化工仿真实训PPT课件

-,1,化工仿真软件,-,2,目录,第一节概述第二节离心泵仿真第三节换热器仿真第四节间歇反应釜仿真第五节固定床反应器仿真第六节管式加热炉仿真第七节吸收-解吸仿真第八节液位控制系统第九节精馏塔工艺仿真第十节在线仿真系统的安装与使用,-,3,第一节概述,一、化工总控工与化工仿真化工总控工：操作总控室的仪表、计算机等，监控或调节一个或多个单元反应或单元操作，将原料经化学反应或物理处理过程制成合格产品的人员。相关国家技能竞赛：化工生产技术化工仪表自动化化工生产设备维修,-,4,第一节概述,化工总控工,-,5,第一节概述,-,6,2013年全国职业院校技能竞赛化工生产技术竞赛项目分为两个部分：化工生产仿真操作（B）45%120min精馏操作（D）55%90min将理论考试（选择、判断）作为取得高级工证书的必需要求,返回,第一节概述,-,7,历届大赛仿真项目,第一节概述,-,8,第一节概述,-,9,-,10,化工仿真：模仿真实的化工生产，可分为物理仿真和软件仿真仿真软件是模拟化工厂DCS（集散式控制系统）系统生产过程的操作软件，它通过对温度、压力、流量、物位等四大参数的跟踪和控制，实现学习者对化工装置的模拟生产操作过程。对仿真软件的操控，可以提高学习者发现问题、分析问题和解决问题的职业能力。,第一节概述,-,11,二、化工自动化及DCS系统1.化工生产过程控制化工生产过程要求各工艺参数要维持稳定，但是在生产过程中由于各种因素的影响，这些工艺参数经常出现波动，实际的数值与规定的数值之间存在偏差。要达到稳定操作，就必须对这些工艺变量进行实时监测，并对工艺生产过程进行控制，以消除偏差使工艺变量恢复到规定数值。控制的方法可分为手动调节（人工调节）和自动调节（利用相关自动化控制仪表调节）,第一节概述,-,12,第一节概述,表1.1：工艺常见的参数及其代号,-,13,2.化工仪表及自动化对化工生产过程变量的检测、变送和显示，是由化工仪表来实现的。常见仪表功能及代号见表1.2,第一节概述,表1.2：常见仪表功能及其代号,-,14,化工仪表,第一节概述,-,15,仪表的图示方法工艺图上常用圆来表示仪表，上半圆填写字母表示所测变量以及仪表功能；下半圆填写数字表示仪表的位号。如：,第一节概述,压力指示仪表，位号101,流量记录控制仪表，位号101,-,16,仿真软件中仪表的表示：,第一节概述,-,17,3.DCS控制系统DCS即集散控制系统，即分散控制（各工艺参数分散控制），集中操作。它与计算机技术的发展息息相关，目前广泛应用于各类工业生产的控制仿真软件系统中可使用多种风格的DCS系统,第一节概述,-,18,三、东方仿真软件操作界面,如右图：在DCS图中通过PID控制器调整自动阀门的开关闭合。在PID控制器中可以实现自动/AUT、手动/MAN、串级/CAS三种控制模式的切换。【AUT】计算机自动控制【MAN】计算机手动控制【CAS】串级控制，两个调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的设定值,【PV】实际测量值【SP】自动控制时候的设定值，仪表可以根据SP值和PV值之间的偏差，自动调节阀门的开度；在自动/AUT模式下可以调节此参数。【OP】计算机手动设定值。输入0100的数据调节阀门的开度；在手动/MAN模式下可以调节此参数。,第一节概述,-,19,四、PISP平台评分系统（指导、诊断、评测）,第一节概述,-,20,1.操作状态指示,第一节概述,-,21,一、流体输送机械概述,什么是流体,你见过流体输送机械吗,第二节离心泵仿真,-,22,一、流体输送机械概述,作用,1.为流体提供动力,以满足输送要求;2.为工艺过程创造必要的压强条件;,分类,按输送流体性质：气体输送机械液体输送机械（泵）,按作用原理：离心式容积式流体作用式,第二节离心泵仿真,-,23,二、离心泵的结构与工作原理,结构,电机：动力部分,叶轮：将电机的机械能传给液体,泵轴：叶轮紧固于泵轴上,泵壳(蜗壳)：作用是汇集内叶轮抛出的液体，同时将高速液体的部分动能转化为静压能,轴封装置：泵轴与泵壳之间的密封称为轴封。作用是防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出，或者外界空气以相反方向漏入泵壳内。,第二节离心泵仿真,-,24,二、离心泵的结构与工作原理,工作原理,第二节离心泵仿真,-,25,二、离心泵的结构与工作原理,工作原理,第二节离心泵仿真,-,26,二、离心泵的结构与工作原理,工作原理,第二节离心泵仿真,-,27,二、离心泵的结构与工作原理,气缚现象,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。