精餾塔分離苯-甲苯混合物及甲醛生產(chǎn)的dcs設(shè)計

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IIAbstract III引言 1第一章概述 11.1精餾塔設(shè)計任務(wù) 21.2精餾塔設(shè)計方案的選定 2第二章精餾塔設(shè)計計算 32.1精餾塔物料衡算 32.2塔板的確定 42.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 52.4精餾塔的塔體工藝尺度計算 10第三章塔附屬設(shè)備選型及計算 293.1接管 293.2塔體總高度 303.3輔助設(shè)備 32第四章設(shè)計結(jié)果匯總 35設(shè)計小結(jié)與體會 37符號說明 38參考文獻 40摘要化工生產(chǎn)中所處理的物料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)，生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需要將這些混合物分離較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作,利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。本設(shè)計任務(wù)為精餾塔分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾過程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，所以在設(shè)計中把操作回流比取最小回流比的1.7倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。本設(shè)計說明書以通過物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核等一系列工作來設(shè)計一個具有可行性的合理的篩板塔以及相關(guān)輔助設(shè)備的計算。繪制了精餾塔裝配圖，精餾工藝流程圖。關(guān)鍵詞：篩板塔；苯；甲苯AbstractInthechemicalproductionprocessesthematerial,theintermediaryproduct,theprimaryproduct,nearlyisthemixturewhichiscomposedofcertaincomponents,moreovermajorityisthehomogeneousphasematerial,intheproductiontosatisfythestorage,thetransportation,theprocessingandtheuseneed,oftenneedsthesemixtureseparationforpureornearlythepurestatematerial.Separationofdistillationisthemostcommonlyusedliquidmixtureofaunitoperation,usingliquidmixtureofallthedifferentpointsofthevolatile,volatilecomponentsfromliquidtogastransfer,difficultvolatilecomponentsfromgastoliquidtransfer.Mixtureofrawmaterialstoachievethevariouscomponentsoftheseparationprocessisatthesametimeheatandmasstransferprocess.Thedesigntaskistoseparatethebenzene-toluenemixtureusingthedistillationtower.Fortheseparationofbinarymixtures,wecanuseacontinuousdistillationprocess.Inthedesign,wefeedtherawmaterialinthebubblepoint,usingpreheaterwheretheliquidcanbeheateduptothebubblepointandthengiveitawaytothedistillationtower.Uptopofthetower,thereisatotalcondenserwhichcancondensethesteam.Partofthecondensedsteamreturntothetowerinthebubblepoint,andtherestproductissenttothetankthroughthetotalcondenser.Itissoeasytoisolatematerialsystemusingthissystem.theminimumreturnisrelativelysmall,sowetaketheminimumrefluxratioof1.7timesoftheoperatingrefluxratioinourdesign.Towerreacterisheatedwithindirectsteamandthetowerbottomproductissenttostoragetanksaftercooling.Thedesignspecificationthroughthematerialbalance,energybalance,technology,structuraldesignandverificationandaseriesofworktodesignareasonablepossibilityofthesievetowerthatshouldusetherelationselectiveevaporationflow，anddrawingassemblediagramofdistillationtowerandPIDofdistillation.Keywords：Distillation；Sievetower；Benzene引言化工生產(chǎn)常需進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的。蒸餾是一種常用的化工單元的操作，是工業(yè)上分離液相混合物常用的手段。蒸餾操作可以是板式塔，也可以采用填料塔。板式塔為逐步接觸型，按汽液接觸原件不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔、浮動噴射塔等多種。目前，從國內(nèi)外實際情況來看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，前兩種應(yīng)用尤為廣泛。作為氣液兩用傳質(zhì)用的塔的設(shè)備，首先必須保證氣液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，塔設(shè)備還得具備下列的基本要求：·塔內(nèi)滯留量小?！つ透g和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)?！そY(jié)構(gòu)簡單，造價低，創(chuàng)造，安裝，維修方便。·流體流動阻力小。即流體經(jīng)塔設(shè)備的壓降小，可節(jié)省動力消耗，降低操作的費用?！庖禾幚砹看螅瓷a(chǎn)能力大時不至于發(fā)生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。·操作穩(wěn)定，彈性大。即當(dāng)塔設(shè)備的氣液負荷在一定范圍內(nèi)變化時，仍能夠在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作。PAGE第一章概述化工生產(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。本次設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一定處理量的分離苯和甲苯混合物精餾塔。