化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)與操作控制第1頁/共35頁1234一、物理因素分析Physicalfactors二、熱力學分析ThermodynamicAnalysis三、動力學分析KineticAnalysis四、工藝參數(shù)的確定SelectionofTechnologicalConditions主要內(nèi)容

化學工業(yè)出版社第2頁/共35頁1.原料的影響(1)原料的純度與雜質(zhì)(2)原料的配比2.反應時間的影響4.反應物濃度的影響5.反應壓力的影響

一、物理因素分析3.空間速度與接觸時間的影響化學工業(yè)出版社第3頁/共35頁

二、熱力學分析1.化學反應可行性分析(△G)T,p<0，反應能自發(fā)進行(△G)T,p>0，反應不能自發(fā)進行(△G)T,p＝0，反應處于平衡狀態(tài)2.化學反應平衡移動分析(1)溫度吸熱反應，溫度升高，反應向生成物方向移動。放熱反應，△H<0，溫度下降，平衡向反應物方向移動，(2)壓力壓力升高，反應平衡向分子數(shù)減少的方向移動

(3)反應物組成化學工業(yè)出版社第4頁/共35頁三、動力學分析

1.溫度對化學反應速率的影響圖3-5反應速率與溫度的關系2.催化劑對反應速率的影響

催化劑是提高反應速率的一種最常用、也是很有效的辦法?；瘜W工業(yè)出版社第5頁/共35頁1.溫度放熱：T↑，K↓，應盡量降低溫度；吸熱：T↑，K↑，應盡量提高溫度。但對于有副反應的系統(tǒng)，四、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)（1）化學平衡（2）反應速率通常情況下，T↑，r↑。但是，從相對速率看，升溫有利于副反應。催化劑的存在一般使主反應的活化能最低第6頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(3)催化劑活性溫度范圍——確定適宜溫度的首選條件(4)材質(zhì)使用溫度范圍第7頁/共35頁2.壓力體積增加的反應：P↑，K↓，應盡量降低壓力；體積減少的反應：P↑，K↑，應盡量提高壓力。(2)反應速率一般來講，不管是氣相還是液相反應，P↑，r↑。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(1)化學平衡第8頁/共35頁P↑，設備材質(zhì)要求↑，動力費用↑，運行的安全性↓。(3)對后續(xù)分離的影響P↑，冷卻溫度↑，越易分離。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(4)對設備費用和操作費用的影響第9頁/共35頁3.原料配比aA+bB→cC，按化學計量關系配比是較理想的。提高某一種原料的比例，可提高另一種原料的轉(zhuǎn)化率。

某種原料有毒有害或價格昂貴時，為提高其轉(zhuǎn)化率，應使另一種反應物過量。(2)反應速率某種反應物濃度指數(shù)大于0時，則c↑，r↑。一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)（1）化學平衡第10頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)(3)反應物與產(chǎn)物的分離(4)安全生產(chǎn)，配比應在爆炸極限之外第11頁/共35頁一、化工生產(chǎn)的工藝參數(shù)4.空速（停留時間）(3)熱量的移除(1)轉(zhuǎn)化率、選擇性與生產(chǎn)能力(2)系統(tǒng)阻力，即動力消耗(4)后續(xù)分離的難易第12頁/共35頁二、化工生產(chǎn)的操作控制1.操作控制(3)操作控制：根據(jù)以上對比判斷決定如何進行操作。

操作人員通過對工藝操作規(guī)程所規(guī)定的控制點，以及主要的工藝操作參數(shù)(溫度、壓力、流量、液位）的操作控制，實現(xiàn)合格產(chǎn)品的生產(chǎn)。具體包括：(2)對比判斷：將觀察到的參數(shù)值，與操作規(guī)程所規(guī)定的范圍進行對比，判斷是否正常，是否需要調(diào)節(jié)。(1)檢測：觀察儀表所顯示的參數(shù)第13頁/共35頁二、化工生產(chǎn)的操作控制2.巡視與觀測是對工藝過程控制系統(tǒng)是否正確運行的校驗。操作規(guī)程中明確規(guī)定：巡回檢查的間隔時間和巡回檢查的路線和觀測點。巡檢要詳細做好原始記錄：時間、工藝參數(shù)、加料、出料、取樣、不正常情況及排除、要求下一班人員引起注意的問題等。第14頁/共35頁3.安全生產(chǎn)與運行操作3.1.1工業(yè)生產(chǎn)過程操作現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程存在的安全操作與控制問題：開車、停車工藝流程及設備間切換工藝運行中安全控制間歇生產(chǎn)過程操作生產(chǎn)負荷的改變異常狀態(tài)下的緊急處理第15頁/共35頁工業(yè)生產(chǎn)過程的安全要求對上述運行過程按一定的順序操作其他要求：監(jiān)視和管理整個生產(chǎn)過程對生產(chǎn)過程進行規(guī)劃、調(diào)度和決策生產(chǎn)過程的異常現(xiàn)象記錄，事故案例的積累以及安全操作與控制措施的總結(jié)第16頁/共35頁一個工廠、一個生產(chǎn)流程、一個生產(chǎn)裝置，均需按產(chǎn)品品質(zhì)和數(shù)量的要求、原材料供應及公共設施情況，由工藝設備組建一定的工藝流程而后組織生產(chǎn)。工藝流程：主要是針對生產(chǎn)，為合理使用各種機械，提高機械使用率，提高總體生產(chǎn)力的一個工藝技術安排。生產(chǎn)過程中各種擾動、設備特性的改變、操作的穩(wěn)定均對安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。第17頁/共35頁影響工業(yè)生產(chǎn)的安全因素：原材料的組成變化產(chǎn)品性能與規(guī)格的變化生產(chǎn)過程中設備的安全可靠性裝置與裝置、工廠與工廠之間的關聯(lián)性生產(chǎn)設備特性的漂移控制系統(tǒng)失靈第18頁/共35頁

