初步设计说明书 - 图文

重庆大学化学化工学院化工03班

6 自动控制

6.1 自动控制概述

6.1.1自动控制的目的

自动控制的目标是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效，它是化学工业生产的重要组成部分，是工业生产得以稳定有效进行的基础和保障。一套好的流程控制系统可以实现各种技术经济指标，起到提高经济效益和劳动生产率、降低成本、节约能源等作用，在市场竞争激烈的今天尤为重要。

6.1.2 自动控制系统

(1) 常用术语

被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 被控变量：对象内要求保持一定数值(或按某一规律变化)的物理量称为被控变量。 控制变量(操纵变量)：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。

干扰：除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。 设定值：工艺规定被控变量所要保持的数值。

偏差：偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差，但能获取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中常把设定值与测量值之差定义为偏差。

(2) 自动控制系统的组成

自动控制系统由比较机构、控制器、执行器、测量/变送环节四部分组成: 测量与变送环节：测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号。

比较机构及控制器：接受来自于变送器的信号，与设定值进行比较得出偏差，并根据一定的规律进行运算，然后将运算结果用特定的信号发送出去。

执行器：根据控制器送来的信号相应的改变控制变量，以达到控制变量的目的。

(3) 自动控制系统分类

定值控制系统

给定值恒定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。在生产过程中，若工艺要求被控变量为恒定值，那么就需要采用定值控制系统。

随动控制系统

随动控制系统又称自动跟踪系统，这类系统的特点是给定值不断变化，而这种变化不

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是预先规定好的，也就是说，给定值是随机变化的。随动控制的目的是使被控变量准确、快速的跟随给定值的变化而变化。在化工生产中，比值控制系统就属于随动控制系统。

程序控制系统

这类控制系统的给定值是变化的，但它是一个已知的时间函数，即被控变量按一定的时间程序变化。

6.1.3 自动控制设计的范围

自动控制系统设计包含的内容非常丰富，本文在设计时关注的是控制方案的选择以及所需检测和调节仪表的初步选型，至于控制过程具体如何实现这是物理学电路设计的内容，不属于化工设计的核心，故在此不予讨论。

6.1.4 自动控制设计的思路

根据工艺要求的不同，即使对相同的控制对象，自动控制系统的设计方案也可能会不一样。本说明书在选择控制方案时主要根据工艺自身的特点及控制要求，对工艺不同工段中的各种被控对象进行分析以找到合理经济的控制方案，并就测量及调节仪表进行简单的选型。

6.2 设备控制

本厂采用现场总线技术与智能仪表管控一体化的现场总线控制系统FCS，在主要控制器上采用带芯片处理器的智能仪表。仪表与仪表、仪表与现场总线间的信息传输采用数字信号，克服了模拟信号的抗干扰能力低的缺点。现场总线允许一条通讯线上挂多个现场设备而不需要A/D，D/A，I/O组件。优势主要体现在以下几个方面：

(1) 充分利用了计算机强大的计算处理能力，实现指示、记录、报警、实时反馈信号、降低滞后时间，保证精确控制，能够根据工况变化进行调整，时刻优化控制变量及控制要求，使生产得到优化，保证在生产同等产量的时候效率和产品的品质更高。

(2) 降低了工作人员的劳动强度，统一管理，提高了各仪表阀门的自动化 程度。

(3) 仪表间的连接采用总线连接，线路简单，方便安装和检修。

(4) 仪表主要为智能仪表，仪表之间可以相互联系，实时调整，精确控制。 (5) 现场设备可以相互通信，统一组态，构成所需的控制系统。 (6) 硬件和安装费维护费用低。

(7) 现场总线支持总线供电，即两根导线在为多个自控设备传送数字信号的同时，还为这些设备传输工作电源，可以满足本质安全防爆要求。

(8) 现场总线设备的的智能化和数字化，从根本上提高了测控精度。

本厂主要介质含易燃易爆介质，控制过程要充分考虑防爆的要求，在防易燃易爆的方面上充分体现了现场总线系统的优异型。

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6.2.3 换热器的控制

对于换热器的控制，应根据不同换热介质，配套相应的控制方案。 (1) 工艺物流与冷公用工程

冷却水上下水管均设有切断阀，冷却水上水设有止回阀防止冷却水倒流污染冷却水总管的水。

冷却水上水设有温度检测点，下水设有温度和压力的检测点。热物料进出口设有温度和压力的检测点。为了使被冷却的物料达到所需的温度，在热物料的出口设置温度检测控制点，使用以此温度为主操纵变量、以冷却水进料流量为辅助操纵变量的串级控制。当温度超过其允许的上限时，冷却水的阀门开度增大流量提高，热物料出口温度逐步下降；当热物料出口温度低于其允许的下限时，冷却水的阀门开度减小流量降低，热物料出口温度逐步提高直到恢复正常。

当冷公用工程是冷冻盐水时，控制与上述相同，只是进出换热器的冷冻盐水的管道需要保冷。

(2) 工艺物流与热公用工程

蒸汽上下管均设有切断阀，蒸汽上管设有止回阀防止其倒流污染蒸汽总管。

蒸汽上下管均设有压力检测点，切断阀前还设有安全阀，防止超压。冷物流进出口设有温度和压力的检测点，为了使冷物流的出口温度达到要求，设置以冷物流出口

温度为主操纵变量，以蒸汽进料流量为辅助操纵变量的串级控制。当冷物流出口温度超过其允许的上限时，蒸汽管的阀门开度减小流量降低，冷物流出口温度逐步下降；当冷物流出口温度温度低于其允许的下限时，蒸汽管的阀门开度增大流量提高，冷物流出口温度逐步提高直到恢复正常。

6.3 换热

器的控制

(3) 工艺物流间的换热

换热物流进出口一般均设有温度和压力的检测点，由于物流间的换热不能通过调整进口流量来实现，要保证进反应器的物料温度不至于太高，而与其换热的物料的量是一定的，所以将热物流设置旁路，当冷物流出口温度过高时通过调整旁路阀门的开度来减少换热量以此稳定热物流的温度。

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7 物料及热量衡算

本工艺由甲醇制备乙烯、丙烯，采用的是工业上较为成熟的MTO工艺，这种方法是原料甲醇在流化床中脱水转化为以乙烯、丙烯为主的低碳烯烃。利用高效催化剂提高转化率和反应速率，在精馏工段中，利用复合式精馏塔进行多元物质的分离。

工艺流程的物料衡算以Aspen plus的流程模拟结果为基础所得到的。以工段为单位进行物料衡算，全流程分为预处理生产和精馏段生产。下面为这两部分各个工段的列出物流平衡表。

7.1 物料衡算

7.1.1 1，3-丁二烯的分离 7.1.1.1 一级萃取工段

表7.1一级萃取工段物料衡算表

Stream ID NOTE IN/OUT Temperature ℃ Pressure bar Vapor Frac Mass Flow kg/hr 1 IN 47.50 5.50 1.00 41666.76 进料 ACN1 IN 50.00 6.00 0.00 250000.56 11 OUT 46.70 5.20 0 21439.63 出料 12 OUT 111.60 5.70 0.00 270227.69 40