【精品】化工材料

精品精品 化工材料化工材料 化工材料建造化工装置所需工程材料的简称 组成化工生产装置的化工机械 化工仪表 管道和构筑物都是在不 同温度 压力和机械负荷下运转 所接触的物料又多具有强腐蚀作 用 因此 化工材料除应具有一般工程材料的性能外 还应具备优良的 耐腐蚀性能 若耐腐蚀性能不良 不但直接影响装置的寿命 有时还可能引起火 灾 爆炸等事故 还会影响产品的产量和质量 另外 根据不同的用途和使用条件 有时还要求化工材料具有耐高 温或耐低温 导热或隔热等特殊性能 由于化工生产的物料和工艺条件各不相同 因而化工材料的品种繁 多 型号 规格复杂 既包括一般工程材料 也包括化工装置专用 的具有特殊性能 特殊用途的材料 种类化工材料分为金属材料和非金属材料两大类 化工用金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料 黑色金属材料主要指铁和钢 多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制 成的 高合金铁 高合金钢 如高硅铁 高镍铁和各类不锈钢 以及镍 铜 铝 钛 锆及其合金 也广泛应用于化工生产中 非金属材料在化工中的使用日益广泛 主要有塑料 橡胶 玻璃 陶瓷 搪瓷 不透性石墨等类 塑料发展迅速 耐蚀性优良 应用最广泛 不透性石墨既耐热 耐酸 还具有高热导率 用量也较多 陶瓷 玻璃等耐酸性良好 但性 脆 又不能制成大体积设备 所以其本身用途有限 但可用来搪 衬金属表面 制成耐蚀的搪瓷设备 搪 或衬 玻璃的槽 罐等 在金属与非金属之间 还有一种非晶质 态 合金 具有过冷液体 的结构 耐蚀性很强 有些接近钽和贵金属 是一种发展中的材料 为了利用不同材料的优点 还发展了多种复合材料 其中有 金属 与金属复合 如夹层金属板 利用高强度 低耐蚀的材料 如碳钢 铝合金 作底层 耐蚀性较高的材料 如纯铝 镍 钛 不锈钢 等 作接触腐蚀介质的表层 非金属与非金属复合 如增强塑料 非金属与金属复合 如合金陶瓷 既有一定强度 又能耐高温 选材原则由于使用条件不同 化工材料的选材原则主要有材料的机 械性能化工机械一般都承受一定压力 拉力或冲击力 故化工材料 首先须满足机械性能的要求 主要是抗拉强度 屈服强度 冲击强 度 蠕变强度 弹性模数 伸长率 硬度 疲劳极限等 化工机械又多在强腐蚀环境和介质中运转 如采用手册中的强度标 准值 或称名义强度 即在空气中试验的平均值 有时会在应力 远低于最大值时损坏 在可能产生应力腐蚀破裂或腐蚀疲劳的环境 中尤其如此 见腐蚀和防腐 故对可能产生应力腐蚀破裂的环境 考虑采用应力腐蚀破裂临界强度值 材料的耐腐蚀性能不同材料对于各种腐蚀环境具不同的耐蚀性 所 谓优良耐蚀材料只是相对的概念 例如一般认为不锈钢是优于普通碳钢的耐蚀材料 但这只是在大气 水和氧化性环境中才如此 在还原性酸中 两者同样被腐蚀 在7 0 以上的浓硫酸中 碳钢比不锈钢好 在含有氯离子的水中 奥氏 体不锈钢可能产生应力腐蚀破裂 而碳钢却没有这种危险 通常在手册中载有各种材料在各种环境中 酸 碱 盐 气体 无 机物 有机溶剂 大气 土壤 水 海水 工业产品 食品及植物 油等 的腐蚀数据 如手册中没有所需数据 则应进行腐蚀试验 金属耐蚀性的评定标准 按均匀腐蚀率大小分四个等级 见表金属 和合金的耐蚀性等级 对于精密部件和高压 有危险性的设备应用腐蚀率极低的一级材料 一般容器 设备等则可用二三级材料 适当增加壁厚 可保证较长 寿命 对于金属材料 不仅要注意均匀腐蚀 更应注意局部腐蚀 当手册上指出这种 材料 环境 体系有产生孔蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀破裂的可能时 则避 免采用 或采取必要的防护措施 非金属迄今还没有很好的评定方法 对于玻璃 陶瓷 石墨等可以 参用金属标准 而塑料和橡胶的适用标准可参考下列数字抗弯强度的下降要小于25 重量或尺寸变化要小于5 硬度 洛氏M 变化要小于30 在选材中还必须考虑材料与环境的反应是否对环境或生产造成不利 的影响 如是否会污染产品质量 影响工序流程 产生副反应 降低 收率 甚至引起火灾 爆炸等 如有些材料腐蚀率虽然很低 但能使产品的色 香 味变质 甚至 产生毒性 如微量铅化合物 这对于食品 医药 