板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，20世紀(jì)50年代起對板式精餾塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力（20%—40%）塔板效率（10%—50%）而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝，維修都較容易。[1]在本設(shè)計中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低。合理的設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高。采用篩板可解決堵塞問題，適當(dāng)控制漏液。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后，通過大量的工業(yè)實踐逐步改進了設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)。近年來與浮閥塔一起成為化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進入?yún)^(qū)制成突起的斜臺狀，這樣可以降低進口處的速度，使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比較少。實際操作表明，篩板在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下操作使其板效率明顯下降，其操作的負荷范圍比泡罩塔窄，但設(shè)計良好的塔其操作彈性仍可達到2-3?；ぴ碚n程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟合理性。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮到設(shè)計的業(yè)精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟合理，冷卻水進出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對操作費用和設(shè)備費用均有影響，因此設(shè)計是否合理的利用熱能等直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟問題。[2]本課程設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計過程的物料衡算，塔工藝計算，塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核。1.1精餾塔設(shè)計任務(wù)在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯-甲苯混合液。已知原料液的年處理量為4萬噸，原料組成為0.3(甲苯的摩爾分率)，要求塔頂餾出液的組成為0.991，塔底釜液含苯量0.014（質(zhì)量分率）。表1-1設(shè)計條件操作壓力進料熱狀態(tài)回流比單板壓降全塔效率建廠地址塔頂常壓Q=0自選0.5kPaET=70%武漢地區(qū)試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計1.2精餾塔設(shè)計方案的選定本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。第二章精餾塔設(shè)計計算2.1精餾塔物料衡算2.1.1料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分數(shù)原料：苯——甲苯混合物XF=0.3（摩爾分數(shù)）產(chǎn)品：XD=0.991（摩爾分數(shù)）XW=0.014（摩爾分數(shù)）原料溫度：50℃處理量：4萬噸／每年生產(chǎn)時間：300天／每年冷卻水進口溫度：25℃加熱劑：0.5MPa飽和水蒸氣平均摩爾質(zhì)量：苯的摩爾質(zhì)量：MA=78.11Kg/Kmol甲苯的摩爾質(zhì)量：MB=92.13Kg/Kmol（其中A、B分別代表苯和甲苯）原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：ML,F=0.3×78.11+(1-0.7)×92.13=87.92Kg/KmolML,D=0.991×78.11+0(1-0.991)×92.13=78.23Kg/KmolML,W=0.014×78.11+(1-0.014)×92.13=91.91Kg/Kmol2.1全塔總物料衡算總物料衡算 F=D+W （3-1）易揮發(fā)組分（苯）物料衡算 FXF=DXD+WXW （3-2）式中F、D、W——分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；XF、XD、XW——分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。結(jié)合（3-1）、（3-2）得：F=63kmol/hD=18kmol/hW=45kmol/h2.2塔板的確定逐板法法求取塔板數(shù)：相對揮發(fā)度a=2.5由相平衡方程和q線方程算得最小回流比為3.1R=1.5Rmin=4.73.精餾段操作線方程Y=0.082x+0.174.提溜段操作線方程Y=1.8x-0.025Y1=0.991x1=0.978Y2=0.972x2=0.933Y3=0.935x3=0.852Y4=0.870x4=0.725Y5=0.765x5=0.567Y6=0.635x6=0.410Y7=0.506x7=0.291Y7<0.3Y8=0.497x8=0.284Y9=0.480x9=0.271Y10=0.460x10=0.254Y11=0.432x11=0.233Y12=0.395x12=0.208Y13=0.349x13=0.176Y14=0.292x14=0.145Y15=0.236x15=0.107Y16=0.168x16=0.074Y17=0.046x17=0,046Y18=0.058y18=0.024Y19=0.023x19=0.009總的理論板數(shù)18(包括再沸器)，進料板位置5.實際板層數(shù)的求取精餾段實際板層數(shù)：10提留段實際板層數(shù)：172.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算2.3.1以精餾段為例進行計算1.操作壓力計算塔頂操作壓力KPa每層塔板壓降KPa進料板壓力KPa精餾段平均壓力KPa2.操作溫度的計算XF=0.491XD=0.957由內(nèi)插值法求得：進料板溫度℃塔頂溫度℃精餾段平均溫度℃3.平均摩爾質(zhì)量的計算塔頂平均摩爾質(zhì)量的計算由，再由平衡曲線得=0.903kg/kmolkg/kmol進料板的平均摩爾質(zhì)量計算由圖解理論板得查平衡曲線得kg/kmolkg/kmol精餾段平均摩爾質(zhì)量kg/kmolkg/kmol4.平均密度計算(1).氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即=(2).液相平均密度計算塔頂液相平均密度計算由,查手冊得，進料板平均密度的計算由進料板液相平均密度的計算由，進料板液相的分率計算：精餾段液相平均密度為5.液體平均表面張力計算塔頂液相平均表面張力的計算由，，進料板液相平均表面張力的計算由,精餾段液相平均表面張力為：6.液相平均粘度計算塔頂液相平均粘度計算，解得=0.292進料板液相平均粘度的計算:,解得=0.271精餾段液相平均表面張力為：2.3.2以提餾段為例進行計算1.操作壓力的計算每層塔板壓降KPa進料板壓力KPa精餾段平均壓力KPa2.操作溫度的計算XF=0.491Xw=0.012由內(nèi)插值法求得：進料板溫度℃塔頂溫度℃精餾段平均溫度℃3.平均摩爾質(zhì)量的計算塔釜平均摩爾質(zhì)量的計算由，再由平衡曲線得=0.005進料板平均摩爾質(zhì)量計算有圖解理論板查平衡曲線得.提餾段平均摩爾質(zhì)量4.平均密度計算(1).氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 =(2).液相平均密度計算塔釜液相平均密度計算由進料板液相的分率計算：提餾段液相平均密度為5.液體平均表面張力計算塔釜液相平均表面張力的計算由,進料板液相平均表面張力的計算由,提餾段液相平均表面張力為：6.