化工原理仿真实验.doc

化工原理仿真实验化工单元操作仿真简介 化工原理实验仿真系统是在学生进行化工原理实验前培训，预习实验内容，熟悉实验操作程序。化工单元操作仿真实习安排在学生生产实习前进行，化工装置仿真实习安排在毕业实习前进行。计算机仿真实验形象生动且快速灵活，集知识掌握和能力培养于一体，是提高实验教学效果的一项十分有力的措施。软件的主要功能和特点1 完全模拟工业中央主控室中的操作界面。目前提供标准仿集散控制系统界面DCS是美国Honeywell 公司的TDC3000系统（目前为我国应用最广泛的DCS，覆盖石油、化工、硅酸盐工业等行业）。2 可以进行冷态开车，正常运行，正常停车，常见事故处理等培训教学任务。3 有配套的实时操作诊断和指导系统。 软件系统功能1 学生登录：为学生档案管理服务2 时标设定：时标设定即设定仿真时钟的走时速度，标准时标（100%）: 仿真时钟按正常走时。时标（50%）:走时减慢一倍。时标（200%）:走时加快一倍。时标范围：25%300%之间任意设置3 程序暂停：程序冻结后，上、下位机同时冻结。下位机控制算法不再计算。所有学生工艺操作输入无效4 事故设定：各种工艺事故的设定。5 快门记录/重演：对某一时刻的全部工艺数据记录和读取6 重选工况：对开车状态的选择。包括冷态开车，正常运行，正常停车。7 重新开始：系统自动恢复到操作前的原始状态8 仿DCS软件功能智能操作诊断系统智能操作指导、诊断、评测系统是一个相对独立于总体监控软件的软件包，包括智能操作指导、诊断、评测运行软件和智能组态软件两部分。系统的所有功能都分为高级、中级和初级三个操作级别。智能操作诊断系统为可解决如下问题： 为教师提供技术指导（装置操作步骤和工艺质量指标） 为教师提供对学生操作过程监视的环境 为学生操作提供在线帮助，可使学生在培训过程中反复熟悉操作规程 对学生的操作进行科学、客观的评定运行软件通过对学生的操作过程进行跟踪，在线为教师及学生提供如下功能：（1）操作状态指示：对当前操作步骤和操作质量状态以不同的颜色表示。（2）操作方法指导：在线给出操作步骤指导说明。l（3）操作诊断及诊断结果指示：实时对操作过程进行跟踪，并根据用户组态结果进行诊断，并给出详细地诊断结果。l（4）操作评定及生成评定结果：实时对操作过程和操作质量进行评定，给出评分信息。化工单元操作仿真主要内容1 离心泵单元2 换热器单元3 精馏单元通过对以上单元操作的仿真学习，要求同学们对仿真（模拟）有较为深刻的认识，同时对化工单元操作的概念从工程观念上有一个突破式的了解和认识。1、离心泵单元在开始仿真实习之前，考察学生对离心泵工作原理、离心泵性能参数、离心泵工作点的确定等知识点的掌握。一、工作原理简述启动灌满了被输送液体的离心泵后，在电机的作用下，泵轴带动叶轮一起旋转，叶轮的叶片推动期间的液体转动，在离心力的作用下，液体被甩向叶轮边缘并获得动能；在导轮的引导下沿流通截面积逐渐扩大的泵壳流向排出管，液体流速逐渐降抵,而静压能增大。排出管的增压液体经管路即可往各目的地。与此同时，叶轮中心处因液体被甩出而形成一定的真空，因贮槽液面上方压强大于叶轮中心处，在压力差的作用下，液体不断地从吸入管进入泵内，以填补被排出液体的位置。因此，只要叶轮不断旋转，液体便不断地被吸入和排出。由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮。离心泵的操作中有两种现象是应该避免的：气缚和气蚀。 气缚：离心泵启动时，若泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。此种现象称为气缚，表示离心泵无自吸能力，所以必须在启动前向壳内灌满液体。气蚀：指当贮槽叶面的压力一定时，如叶轮中心的压力降低到等于被输送液体当前温度下的饱和蒸汽压时，叶轮进口处的液体会出现大量的气泡，这些气泡随液体进入高压区后又迅速被压碎而凝结，致使气泡所在空间形成真空，周围的液体质点以极大的速度冲向气泡中心，造成瞬间冲击压力，从而使得叶轮部分很快损坏，同时伴有泵体震动，发出噪音，泵的流量，扬程和效率明显下降。这种现象叫气蚀现象。气蚀产生的原因：安装高度过高；输送流体温度过高；吸入管路阻力太大。该单元主要包括以下设备： V101 ：离心泵前罐 P101A ：离心泵A P101B ：离心泵B（备用泵）二、离心泵单元操作规程主要步骤1.