表面活性剂生产过程控制系统

目录绪论.........................................11．生产过程和生产工艺.........................21．1聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程......21．2生产工艺................................22．表面活性剂生产过程控制分析.................22.1原料与环氧乙烷的配比控制.................22．2反应过程的温度控制......................52.3反应器的压强控制.........................74.仪表选型...................................95.总结......................................10参考文献....................................121绪论表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。聚氧乙烯型非离子表面活性剂是用具有活泼氢原子的疏水性原料与环氧乙烷或聚乙二醇进行反应制得的。全世界环氧化加成物（主要是环氧乙烷加成物）类表面活性剂的年消耗量约在300万吨左右（约占表面活性剂总消耗量的1/4）。其中，聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂是这类表面活性剂的主要品种，它的工艺生产过程及工艺上对控制参数的要求是十分严格的。本设计主要讲述的是聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程，通过比值控制和串级控制来控制反应器中的温度、液位、流量和压强等量来维持稳定的反应条件。聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程主要是通过比值控制，来严格控制两种原料的比例，同时温度传感器来检测反应器中温度，压力传感器来检测反应器中压强从而达到精确控制聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程的目的。21．生产过程和生产工艺1．1聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产过程是将疏水原料经加热后喷入反应器中，此时根据原料量加入0.5％的环氧乙烷（环氧乙烷易燃烧和爆炸），在反应器中反应，此反应是在高温、压力和催化剂存在下进行，反应过程大量放热，通过热交换器维持反应器内温度150℃，压力0.05Mpa。当等计量的环氧乙烷加完后温度持续下降到100℃时将反应器内原料输出。1．2生产工艺生产工艺上要求1.反应温度维持在150℃～175℃，温度误差大于±5℃时应会自动提示报警。2.反应器内压力维持在0.05～0.5MPa。3.环氧已烷占原料量的0.5％。2．表面活性剂生产过程控制分析2.1原料与环氧乙烷的配比控制被控量：原料与环氧乙烷的输出量被控对象：阀门使用双闭环比值控制系统，由于环氧乙烷占原料总量的0.5％，它们之间的比值差距非常大，当环氧乙烷的输出量发生变化时原料的输出量将剧烈变化不利于系统的稳定，所以在此不应选择双闭环比值控制系统而应选择单闭环比值控制系统。主动量原料的输出量是开环的，从动量环氧乙烷的输出量按3一定的比值0.5％随原料的输出量而变化，当原料的输出量不变而环氧乙烷的输出量受到扰动时，则可通过环氧乙烷的输出的闭合回路进行定值控制，使环氧乙烷的输出量调回到原料的输出量的给定值上两者的流量在原数值上保持不变。当原料的输出量受到扰动时，使环氧乙烷的输出量跟随原料的输出量而变化从而保证原设定的比值不变。当环氧乙烷的输出量和原料的输出量同时受到扰动时，环氧乙烷的输出回路在克服扰动的同时，又根据新的给定值，使主从动量在新的流量数值的基础上保持原设定值的比值关系。对于主动量，调节阀选用气开式，一旦调节阀损坏，调节阀处于全关状态，阻止原料的进入，从而保证了生产的安全，当调节阀增大时，原料的流量增大，所以过程的特性为正，因此控制器为反作用式。对于从动量回路，由相同的方法可得控制器也为反作用式。在这个生产过程中，生产工艺要求原料与环氧乙烷两种物料流量200：1比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。严格控制其比例，对于安全生产来说十分重要。这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统，均称为比值控制系统。所以此控制系统选择单闭环比值控制为控制系统。其带检测点的工艺流程图如图1-1。4FT003FT004P-5FC003FY001原料环氧乙烷Q2Q1图1-1工艺流程图其方框图如图1-2。Wm1KWc2WvWoWm2-Q1Q2图1-2单闭环比值控制系统方框图Wc2为控制器，Wv回路的开方器，Wm1、Wm2分别为主从测量变送器，K是比值控制器的比值。Q1、Q2分别是原料和环氧5乙烷的输出量。2．2反应过程的温度控制该过程的温度控制，主要有两个，一个是反应开始前对原料的预加热，另一个则是反应器内的温度控制。2．2．1原料的预加热该反应过程的温度控制为150°，预加热的对温度的要求精度并不高，所以原料温度达到80°-90°即可，可采用串级控制系统。主被控参数为原料的温度加热水流出时的温度，副被控参数为加热水流出时的温度。把原料温度作为加热水流出时的温度调节器的给定值，控制参数为加热水流量。此时阀门的选择应为气关阀，调节阀损坏，调节阀处于全开状态，仍然对原料进行加热，防止产生生产事故。