纤维 化妆品 类的工业 就绝对不能使用 材料的加工性能如铸造 切削 焊接 锻造 热处理等性能应满足 要求 其中焊接性能对化工设备尤为重要 材料一般物理性能如密度 熔点 热导率 热膨胀系数等 也应加 以考虑 例如要选用热导能力强的材料制造换热器 选用热导能力最低的材 料做保温材料 经济效益选材的目的是避免设备 建筑等过早地损坏 保证生产正 常运转 这实质上是一个经济效益问题 希望选用的材料都是耐蚀性最优 价格最低 但往往耐蚀性最强的 材料价格却很高 通常需要从材料价格 设备寿命 检修周期 维修费用 停产损失 事故可能性和废品价值等各方面来综合考虑 以选择最合适的材 料 一般短期运转的中间试验设备 小型 间断操作设备和容易更换的 零部件 可选用价格和耐蚀性较低的材料 大型连续生产设备 则要 求寿命长 检修次数少 多采用价格较高 耐蚀性强的材料 自动控制系统由控制装置和控制对象组成 是无需人直接干预其运 行的控制系统 控制装置由检测元件及变送器 控制器和执行器三部分组成 控制对象就是受控的过程或设备 例如在化工生产中 为使换热器的出口温度保持在某一设定值附近 设置一个温度自动控制系统 为了测出被控变量 温度的数值 采用热电阻作为检测元件 并 用温度变送器把被控变量转化为统一的标准信号 然后在温度控制 器中与设定值相比较 依据偏差情况发出控制信号 该信号作用于执行器 气动调节阀 调整加热蒸汽的流量 最后 将出口温度调整到原来的设定值 自动控制系统的分类有多种方法 按控制装置类型 可分为常规控制和计算机控制两种 常规控制采用模拟式控制器 见控制仪表 计算机控制采用电子 数字计算机 按有无反馈 可分为闭环控制系统和开环控制系统 按设定值是否固定 可分定值控制系统和随动控制系统 定值控制系统的设定值固定不变 控制系统可自动克服扰动的影响 使被控变量保持基本恒定 随动控制系统中设定值是变化的 系统使被控变量随设定值而变化 例如 在化工生产中 要求物料A的流量与另一物料B的流量保持一定 的比值 如果物料B的流量是变化的 物料A的流量就必须随之变化 此时物料A的流量控制就属于随动控制类型 常规控制用常规装置 由调节器 测量元件和执行器等仪器仪表组 成 根据一般规律所进行的一种自动控制系统 最简单的常规控制只用一只仪表即可达到目的 复杂的需要多只以 至几十只仪表才能奏效 有的文献也称常规控制为模拟控制 这是与数字控制相对而得名的 前者对变量的测量显示及其信号的传输都是按连续的模拟量进行的 而后者则是按断续的数字量进行的 从控制系统的组成看 最简单的自立式控制 诸如压力容器自动放 气的自动装置 杠杆或钟罩式液位和流量的调节装置都属此类 这类装置虽然简单 若运用得当 效果良好 简单调节系统一般是由一个测量元件 调节器和执行器组成的控制 系统 生产过程中的控制大多数属于这一类 它可以是使变量保持在常数的定值调节 也可以是使变量跟踪变化 的随动调节 调节系统中的调节器可以具有三种不同的调节作用 比例作用 改 变比例放大倍数 或其倒数称为比例度 可以增减调节能力的大小 积分作用 改变积分时间可以增减调节系统的稳定性 还能消除 比例调节所产生的余差 微分作用 可以得到更好的效果 克服滞后对系统的影响 提高 调节质量 综合考虑调整这三种作用 可以满足一般的控制要求 适应性很广 对各种工艺参数的控制都可采用 复杂调节系统在质量要求较高和某些特殊需要情况下 简单调节系 统不满足要求时 需改进设计 选取 补充某些仪表 使系统不同 程度地复杂化 常用的几种是串级调节在简单调节回路中 选取干扰影响特别明显 的一个中间变量 附加一个调节器 组成内调节回路 或副调节回 路 用来初步克服干扰的影响 同时用原回路 称主回路 中的 调节器 主调节器 的输出作为副调节器的给定值 使副调节器跟 随此值达到进一步的精细调节 这是用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统 例如一个用蒸汽加热控制对象的温度调节 往往由于各用汽设备负 荷变化而使蒸汽流量波动极大 影响温度的正常调节 为了克服这个问题 可以取加热蒸汽的压力作为中间变量 组成一个 内回路 然后以被调节温度的信号与规定温度值之差送至主调节器 最后将主调节器的输出作为压力调节器的给定值 串级调节的质量往往比简单调节更好 但使用不当则将适得其反 