开车操作规程（1）准备工作盘车；核对吸入条件；调整填料或机械密封装置（2）罐V101充液、充压向罐V101充液；罐V101充压（3）启动泵前准备工作灌泵；排气（4）启动离心泵2.正常操作规程（1）正常工况操作参数：（2）负荷调整可任意改变泵、按键的开关状态，手操阀的开度及液位调节阀、流量调节阀、分程压力调节阀的开度，观察其现象。3.停车操作规程(1)V101罐停进料(2)停泵(3)泵P101A泄液(4)V101罐泄压、泄液三、主要事故设置1.P101A泵坏 主要现象: 1)P101A泵出口压力急骤下降; 2)FIC101流量急骤减小到零;2.P101A泵入口管线堵 主要现象: 1)P101A泵入口、出口压力急骤下降; 2)FIC101流量急骤减小到零;3.P101A泵气蚀 主要现象: 1)P101A泵入口压力、出口压力上下波动; 2)P101A泵出口流量波动(大部分时间达不到正常值)。5.P101A泵气缚 主要现象: 1)P101A泵出口压力急骤下降; 2)FIC101流量急骤下降。2、换热单元首先让学生回忆有关传热一章的基本知识点：传热速率、传热温差、传热系数、传热面积等计算。列管式换热器的传热过程分析。一、工作原理简述 本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。在对流传热中。传递的热量除与传热推动力(温度差)有关外，还与传热面积和传热系数成正比。传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或污垢层，都会降低传热系数，减少传热量。所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。另外, 考虑到金属的热胀冷缩特性，尽量减小温差应力和局部过热等问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。该单元包括以下设备：P101A/B：冷物流进料泵P102A/B：热物流进料泵E101：列管式换热器。二、换热单元操作规程主要步骤1.开车操作规程装置的开工状态为换热器处于常温常压下，各调节阀处于手动关闭状态，各手操阀处于关闭状态，可以直接进冷物流。（1）启动冷物流进料泵P101A（2）冷物流E101进料注意壳程不凝性气体的排除。（3）启动热物流入口泵P102A（4）热物流进料注意管程不凝性气体的排除。2.正常操作规程（1）正常工况操作参数（2）备用泵的切换3.停车操作规程（1）停热物流进料泵P102A（2）停热物流进料（3）停冷物流进料泵P101A（4）停冷物流进料（5）E101管程泄液（6） E101壳程泄液三、主要事故设置1.P101A泵坏 主要现象: 1)P101泵出口压力急骤下降; 2)FIC101流量急骤减小; 3)冷物流出口温度升高，汽化率增大。2.P102A泵坏 主要现象: 1)P102泵出口压力急骤下降; 2)冷物流出口温度下降，汽化率降低。3.部分管堵 主要现象: 1)热物流流量减小;2)冷物流出口温度降低，汽化率降低;3)热物流P102泵出口压力略升高。4.换热器结垢严重 主要现象:热物流出口温度高。3、精馏单元首先复习有关精馏操作的一些基本概念：包括精馏原理，双组分精馏的基本计算，精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、进料方程、平衡线方程、最小回流比、理论塔板数的计算、进料位置选择及塔板效率等问题。一、工作原理简述精馏是化工生产中分离互溶液体混和物的典型单元操作，其实质是多级平衡蒸馏，即在一定的压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组份浓度逐渐升高，从而实现分离。该单元包括以下设备：DA-405: 脱丁烷塔EA-419: 塔顶冷凝器FA-408: 塔顶回流罐GA-412A、B: 回流泵EA-418A、B: 塔釜再沸器FA-414: 塔釜蒸汽缓冲罐二、精馏单元操作规程主要步骤1.冷态开车操作规程装置冷态开工状态为精馏塔单元处于常温、常压氮吹扫完毕后的氮封状态，所有阀门、机泵处于关停状态。（1）进料过程（2）启动再沸器（3）建立回流（4）调整至正常2.正常操作规程（1）正常工况下的工艺参数（2）主要工艺生产指标的调整3.停车操作规程（1）降负荷（2）停进料和再沸器（3）停回流（4）降压、降温