液體平均粘度計算塔釜液相平均粘度的計算： ，解得=0.260進料板液相平均粘度的計算:,解得=0.271提餾段液相平均表面張力為：2.4精餾塔的塔體工藝尺度計算2.4.1精餾段塔徑的計算1.精餾段的氣液相摩爾流率為：V=(R+1)DL=RD取板間距，板上液層高度，圖2-2斯密斯關(guān)聯(lián)圖查圖2-2，得取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D＝1.0m塔截面積為實際空塔氣速為2.提溜段塔徑的計算提餾段的氣液相體積流率為：取板間距，板上液層高度，查圖2-2，得取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D＝1.0m塔截面積為實際空塔氣速為3.精餾塔有效高度計算精餾段有效高度為4m提餾段有效高度為6.8m在進料板上方開一個人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為Z=4+6.8+0.8=11.6m2.4.2精餾段塔板主要工藝尺寸的計算1.溢流裝置計算因塔徑D=1.0m,，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項計算如下：(1).堰長取=0.66D=0.661.0=0.66m(2).溢流堰高度由，選用平直堰，堰上液層高度近似取E=1,則取板上清液層高度，故(3).弓形降液管寬度和截面積圖2-3弓形漿液管的參數(shù)由，查圖2-3，得故依式驗算液體在降液管中停留時間，即故降液管設(shè)計合理(4).降液管底隙高度則選用凹形受液盤，深度2.塔板布置(1).塔板的分塊表2-1塔板分塊數(shù)表塔徑/mm塔板分塊數(shù)80012003140016004180020005220024006因，故2板采用分塊式，查表2-1得，塔板分為3塊(2).邊緣區(qū)寬度確定取(3).開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式（5-12）計算，即(4).篩孔計算及其排列物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距篩孔數(shù)目個開孔率為氣體通過篩孔的氣速為3．篩板的流體力學(xué)驗算(1)塔板壓降①干板阻力計算干板阻力計算：由，查圖5-10得故液柱②氣體通過液層的阻力計算查圖2-6，得液柱③液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力計算：液柱氣體通過每層塔板得液柱高度可按下式計算：液柱氣體通過每層塔板的壓降（設(shè)計允許）(2)液面落差對于篩板塔，液面落差很小，可忽略(3)液沫夾帶故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)(4)漏液對篩板塔，漏液點氣速計算=實際孔數(shù)穩(wěn)定系數(shù)為(5)液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降壓管內(nèi)液層高苯-甲苯物系屬一般物系，取，則板上不設(shè)進口堰，計算，即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生泛液現(xiàn)象4．塔板負荷性能圖(1)漏液線由在操作范圍內(nèi)，任取n個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表2-2表2-2精餾段漏液線上的氣液體積流量表Ls/()0.00060.00150.00300.0045Vs/()0.3420.3510.3620.371由此表數(shù)據(jù)即可做出漏液線1(2)液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs—Ls關(guān)系如下；由=2.5=2.5(+),=0.052,==0.13+2.2,=0.27-2.2Vs=1.23-10.02在操作范圍內(nèi)，任取n個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于表2-3表2-3精餾段液沫夾帶線上的氣液體積流量表Ls/()0.00060.00150.00300.0045Vs/()1.1591.0991.0220.957由此表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線2。(3)液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.008m作為最小液體負荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得=取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下線限了3。見圖2-4(4)液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限由式得故據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線4。(5)液泛線令由聯(lián)立得+=（）+++忽略，將與Ls，與Ls，與Vs的關(guān)系式代入上式并整理得式中將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得故0.108Vs=0.139-878.1Ls-1.47Ls或Vs=1.28-8130.6Ls-13.61Ls表2-4精餾段液泛線上的氣液體積流量表Ls/()0.00060.00150.00300.0045Vs/()1.1801.0830.9240.744由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。根據(jù)以上各線方程可求出篩板塔的精餾段的負荷性能圖。見圖2-441A52341A523圖2-4塔板負荷性能圖2.4.3提餾段塔板主要工藝尺寸的計算。1、溢流裝置計算因塔徑D=1.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，各項計算如下：(1)堰長取=0.66D=0.661.0=0.66m(2)溢流堰高度由=，選用平直堰，堰上液層高度近似取E=1，則=0.015m取板上清液層高度=60mm,故(3)弓形降液管寬度和截面積 由，查圖2-3，得故 依式（5-9）驗算液體在降液管中停留時間，即 故降液管設(shè)計合理(4)降液管底隙高度取，則選用凹形受液盤，深度2塔板布置(1)塔板的分塊因D800mm，故塔板采用分塊式，查表5-3得，塔板分為3塊(2)邊緣區(qū)寬度確定取(3)開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式（5-12）計算，即其中故(4)篩孔計算及其排列物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距篩孔數(shù)目：個開孔率為氣體通過篩孔的氣速為3.篩板的流體力學(xué)驗算(1)塔板壓降①干板阻力計算干板阻力計算：=0.051圖2-5干篩孔的流量系數(shù)圖由，查圖2-5得故液柱②氣體通過液層計算圖2-6充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖查圖2-6，得液柱③液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計算液柱氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算：液柱體通過每層塔板的壓降為（設(shè)計允許）(2)液面落差對于篩板塔、液面落差很小、可忽略(3)液沫夾帶 