前馈调节干扰较大且可测时 可在干扰出现时 测取其信号 经前馈 调节器修正后 送作反馈调节器的给定值 使其在调节过程中 能 够在干扰影响被调节量之前 先行采取克服的措施 因此 前馈调节也称超前调节 例如精馏塔进料量的改变对产品质量影响很大 但因滞后大 若等影 响到产品质量后 再反馈至调节器进行调节 则调节措施很不及时 调 节效果差 如果采用前馈调节 就可以有效地克服精馏塔进料量对产品质量的 影响 前馈调节器中的静态修正部分 是按物料或能量平衡 把干扰量换 算至所需的调节量 动态修正部分则是按所需调节措施的缓急而定 均匀调节生产中常有前一设备的产品直接用作后续设备的进料 此 物质的流量必须同时满足前后两个设备的生产要求 前者希望生产多少 流出多少 后者则要求进料平稳 两个要求是矛盾的 均匀调节是解决这一矛盾的措施 调节结果使流量尽量不变 或缓慢 变化 只有在危及各设备的安全生产时 才采取极端的措施 调节系统多为串级形式 而调节器多为宽比例 放大倍数较小 的 比例调节器 分程调节在需用不同的手段分阶段地控制一个参数时 采用这种调 节 例如 一个反应器的温度调节 在正常温度范围内用水冷却即可 但 温度达高限后需用冷冻水冷却 低于低限时 需用蒸汽加热 方能 保持正常反应 满足这种需要的调节称分程调节 它由一个测量元件 调节器及三个调节阀组成系统 由三个调节阀 分别控制冷水 冷冻水和蒸汽的流量 冷水阀通常调整到当温度在低限时全关 高限时全开 冷冻水阀在 温度高限时全关 温度超过高限时开启 蒸汽阀在温度低限时全关 再低时开启 为了避免冷水及冷冻水阀在超高限时同时开启 还要增加一个冷水 阀超高限自动关闭的装置 这样 就可以进行分程调节 分程调节系统的调节质量类似简单调节 若需提高 宜采用串级调 节 前馈调节等改进措施 取代调节也称超驰调节或选择性调节 这是对生产进行软保护的一种设计 例如一个用液氨蒸发进行冷却的换热器 正常控制是按被冷却物料 出口温度的高低来调节进入换热器的液氨 这可由一个简单的温度调节系统来执行 但是 当负荷出现特大上升 在液氨增加到全部淹没换热面积的最 高液位后 仍未能冷却到额定温度时 调节器势必指令进一步加大 液氨供应量 这一增加根本不能加大冷却作用 反而会使气化的氨 严重带液 以致在其重新压缩液化过程中 由于带液而造成压缩机 损坏的重大事故 只好被迫停车 正确的调节措施应采用一个与正常调节器并列的取代调节器 其测 量信号是换热器中液氨的液位 两个调节器的输出同时接入低值选择器 用选中的输出去指挥液氨 的调节阀 若调节阀是气开式 取代调节器的输出可调整到比正常输出高得多 的信号 达到最高液位时就突然地改变到很低的输出 这时选择器 将代替正常调节器的输出送至液氨调节阀使其关闭 在液位脱离险区恢复正常时 取代调节器又有很高的输出 经选择 器又将调节任务归还给正常调节器 常规控制用常规装置 由调节器 测量元件和执行器等仪器仪表组 成 根据一般规律所进行的一种自动控制系统 最简单的常规控制只用一只仪表即可达到目的 复杂的需要多只以 至几十只仪表才能奏效 有的文献也称常规控制为模拟控制 这是与数字控制相对而得名的 前者对变量的测量显示及其信号的传输都是按连续的模拟量进行的 而后者则是按断续的数字量进行的 从控制系统的组成看 最简单的自立式控制 诸如压力容器自动放 气的自动装置 杠杆或钟罩式液位和流量的调节装置都属此类 这类装置虽然简单 若运用得当 效果良好 简单调节系统一般是由一个测量元件 调节器和执行器组成的控制 系统 生产过程中的控制大多数属于这一类 它可以是使变量保持在常数的定值调节 也可以是使变量跟踪变化 的随动调节 调节系统中的调节器可以具有三种不同的调节作用 比例作用 改 变比例放大倍数 或其倒数称为比例度 可以增减调节能力的大小 积分作用 改变积分时间可以增减调节系统的稳定性 还能消除 比例调节所产生的余差 微分作用 可以得到更好的效果 克服滞后对系统的影响 提高 调节质量 综合考虑调整这三种作用 可以满足一般的控制要求 适应性很广 对各种工艺参数的控制都可采用 复杂调节系统在质量要求较高和某些特殊需要情况下 简单调节系 统不满足要求时 需改进设计 选取 补充某些仪表 使系统不同 程度地复杂化 常用的几种是串级调节在简单调节回路中 选取干扰影响特别明显 的一个中间变量 附加一个调节器 组成内调节回路 或副调节回 