化工生产的工艺参数与操作控制

2.化学反应平衡移动分析
(1)温度 吸热反应， 温度升高，反应向生 成物方向移动。放热 反应，△H<0，温度 下降，平衡向反应物 方向移动， (2)压力 压力升 高，反应平衡向 分子数减少的方 向移动 (3)反应物组成
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三、动力学分析
1.温度对化学反应速率的影响
图3-5 反应速率与温度的关系
一、化工生产的工艺参数
(3) 对后续分离的影响 P↑，冷却温度↑，越易分离。 (4) 对设备费用和操作费用的影响 P↑，设备材质要求↑ ，动力费用↑，运行的安全性↓。
一、化工生产的工艺参数
3. 原料配比
aA+bB→cC，按化学计量关系配比是较理想的。
（1）化学平衡 某种原料有毒有害或价格昂贵时，为提高其转化率， 应使另一种反应物过量。 (2) 反应速率 某种反应物浓度指数大于0时，则 c ↑，r↑。
简单控制系统组成




① 被控对象也称对象 ，是指被控制的生产设备或装置。 被控对象需要控制的变量称为被控变量。 ② 测量变送器 测量被控变量，并按一定的规律将其 转换为标准信号的输出，作为测量值。标准信号的含义 是其上下限符合规定系列:0~l0mA, 4~20mA, 0.02~0.1MPa等。 ③ 执行器常用的是控制阀。接受控制器来的信号 直接 改变操纵变量,通过操作这个变量可克服扰动对被控变 量的影响，通常是由执行器控制的某工艺流量。 ④ 控制器 也称调节器。它将被控变量的设定值与测量 值进行比较得出偏差信号 ，并按一定规律给出控制信 号。



一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需 按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设 施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组 织生产。 工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机 械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工 艺技术安排。 生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的 稳定均对安全生产产生影响。

影响工业生产的安全因素： 原材料的组成变化 产品性能与规格的变化 生产过程中设备的安全可靠性 装置与装置、工厂与工厂之间的关联性 生产设备特性的漂移 控制系统失灵

现代工业生产过程，能量平衡接近于临界状 态，一个局部的扰动，就会在整个生产过程传播 开来，给安全生产带来威胁。
3.3 生产过程安全控制系统组成




简单控制系统是最基本、最常见、应用最广泛的控制系统， 约占控制回路的80%以上。 简单控制系统的特点是结构简单，易于实现，适应性强。 在简单控制系统的基础上 ，发展起各种复杂控制系统 。 在工业过程计算机集成控制系统中，也往往把它作 为最 低层 的控制系统。 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的

液位控制系统


液位 h是需要控制 的工艺变量，称为 被控变量。 Qo为操纵变量 进水量Qi是造成被 控变量产生不期望 波动的原因，称为 扰动
液位人工控制示意图




①用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神经系统 告诉大脑; ② 通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大脑中 储存好的希望值即给定值进行比较，根据偏差的大小和方 向，经过分析、思考，然后根据操作经验发出命令; ③ 根据大脑发出的控制命令，通过手去改变出水阀门开 度，以改变 Q。来控制液位; ④ 反复执行上述操作 ，直到将液位控制到所希望的数值 上。

工艺控制流程图，它是用自控设计的文字符号和图形符号在工艺流程图 上描述生产过程 自动控制的原理图。

图中，小圆圈表示某些自动化仪表 ，圆内由两位以上字母 ，第一位字 母表示被测量变量，后继字母表示仪表的功能。



采用液位测量变送器LT检测液位值并转换为标准信号 ， 如4~20mA。 这一测量信号送往液位控制器 LC，控制器的设定值由人 工给定。控制器根据偏差的正负、大小及变化情况，发出 控制信号。 控制器的输出送往执行器，此处为控制阀，控制阀根据控 制信号变化增大或减小阀门的开度，调节出水流量，使测 量值接近或等于给定值。
绪论——化工生产的通用基础知识
任务四 化工生产的工艺参数与操作控制
一 、化工生产的工艺参数 二、化工生产的操作控制
主要内容
1
一、物理因素分析 Physical factors
2
二、热力学分析 Thermodynamic Analysis
三、动力 学分析 Kinetic Analysis
3
4
四、工艺参数的确定 Selection of Technological Conditions
用于自动监视和代替 人工自动控制工业生 产过程 的最基本 的 自动化设备

常规控制：所谓常规控制是指采用经典的 PID (由比
例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成 )控
制算法或其他简单的控制算法，使工业生产过程的被控变
量，在遭受到外来扰动情况下，稳定地维持在预先的给定 值上。三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量， 与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
提高某一种原料的比例，可提高另一种原料的转化率。
一、化工生产的工艺参数
(3) 反应物与产物的分离 (4) 安全生产，配比应在爆炸极限之外
一、化工生产的工艺参数
4. 空速（停留时间）
(1) 转化率、选择性与生产能力 (2) 系统阻力，即动力消耗
(3) 热量的移除
(4) 后续分离的难易
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二、化工生产的操作控制


蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，可能在 美国得克萨斯州引起一场龙卷风。 在初始条件下的十分微小的变化，经过不断放 大，对事物未来会造成极其巨大的影响与后果。


为了使一个工业生产过程或一个企业良好、 高效地运行 ，都离不开对整个生产过程物料、能 源、人力等的管理、组织和运作。要达到此目的， 必须对工业生产过程的信息、数据进行及时的检 测和控制。 生产计划 、生产调度、安全稳定地生产与操 作等，都离不开 自动化技术 。

3.3.1温度控制系统 蒸汽加热器的温度自动控制系统:由蒸汽加热器、温度变 送器TT,温度控制器 TC和蒸汽流量控制阀组成。控制的目 标是保持流体出口温度恒定。

3.3.2 流量控制系统 由管路系统、孔板和差压变送器、流量控制器FC和流量控 制阀组成。控制的目标是保持流量恒定。
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一、物理因素分析
1.原料的影响 (1)原料的纯度 与杂质 (2)原料的配比
5.反应压力 的影响
2.反应时间 的影响
3.空间速度 与接触时间 的影响
4.反应物浓 度的影响
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二、热力学分析
1.化学反应可行性分析
(△G)T,p <0，反 应能自发进行 (△G)T,p＝0，反 应处于平衡状态 (△G)T,p >0，反 应不能自发进行

这种控制系统最典型的是单回路 (单个参数的控制) 负反馈控制系统 (或叫反馈控制回路)

如果外来 的扰动是可 以测量 的，则可组成 单回路的反馈 加前馈控制系统

先进控制是对那些不同于常规单回路 PID控制，并具有比 常规 PID控制更好控制效果的控制策略的统称，而非专指 某种计算机控制算法。
2.催化剂对反应速率的影响
催化剂是提高反应速率的一种最常用、也是很有效的办法 。
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四、化工生产的工艺参数
1. 温度
（1）化学平衡 放热：T↑，K↓，应尽量降低温度； 吸热：T↑，K↑，应尽量提高温度。 （2）反应速率 通常情况下，T↑，r↑。 但对于有副反应的系统， k
k0 e

Ea RT
催化剂的存在一般使主反应的活化能最低 但是，从相对速率看，升温有利于副反应。
一、化工生产的工艺参数
(3) 催化剂活性温度范围——确定适宜温度的首选条件 (4) 材质使用温度范围
一、化工生产的工艺参数
2. 压力
(1)化学平衡 体积增加的反应：P ↑，K↓，应尽量降低压力； 体积减少的反应：P ↑，K↑，应尽量提高压力。 (2) 反应速率 一般来讲，不管是气相还是液相反应， P ↑，r↑。
现代工业生产过程存在的安全操作与控制问题：

开车、停车 工艺流程及设备间切换 工艺运行中安全控制 间歇生产过程操作 生产负荷的改变 异常状态下的紧急处理
工业生产过程的安全要求

对上述运行过程按一定的顺序操作 其他要求： 监视和管理整个生产过程 对生产过程进行规划、调度和决策 生产过程的异常现象记录，事故案例的积累以 及安全操作与控制措施的总结
二、化工生产的操作控制
2. 巡视与观测
是对工艺过程控制系统是否正确运行的校验。 操作规程中明确规定：巡回检查的间隔时间和巡回检
查的路线和观测点。
巡检要详细做好原始记录：时间、工艺参数、加料、
出料、取样、不正常情况及排除、要求下一班人员引 起注意的问题等。
3.安全生产与运行操作


3.1.1 工业生产过程操作
1. 操作控制
操作人员通过对工艺操作规程所规定的控制点，以 及主要的工艺操作参数(温度、压力、流量、液位）的操 作控制，实现合格产品的生产。具体包括： (1) 检测：观察仪表所显示的参数 (2) 对比判断：将观察到的参数值，与操作规程所规 定的范围进行对比，判断是否正常，是否需要调节。 (3) 操作控制：根据以上对比判断决定如何进行操作。
优化监控层提供各种 优化目标或约束条件 为先进控制层提供优 化给定值 、优化控制 轨迹或生产方案 实现常规控制层无法 做到的多变量控制 由计 算机(或 DCS)和有 关软件及控制算法等组成 由计 算机(或 DCS)和有 关软件及控制算法等组成 由生产过程工艺参数的测量 变送仪表、仪器、自动执行 机构组成 。 由有关 的生 产过程 工艺设 备 如容器 、泵 、机器 、管 企业生产过程管理与控制的递阶结构 道 等组成