,解决方法,在启动前向壳内灌满液体，赶出气体。做好壳体的密封工作，灌水的阀门和莲蓬头不能漏水密封性要好。,第二节离心泵仿真,-,28,三、离心泵的操作（软件仿真）,第二节离心泵仿真,-,29,第二节离心泵仿真,-,30,V101的压力由调节器PIC101分程控制，调节阀PV101的分程动作示意图如图所示。,第二节离心泵仿真,-,31,第三节换热器仿真,套管换热器,蛇管换热器,-,32,第三节换热器仿真,板式换热器,套管换热器,-,33,一、换热器的工业用途,第三节换热器仿真,1.处理工艺介质以达到规定温度,2.生产过程中加热或降温,3.工艺过程中改变相态：如工厂中的锅炉房,4.回收热量,-,34,第三节换热器仿真,二、换热器冷态开车仿真操作1.工艺流程,-,35,冷物料流程,进口温度92,加热至出口温度145,热物料流程,进口温度225,-,36,第三节换热器仿真,二、换热器冷态开车仿真操作1.工艺流程2.本单元复杂控制说明,-,37,第三节换热器仿真,复杂控制：热物流的出口温度控制,进换热器,不进换热器,点击返回,点击返回,-,40,第三节换热器仿真,二、换热器冷态开车仿真操作1.工艺流程2.本单元复杂控制说明3.冷态开车步骤,阶段一：冷料进料,阶段二：热料进料,步骤一：启动冷物流进料泵P101A,步骤二：冷物流E101进料,步骤一：启动热物流入口泵P102A,步骤二：热物流进料,椰子,-,41,第三节换热器仿真,三、换热器的故障判断,换热器的故障处理,-,42,第三节换热器仿真,三、换热器的故障判断1.故障现象,观看故障现象,FIC101流量,P101泵出口压力,冷物流出口温度,P101泵出口压力急骤下降,FIC101流量急骤减小。,冷出口温度，汽化率,P102泵出口压力急骤下降。,冷出口温度，汽化率,热物流经换热后的温度降低,冷物流出口温度降低。,热物流流量,冷出口温度，汽化率,热物流P102泵出口压略,热物流出口温度高,换热器常见故障及其现象,-,44,三、换热器的故障判断1.故障现象2.故障判断练习,第三节换热器仿真,观察未知故障现象，判断故障类型,-,45,四、课堂小结,第三节换热器仿真,一、换热器的工业用途,换热器的仿真操作,二、换热器的冷态开车仿真操作,换热器有哪些工业用途,换热器冷态开车顺序,A:先进冷物料,B:先进热物料,-,46,四、课堂小结,第三节换热器仿真,一、换热器的工业用途,换热器的仿真操作,二、换热器的冷态开车仿真操作,三、换热器的故障判断,作业：思考换热器的故障应该如何处理,-,47,一、间歇反应釜介绍,第四节间歇反应釜仿真,-,48,冷却方式,第四节间歇反应釜仿真,-,49,二、工艺简述间歇反应在助剂、制药、染料等行业的生产过程中很常见。本工艺过程的产品（2巯基苯并噻唑）就是橡胶制品硫化促进剂DM（2,2-二硫代苯并噻唑）的中间产品工序共有三种原料，多硫化钠（Na2Sn）、邻硝基氯苯（C6H4ClNO2）及二硫化碳（CS2）。,第四节间歇反应釜仿真,-,50,主反应如下：+Na2SnC12H8N2S2O4+2NaCl+(n-2)SC12H8N2S2O4+2CS2+2H2O+3Na2Sn2C7H4NS2Na+2H2S+3Na2S2O3+(3n+4)S副反应如下：C6H4NClO2Na2SnH2OC6H6NCl+Na2S2O3+S,第四节间歇反应釜仿真,-,51,三、控制要点本工艺流程中，主反应的活化能要比副反应的活化能要高，因此升温后更利于主反应收率。在90的时候，主反应和副反应的速度比较接近，因此，要尽量延长反应温度在90以上时的时间，以获得更多的主反应产物。,第四节间歇反应釜仿真,-,52,关于反应控制：90以上有利于主反应，120以上温度较难控制，128以上发生危险，连锁启动（若启动则搅拌器关闭且温度迅速下降无法控制，点击“连锁重置”来解除）1.保证安全的情况下迅速升温来减少副产物2.温度升至75时将TIC101开51%，开启冷却水。温度升至110之前应逐渐加大至100%，避免温度过高3.温度控制在115，为反应最佳温度。,第四节间歇反应釜仿真,-,53,第五节间歇反应釜仿真,-,54,第五节间歇反应釜仿真,-,55,第五节固定床反应器,一、固定床反应器简介有机化工中常用以催化反应。