故在本設(shè)計中，液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)(4)漏液對篩板塔，漏液點氣速計算實際孔速穩(wěn)定系數(shù)為(5)液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高即苯-甲苯物系屬一般物系，取，則板上不設(shè)進口堰，計算，即液柱液柱故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象4、塔板負荷性能圖(1)漏液線由得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于表2-5表2-5提餾段漏液線上的氣液體積流量表0.00060.00150.00300.00450.3090.3170.3280.337由此表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1(2)液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下：由表2-6提餾段液沫夾帶線上的氣液體積流量表0.00060.00150.00300.00451.2261.1671.0911.028由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2，(3)液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負荷標(biāo)準(zhǔn)，得取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線3(4)液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限故據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線4(5)液泛線全由聯(lián)立得忽略，將與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得故表2-7提餾段液泛線上的氣液體積流量表0.00060.00150.00300.00451.111.0370.9370.845由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5，見圖2-7根據(jù)以上各線方程，可作出提餾段篩板塔的負荷性能圖B13425B13425圖2-7提留段篩板負荷性能圖第三章塔附屬設(shè)備選型及計算3.1接管3.1.1頂蒸汽出口管徑蒸汽出口管中的允許氣速應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表蒸汽出口管中允許氣速參照表表3-1蒸氣出口管中允許氣速參照表操作壓力（絕壓）常壓1400-6000pa>6000pa蒸汽速度/m/s12-2030-5050-70因=105.3kpa，故取出口氣速u=60m/s故 查表取3.1.2回流液管徑Dr冷凝器安裝在塔頂時，冷凝液靠重力回流，一般流速為0.2-0.5m/s,速度太大，則冷凝器的高度相應(yīng)增加。用泵回流時，速度可取1.5-2.5m/s故取，則而則查標(biāo)準(zhǔn)系列取3.1.2進料管徑液料由高位槽進塔時，液料流速取0.4-0.8m/s。由泵輸送時，流速取為1.5-2.5m/s。采用直管出料管取，則而則查標(biāo)準(zhǔn)系列取3.1.4釜液排除管徑釜液流出的速度一般取0.5-1.0m/s3.2塔體總高度3.2.1塔頂空間:3.2.2人孔數(shù)目S：,人孔直徑通常為450mm，不包括塔頂空間和塔底空間的人孔，則S=N-2=33.2.3塔底空間:，取t=4min其中=0.785取進料板空間3.2.4體總高度：3.2.5筒體壁厚選8mm3.2.6封頭本設(shè)計采用橢圓形封頭，由于公稱直徑1m，查得曲線高度，厚度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積，選用封頭3.2.7裙座的相關(guān)尺寸計算考慮到再沸器，裙座高度取3m。3.2.8吊住設(shè)計對于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設(shè)計吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，及經(jīng)濟又方便的一項設(shè)施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱。本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計塔徑D=1800mm，可選用吊柱500kg.s=1000mm,L=3400mm.材料為A3。3.3輔助設(shè)備出料溫度：3.3.1全凝器（冷卻水進口溫度，出口溫度）溫度推動力：取總傳熱系數(shù)，則傳熱面積：3.3.2原料預(yù)熱器原料預(yù)熱溫度：（泡點溫度）采用過熱飽和蒸汽加熱平均溫度：平均溫度下查表得：取總傳熱系數(shù)由：換熱面積：3.3.3再沸器再沸器熱負荷： 選用150°C的飽和水蒸氣加熱。再沸器液體入口溫度°C回流汽化為上升蒸汽時的溫度°C加熱蒸汽°C加熱蒸汽冷凝為液體的溫度°C用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量從而減少熱量損失°C°C°C取，第四章設(shè)計結(jié)果匯總序號項目精餾段提餾段平均溫度，℃87.889.8平均壓力，kpa109.5117.9氣相流量,0.4010.403液相流量,0.000870.0023實際塔板數(shù)1224塔徑,m1.01.0板間距，m0.40.4溢流形式單溢流單溢流降液管形式弓形弓形堰長,m0.660.66堰高，m0.0450.052板上液層高度，m0.060.06堰上液層高度,m0.0520.052降液管底隙高度，m0.0250.030安定區(qū)寬度，m0.0650.065邊緣區(qū)寬度，m0.0350.035開孔區(qū)面積，m20.3610.361篩孔直徑，m0.0050.005篩孔數(shù)目27312731孔中心距，m0.0150.015開孔率，℅10.110.1空塔氣速，m/s0.9950.741篩孔氣速，m/s7.467.5穩(wěn)定系數(shù)1.50.713每層塔板壓降，pa548.26499序號項目精餾段提餾段負荷上限液泛控制液泛控制負荷下限漏液控制漏液控制液沫夾帶0.00870.0056氣相負荷上限0.6840.446氣相負荷下限0.2080.192操作彈性3.2892.323冷凝器傳熱面積m2,16.32預(yù)熱器傳熱面積,m23.397再沸器傳熱面積，m252.313塔頂蒸汽粗口管，mm86進料管直徑，mm34回流管直徑，mm20塔頂出料管徑，mm21塔釜出料管直徑，mm31筒體壁厚，mm8塔頂空間，m0.72人孔數(shù),個3裙座高度，m3塔總體高度，m16.34設(shè)計小結(jié)與體會化工原理課程設(shè)計是《化工原理》課程設(shè)計中的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去完成一個單元操作設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。本次的設(shè)計內(nèi)容是苯—甲苯分離過程的板式精餾塔設(shè)計。這方面的知識我們在以前的學(xué)習(xí)當(dāng)中進行了理論性的學(xué)習(xí)，但是了解和掌握的東西很有限，在這次課程設(shè)計中，通過物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計等一系列工作，我們基本上完成了設(shè)計任務(wù)，也讓我們明白了怎樣運用所學(xué)的知識，結(jié)合我們掌握其他的相關(guān)知識，計算機技術(shù)，參照有關(guān)的文獻資料去解決設(shè)計中的問題。并且通過在設(shè)計過程中，結(jié)合我們所掌握的理論知識，不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使我們能夠熟練的運用這些知識與技能，這些經(jīng)驗的積累是對學(xué)習(xí)的鞏固和拓展，也是一次寶貴的經(jīng)驗。當(dāng)然在整個過程中，也離不開老師的悉心指導(dǎo)和其他同學(xué)的熱心幫助，在我們的實踐過程當(dāng)中，我們能夠參與一起討論，通過查閱資料，咨詢老師等來解決設(shè)計中遇到的問題，雖然在這個學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中，我們有發(fā)生過計算上的失誤而重頭開始計算，設(shè)備選型錯誤等問題，但這不但沒有讓我們知難而退，反而讓我們更加深刻地認識到科學(xué)設(shè)計中應(yīng)該持有的嚴(yán)謹嚴(yán)務(wù)的態(tài)度的重要性，這些寶貴的經(jīng)驗積累，對我們今后的學(xué)習(xí)和工作也會有很大的幫助。