路 用来初步克服干扰的影响 同时用原回路 称主回路 中的 调节器 主调节器 的输出作为副调节器的给定值 使副调节器跟 随此值达到进一步的精细调节 这是用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统 例如一个用蒸汽加热控制对象的温度调节 往往由于各用汽设备负 荷变化而使蒸汽流量波动极大 影响温度的正常调节 为了克服这个问题 可以取加热蒸汽的压力作为中间变量 组成一个 内回路 然后以被调节温度的信号与规定温度值之差送至主调节器 最后将主调节器的输出作为压力调节器的给定值 串级调节的质量往往比简单调节更好 但使用不当则将适得其反 前馈调节干扰较大且可测时 可在干扰出现时 测取其信号 经前馈 调节器修正后 送作反馈调节器的给定值 使其在调节过程中 能 够在干扰影响被调节量之前 先行采取克服的措施 因此 前馈调节也称超前调节 例如精馏塔进料量的改变对产品质量影响很大 但因滞后大 若等影 响到产品质量后 再反馈至调节器进行调节 则调节措施很不及时 调 节效果差 如果采用前馈调节 就可以有效地克服精馏塔进料量对产品质量的 影响 前馈调节器中的静态修正部分 是按物料或能量平衡 把干扰量换 算至所需的调节量 动态修正部分则是按所需调节措施的缓急而定 均匀调节生产中常有前一设备的产品直接用作后续设备的进料 此 物质的流量必须同时满足前后两个设备的生产要求 前者希望生产多少 流出多少 后者则要求进料平稳 两个要求是矛盾的 均匀调节是解决这一矛盾的措施 调节结果使流量尽量不变 或缓慢 变化 只有在危及各设备的安全生产时 才采取极端的措施 调节系统多为串级形式 而调节器多为宽比例 放大倍数较小 的 比例调节器 分程调节在需用不同的手段分阶段地控制一个参数时 采用这种调 节 例如 一个反应器的温度调节 在正常温度范围内用水冷却即可 但 温度达高限后需用冷冻水冷却 低于低限时 需用蒸汽加热 方能 保持正常反应 满足这种需要的调节称分程调节 它由一个测量元件 调节器及三个调节阀组成系统 由三个调节阀 分别控制冷水 冷冻水和蒸汽的流量 冷水阀通常调整到当温度在低限时全关 高限时全开 冷冻水阀在 温度高限时全关 温度超过高限时开启 蒸汽阀在温度低限时全关 再低时开启 为了避免冷水及冷冻水阀在超高限时同时开启 还要增加一个冷水 阀超高限自动关闭的装置 这样 就可以进行分程调节 分程调节系统的调节质量类似简单调节 若需提高 宜采用串级调 节 前馈调节等改进措施 取代调节也称超驰调节或选择性调节 这是对生产进行软保护的一种设计 例如一个用液氨蒸发进行冷却的换热器 正常控制是按被冷却物料 出口温度的高低来调节进入换热器的液氨 这可由一个简单的温度调节系统来执行 但是 当负荷出现特大上升 在液氨增加到全部淹没换热面积的最 高液位后 仍未能冷却到额定温度时 调节器势必指令进一步加大 液氨供应量 这一增加根本不能加大冷却作用 反而会使气化的氨 严重带液 以致在其重新压缩液化过程中 由于带液而造成压缩机 损坏的重大事故 只好被迫停车 正确的调节措施应采用一个与正常调节器并列的取代调节器 其测 量信号是换热器中液氨的液位 两个调节器的输出同时接入低值选择器 用选中的输出去指挥液氨 的调节阀 若调节阀是气开式 取代调节器的输出可调整到比正常输出高得多 的信号 达到最高液位时就突然地改变到很低的输出 这时选择器 将代替正常调节器的输出送至液氨调节阀使其关闭 在液位脱离险区恢复正常时 取代调节器又有很高的输出 经选择 器又将调节任务归还给正常调节器 控制对象又称被控对象 在自动控制系统中 一般指被控制的设备或过程为对象 如反应器 精馏设备的控制 或传热过程 燃烧过程的控制等 从定量分析和设计角度 控制对象只是被控设备或过程中影响对象 输入 输出参数的部分因素 并不是设备的全部 例如在精馏过程控制中 定回流控制系统的控制对象 只涉及到设 备的回流管道 塔釜液位控制系统的对象 只与塔釜有关 在简单控制系统中 工程上也有称被控参数为对象的 如流量控制 压力控制和温度控制等 控制系统中 作为广义的控制对象 除控制器 调节器 以外的执 行器 调节阀 及测量变送装置都包括在内 作为狭义的控制对象 其端部参数 输入 输出 有被控参数 控制 参数和扰动参数 它们通过控制对象的内部状态而相互联系 控制对象的表征在定量地设计和分析控制系统时 