所谓固定指装填固体催化剂或固体反应物，堆积成一定高度（或厚度）的床层，反应中床层静止（固定），流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于气固相催化反应或气固相或液固相非催化反应,-,56,固定床列管反应器,第五节固定床反应器,-,57,二、工艺简述本流程为利用催化加氢脱乙炔的工艺。乙炔是通过等温加氢反应器除掉的,反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。主反应为：nC2H22nH2(C2H6)n，该反应是放热反应。冷却介质为液态丁烷，通过丁烷蒸发带走反应器中的热量,第五节固定床反应器,-,58,工艺流程,第五节固定床反应器,-,59,第五节固定床反应器,H2,C2H2,C2H6去EV423储罐,蒸汽,丁烷,固定床反应器PID工艺流程图,-,60,第五节固定床反应器,-,61,三、控制要点1.C2H2的流量从开始就要控制，稳定在56186.8，允许偏差1000为了使反应器能快速升压到2.523MPa，KXV1413应尽量保持小开度3.H2流量的控制(开H2前确认TIC1466温度值稳定在381),第五节固定床反应器,-,62,-,63,第五节固定床反应器,-,64,第五节固定床反应器,-,65,第六节加热炉仿真,一、单元操作-传热热量传递（传热）是化工单元操作中最常见的过程之一，化工生产中常伴随着热量变化，需要进行加热、冷却、保温、回收热量等过程，都涉及到传热传热的基本方式有三种：热传导、热对流、热辐射,-,66,二、传热设备,第六节加热炉仿真,-,67,第六节加热炉仿真,-,68,三、仿真工艺流程简述本单元选择的是石油化工生产中最常用的管式加热炉。管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主,第六节加热炉仿真,-,69,第六节加热炉仿真,四、操作要点,排烟,通风,-,70,第六节加热炉仿真,余热回收：采暖水,-,71,四、仿真界面,第六节加热炉仿真,故障,-,72,一、吸收与解吸1.吸收吸收是化工单元操作中常见的一种，用以分离气体混合物其原理是利用气体混合物中各个组分在液体(吸收剂)中的溶解度不同,来实现分离。可分为物理和化学吸收。吸收涉及气液两相接触，常用两相逆流操作。操作一般在填料吸收塔内进行,气相,液相,第七节吸收-解吸仿真,-,73,富气,吸收液（贫液）,富液,贫气,吸收过程示意图,第七节吸收-解吸仿真,-,74,2.解吸解吸是吸收的逆过程。解吸操作不但能获得纯度较高的气体溶质，而且可使吸收剂得以再生和循环使用。因此，工业上采用吸收和解吸联合操作的流程常用的解吸方法是减压、升温或吹气（空气或水蒸气）。,第七节吸收-解吸仿真,-,75,第七节吸收-解吸仿真,气,吸收液（富液，来自吸收塔）,贫液（可循环使用）,富气,解吸过程示意图,-,76,二、仿真工艺简介该单元以C6油为吸收剂,分离气体混合物(其中C4:25.13，CO和CO2:6.26，N2:64.58，H2:3.5，O2:0.53)中的C4组分(吸收质)。,第七节吸收-解吸仿真,-,77,第七节吸收-解吸仿真,吸收塔,冷凝器,C6油储罐,泵,贫油,贫气,富气（含C4）,富油,去解析塔,排空,吸收工艺流程,换热器,解吸塔,再沸器,泵,冷凝器,回流罐,C4产品,贫油,解吸工艺流程,-,79,第七节吸收-解吸仿真,-,80,三、仿真界面,第七节吸收-解吸仿真,-,81,第七节吸收-解吸仿真,-,82,第八节液位控制系统,一、工艺说明本流程为液位控制系统，通过对三个罐的液位及压力的调节，掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关系。,-,83,二、单元控制回路说明本单元主要包括：单回路控制系统、分程控制系统、比值控制系统、串级控制系统1.单回路控制回路又称单回路反馈控制、简单控制,第八节液位控制系统,-,84,2.串级控制系统中不止采用一个控制器，而且控制器间相互串联，一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值，这样的系统称为串级控制系统。,第八节液位控制系统,-,85,3.比值控制系统实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。,第八节液位控制系统,-,86,-,87,第八节液位控制系统,-,88,第九节精馏工艺仿真,一、工艺描述本流程是利用精馏方法，在脱丁烷塔中将丁烷从脱丙烷塔釜混合物中分离出来。精馏是将液体混合