江南大学过程控制课程设计

1、过程控制课程设计题目：废水资源化工段系统选型物联网工程学院 自动化专业学 号 班级 学生姓名 指导教师 朱志芳 二一三年十二月目录1 系统简介12 原理分析23 仪表选型34 设备清单65 阀门口径计算76 设计体会91 系统简介废水资源化又称废水回收（waste water recovery），是把工业、农业和生活废水引到预定的净化系统中，采用物理的、化学的或生物的方法进行处理，使其达到可以重新利用标准的整个过程。这是提高水资源利用率的一项重要措施。各种污水（工业废水、农业污水和生活污水等）的性质和物质组成有很大差异，需用不同的方法处理后网收利用。中国各城市的污水排放量日益增加。1991年6

2、月，国家环境保护局发布中国1990年环境状况公报指出，1990年全国污水总排放量254亿立方米，即日排9698万立方米，其中工业废水占70.3%。污水经处理后又转化为可利用的水资源，对于城市发展而言，具有双重意义。一是减少污染、保护环境，二是增加水资源、缓解缺水危机。根据国内外经验，废水回收主要回用于工业循环水、区域非饮用供水、推广水中水技术和中水利用、再生水用于农业、回补地下含水层，或作为城市绿化、环境卫生等用水等。2 原理分析我们通常采用物化法的处理工艺，主要的有效成分为聚合氯化铝。聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高

3、的无机高分子水处理药剂。聚合氯化铝与传统无机混凝剂的根本区别在于传统无机混凝剂为低分子结晶盐，而聚合氯化铝的结构由形态多变的多元羧基络合物组成，絮凝沉淀速度快，适用PH值范围宽，对管道设备无腐蚀性，净水效果明显，能有效支除水中色质SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子，该产品广泛用于饮用水、工业用水和污水处理领域。2.1 废水处理的工作流程污水处理工艺流程是用于某种污水处理的工艺方法的组合。通常根据污水的水质和水量，回收的经济价值，排放标准及其他社会、经济条件，经过分析和比较，必要时，还需要进行试验研究，决定所采用的处理流程。一般原则是：改革工艺，减少污染，回收利用，综合防治，技术先进，经济

4、合理等。在流程选择时应注重整体最优，而不只是追求某一环节的最优。2.2设计方案污水处理工程是城市市政建设、工业企业建设或排污达标治理的一个重要部分，其建设须按国家基本建设程序进行，现行的基本建设程序一般分编制项目建议书、项目可行性研究、项目工程设计、工程和设备招投标、工程施工、竣工验收、运行调试和达标验收几个步骤。这些建设步骤基本包括了项目建设的全过程，它们也可划分为二个阶段。第一阶段项目立项阶段。该阶段需根据城市市政规划或环境保护部门要求，分析项目建设的必要性和可行性。本阶段以确定项目为中心，一般由建设单位或其委托的设计研究单位编制项目建议书和项目可行性研究报告，通过国家计划部门、投资银行或

5、企业计划部门论证便可获得立项，对于某些小规模项目，只编制污水处理工程方案设计，并通过投资部门的论证便可立项。第二阶段工程建设阶段。包括工程设计、工程和设备招投标、工程施工、竣工验收等过程。3 仪表清单本废水资源化工段总共使用了四种检测仪表，分别为压力表、液位表、温度表和酸碱度表。具体清单如下：种类型号 厂商 备注压力表KBY-1A 上海海季精度：1.6液位表SITRANS P MPS 西门子误差：0.3%温度表SITRANS TH400 西门子双点校正Ph仪表 PHSH-628 中核仪表0.01pH3.1 压力表的选型压力表的选型主要参照使用环境、测量介质、精度、量程以及外形尺寸，同时要符合国