控制对象必须 用有关参数随时间的变化规律 又称对象的动态特性 来表述 一 般采用微分方程或状态方程的形式 这种用数学方程式定量地表示对象动态特性的形式称控制对象的数 学模型 控制机理不同 对象的数学模型也不同 被控参数的选择在被控制的设备或过程中 控制系统设计时选取的 被控参数和控制参数不同 例如由温度控制的反应器 通常选择夹套中冷却液流量数为控制参 数 而被控参数的选择可有多种方案 最常见的控制方案是选取反应器内的反应温度作为被控参数 此时 的控制对象应包括夹套在内 冷却液与反应物之间传递热量的速率 反应流体的质量及其热性能等 都影响对象的特征 这些因素也就影响到控制系统的品质 设计时必须考虑 有些场合也可利用反应器内的压力作为被控参数 以间接达到快速 灵敏地控制反应温度的目的 这种情况的对象特性除考虑反应器本身外 还要涉及溶液蒸气压与 温度的关系 反应器中气相压力与反应温度的关系等 控制参数的选择在设计控制系统时 控制参数也可能有多种选择 例如在蒸汽加热器的温度控制中 蒸汽量和凝液量都可作为控制参数 选择时必须考虑工艺合理 经济 响应快速等因素 当控制参数变动后 控制对象特性同样也要变化 深入研究和掌握控制对象的特性和数学描述方法是设计高质量控制 系统的前提和技术关键 是值得十分关注的研究课题 化工仪表通称为工业自动化仪表或过程检测控制仪表 用于化工过 程控制 是对化工过程工艺参数实现检测和控制的自动化技术工具 能够准 确而及时地检测出各种工艺参数的变化 并控制其中的主要参数 保持在给定的数值或规律 从而有效地进行生产操作和实现生产过 程自动化 分类按功能可分为检测仪表 在线分析仪表和控制仪表 检测仪表 或称化工测量仪表 用以检测 记录和显示化工过程参数的变化 实现对生产过程的监 视和向控制系统提供信息 如温度 压力 流量和液位等 在线分析仪表 主要用以检测 记录和显示化工过程物性参数 如浓度 酸度 密度等 和组分的变化 是监视和控制生产过程的 直接信息 控制仪表 用以按一定精度将化工过程参数保持在规定范围之内 或使参数按一定规律变化 从而实现对生产过程的控制 特点各类化工仪表具有共同特点 种类繁多 除温度 压力 流量和物位等热工参数外 还有许多与产品质量有 关的物性如浓度 酸度 湿度 密度 浊度 热值以及各种混合气 体成分等参数 条件特殊 除常温 常压和一般性介质外 还有高温 高压 深冷 剧毒 易 燃 易爆 易结焦 易结晶 高粘度及强腐蚀的介质 要求较高 化工参数变化一般较缓慢 但也有不少剧烈 快速反应过程 要求 化工仪表具有快速动态响应性能 发展趋势化工仪表从过去单参数检测发展到综合控制系统装置 从 模拟式仪表发展到数字式 计算机式的智能化仪表 仪表基础元器件正在向高精度 高灵敏度 高稳定性 大功率 低 噪音 耐高温 耐腐蚀 长寿命 小型化 微型化方向发展 仪表的结构向模件化 灵巧化等方向发展 正在加强红外 激光 光导纤维 微波 热辐射 晶体超声 振弦 核磁共振 流体动力 等多种新技术 新材料和新工艺向检测及传感器领域的渗透 以应用微型计算机技术为核心 以现代控制理论和信息论为指导 与各种新兴技术如半导体 光导纤维 激光 生化 超导及新材料 等相结合 将使化工仪表进入多学科发展的新阶段 检测仪表在化工生产中 指能确定所感受的被测变量大小的化工仪 表 它通过专门的检测元件去感受被测变量 转换成相应信号 经传送 和放大 显示出其数值 它通常由检测 实现被测变量的一次转换 转换放大 或变送 实 现信号的二次或多次转换 和显示三部分组成 在化工生产中 有高温 高压 深冷 剧毒 易燃 易爆 易结焦 易结垢 高粘度 强腐蚀性等情况 故须选择相适应的检测仪表 检测变量主要包括 温度 常用动圈式测温仪 自动平衡式温度记录仪以及热辐射高温计等 压力 常用弹性式 液柱式及电远传式压力计等 物位 常用浮力式和静压式液位计以及电容式 超声波和放射性物位计等 流量 常用差压式 转子 靶式 电磁及涡轮 椭圆齿轮流量计等 结构形式主要检测仪表的结构形式有 基地式 构成检测仪表的三个组成部分放在一个壳体内 形成一个整体 如 弹簧管压力表 组合式 仪表各组成部分分解为若干个单元 根据不同需要按单元组合方式 组成仪表 如流量检测系统通常可由节流孔板 检测单元 差压变送单元和 显示记录单元组成 仪表功能有两种 传感器 