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程，能量平衡接近于臨界狀態(tài)，一個局部的擾動，就會在整個生產(chǎn)過程傳播開來，給安全生產(chǎn)帶來威脅。蝴蝶效應：一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，可能在美國得克薩斯州引起一場龍卷風。在初始條件下的十分微小的變化，經(jīng)過不斷放大，對事物未來會造成極其巨大的影響與后果。第19頁/共35頁

為了使一個工業(yè)生產(chǎn)過程或一個企業(yè)良好、高效地運行，都離不開對整個生產(chǎn)過程物料、能源、人力等的管理、組織和運作。要達到此目的，必須對工業(yè)生產(chǎn)過程的信息、數(shù)據(jù)進行及時的檢測和控制。生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、安全穩(wěn)定地生產(chǎn)與操作等，都離不開自動化技術。第20頁/共35頁企業(yè)生產(chǎn)過程管理與控制的遞階結(jié)構(gòu)由有關的生產(chǎn)過程工藝設備如容器、泵、機器、管道等組成由生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的測量變送儀表、儀器、自動執(zhí)行機構(gòu)組成。由計算機(或DCS)和有關軟件及控制算法等組成用于自動監(jiān)視和代替人工自動控制工業(yè)生產(chǎn)過程的最基本的自動化設備實現(xiàn)常規(guī)控制層無法做到的多變量控制由計算機(或DCS)和有關軟件及控制算法等組成為先進控制層提供優(yōu)化給定值、優(yōu)化控制軌跡或生產(chǎn)方案優(yōu)化監(jiān)控層提供各種優(yōu)化目標或約束條件第21頁/共35頁

常規(guī)控制：所謂常規(guī)控制是指采用經(jīng)典的PID(由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成

)控制算法或其他簡單的控制算法，使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，在遭受到外來擾動情況下，穩(wěn)定地維持在預先的給定值上。三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應。

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這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路(單個參數(shù)的控制)負反饋控制系統(tǒng)(或叫反饋控制回路)第23頁/共35頁如果外來的擾動是可以測量的，則可組成單回路的反饋加前饋控制系統(tǒng)第24頁/共35頁先進控制是對那些不同于常規(guī)單回路PID控制，并具有比常規(guī)PID控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計算機控制算法。第25頁/共35頁3.3生產(chǎn)過程安全控制系統(tǒng)組成簡單控制系統(tǒng)是最基本、最常見、應用最廣泛的控制系統(tǒng)，約占控制回路的80%以上。簡單控制系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，適應性強。在簡單控制系統(tǒng)的基礎上，發(fā)展起各種復雜控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程計算機集成控制系統(tǒng)中，也往往把它作為最低層的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的第26頁/共35頁簡單控制系統(tǒng)組成①被控對象也稱對象，是指被控制的生產(chǎn)設備或裝置。被控對象需要控制的變量稱為被控變量。②測量變送器測量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標準信號的輸出，作為測量值。標準信號的含義是其上下限符合規(guī)定系列:0~l0mA,4~20mA,0.02~0.1MPa等。③執(zhí)行器常用的是控制閥。接受控制器來的信號直接改變操縱變量,通過操作這個變量可克服擾動對被控變量的影響，通常是由執(zhí)行器控制的某工藝流量。④控制器也稱調(diào)節(jié)器。它將被控變量的設定值與測量值進行比較得出偏差信號，并按一定規(guī)律給出控制信號。第27頁/共35頁液位控制系統(tǒng)液位h是需要控制的工藝變量，稱為被控變量。

Qo為操縱變量進水量Qi是造成被控變量產(chǎn)生不期望波動的原因，稱為擾動液位人工控制示意圖第28頁/共35頁①用眼睛觀察液位計實際液位的指示值，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦;②通過大腦對眼睛觀測到的實際液位值與事先在大腦中儲存好的希望值即給定值進行比較，根據(jù)偏差的大小和方向，經(jīng)過分析、思考，然后根據(jù)操作經(jīng)驗發(fā)出命令;③根據(jù)大腦發(fā)出的控制命令，通過手去改變出水閥門開度，以改變Q。來控制液位;④反復執(zhí)行上述操作，直到將液位控制到所希望的數(shù)值上。第29頁/共35頁工藝控制流程圖，它是用自控設計的文字符號和圖形符號在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程自動控制的原理圖。圖中，小圓圈表示某些自動化儀表，圓內(nèi)由兩位以上字母，第一位字母表示被測量變量，后繼字母表示儀表的功能。第30頁/共35頁采用液位測量變送器LT檢測液位值并轉(zhuǎn)換為標準信號，如4~20mA。這一測量信號送往液位控制器LC，控制器的設定值由人工給定?？刂破鞲鶕?jù)偏差的正負、大小及變化情況，發(fā)出控制信號。控制器的輸出送往執(zhí)行器，此處為控制閥，控制閥根據(jù)控制信號變化增大或減小閥門的開度，調(diào)節(jié)出水流量，使測量值接近或等于給定值。第31