6、际通用标准或相应的国家标准。本废水资源化工段由于处理的是工业废水，具有很强的酸碱性，所以测量介质对仪表的要求很高，并且每个压力表都是装配在泵上的，要求需要很强的防震性能，考虑到这些方面的性能指标要求，所以我们选用了KBY-型抗震泵用压力表。KBY-1A型压力表，主要与水泵、泥浆泵、排污泵等各类工程施工泵配套使用。可供地质、煤炭、冶金、化工、水电、轻工、环保及工程施工系统，在生产过程中测量泵压以及压力变化。3.1.1该表具有以下特点：(1)耐震性能良好。并能承受测量范围内的瞬间压力冲击；(2)良好的阻尼特性。可测量脉动介质的瞬间压力平均值；(3)防“堵”性能优异。对高粘度、易结晶、含颗粒状和纤维

7、纤维状物质以及油污等复杂介质，具有较强的适应性；(4)仪表采用全密封结构，可在高湿度、粉尘、污溅以及浅水中等恶劣环境中工作；(5)全金属外壳体和器件，坚固可靠；(6)外形美观，度盘清晰。3.1.2该表主要参数：(1)表头公称尺寸（mm）116（整体几何尺寸116X234X54）(2)系列产品测量范围及精度等级测量范围MPa精度等级0-1、0-1.6、0-2.5、0-4、0-6、0-10、0-16、0-25、0-40、0-601.6(3)工作环境温度-1045C 相对湿度90%(4)介质脉动频率2050次/分(5)环境震动频率25HZ； 震幅范围0.5mm(6)安装螺纹M20X1.53.2 液位

8、表的选型选择液位表时应考虑一下因素：(1)测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作压力和温度、安装条件、液位变化的速度等；、(2)测量和控制要求，如测量范围、测量（或控制）精确度、显示方式、现场指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。考虑到废水资源化工段的具体情况，我们选择差压式液位变送器，并且考虑到量程和控制范围的要求，我们选择了西门子SITRANS P MPS 系列液位变送器。3.2.1西门子SITRANS P MPS 系列的特点：(1)紧凑型设计；(2)安装简单；(3)很小的测量误差(0.3 %)；(4)防护等级 IP 68。3.2.2该液位变送器的主要应用

9、领域：(1)石油和煤气工业；(2)造船；(3)供水。3.2.3该液位变送器的结构组成：(1)SITRANS P MPS 系列变送器有一个带不锈钢膜片的压阻式传感器；(2)变送器装有一块电子部件板，与传感器一起安装在一个不锈钢外壳内。 电缆有一根加固挠性绳和通风管；(3)应用一个防护盖保护膜片不受外部影响；(4)传感器，电子部件板和电缆都封装在一个公用的小尺寸外壳内。传感器是对大范围温度变化进行温度补偿；(5)SITRANS P MPS 系列投入式液位变送器， 用来测量水井、储油罐、隧道、堤坝等的液位。3.3 温度表的选型选用温度传感器比选用其它类型的传感器所要求考虑的内容更多。首先，必须选用传

10、感器的结构，使敏感部件的规定的测量时间之内达到所测流体或被测表面的温度。温度传感器的输出仅仅敏感部件的温度。实际上，要确保传感器指示的温度即为所测对象的温度，常常是很困难的。在大多数情况下，对温度传感器的选用，需考虑以下几个方面的问题：(1)被测对象的温度是不是需记录、报警和自动控制，是不是要求远距离测量和传送；(2)测温范围的大小和精度要求；(3)测温部件大小是不是适当；(4)在被测对象温度随时间变化的场合，测温部件的滞后能否适应测温要求；(5)被测对象的环境条件对测温部件是不是有损害；(6)价格如何，使用是不是方便。考虑到这些方面的因素限制，还必须符合我们所要测量介质的温度变化要求，所以我

11、们选用西门子SITRANS TH400 总线型 温度测量仪表。SITRANS TH400有PROFIBUS PA或FOUNDATION Fieldbus (FF)。它设计为支持所有标准的热电阻、热电偶、电阻及毫伏信号传感器。使用SIMATIC PDM (PA) 或AMS及手操器 (FF) 可快速且轻松地进行设置。由于其尺寸小，因此可灵活安装，甚至可安装在DIN Type B 接线盒中。3.3.1该仪表的主要特点(1)整个环境温度范围内保持高精度；(2)抑制噪声；(3)传感器断线或短路报警信号按NAMUR 43；(4)电磁兼容性按DIN EN 61326及NE21；(5)通过内部冷端补偿，节省昂