包括检测环节和转换放大环节两部分 它能把被测参数转换并放大 成远传信号 便于集中检测 输出为标准信号的传感器称为变送器 显示仪表 能把检测元件 变送器 或传感器 传送来的信号与检测单位进行比 较以显示其数值 可以是指示 记录或字 符 数显示 发展趋势随着科学技术的不断发展 新的测量方法和工具随之出现 例如利用扩散硅压阻原理的扩散硅差压变送器 利用可变电容原理 的可变电容式压力变送器 或差压变送器 利用弦振动原理的振 弦式压力变送器和振弦式数字式压力表 利用流体振荡原理的卡曼 旋涡流量计和旋进式旋涡流量计等 这些仪表均可提高测量精度 减少可动部件 容易调整 另一方面 近年来在检测仪表中引入微计算机进行数据分析 计算 处理 校验 判断及存贮等工作 实现了原来单个仪表根本不能 实现的许多功能 提高了测量效率 测量精度和测量的经济性 如有些数字式仪表 内附微处理器后 就具有自动校正 自动调节 零点 存贮最低和最高测量值 计算平均值和自行判断误差等能力 测量信息的数字化 也是当前的一种发展趋势 数字信息使传输 存贮 运算 判断 显示等大为方便 数字仪表 可提高测量的可靠性和稳定性 受噪声影响小 不存在漂移 因此 由数字仪表组成的检测系统越来越多地得到应用 此外 随着微计算机的广泛应用和迅速发展 使传感器能直接与计 算机联用 在线分析仪表用于化工生产流程中 即在线 连续或周期性检测物 质化学成分或某些物性的自动分析仪表 由于各种在线分析仪表的作用原理 分析对象和复杂程度不同 其 组成也大不相同 基本构成一般都由四个部分所构成 取样 预处理及进样系统 从流程中取出具有代表性的样品 并使它符合分析器对样品状态或 条件的要求 分析器 将样品的成分量或物性量转换成可测量的电信号 电源和电子线路 对仪表各部分供电 控制仪表各部分的工作 将分析器送来的电信 号放大后 输出至显示 记录器 或同时送至自动控制器或电子计 算机 显示 记录器 用来显示 记录代表成分量或物性量的电信号 分类常用的有 热学式分析仪表 如热导式和热化学式气体分析器 等 电化学式分析仪表 如pH计 电导仪 盐量计 电磁浓度计 原电池式 极谱式和氧化锆氧分析器等 磁式分析仪表 如热 磁式和磁力机械式氧分析器等 光学式分析仪表 如红外线气体 分析器 紫外线分析器和流程光电比色计等 色谱分析仪 如流程 气相色谱仪和流程液相色谱仪两类 此外 还有密度计 湿度计 水 分仪和粘度计等 典型仪表化工常用在线分析仪表有下列几种 热导式气体分析器基 于气体导热系数值与其成分量有关的物理特性 被测气体通过热导 池 检测热导池中热丝电阻的变化 可得知其中各成分的含量 主要用于分析混合气中氢气 二氧化硫或二氧化碳的含量 流程pH计基于水溶液中氢离子浓度与插入溶液中一对电极所产生 的电动势有关的电化学特性 用测量电动势值 可得知被测溶液的p H值 常用于石油炼制工业 制药工业和食品工业等部门 尤其在污水处 理工程中应用更多 氧化锆氧分析器氧化锆在高温下 由于有氧离子存在而具有导电 性 若在氧化锆管的内外两侧贴上铂电极 当电极两侧的气体含氧量不同 电极就产生电动势 若使一侧 参比侧 氧浓度固定不变 则另一侧 被测侧 氧浓度与电 动势有对应关系 测量该电动势值 就得知被测气体中含氧量的多少 该分析器响应很快 结构简单 使用 安装方便 维护工作量少 常用于工业炉窑烟道气含氧量的测量和控制 提高燃烧热效率 红外线气体分析器基于各种气体对红外线辐射能具有选择性吸收 的特性 红外线被气体中一种组分吸收后 辐射能部分地转化为热能 使气体温度升高 通过测量气体温度变化或恒容积内气体压力的变 化 就可得知气体中这一组分的含量 它可分析的对象很广泛 如一氧化碳 二氧化碳 甲烷 乙炔 各种 烃 乙醇和蒸汽等的含量 灵敏度高 量程范围广 响应速度快 在线色谱分析仪包括气相和液相色谱分析仪两类 利用不同物质在不同两相中具有不同分配系数的特性 当两相在色谱柱里作相对运动时 这些物质在两相间多次反复分配 使分配系数不同的组分分离出来 并依先后顺序在检测器中逐个测出 各组分及其浓度的信号被自动记录 形成色谱图 据图可定性和定量地求出被测物质的组成和含量 在色谱柱中 相对运动的两相为固定相及流动相 用气体作为流动相载运样品的称气相色谱仪 用液体作为流动相的 称液相色谱仪 色谱分析仪能进行多点 多组分周期性的自动分析 选择性好 灵 敏度高 