预加热控制流程图如图：FT001FC001TC001TT001加热水流入流出T0图2-1预加热工艺流程图2．2．2反应器的温度控制该反应要求温度维持在150°，温度波动范围较小，扰动量主6要为反应产生的热量，这里通过热交换器来维持反应器中温度的恒定。这里选取反应器温度为主被控参数，选取冷却水流出时温度为副被控参数，把反应器内的温度作为冷却水流出温度的给定值。其工作过程是：当处在稳定工况时反应器内物料的流量和温度不便，反应器温度和冷却水流出时的温度处于相对平衡状态，调节阀保持一定的开度，此时反应器温度稳定在给定值上当扰动破坏了平衡时串级控制便开始了其控制过程。这里选择前馈串级控制来调节其反应温度的恒定，因其低温度原谅的不断加入反应过程的干扰度大大加强，所以需要加入前馈来让反应过程更加灵敏迅速。此时阀门的选择应为气关阀，调节阀损坏，调节阀处于全开状态，仍然对反应器进行降温，防止产生生产事故。反应器温度控制流程图如图：7FT003TC002FC002TT002冷却水流入流出T0FFC001FT002图2-2反应器温度控制工艺流程图其方框图如图2-3：TCFCFTTTF(s)Y(s)R(s)调节阀---新原料的加入前馈补偿器+反应器内温度冷却水流出温度控制回路反应器图2-3前馈串级控制系统方框图2.3反应器的压强控制该反应要求反应过程中压力0.05Mpa，此时只需使用一个单回路控制系统即可路来控制即可实现其效果。反应器的压强控制流程图如下图：8P-3PT001PC001图2-4压强控制系统流程图其方框图如下：调节器调节阀-R(s)Y(s)变送器被控过程干扰（原料的反应放热膨胀）9图2-5单回路控制系统方框图4.仪表选型聚氧乙烷类非离子表面活性剂的合成过程是一个化学过程，任何化学过程都要受到许多因素的影响，主反应与副反应的速度都受到这些因素的制约，因此，我们必须从生产工艺过程出发，在防止其他因素的影响下，力求生产效率高，保证生产过程的稳定安全，为了对监控系统进行科学地设计，我们必须对聚氧乙烷类非离子表面活性剂生产的基本原理有充分的了解，这也是过程控制人员设计调试时所必须掌握的。在控制系统中，一次仪表及其测量点的位置的选择是非常重要的，她直接关系到系统能否可靠运行，因此，我们在选择仪表时，应主要着眼于尽可能地减小测量滞后，同时也要装配维修方便。在本系统中，主要需要检测点之一就是温度的检测。因为他们的测量需求是150℃，所以我采用分度号为Pt100的铂电阻作为传感器，铂电阻的阻值R与温度基本成线性关系，且线性度好，特别是在温度不太高的范围内，可以认为是线性的，并且铂的稳定性很高，特性的重复性强。在此设计中温度测量采用JY5015，热响应时间小于0.06S，测量范围为-200--500℃.根据聚氧乙烷类非离子表面活性剂的生产要求，我们设有超限声光报警系统，当监控参数超出报警上下限设定值是，电笛响起，报警指示灯亮，并且报警器的灵敏度要求要高。本设计所用的仪器仪表如下表1。10表1仪器仪表的选型元器件名称型号参数数量温度测量器JY5015热电偶，温度范围0～800℃，防护等级：IP65，防爆等级：dIIBT4，精度：0.1%，能多点测量4温度控制器AI-508防护等级：表壳IP53，量程范围：-100～230℃，0.3级精度4流量测量器2HQ3512防护等级IP67，行程精度：1%,转矩精度：10%，输出转速：5/14，全程时间：30S4流量控制器7ME6910环境温度0～500℃，外壳防护等级：IP65，耐压：2MPa3开方器DJK1000输入信号1-5v，DC环境温度0-50℃3比值控制器BURKERT8601比列电磁阀，PWM频率无限可调，可选RS232、RS485接口1报警器TAD-167温度超过设置上下限时报警，监测温度-50～+150℃，报警音量：120分贝，测量精度：±0.1℃25.总结11方案评价及改进方向：本系统能将表面活性剂反应器温度进行严格控制，并且有较快的抗干扰能力减小纯滞后时间。改进主要针对对反应器压强和温度的控制的灵敏度的提高。收获及体会：通过这次的课程设计，我又回顾了学过的过程控制系统，加深了一些印象，也使我在学习书本知识的同时学会了将书本上的知识应用到实际生产中，在实际生产中拓展自己的能力和自己的学习热情。通过这几天的忙碌，我学会了许多我们在课堂上面学不到的知识和能力。在我们做课程设计的时候我们将面对许许多多的系统传递函数，微分方程，校正仿真等问题，以及对一些软件例如VISIO、CAD绘图等常用设计软件的使用，会画系统流程图和传递函数方框图。这也就要求我们利用课上学习到的知识和自己的查阅资料的能力，综合运用以前上课时老师教我们的分析方法去分析新的问题，从另一个方面加强了我的自学能力。通过这几天的设计，我认识到了和同学配合的重要性，在我们学习生活中，自己不可能是十全十美的，我们也不能凭借一个人的力量解决所有的问题，在学习生活中团队配合是十分重要的。在这次的课程设计中，我们一起讨论，一起回顾以前学的过程控制相关知识，一起研究怎么画图，最终成功地研究出了成果，虽然由于经验不足，时间仓促，设计的不是很好，但是我们从中学到了很多有用的和宝贵的经验，我觉得这才是这次课程设计的目的所在。12参考文献[1]刘德峥.精细化工生产工艺学[M]，北京：化学工业出版社，2005.01[2]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M]，北京：化学工业出版社，2003.09[3]刘玉兰，汪学德.油脂制取工艺学[M]，北京：化学工业出版社，2006.08[4]涂植英.过程控制系统[M]，北京：机械工业出版社，2000.04[5]陈夕松，汪木兰.过程控制系统[M]，北京：科学出版社，2005.07[6]孙洪程，李大宇.过程控制工程[M]，北京：高等教育出版社，2006.01[7]仪器设备的型号查询相关网站