課程設(shè)計雖然辛苦，但是總的來說，痛并快樂著。我們深刻認識到自己在知識上的欠缺不不足，希望自己在今后的學(xué)習(xí)和工作中，不斷努力，完善知識上的盲點，不斷進步。符號說明Aa——塔板開孔（鼓泡）面積，m2；Af——降液管面積，m2；A0——篩孔面積，m2；AT——塔截面積，m2；C——計算Umax時的負荷系數(shù)，無因次；C0——流量系數(shù)，無因次；D——計算Umax時的負荷系數(shù)，無因次；D——塔徑，m；d0——篩孔直徑，mm；E——液流收縮系數(shù)，無因次；ET——液流收縮系數(shù)，無因次；ev——液流收縮系數(shù)，無因次；F——進料流量，kmol/h；Fa——進料流量，kmol/h；g——重力加速度，m2/s；H——板間距，m或mm；塔高，m或mm；hc——與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hd——與液體流經(jīng)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；ht——與液體流經(jīng)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hl——進口堰與降液管間的水平距離，m；hL——板上液層高度，m；ho——降液管底隙高度，m；how——堰上液層高度，m；hp——與單板壓降相當(dāng)?shù)囊簩痈叨?，m；hσ——與克服液體表面張力的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hw——溢流堰高度，m；K——篩板的穩(wěn)定系數(shù)，無因次；L——塔內(nèi)下降液體的流量，kmol/h；Ls——塔內(nèi)下降液體的流量，m3/s；Lw——溢流堰長度，m；N——塔板數(shù)；理論板數(shù)；Np——實際塔板數(shù)；NT——理論塔板數(shù)；n——篩孔數(shù)；P——操作壓強，Pa或kPa；ΔP——壓強降，Pa或kPa；q——進料熱狀態(tài)參數(shù)；R——回流比；開孔區(qū)半徑，m；S——直接蒸汽量，kmol/h；t——篩孔中心距，mm；u——空塔氣速，m/s；ua——按開孔區(qū)流通面積計算的氣速，m/s；u0——按開孔區(qū)流通面積計算的氣速，m/s；u′0——降液管底隙處液體流速氣速，m/s；u0w——漏液點氣速，m/s；V——塔內(nèi)上升蒸氣流量，kmol/h；Vs——塔內(nèi)上升蒸氣流量，m3/h；W——釜殘液（塔底產(chǎn)品）流量，kmol/h；Wc——無效區(qū)寬度，m；Wd——弓形降液管寬度，m；Ws——安定區(qū)寬度，m；x——液相中易揮發(fā)組分的摩爾分率；開孔區(qū)寬度的1/2寬度，m；y——氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率；Z——塔有效高度，m；φ——開孔率；Φ——液體密度校正系數(shù)參考文獻[1]陳敏恒．化工原理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社(第三版)，2003[2]賈紹義，柴誠敬．化工原理課程設(shè)計[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2002[3]馬江權(quán)，冷一欣．化工原理課程設(shè)計[M]．北京：中國石化出版社，2009[4]譚天恩，麥本熙化工原理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社（第二版），1998[5]王漢松．石油化工設(shè)計手冊（第1卷），石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[6]中石化集團上海工程有限公司．化工工藝設(shè)計手冊（上冊）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[7]化工設(shè)計手冊編輯委員會．化學(xué)工程手冊：第1篇化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986[8]李功樣，陳蘭英，崔英德主編．常用化工單元設(shè)備設(shè)計[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003[9]涂偉萍，陳佩珍，程達芬．化工工程及設(shè)備設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[10]阮奇，葉長，黃詩煌．化工原理優(yōu)化設(shè)計與解題指南[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001學(xué)號：畢業(yè)設(shè)計說明書甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計Thedistributedcontrolsystemforformaldehyde'sproduction學(xué)院電信專業(yè)自動化班級09-1學(xué)生***指導(dǎo)教師（職稱）****完成時間20年3月25日至20年6月6日廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾保證書本人鄭重承諾：《甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計》畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容真實、可靠，是本人在**指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所完成。畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。學(xué)生簽名：年月日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書院（系）：計算機與電子信息專業(yè)自動化班級：自動化1班學(xué)生：***學(xué)號：一、畢業(yè)設(shè)計課題甲醛生產(chǎn)DCS設(shè)計二、畢業(yè)設(shè)計工作自20年3月25日起至20年6月25日止三、畢業(yè)設(shè)計進行地點廣東石油化工學(xué)院四、畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要求

設(shè)計要求完成如下內(nèi)容：1、學(xué)習(xí)AdvanTrol-Pro軟件，掌握各軟件的使用方法以及控制系統(tǒng)的組態(tài)工作流程。2、了解甲醛生產(chǎn)的工藝流程，完成吸收工段控制系統(tǒng)的設(shè)計，前期包括：系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、配置情況、卡件布置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量點數(shù)清單、數(shù)據(jù)分組、系統(tǒng)控制方案的選擇、監(jiān)控畫面、報表內(nèi)容等。3、對甲醛生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行硬件組態(tài)、軟件組態(tài)設(shè)計、流程圖畫面設(shè)計、實時監(jiān)控的設(shè)計（報警畫面、總貌畫面、分組畫面、調(diào)整畫面、趨勢畫面）。4、對設(shè)計好的系統(tǒng)進行工藝現(xiàn)場監(jiān)控軟件的模擬仿真。5、按規(guī)范要求寫出論文說明書；

6、做出PPT文檔進行論文答辯。