响应速度快 主要用于石油 化肥等行业对气体或液体混合物的多组分分析 发展趋势 提高现有分析仪表的性能 精度 稳定性 可靠性 耐 久性和响应速度等 降低成本 发展简易 价廉的在线分析仪表 以满足中小工业的需要 与微型计算机相结合 使在线分析仪表微型机化 功能多样化 体积小型化 分析过程自动化 开发新的原理和方法 采用新技术 微电子和微光电子技术等 新材料 研制新型流程分析仪表 控制仪表在化工生产中 又称控制器或调节仪表 是将被控变量按一定精确度自动控制在设定值附近的化工仪表 它把所需控制的被控变量的测量值与要求的设定值进行比较 得出 偏差 按照一定的函数关系 称为控制规律 发生控制作用 操纵控 制阀或其他执行器以实现对生产过程的控制 在化工生产中常见的被控变量有温度 流量 压力 液位和成分等 常规的控制仪表内部用模拟信号联系和运算 故称模拟控制仪表 也称调节器 控制仪表内部用数字信号联系和运算的 称为数字式控制仪表 也 称数字调节器 分类按控制仪表使用能源可分为电动 气动和液动三种 按结构又可分为基地式和单元组合式两种 基地式的特点在于仪表的所有部件之间 以不可分离的机械结构相 连接 装在一个箱壳之内 利用一台仪表就能解决一个简单自动化 系统的测量 记录 控制等全部问题 如温度控制器 压力控制器 流量控制器 液位控制器等 单元组合式控制器包括变送 调节 运算 显示 执行等单元 其 特点在于仪表由各种独立的单元组合而成 单元之间采用统一化标准 的电信号 4 20mA或0 10mA 或气压信号 0 02 0 1MPa 联络 根据不同要求 可把单元以任意数量组成各种简单的或复杂的控制 系统 常用的有电动单元组合式和气动单元组合式控制仪表 控制规律化工自动化中一般常用三种基本控制规律 或称作用方式 比例作用 P 控制器输出的变化与偏差的变化成比例 偏差越大 控制作用越强 在化工中可单独使用 如液位控制等 用于不要求严格消除残余偏 差的场合 积分作用 I 控制器输出的变化率与偏差成比例 偏差存在时间越长 控制作用也越强 这种控制作用主要用于要求 消除残余偏差的场合 但在化工中较少单独使用 微分作用 D 控制器输出与偏差的变化率成比例 用于需要加速 调节过程的场合 在化工中不单独使用 常用的控制规律往往是比例作用与其他作用的组合 如一般参数 如流量 的控制常用比例积分作用 PI 对惯性较大 的对象 如温度 成分 控制常用比例积分微分作用 PID 化工标准对化工生产中具有重复性事物和概念所做的统一规定 它以科学 技术和实践经验的综合成果为基础 经有关方面协商一 致 由主管机构批准 以特定形式发布 作为共同遵守的准则和依 据 凡正式生产的化工产品都必须制订标准 化工标准是化工生产建设 商品流通 技术转让和组织管理共同执 行的技术文件 是质量监督的依据 实行全面质量管理的支柱和提 高产品质量的保证 化工标准的社会功能是将积累的经验和成就予以法规化 标准的制订 发布和贯彻的全过程称为标准化 标准化是组织现代化生产的重要手段 是科学管理的重要组成部分 是联系科研 设计 生产 流通和使用的技术纽带 也是国家建 设的一项重大技术经济政策 至1986年 世界上已有70多个国家制订了国家标准 如英 美 法 苏 德 日等 见表主要国家的标准代号 各有化工标准约100 0件 中国有化工国家标准约900件 中国国家标准和专业标准的编制工作 是在专业标准技术委员会 标准化归口单位 专业学 协 会等全国专业标准化技术组织的指 导下 由承担单位与有关部门共同制订 经技术专业组织提出标准 草案 主管部门审核批准 公开发布为正式标准 标准制订后 在一定时期内保持相对稳定 当新的技术应用于生产时 原有标准就要废除 进行修订或重新制 订 标准一般经3 5年重审或修订一次 化工标准种类很多 在标准性质 产品体系以及应用有效范围等方 面各不相同 标准性质可分为技术标准 生产组织标准和经济管理标准 技术标准指生产 科研 设计 工艺检验等工作标准 按其功能特点可以归纳为四种 基础标准 具有综合性和共性的标准 是生产活动和标准化过程带有根本性和 指导性的标准 如名词术语 计量单位 符号代号 系列尺寸 环 境条件等标准 产品标准 指产品质量指标 技术条件 性能参数等标准 如原材料 零部件 工艺装备以及包装 运输 贮存 验收 使用 维修等标准 例如无机化工原料标准 有机化工原料标准 