12、贵的补偿电缆；(6)在热电偶应用中采用电隔离保证精度和安全 ；(7)单点或双点校正；(8)自定义特性曲线用于非标传感器；(9)差值及均值测量；(10)第二个传感器测量值用于冗余；(11)扩展诊断；(12)仿真模式；(13)防爆保护执行美国、加拿大和欧洲标准；(14)坚固设计，全罐装电子部件。3.4 酸碱度表的选型PH酸度计选型条件 ： PH计酸度计是一种高精度的仪表，选购PH计酸度计要特别注意，一台合适的PH酸度计仪表可以延长PH酸度计的使用寿命，请订购前确认如下参数： (1)检测介质（包括介质的成分、浓度、浊度等条件）；(2)检测介质温度与压力； (3)探头安装方式；(4)探头信号线长度（标

13、准配置10m)；(5)表头使用环境。为了满足对溶液酸碱度的要求，我们选择了烟台三合立信自动化设备有限公司的PHSH-628系列Ph表。PHSH-628系列Ph表是用于测试溶液pH/ORP值的精密仪表，其功能全、性能稳定、操作简便等特点，使其成为工业企业测试和控制pH/ORP领域的理想仪表。PHSH-628系列Ph表采用带背景光LCD显示，具备错误指示；自动温度补偿；双点校正；隔离式420mA电流输出；双组继电器控制，迟滞量可调，高低点报警指示；掉电记忆，无需后备电池，数据保存十年以上。PHSH-628系列Ph表可配各种类型BPH/BRP电极。3.4.1PHSH-628系列Ph表技术性能测量范围

14、：pH：0.0014.00pH，ORP：-1999+1999mV分辨率：0.01pH，1mV校正：二点校正信号输出：隔离式420mA输出固定对应，最大负载500控制方式：ON/OFF继电器控制，可设置迟滞范围电源：220 VAC 10 %，50 Hz仪表尺寸：96(H)96(W)115(D)mm挖孔尺寸：92(H)92(W)mm4 设备清单根据本废水资源化工段系统的系统要求，我们将整个系统中需要的设备列成表格，并注明具体的参数要求。号名称规格型号控制式位置总量程控制范围数量功率1精塔废水暂贮罐26005700/30m3液位设备上4000mm1.5-2.5m12卧螺离心机3蒸馏废液贮罐34007

15、000/60m3液位设备上6000mm2.5-3.5m14静态混合器5絮凝剂溶解罐116002500/5m336絮凝剂溶解罐216002500/5m337絮凝剂储罐25m38絮凝沉淀槽125m349絮凝液暂贮罐16002500/5m3液位设备上2000mm0.8-1.5m110絮凝液贮罐37007000/60m3液位设备上6000mm111螺旋板换热器60m212硫铵罐26004700/25m313换热器14配酸罐20004000/12m315浓硫酸储罐20004000/12m316混合罐22004400/16m37.517脱气罐22004400/16m3液位设备上4000mm118总储罐50

16、0010000/200m3液位设备上9000mm119精塔废水泵CPN65-50-200/25m3,50m变频管道上0-20m3/h10-15m3/h17.520蒸馏废液泵CPN80-50-160/50m3,32m变频管道上0-60m3/hPH：5-6.5 2 7.521药剂泵2计量泵JYD/6.5 340L/H流量管道上0-0.5m3/h0.2-0.3m3/h1322药剂泵1计量泵JYD/1.6 1350L/H流量管道上0-1.5m3/h1.0-1.3m3/h1323溶解泵CPN50-32-160/150m3,30m324污泥泵G30-1/5m3,60m2.225絮凝清液泵CPN100-80