指導(dǎo)教師**接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)開始執(zhí)行日期學(xué)生簽名廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計摘要PAGEPAGEI摘要本課題以甲醛生產(chǎn)的控制系統(tǒng)為對象，運用浙大中控設(shè)計的AdvanTrol-Pro軟件對其進行DCS設(shè)計。文章介紹了集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和甲醛生產(chǎn)的工藝過程，分析了甲醛生產(chǎn)工藝過程的特點及具體要求，并提出了相應(yīng)的控制方案；針對甲醛生產(chǎn)現(xiàn)場各個傳感器以及輸入設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信的特點，確定出甲醛生產(chǎn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)測量點數(shù)清單、卡件布置等,并根據(jù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足的各項功能要求，設(shè)計計算機監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集，上下位機通訊及上位機管理子系統(tǒng)。完成的DCS設(shè)計包括硬件組態(tài)、軟件組態(tài)，其中有流程圖畫面和實時監(jiān)控的設(shè)計，最后是對工藝現(xiàn)場監(jiān)控軟件系統(tǒng)進行模擬仿真，仿真結(jié)果顯示所設(shè)計的系統(tǒng)畫面真實、動態(tài)效果好，基本能滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：甲醛DCS控制系統(tǒng)AdvanTrol-Pro軟件組態(tài)廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計PAGEIIABSTRACTThistopictakesthecontrolsystemofformaldehyde’sproductionastheobject,usingtheAdvanTrol-Prosoftware,designedbytheSUPCON,todesigntheDCS.Thispaperintroducesthebasicstructureofthedistributedcontrolsystemandtheproductionprocessofformaldehyde.Itanalyzesthecharacteristicsandspecificrequirementoftheprocessandproposedthecorrespondingcontrolplan.Forthecharacteristicsofeachsensorintheproductionfiledofformaldehydeandtheinputdatacommunicationequipment,todeterminethestructureofthecontrolsystemoftheformaldehydeproduction,datameasurementpointslist,cardalayout,andmeettherequirementsoffunctionaccordingtothecomputermonitoringsystem,designthecomputermonitoringsystemofdataacquisition,andtheupperandlowerlevelcomputercommunicationandPCmanagementsubsystem.CompletetheDCSconfigurationdesignincludinghardware,softwareconfiguration,thepicturesoftheflowchartofthereal-timemonitoringofdesign,thelastistheprocesssitemonitoringsoftwaresystemsimulation,thesimulationresultsshowthatthereisarealgoodeffectofthesystemdesign,dynamicpicture,anditmeetthedesign’srequirementsinthemain.KEYWORDS:formaldehydeDCSAdvanTrol-Prothecontrolsystemconfiguration廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計PAGEV目錄摘要 IABSTRACT II目錄 III第一章引言 11.1國內(nèi)DCS應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向 11.1.1技術(shù)發(fā)展 21.1.2市場規(guī)模 21.1.3市場份額 21.2我國甲醛行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢 31.2.1現(xiàn)狀和特點 31.3本章小結(jié) 5第二章DCS系統(tǒng)介紹以及甲醛生產(chǎn)的工藝要求 62.1DCS系統(tǒng)介紹 62.2JX-300XPDCS系統(tǒng)介紹 72.2.1硬件介紹 72.2.2系統(tǒng)軟件介紹 82.2.3軟件功能介紹 102.3甲醛生產(chǎn)工藝要求 122.3.1甲醛生產(chǎn)過程 12第三章系統(tǒng)配置及組態(tài)設(shè)計 143.1硬件配置要求 143.1.1測點清單 143.1.2卡件選擇與統(tǒng)計 163.1.4信號點分配 183.2用戶管理要求 193.3組態(tài)要求 193.3.1控制方案 193.3.2控制站及操作站配置 20第四章監(jiān)控畫面要求 214.1操作小組配置要求 214.1.1吸收操作小組設(shè)置要求 214.1.2蒸發(fā)氧化操作小組設(shè)置要求 254.1.3工程師組操作小組的設(shè)置要求 26第五章組態(tài)及系統(tǒng)仿真 275.1軟件組態(tài)界面及效果 275.1.1用戶授權(quán)管理 275.1.2控制站及控制回路組態(tài) 285.1.3操作小組組態(tài) 285.1.4報表組態(tài) 295.1.5二次計算 305.2系統(tǒng)仿真效果 315.2.1系統(tǒng)總貌 315.2.2數(shù)據(jù)一覽畫面 325.2.3報警一覽 325.2.4分組控制 335.3本章小結(jié) 34結(jié)束語 35致謝 36參考文獻 37第一章引言PAGEPAGE2第一章引言甲醛是重要的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于樹脂合成、工程塑料聚甲醛、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)。含甲醛36%-55%的水溶液，商品名為福爾馬林，主要用于生產(chǎn)聚甲醛、酚醛、樹脂、烏洛托品、季戊四醇、合成橡膠、粘膠劑等產(chǎn)品，在農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥部門也可以用于生產(chǎn)殺毒劑或消毒劑。目前國內(nèi)的甲醛行業(yè)受建材需求較強的帶動，生產(chǎn)勢頭較好；而農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面對甲醛的需求也十分穩(wěn)健，從而使得甲醛具有較好的市場需求面。為提高甲醛產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，降低成本，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全性，很多國內(nèi)廠家對生產(chǎn)的自動控制提出了更高的要求?，F(xiàn)代科技領(lǐng)域中，計算機技術(shù)和自動化技術(shù)被認為是發(fā)展最快的兩個分支，計算機控制技術(shù)是這兩個分支相結(jié)合的產(chǎn)物，它是工業(yè)自動化的重要支柱。