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、化工過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告化工過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué)學(xué) 院：院： 專專 業(yè)：業(yè)： 班班 級(jí)：級(jí)： 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止日期：起止日期：2011 年年 12 月月 18 日日2011 年年 12 月月 23 日日 目 錄 1.課程設(shè)計(jì)目的.2 2.課程設(shè)計(jì)題目和要求.2 3.設(shè)計(jì)內(nèi)容.2 4.設(shè)計(jì)總結(jié).9 參考書(shū)目.9 1.課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的 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

2、看資料來(lái)解決問(wèn)題的能力。 2.2.課程設(shè)計(jì)題目和要求課程設(shè)計(jì)題目和要求 本次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的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)。 3.3.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 3.1 吸收塔和解吸塔的控制 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

3、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 今以它為例簡(jiǎn)單的介紹如下： 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)椋绻淮憷?，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。 氣體在吸收塔內(nèi)自下而上通過(guò)四層填料，與從上流下的熱堿逆

4、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 0 0 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。 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。 貧液從解吸塔底部流出經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器冷卻后，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。 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)停車或事故

5、 時(shí)富液不經(jīng)過(guò)水力透平而直接送往解吸塔。 富液經(jīng)過(guò)水力透平減壓，在解吸塔頂就閃蒸出一些 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） 14 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塔頂。 解吸出來(lái)的 co2氣體從解吸塔頂出去，經(jīng)冷凝器冷

6、卻，并在液滴分離器中分出 冷凝水后，送往氨加工車間。 工藝流程圖 3.1.2 控制方案的論證與選擇 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

7、后面塔進(jìn)料量的穩(wěn)定，流量調(diào)節(jié)器輸出信號(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。 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) 出塔氣去甲烷化工序 液 滴 分 離 器 消泡劑 貧液 半貧液 富液 吸收塔 消泡劑 鍋爐給水預(yù)熱器 蒸汽再沸器 低變氣 再沸器 消泡劑 冷凝器 液 滴 分 離 器 放空 去氨 加工車間 液分 滴離 器 低變氣 間過(guò)長(zhǎng)，于是企圖設(shè)法采用自動(dòng)

8、調(diào)節(jié)來(lái)模擬中間貯槽的緩沖作用，力圖使液 位和流量能均勻地變化，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)。 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。 據(jù)上所述，均勻控制應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 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

9、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。 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。 3.1.3 分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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。 具體工作過(guò)程如圖所示 lrc-1 工藝流程圖 lrc 1 控制器 a 閥 b 閥 對(duì)象 差壓變送器 lrc-1 分程控制控制系統(tǒng)

10、方框圖 3.1.4 控制系統(tǒng)硬件選擇 (1)控制閥的選擇 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 3 40h m 密度為，閥前后的壓差 p=0.2mpa，計(jì)算得出控制閥的流通能力 c 3 0.05gcm 為 (8-1) 0.05 33 cq40h20h mm p0.2 從表中查得，dg=40mm,dg=40mm。又根據(jù)工藝生產(chǎn)的要求 3 c20h m 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。 (2) 液位控制器的選擇 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 1 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

11、 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。 控制系統(tǒng)中的主液位測(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。可以把副環(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。 控制器控制規(guī)律的選擇：最基本的控制規(guī)律有三種，比

12、例 p、積分 i、微分 2 d。比例 p 控制及時(shí)但是有余差，適用于控制精度不高的場(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。 3.1.7 測(cè)量變送器的選擇 在常用的用于測(cè)量流量原件孔板流量計(jì)，節(jié)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。

13、 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、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 10：1 3.1.8 控制系統(tǒng)的實(shí)際工作過(guò)程 液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)方塊圖所示 主液位控制器副流量控制器 副流量對(duì)象 主液位對(duì)象 副流量測(cè)量元件及變送器 主液位測(cè)量元件及變送器 給定值 干擾 2 干擾 1 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 主變量 控制閥 副變量 只

14、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?tc2 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，副流量測(cè)量

15、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)。 只有主環(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 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?位控制器 tc1 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

16、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。 4.4.設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 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。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(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