2007年西门子杯全国大学生过程控制技能.PDF

2007 年西门子杯全国大学生过程控制技能 挑战赛 间歇反应过程控制方案设计 队伍编号：29 2007 年 6 月 I 目 录 第一章 被控对象工艺流程简介1 1.1被控对象工艺流程概述1 1.2 反应过程特性分析2 1.3注意事项及安全措施3 第二章 自动控制系统设计 4 2.1 PCS7过程控制系统4 2.2 反应器控制系统组成5 2.3 控制系统的功能特点及优点6 第三章 自控方案设计 8 3.1 控制方案分析与总体设计8 3.2 进料过程控制9 3.3 缩合反应控制15 3.31 反应器温度跟踪控制15 3.32 反应保温阶段控制20 3.33 生成物产率检测与控制20 3.4 出料及清洗23 3.5 安全措施23 3.6总体顺序控制方案设计27 第四章 自控方案的实施设计 29 4.1 系统硬件配置29 4.2 系统输入/输出数据30 4.3 I/O模块接线图31 第五章 总 结 34 参考文献 35 附件37 II 第一章 被控对象工艺流程简介 1.1 被控对象工艺流程概述 被控对象为过程工业常见的带搅拌釜式反应器系统，属于间歇反应过程。其 工艺流程图如图 1 所示： 图 1.1 间歇反应工艺流程图 该反应过程主要包括备料工序和缩合反应工序，其中，备料工序相对比较简 单，就是按照所要求的物料比例将三种物料加入到反应釜中。缩合工序是一个比 较复杂的过程，历经下料、升温、保温、出料及反应釜清洗几个阶段。 在缩合反应中 A 、B 、C 三种物料在反应釜中经夹套蒸汽加入适度的热量后， 1 将发生复杂的化学反应，产生反应最终产物 D 及其副产物。缩合反应不是一步 合成，实践证明还伴有副反应发生。缩合收率的大小与这个副反应有密切关系。 主反应的活化能高于副反应，因此提高反应温度有利于主反应的进行。但在本反 应中若升温过快、过高，可能造成爆炸而产生危险事故。 1.2 反应过程特性分析 该控制过程的重点和难点在缩合反应工序。缩合反应工序也可以大致分为几 个阶段： (1) 当开启反应釜搅拌电机 S8，适当打开夹套蒸汽加热阀 S6 后反应釜内温 度 T 逐渐上升，要控制加热量使温度上升速度在 0.1~0.2℃/s 以内。加热速率过 猛会使反应后续的剧烈阶段失控而产生超压事故。加热速率过慢会使反应停留在 低温区，副反应会加强，影响主产物产率。 (2) 在 45 ℃左右和 65℃左右（釜压 0.18Mpa 左右）之间时不需要加热，反应 此时已被深度诱发，并逐渐靠自身反应的放热效应不断加快反应速度。 (3) 当反应温度达到 65℃左右（釜压 0.18Mpa 左右）后间断小量开启夹套冷 却水阀门 V8 及蛇管冷却水阀门 V7 ，控制反应釜的温度和压力上升速度，提前 预防系统超压。此时，副反应速率仍然大于主反应速率，此过程一直延续到 90℃ 左右。 (4) 反应预计在 95~110℃（或釜压 0.41~0.55Mpa ）进入剧烈难控的阶段。此 时应充分加强对 V8 和 V7 的调节，这一阶段既要大胆升压，又要谨慎小心防止 超压。为使主反应充分进行，并尽量减弱副反应，应使反应温度维持在 121℃（或 压力维持再 0.69Mpa 左右） (5) 反应保温阶段, 如果控制合适，反应历经剧烈阶段之后，压力 P 、温度 T 会迅速下降。此时应逐步关小冷却水阀 V8 和 V7 ，使反应釜温度保持在 120℃（压 力保持在 0.68~0.70Mpa 左右），不断调整直至全部关闭 V8 和 V7 。当关闭V8 和 V7 后出现压力下降时，可适当打开夹套蒸汽加热阀 S6