调节器的控制功能
2执行器的作用
执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号改变其阀门开度从而达到控制介质流量的目的因此执行器也是过程控制系统中一个重要的必不可少的组成部分执行器直接与控制介质接触常常在高温高压高粘度易结晶闪蒸气浊等恶劣条件下工作因此是过程控制系统的最薄弱环节如果执行器的选择或使用不当往往会给生产过程自动化带来困难甚至会导致严重的生产事故为此对于执行器的正确选用以及安装维修等各个环节必须给以足够的重视若执行器是采用电动式的则无需电气转换器若执行器是采用气动式则电气转换器是必不可少的3安全栅
安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表其作用一方面保证信号的正常传输另一方面则控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下以确保过程控制系统的安全火花性能
42仪表的选型规则
com型的一般规则
检测仪表元件及控制阀选型的一般原则如下
1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
com压力流量物位仪表选型原则
1温度仪表选型
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检出测元件选用
A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
B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
C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
D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
2压力仪表选型
1按照使用环境和测量介质的性质选择
A在大气腐蚀性较强粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合宜选用密闭式全塑压力表
B稀硝酸醋酸氨类及其它一般腐蚀性介质应选用耐酸压力表氨压力表或不锈钢膜片压力表
C稀盐酸盐酸气重油类及其类似的具有强腐蚀性含固体颗粒粘稠液等介质应选用膜片压力表或隔膜压力表其膜片或隔膜的材质必须根据测量介质的特性选择
D结晶结疤及高粘度等介质应选用膜片压力表
E在机械振动较强的场合应选用耐震压力表或船用压力表
F在易燃易爆的场合如需电接点讯号时应选用防爆电接点压力表
G下列测量介质应选用专用压力表
a气氨液氨氨压力表真空表压力真空表
b氧气氧气压力表
c氢气氢气压力表
d氯气耐氯压力表压力真空表
e乙炔乙炔压力表
f硫化氢耐硫压力表
g碱液耐碱压力表压力真空表
2精确度等级的选择
A一般测量用的压力表膜盒压力表和膜片压力表com
B精密测量和校验用压力表应选用04级com3外型尺寸的选择
A在管道和设备上安装的压力表公称直径为φ100mm或φ150mm
B在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表公称直径为φ60mm
C安装在照度较低位置较高以及示值不易观测场合的压力表公称直径为φ200mm或φ250mm
A测量稳定的压力时正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的2,3,1,3B测量脉动压力如泵压缩机和风机等出口处压力时正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1,2,1,3
C测量高中压力大于4MPa时正常操作压力值不应超过仪表测量范围上限值的1,2
3流量仪表选型
1刻度选择
仪表刻度宜符合仪表刻度模数的要求当刻度读数不是整数时为读数换算方便也可按整数选用
A方根刻度范围
最大流量不超过满刻度的95,
正常流量为满刻度的70,,85,
最小流量不小于满刻度的30,
线性刻度范围
最大流量不超过满刻度的90,正常流量为满刻度的50,,70,
最小流量不小于满刻度的10,4物位仪表的选型
物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开容器中物料固体或液位的高度进行检测如果是对物料高度进行连续的检测称为连续测量如果只对物料高度是否到达某一位置进行检为限位测量完成这种测量任务的仪表叫做物位计
物位测量仪表用来监测液体或固体料位包括浆料和颗粒状固体其测量原理采用静态或动态测量方法例如超声波原理电容原理雷达波原理或差压原理
1应深入了解工艺条件被测介质的性质测量控制系统要求以便对仪表的技术性能和经济效果做出充分评价使其在保证生产稳定提高产品质量增加经济效益等方面起到应有的作用
2液面和界面测量应选用差压式仪表浮筒式仪表和浮子式仪表当不满足要求时可选用电容式电阻式电接触式声波式等仪表
料面测量应根据
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