隨著自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，企業(yè)的技術(shù)水平不斷提升，通過優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高自動化程度，來節(jié)能降耗，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場競爭力，是當(dāng)今流程工業(yè)發(fā)展的方向。在甲醛的生產(chǎn)中，采用先進的集散控制系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，使之脫離傳統(tǒng)的手工操作模式，提高生產(chǎn)的技術(shù)水平。1.1國內(nèi)DCS應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向上世紀(jì)70年代，由于經(jīng)濟的迅速發(fā)展，生產(chǎn)裝置迅速向大型化方向發(fā)展，尤其是石油煉制、冶金、化工、建材、電力等行業(yè)，這些行業(yè)生產(chǎn)裝置的大型化能夠帶來明顯的好處，如生產(chǎn)效率提高、原料消耗減少、勞動力成本降低等。生產(chǎn)設(shè)施的大型化要求設(shè)備之間具有更好的協(xié)調(diào)性，而且停機將帶來更大的損失。因此用戶迫切希望能夠有一種產(chǎn)品或者系統(tǒng)能夠解決生產(chǎn)設(shè)施大型化和連續(xù)化所面臨的控制問題。與此同時，在20世紀(jì)70年代中期，大規(guī)模集成電路取得突破性的發(fā)展，8位微處理器得到了廣泛的運用，使自動化儀表工業(yè)發(fā)生巨大的變化，現(xiàn)代意義上的DCS也應(yīng)運而生，1975年Honeywell推出了第一個DCS產(chǎn)品。中國使用DCS始于1981年，當(dāng)時吉化公司化肥廠在合成氨裝置中引進了Yokogawa的產(chǎn)品，表現(xiàn)出良好的控制性能和可靠性。隨后中國引進的30套大化肥項目和大型煉油項目都采用了DCS控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)設(shè)施的效率和產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS產(chǎn)品在石油和化工行業(yè)的成功應(yīng)用也促進了其他行業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在隨后的幾年，冶金、建材、電力、輕工等行業(yè)的新建項目中也陸續(xù)使用了DCS產(chǎn)品，并成為這些行業(yè)的主流控制系統(tǒng)。[1]廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計PAGE41.1.1技術(shù)發(fā)展經(jīng)過30年的發(fā)展，現(xiàn)代的DCS產(chǎn)品與最初的產(chǎn)品相比在速度、可靠性、功能、通訊等方面取得了巨大的進步。1、功能領(lǐng)域的擴展：從功能上現(xiàn)在的DCS已經(jīng)不再局限于控制層，而是增加了更多的管理層功能，向上提供企業(yè)管理系統(tǒng)接口。與此同時，DCS向下不在局限于主工藝裝置系統(tǒng)的控制，而是將更多的輔助系統(tǒng)納入到整個控制系統(tǒng)。2、硬件技術(shù)的發(fā)展：隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)的硬件可靠性進一步增加，在系統(tǒng)規(guī)模日益擴大的情況下，硬件的平均故障間隔時間（MTBF）也保持在100,000小時以上?，F(xiàn)在的DCS控制站普遍采用32位處理器及多處理器技術(shù)，在最新的產(chǎn)品上已經(jīng)開始使用64位處理器，相比初期DCS控制站的8位處理器，運算速度得到大幅度的提升。3、先進通訊技術(shù)的應(yīng)用：從通訊上看，目前現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍運用，在最近的幾個大型石化項目中都使用了現(xiàn)場總線。[2]1.1.2市場規(guī)模中國龐大而成體系的流程工業(yè)形成了過程控制系統(tǒng)的市場基礎(chǔ)，而其中電力、石化、化工、建材、造紙、市政、冶金的大幅度投資與增長，更形成了每年超過50億元（2004）的DCS市場規(guī)模。同時，市場的行業(yè)分布也與這些主要行業(yè)的投資情況息息相關(guān)。譬如，近年的能源短缺和隨之而來的電力投資熱潮，使得電力行業(yè)的DCS需求達到18億元，占據(jù)整個市場三分之一強的份額，超過了石化和化工這些傳統(tǒng)的DCS應(yīng)用的強勢行業(yè)。1.1.3市場份額第一章引言PAGE6DCS是一個技術(shù)含量高，需要長期培養(yǎng)的市場，因此，市場格局在近年沒有大的變化，沒有新的有影響力的廠商進入和退出，排名靠前的仍然是在業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的強者，只是由于行業(yè)發(fā)展速度的不平衡，不同行業(yè)側(cè)重的公司的排名會產(chǎn)生一些小的變化。由于DCS定制性很強，與客戶的工藝結(jié)合密切。很多人認為DCS是一種“服務(wù)”而不是“產(chǎn)品”。在DCS市場中，方案的設(shè)計、系統(tǒng)集成能力、培訓(xùn)、售后服務(wù)是客戶考察的重點，不像PLC市場，用戶只看產(chǎn)品本身的性能和質(zhì)量就可以了?！败洝奔闹匾詫?dǎo)致了這個行業(yè)份額分布的一些重要特征。1、行業(yè)性：對用戶行業(yè)的理解直接決定了DCS方案的適用性。這使得DCS供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品會更適用于某些行業(yè)，而不是全部，從而導(dǎo)致DCS供應(yīng)商一般會有一個或者數(shù)個較強的行業(yè)，同時在一些行業(yè)里卻很難有突破。例如：Honeywell是DCS最大的行業(yè)市場油氣加工行業(yè)的強者，其在油氣開采、運輸、冶煉乃至下游的化工都有較大的份額和影響力；ABB由于其電力行業(yè)的整體能力，使得其在電力行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，此外，造紙也是ABB的強項；橫河在化工行業(yè)；Emerson在石化；中控在化工；新華在電力；和利時在電力、交通等等。以上列舉了主要供應(yīng)商的一些強勢行業(yè)，實際上較大的供應(yīng)商都在謀求在熱點投資行業(yè)或者新興行業(yè)的突破，因此，也并不能把行業(yè)性作為描述供應(yīng)商的一個嚴(yán)格限制。2、較強的本土供應(yīng)商力量：與PLC、變頻器等自動化產(chǎn)品不同，DCS市場中，國內(nèi)供應(yīng)商占據(jù)了相當(dāng)多的份額。這一點也是與剛才提到的DCS特點所分不開的。定制性、跟客戶的緊密溝通、培訓(xùn)、售后服務(wù)這些都是本土企業(yè)的強項。這使得國內(nèi)興起了以Hollysys、Supcon、Xinhua這樣的企業(yè)。但其業(yè)務(wù)主體在中低端市場，跟國外主流廠商的產(chǎn)品競爭并不明顯。[3]廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計1.2我國甲醛行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢甲醛是甲醇最主要的下游產(chǎn)品之一，其消費量占比達到27％，在甲醇消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)首位。一般來說，生產(chǎn)每噸甲醛需消耗甲醇0.45噸左右。2011年以來甲醛價格走勢總體與甲醇保持一致，兩者聯(lián)動性明顯。我國的甲醛生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代，目前已成為化學(xué)工業(yè)中的一個重要品種，生產(chǎn)能力達到2873萬噸。