塑料和合成树脂标准 农药标准 化工机械标准等 方法标准 指分析检验 物性测试 抽样采样 样品制备等标准 安全标准 指人身防护 卫生食品 环境保护 三废排放 生态平衡 防腐蚀 等标准 生产组织标准指作业标准 程序标准 工时消耗标准以及生产能力 消耗定额等 经济管理标准指生产成本标准 能耗标准以及资金利润 价格 经 济效果评价等标准 有效范围不同国家对标准应用有效范围的分级办法不同 一般分为国家标准 专业 部颁 标准和企业标准三级 苏联和美国分为四级 苏联多一加盟共和国级 美国多一政府级 也有的国家没有专业 部颁 级标准 则只分为两级 世界上尚有国际性和地区性 集团国家 标准 中国标准分为三级 国家标准 是对全国经济 技术发展有重大影 响 且必须在全国范围内统一的标准 专业 部颁 标准 是全行业内必须统一的标准 企业标准 是由地方 公司或厂矿组织专业标准制订的 它是最基层的标准 执行方式世界各国贯彻标准的方式不同 例如 中国 苏联等国 执行强制性 指令性 标准 标准被认为是 法规 是技术上的法律 各企 事业均须严格实施 联邦德国 美 英等国家 除对环境保护 安全卫生等法制标准 约占5 10 实行强制性外 基本上执行非强制性 推荐性 指导性 标准 即自 愿编制标准 自愿采用标准 日本的国家标准是政府制订的 实行 强制性标准 其他标准是非强制性的 法国的国家标准对政府机关 国营企业是强制性的 而对民间商业 私人企业则是非强制性的 标准化机构现代标准化约有80余年的历史 美国试验和材料学会 ASTM 是世界最早 最大的标准化学术团体 成立于1898年 从事化学工业 机械制造业 建材 冶金等的标准 化研究 制订材料性质 技术条件和试验方法的标准 现已制订并出版标准48卷 其中有化工标准8卷 包括有机原料 塑 料 橡胶 纤维 涂料 颜料和磁性材料等标准 ASTM 按材料和产品的用途分类 高分子化工包括的行业有塑料工业 合 成橡胶工业 橡胶工业 化学纤维工业 也包括涂料工业和胶粘剂 工业 由于原料丰富 制造方便 加工简易 品种多并具有为天然产物所 无或较天然产物更为卓越的性能 高分子化工已成为发展速度最快 的化学工业部门之一 沿革高分子化工经历了对天然高分子的利用和加工 对天然高分子 的改性 以煤化工为基础生产基本有机原料 通过煤焦油和电石乙 炔 和以大规模的石油化工为基础生产烯烃和双烯烃为原料来合成 高分子等四个阶段 远在公元前已经开始应用木材 棉麻 羊毛 蚕丝 淀粉等天然高 分子化合物 天然橡胶的硫化 赛璐珞 改性的天然纤维素 增塑的硝酸纤维素 的生产迄今已有100余年之久 但有关高分子的涵义 链式结构 分子量和形成高分子化合物的缩合聚合和加成聚合反应等方面的基 本概念 则迟至20世纪30年代才被明确 1907年 美国人L H 贝克兰研制成功最早的合成树脂 酚醛树脂 20世纪初期 出现了甲基橡胶 聚2 3 二甲基丁二烯 聚异 戊二烯和丁钠橡胶 30年代末 实现了第一个合成纤维 尼龙66 的工业化 从此 高分子合成和工业蓬勃发展 为工农业生产 尖端技术以及 人们的衣食住行等 不断地提供许多不可缺少的 日新月异的新产 品和材料 成型加工多数聚合物 或称树脂 需要经过成型加工的过程才能成 为制品 有些在加工时尚需加入各种助剂或填料 根据材料的性质和制品的要求 选择适宜的加工方法和助剂或填料 热塑性树脂的加工成型方法有挤出 注射成型 压延 吹塑和热成 型等 热固性树脂加工的方法一般采用模压或传递模塑 也用注射 成型 将橡胶制成橡胶制品需要经过塑炼 混炼 压延或挤出成型和硫化 等基本工序 化学纤维的纺丝包括纺丝熔体或溶液的制备 纤维成形和卷绕 后 处理 初生纤维的拉伸和热定型等 与高分子合成工业相比 高分子加工工业的生产比较分散 但制品 种类繁多 花色品种不胜枚举 目前 高分子加工已逐渐形成为一个独立的工业体系 产品分类按主链元素结构分类 产品可分为碳链 主链全由碳原子 构成 杂链 主链除碳原子外尚有氧 氮 硫等 和元素高分子 主链主要由硅 氮 氧 硼 铝 硫 磷等元素构成 按形成高分子的反应历程分类 由加成聚合反应 低分子化合物通 过连锁加成作用生成高分子的过程 制得的高分子称为加聚物 由 缩合聚合 由具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物相互 作用生成高分子的