17、-125/100m3,20m变频设备上2000mm0.8-1.5m11126脱氨进料泵CPN100-80-160/100m3,32m变频管道上0-80m3/h50-70m3/h11527脱氨出料泵CPN100-80-160/100m3,32m变频管道上0-80m3/h50-70m3/h11528浓硫酸泵IHF40-25-160/6.3m3,32m5.529稀酸泵IHF50-32-160/12.5m3,32m5.530硫铵泵IHF50-32-160/12.5m3,32m5.531吸收泵IHF80-65-160/50m3,32m1532真空泵2SK6155 阀门口径计算5.1 计算概述调节阀口径计

18、算随着自控系统中流量、介质、压力和温度等参数变化而不同。因为调节阀的流量系数Kv是在100kPa压差下, 介质为常温水时测试的,所以不能以实际流量与阀流量系数比较(因为压差、介质等条件不同) 确定阀门口径, 而必须进行Kv值计算, 并进行有关验算, 进一步验证所选阀门是否能满足工作要求。5 .2 计算步骤从工艺参数分析到调节阀口径确定, 一般需要以下几个步骤。(1)确定调节阀流量根据现有的生产能力、设备负荷及介质的状况, 确定计算的最大工作流量Q max和最小工作流量 Qm i n。(2)确定调节阀压差根据系统特点选定压差比 S值, 然后确定计算压差。(3)确定Kv值根据已确定的计算流量、计算

19、压差及其他有关参数, 求出最大工作 流量时的Kvmax。(4)初步确定调节阀口径 根据已计算的Kvmax , 在所选用的产品形式系列中, 选取大于 Kvmax并与其接近的 Kv值, 得出口径。(5)开度验算。(6)实际可调比验算一般要求实际可调比应大于 10 。(7)压差校核 (仅从开度、可调比上验算可能造成阀门关闭不严, 不能正常启动)。根据计算操作步骤验算阀门合格, 则所选阀门口径合适。否则需重新确定口径(及 Kv值), 或另选其他类型阀门, 再验算至合格。5.3 问题说明5.3.1 最大工作流量为使调节阀满足调节的需要, 计算时应考虑工艺生产能力、对象负荷变化和预期扩大生产等因素。但计算

20、时应防止过多地考虑余量, 使阀门口径选择过大, 造成经济损失, 加大系统能耗。由于阀门处于小开度工作状态时可调比减小, 调节性能变坏, 严重时还会引起振荡, 使阀的寿命缩短, 特别是高压调节阀, 更要注意。5.3.2 计算压差压差的确定是调节阀计算中的关键。由阀门工作特性可知, S 值越大, 越接近理想特性, 调节性能越好。S 值越小, 可调比减小, 调节性能变坏。但从装置的经济性考虑时, S 值小, 调节阀压降小, 系统压降相应小, 这样可选较小行程的泵, 即从经济性和节约能耗上考虑, S 值越小越好。综合考虑, 一般取S =0.10.3(不是原来的0.30.6) 。对高压系统应取小值, S

21、 =0.05。为减小调节阀上的能耗, 可采用低 S 值的设计方法 ( S =0.050.1) , 即选用低 S节能调节阀。5.3.3 开度验算由于确定阀门口径时, Kv 值的圆整和 S 值对阀门全开时最大流量有影响等因素, 应验证阀门实际工作开度是否在正确的开度上。相应的验算公式和工作开度允许值见表 1 。其中开度验算公式应采用以理想流量特性解出的公式, 但其 KV i 应是对应工作条件计算出的流量系数。5.3.4 可调比验算调节阀的理想可调比 R = 30 , 但在实际运行中,受工作特性的影响, S 值越小, 最大流量相应减小。同时工作开度也不是从 0 至全开, 而是 在 10 % 90 % 的开度范围内工作, 使实际可调比进一步下降,一般能达 10左右, 因此验算时, 取 R = 1 0 , 则R 实际 = R = 10。当 S=0.3时, R实际=5.4, 能满足一般生产要求, 此时, 可以不验算。若调节阀不能满足工艺上最大流量、最小流量的调节要求时, 可采用两个调节阀进行分程控制, 也可 选用一台 R 较大的特殊调节阀来满