我國是世界第一甲醛生產(chǎn)和消費大國，“十一五”期間，我國甲醛工業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，同時也經(jīng)歷了全球金融危機和全球經(jīng)濟衰退的考驗，對保障汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。1.2.1現(xiàn)狀和特點目前，我國甲醛行業(yè)有七個方面的特點：一是生產(chǎn)企業(yè)中97％為民營和私有企業(yè)；二是生產(chǎn)能力居全球第一，產(chǎn)能占全球的48％；三是生產(chǎn)裝置分布不均勻；四是工藝技術(shù)的進步帶動了行業(yè)整體發(fā)展；五是區(qū)域性的合作初見成效；六是銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備走向世界；七是全球大型化工企業(yè)的進入。1、生產(chǎn)企業(yè)和分布進入21世紀(jì)，我國甲醛工業(yè)步入了快速發(fā)展軌道，除青海省和西藏自治區(qū)外，28個省市(不含臺灣省)都建設(shè)了數(shù)目不等的甲醛裝置，生產(chǎn)能力和產(chǎn)量大幅增加，我國成為全球最大的甲醛生產(chǎn)國。不過，我國甲醛產(chǎn)業(yè)集中度差，企業(yè)規(guī)模小，套數(shù)多，在全國的分布也極不均衡，呈現(xiàn)東多西少、南多北少、中部空虛的格局。據(jù)中國甲醛行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2011年10月我國甲醛行業(yè)運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)企業(yè)有425家，甲醛生產(chǎn)裝置624套，其中5萬噸/年及以上共有229套，97％為民營和私廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計PAGE4有企業(yè)，央企和國企不足20家。我國甲醛生產(chǎn)裝置主要集中在山東、河北、廣東、江蘇、河南、四川、浙江、湖北、福建、安徽等省2、生產(chǎn)能力和產(chǎn)量據(jù)中國甲醛行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2011年10月我國甲醛生產(chǎn)總能力為2873萬噸/年，比2010年增長約5％。其中，鐵鉬法甲醛17家，合計生產(chǎn)能力156.5萬噸/年，占生產(chǎn)總能力7.4％。我國甲醛生產(chǎn)能力的增長有幾個主要因素：一是對投資者來說，甲醛是一種穩(wěn)健的化工產(chǎn)品；二是甲醛屬大宗化工產(chǎn)品，社會需求量逐年增加；三是生產(chǎn)工藝簡單，原料供應(yīng)充足；四是甲醛不便于長途運輸，屬于屬地性化工產(chǎn)品。2011年我國甲醛產(chǎn)量約為1868萬噸，比2010年增長約3.5％，全年平均開工率約為65％，將比2010年下降1％.2011年上半年我國甲醛總體平均開工率超過70％，甲醛總產(chǎn)量約900萬噸，其中東北80萬噸，山東182萬噸，河北96萬噸，山西9.5萬噸，華東78萬噸，安徽36萬噸，華南126萬噸，四川48萬噸，重慶20萬噸。2011年我國甲醛生產(chǎn)形勢是前高后低，總量預(yù)計仍高于2010年。2012年我國甲醛產(chǎn)能保持繼續(xù)增長態(tài)勢，超過3000萬噸。我國甲醛的產(chǎn)能有較大過剩，這也是今后相當(dāng)長時間將存在的問題。3、我國甲醛工藝技術(shù)的進步20世紀(jì)90年代，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展推動了甲醛工業(yè)的快速成長，工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、品種以及甲醛下游產(chǎn)品都有了長足的發(fā)展。新建的銀法甲醛裝置達到國際先進水平，在節(jié)能減排、環(huán)保、安全生產(chǎn)等方面都有了重大突破。尾氣循環(huán)銀法工藝得到廣泛應(yīng)用，雙循環(huán)法高濃度甲醛新工藝也已問世并得到應(yīng)用。我國較普遍生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)品是37％(重量)甲醛，根據(jù)市場需求也可生產(chǎn)45％、50％、52％、55％(重量)的甲醛產(chǎn)品，醇含量降至1％(重量)以下，甚至根據(jù)需要可生產(chǎn)無醇甲醛產(chǎn)品。原料甲醇的單耗由過去的每噸37％(重量)甲醛耗460—480千克甲醇(銀法)降至目前的440—445千克甲醇(銀法)。4、我國銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備走向世界第一章引言PAGE7甲醇氧化法生產(chǎn)甲醛依據(jù)催化劑的不同分為銀法和鐵鉬法，我國甲醛生產(chǎn)裝置以銀法為主。2007年以來，我國銀法甲醛生產(chǎn)技術(shù)和成套設(shè)備有了飛速發(fā)展，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。同時，以江蘇恒茂機械制造有限公司為代表的我國銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備已出口到東南亞(如馬來西亞、泰國、越南)、南亞(如印度)和西亞(如伊朗)等諸多國家。同時，臨沂和平的電解銀催化劑和巢湖瑞雪的高效阻聚劑也被東南亞、南亞和西亞的許多國家開始使用。5、全球大型化工企業(yè)入駐中國進入21世紀(jì)初，我國甲醛工業(yè)的快速發(fā)展引起了全球大型化工企業(yè)的關(guān)注，并紛紛進入中國，銷售和建設(shè)甲醛生產(chǎn)裝置，繼續(xù)生產(chǎn)聚甲醛(POM)、多聚甲醛(PF)、1，4-丁二醇(BDO)和酚醛樹脂，其中包括瑞典PerstorpFormox、美國杜邦(DuPont)、日本旭化成(AsahiKasei)、日本寶理塑料(Polyplastics)、三菱瓦斯(MGC)、美國泰科納(Ticona)和美國D.B.Western等公司。[4]1.3本章小結(jié)第一章通過對國內(nèi)DCS及甲醛行業(yè)的現(xiàn)狀與趨勢的介紹，引申出本課題設(shè)計的工藝要求，將成熟的DCS控制技術(shù)應(yīng)用于甲醛的生產(chǎn)中，提高甲醛產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，降低成本，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全性。廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的DCS設(shè)計PAGE8第二章DCS系統(tǒng)介紹以及甲醛生產(chǎn)的工藝要求集散控制系統(tǒng)，是計算機控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)形式，其實質(zhì)是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制的一種新型的控制技術(shù)。DCS是由計算機技術(shù)、測量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人機接口技術(shù)相互發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。它既不同于分散的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計算機控制系統(tǒng)，而是吸收了兩者的優(yōu)點，在它們的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有很強的生命力和顯著地優(yōu)越性。2.1DCS系統(tǒng)介紹DCS，（DistributedControlSystem）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)